道路工程测量第一堂课

1、讲授：冯卡道路工程测量道路工程测量什么是测量？什么是测量？我们今后工作中我们今后工作中的测量都是什么？的测量都是什么？这一学期我们达这一学期我们达到的能力是什么？到的能力是什么？导论导论道路工程测量的道路工程测量的任务和作用任务和作用 测量学的概念测量学的概念测量学研究如何测定地面点的平面位置及高程，如何将地球表面的形状及其信息测绘成图，如何确定地球的形状与大小，并将设计图上的工程构造物放样到实地的科学。 测量学的分类测量学的分类 大地测量学研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题。常规大地测量和卫星大地测量。普通测量学测量小范围地球表面形状时，不顾及地球曲率的影响，把地球

2、局部表面当作平面看待所进行的测量工作。摄影测量学利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同，可分为地面、航空、水下和航天摄影测量学。海洋测绘学以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编制工作，属于海洋测绘学的范畴。工程测量学研究工程建设中所进行的各种测量工作，属于工程测量学的范畴。地图制图学利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。普通测量学研究地球表面较小区域内测绘工作的基本理论、技能、方法及普通测量仪器的使用技术和大比例尺地形图测绘与应用的科学，是测量学的基础。 工程测量学研究工程建设在规划、设计、

3、施工、运行、管理等各阶段进行的测量工作的理论和方法的学科。道路工程测量研究道路工程建设在道路勘测设计、施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科，是在数学、物理学等有关学科的基础上应用各种测量技术解决道路工程建设中实际测量问题的学科，是一门应用科学。测量学在道路、桥梁和隧道工程建设中有着广泛的应用。测量学在道路、桥梁和隧道工程建设中有着广泛的应用。例如：在例如：在勘测设计的各个阶段，勘测设计的各个阶段，要求有各种比例尺的地形图，要求有各种比例尺的地形图，供城镇规划、路线选线、路线平面图设计、纵断面和横断面设计供城镇规划、路线选线、路线平面图设计、纵断面和横断面设计之用。之用。在在施工阶段施工

4、阶段，要将设计的路线、桥梁等构筑物的平面位置和，要将设计的路线、桥梁等构筑物的平面位置和高程测设于实地，以便进行施工。高程测设于实地，以便进行施工。施工结束后，还要进行施工结束后，还要进行竣工测量竣工测量，绘制竣工图，供日后扩建，绘制竣工图，供日后扩建和维修之用。和维修之用。即使是竣工以后，对某些大型及重要的建筑物和构筑物还要即使是竣工以后，对某些大型及重要的建筑物和构筑物还要进行进行变形变形、沉降观测沉降观测，以保证建筑物的安全使用。，以保证建筑物的安全使用。道路工程测量在公路建设中的作用道路工程测量在公路建设中的作用 测量工作的特点及要求测量工作的特点及要求 实践性强不容许出差错有很强的精

5、度观念集体劳动，合作精神野外作业，有吃苦耐劳精神仪器精贵，精心爱护本课程学习目标本课程学习目标能力目标:(1)能熟练使用工程水准仪、工程经纬仪、全站仪等能熟练使用工程水准仪、工程经纬仪、全站仪等仪器和工具，并运用上述仪器进行水准测量，角度测量，距离测仪器和工具，并运用上述仪器进行水准测量，角度测量，距离测量等。量等。() 能绘制大比例尺地形图。能绘制大比例尺地形图。()在工程设计和施工中，具有正确应用地形图和有关测量资在工程设计和施工中，具有正确应用地形图和有关测量资料的能力和进行道路、桥梁工程设计、施工测量的能力料的能力和进行道路、桥梁工程设计、施工测量的能力 (设计选线、设计选线、施工放样

6、施工放样)。知识目标:(1) 能够运用普通测量学的基本知识和基础理论。能够运用普通测量学的基本知识和基础理论。()能够运用大比例尺地形图的成图原理和方法。能够运用大比例尺地形图的成图原理和方法。()能够运用道路路线测量、施工测量、桥梁工程测量的基本能够运用道路路线测量、施工测量、桥梁工程测量的基本知识和基础理论。知识和基础理论。()具有较强的测、算、绘的测量基本功。具有较强的测、算、绘的测量基本功。地球的形状和大小地球的形状和大小 大地水准面大地水准面 垂线：垂线：重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。 （测量工作的基准线）。（测量工作的基准线）。 水准面：水准面

7、：一个自由静止的海水面，向陆地延伸而形成的一个自由静止的海水面，向陆地延伸而形成的 一个闭合曲面称为水准面。一个闭合曲面称为水准面。 （特性是它处处与铅垂线成正交，有无数个）。（特性是它处处与铅垂线成正交，有无数个）。 大地水准面：大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面称为大地与平均海水面相吻合的水准面称为大地 水准面。水准面。 （测量工作的基准面，只有一个（测量工作的基准面，只有一个 ）。）。旋转椭球面旋转椭球面旋转椭球体：旋转椭球体：是一个非常接近大地水准面，并可用数学是一个非常接近大地水准面，并可用数学式表达的几何形体，用其来代表地球的总形状，这个数式表达的几何形体，用其来代表地球的总形

8、状，这个数学形体就称为旋转椭球体，其表面称为旋转椭球面。学形体就称为旋转椭球体，其表面称为旋转椭球面。旋转椭球面旋转椭球面测量工作基准面为大地水准面测量工作基准面为大地水准面测量计算工作的基准面为旋转椭球面。测量计算工作的基准面为旋转椭球面。旋转椭球体旋转椭球体是由一椭圆（长半轴为是由一椭圆（长半轴为a a，短半轴为，短半轴为b b） 绕其短半轴绕其短半轴b b旋转而成的椭球体。旋转而成的椭球体。旋转椭球面旋转椭球面目前国际上公认的椭球元素数值为目前国际上公认的椭球元素数值为 长半轴长半轴 a=6378.137km 短半轴短半轴 b=6356.752km 扁率扁率 当测区不大时，可把地球当作圆

9、球，其半径的近当测区不大时，可把地球当作圆球，其半径的近似值为似值为1298.253abaa1()63713Raabkm地面点位的确定地面点位的确定 S SN N地面点位的坐标地面点位的坐标地理坐标高斯平面直角坐标平面直角坐标地理坐标地理坐标地理坐标：用经度、纬度表示地面点在球面上的位置。采用的基准面、基准线及测量计算坐标方法的不同：S 天文地理坐标S 大地地理坐标天文地理坐标天文地理坐标天文地理坐标：用天文经度和天文纬度表示地面点在大地水准面上的位置。首子午面向东为东经，向西为西经；赤道向北为北纬，向南为南纬。大地地理坐标大地地理坐标大地地理坐标：用大地经度L和纬度B表示地面点在旋转椭球面上

10、的位置，简称大地坐标。我国目前采用“1980年国家大地坐标系”。高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标1.高斯投影的形成步骤：1）沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。（按3、 6等分带 ）2）假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。3）地球表面投影到横椭圆柱面上并展开成高斯平面。Step1：沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。Step2：假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。Step3：地球表面投影到横椭圆柱面上2.高斯投影的特点：1)投影后的中央子午线是直线，长度不变。2)投影后的赤道是直线，保持与中央子午线垂直。3)离开中央子午线的子午线投影是以二极为终点的弧线，离

11、中央子午线越远，弧线的曲率越大，说明离中央子午线越远投影变形越大。6带高斯投影与3带高斯投影： 6带投影是从英格林尼治子午线（0）开始，自西向东，每隔6投影一次。将椭球分成60个带，编号为160带。3带投影是在6带基础上划分的，其中央子午线在奇数带时与6带中央子午线重合，每隔3为一带，从东经130开始，自西向东，共120带，编号为1120带。6带中央子午线经度中央子午线经度Lo=6N-3 3带中央子午线经度中央子午线经度Lo=3N3.高斯平面直角坐标系的建立：1）建立规则： X轴是中央子午线NBS的投影，北方为正方向； Y轴是赤道ABC的投影，东方为正方向； 原点，即中央子午线与赤道交点用O表

12、示； 四象限按顺时针顺序、排列2）坐标规定： 为避免横坐标Y出现负值，规定把坐标纵轴向西平移500Km； 为了根据横坐标能确定该点位于哪一个六度带内，规定在横坐标值前冠以带号。平面直角坐标平面直角坐标当测区的范围较小时，可以把测区球面当作平面处理，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直角坐标原点可假定，也可选在测区的已知点上，纵坐标轴为x轴，北方向为正。y轴与x轴垂直，东方向为正，象限按顺时针方向编号。答：以便数学上的三角公式直接适用于测量平面坐标系。 x=scos y=ssin问题：测量中的坐标象限顺序为何与数学中的相反？数学中的坐标系数学中的坐标系测量中的坐标系测

13、量中的坐标系高程系统高程系统 绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离。 相对高程：地面点到假定水准面的铅垂距离。 高差：二个地面点的高程之差，用h表示。 两点间的高差与高程起算面无关。“1985年国家高程基准”，青岛市观家山水准原点高程为72.260m。1987年后启用此基准。ABABABHHHHh用水平面代替水准用水平面代替水准面的限度面的限度对距离的影响对距离的影响2RD31DD取地球半径取地球半径R=6371kmR=6371km。D D用用不同距离代入，不同距离代入，计算结果：计算结果：1/20万12.83251/30万6.57201/54万2.77151/122万0.8210-0.00

14、1D/DD(cm)D(km)结论：当D=10km时，所产生的相对误差为1:122万，这样小的误差，对精密量距来说也是允许的。因此，在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以把水准面当作水平面看待，而不考虑地球曲率对距离的影响。对高程的影响对高程的影响22DhR 取地球半径R=6371km。D用不同距离代入，计算结果如下： D /m 10 50 100 150 200h/mm 0.00 0.20 0.80 1.77 3.10 对高程的影响对高程的影响结论：结论：用水平面代替水准面对高程的影响是很大的。例如，距离为150m时有1.77mm的高程误差，在200m时高程误差达到3.1mm，这在测

15、量中是不允许的。因此，对高程测量而言，即使距离很短，也应考虑地球曲率对高程的影响。对角度的影响对角度的影响球面上多边形内角之和比平面上多边形内角之和多一个球面超角。其值可用下式求得：式中：P球面多边形面积； R地球半径； 一弧度的秒值，=206265。2RP对角度的影响对角度的影响P/km2 10 50 100 300/ 0.05 0.25 0.52 1.52结论：结论：用水平面代替水准面对角度测量的影响不大。100km2的面积，产生的角度误差不到6。因此，在小区域测量中，曲率对角度的影响可忽略不计。取地球半径R=6371km。P用不同面积代入，计算结果如下：测量工作的测量工作的基本原则基本原则普通测量学的基本工作：普通测量学的基本工作：量距、测角和测高差。测量的基本工作测量的基本工作测量工作的基本内容