《工程测量》第1章教案1ppt课件

1、主讲：王腾军 副教授：72482879E-mial：工程丈量Engineering Survey.1.1 测绘学的义务及其在工程中的作用 一、测绘学的义务 1 测绘学 测绘学是研讨地球的外形和大小，确定地球外表 各种物体的外形、大小和空间位置的科学。 2 测绘学的义务 根本义务是测定和测设。 3 测绘学的分支 大地丈量学、摄影丈量学、工程丈量学、地图制图学、海洋测绘学第一章 绪 论.二、测绘学在国民经济建立中的运用1 测绘学在城市规划、建筑工程中的运用设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供构造物的平面及竖向设计运用；施工阶段：将设计构造物的平面位置和高程在实地标定出来，

2、作为施工的根据；工程完工后：测绘开工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理运用，对某些重要的建筑物或构筑物在建立中和建成以后都需求进展变形观测，以保证建筑物的平安。.2 测绘学在交通工程中的运用为了确定一条最经济合理的道路，必需预先测绘道路附近的地形图，在地形图上进展道路设计，然后将设计道路的位置标定在地面上以指点施工；当道路跨越河流时，必需建造桥梁，在建桥之前，要测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量和河床地形图以及桥梁轴线长度等，为桥梁设计提供必要的资料，最后将设计桥台、桥墩的位置用丈量的方法在实地标定；当道路穿过山地需求开挖隧道时，开挖之前，必需在地形图上确定隧道的位置，根据丈量

3、数据计算隧道的长度和方向；隧道施工通常是从隧道两端相向开挖，这就需求根据丈量成果指示开挖方向，保证其正确贯穿。 .1.2 地球的外形和大小丈量任务是在地球外表上进展的，而地球的自然外表有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形状，其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。地球上的质点所受的万有引力与离心力的合力称为重力，重力的方向称为铅垂线方向。水准面：处处与铅垂线垂直的延续封锁曲面。水准面有无穷个。大地水准面：与假想的平均静止海水面相吻合的水准面。大地水准面是独一的。大地水准面是有微小起伏的、不规那么的、很难用数学方程表示的复杂曲面。将地球外表上的物体投影到大地水准面上，计算

4、起来非常困难。. 通常选择一个与大地水准面非常接近的、能用数学方程表示的椭球面作为投影的基准面，这个椭球面是由椭圆绕其短轴旋转而成的旋转椭球面，称为地球椭球面。 .1.3 丈量坐标系与地面点位确实定确定地面点位的本质就是确定其在某个空间坐标系中的三维坐标。一、大地坐标系大地坐标又称大地地理坐标，是表示地面点在参考椭球面上的位置，它的基准是法线和参考椭球面，它用大地经度和大地纬度表示。P点大地经度：过P点的大地子午面和首子午面所夹的两面角L。P点大地纬度：过P点的法线与赤道面的夹角B。.起始子午面过P点的子午面PLBO地轴赤道SNH大 地 坐 标 系.经过与前苏联1942年普尔科沃坐标系联测，经

5、我国东北传算过来的坐标系称“1954北京坐标系 ，其大地原点位于前苏联列宁格勒天文台中央。 我国以陕西省泾阳县永乐镇大地原点为起算点，由此建立的大地坐标系，称为“1980西安坐标系 简称80系或西安系。.二、高斯平面坐标系1 高斯投影高斯投影是将地球按经线划分成带，称为投影带，常用的有6带和3带投影。 6带投影：从首子午线起，每隔经度6划分为一带，自西向东将整个地球划分为60个带。带号从首子午线开场，用阿拉伯数字160表示。位于各带中央的子午线称为该带的中央子午线。第一个 6带的中央子午线的经度为3。那么恣意带的中央子午线经度与投影带号的关系以及根据某地面点的经度计算其投影带号的公式为 . 3

6、带投影：自东经1.5子午线算起向东划分，每隔经差3为一带，依次将全球划分120带，其带号为1120。那么恣意带的中央子午线经度与投影带号的关系以及根据某地面点的经度计算其投影带号的公式为 我国领土所处的概略经度范围是东经7327至东经09，6带投影与3带投影的带号范围分别为1323，2545。.高斯-克吕格投影NSNS.中央子午线和赤道投影为相互正交的直线投影无角度变形中央子午线投影后长度不变2 高斯坐标系以中央子午线投影为x轴，赤道投影为y轴，其交点为坐标原点。如P点坐标： x=12345678.9m； y=-168474.8m高斯坐标的构成Y=“带号+500Km+y，x坐标不变。P点坐标：

7、x=12345678.9m； y=20331525.2m.三、假定平面直角坐标系将测区中心点C沿铅垂线投影到大地水准面上得c点，用过c点的切平面来替代大地水准面，在切平面上建立的测区平面直角坐标系。坐标系的原点选在测区西南角以使测区内点的坐标均为正值，以过测区中心的子午线为轴方向。xyO平面直角坐标系.城市平面坐标系的选择一个城市只应建立一个与国家坐标系相联络的、相对独立和一致的城市平面坐标系，并经上级行政主管部门审查同意后方可运用。城市平面坐标系的选择应以投影长度变形值不大于2.5cm/km为原那么，并根据城市地理位置和平均高程而定。xyO施工坐标系Oxy数学平面直角坐标系.规定，当长度变形

8、值不大于2.5cm/km时，应采用高斯投影一致3带的平面直角坐标系统；当长度变形值大于2.5cm/km时，可依次采用投影于抵偿高程面上的高斯投影一致3带的平面坐标系；高斯投影恣意带的平面坐标系，投影面可用黄海平均海水面或城市平均高程面；假定平面直角坐标系。所谓抵偿高程面，就是当城市所处的一致3带平面坐标系的高斯投影间隔变形值大于2.5cm/km时，经过适中选择间隔投影的高程面，使计算出的K值仍能满足小于2.5cm/km的要求。其高程Hm称为抵偿高程面。 .四、WGS-84坐标系坐标系的原点位于地球质心，z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子

9、午面和CTP赤道的交点，y轴经过右手规那么确定。WGS-84地心坐标系可以与1954北京坐标系或1980西安坐标系等参心坐标系相互转换。.1.4 地面点的高程一、高程地面点沿铅垂线到大地水准面的间隔称为该点的绝对高程或海拔，简称高程，通常用加点名作下标表示,如HA、HB。.二、 国家高程系统我国境内所测定的高程点是以青岛验潮站历年观测的黄海平均海水面为基准面，并于1954年在青岛市观象山建立了水准原点，经过水准丈量的方法将验潮站确定的高程零点引测到水准原点，也即求出水准原点的高程。新中国成立后，1956年我国采用青岛验潮站1950年1956年7年的潮汐记录资料推算出的大地水准面为基准引测出水准

10、原点的高程为72.289m，以这个大地水准面为高程基准建立的高程系称为“1956年黄海高程系 ，简称“56黄海系。.80年代，我国又采用青岛验潮站1953年1977年25年的潮汐记录资料推算出的大地水准面为基准引测出水准原点的高程为72.260m，以这个大地水准面为高程基准建立的高程系称为“1985国家高程基准 ，简称“85高程基准。在水准原点，85高程基准运用的大地水准面比56黄海系运用的大地水准面高出0.029m。.1.5 用程度面替代水准面的限制一、地球曲率对程度间隔的影响 角普通很小，故略去五次方以上各项，并将 代入，得： 当S=10Km时，s/s=1/1217700，小于目前精细测距

11、的允许误差，因此在半径为10Km的范围内进展间隔丈量时，可不思索地球曲率的影响。.二、地球曲率对程度角的影响 由球面三角学可知，多边形在球面上投影的各内角之和，较其在平面上投影的各内角之和大一个球面角超，它的大小与图形面积成正比。其公式为： 式中，P为多边形面积，R为地球曲率半径，为206265 当P为100Km2时， =0.51，由此可知：在面积为100Km2范围内，地球曲率对程度角的影响只需在精细丈量中才思索，普通丈量任务不用思索。.三、地球曲率对高差的影响 上式中可用s替代t，h与2R相比，可忽略不计，那么上式可写成： 当s=100m时，h=0.8mm，由此可见：地球曲率对高差的影响，即

12、使在很短的间隔内也必需加以思索。.1.6 地面点确实定方法 测绘学的根本义务是确定空间点的位置，空间点的位置通常用三维坐标表示。其方法有：投影三维定位；直接三维定位。一、投影三维定位 将空间点沿基准线投影到基准面上，确定该点在投影面的位置和它沿基准线到投影面的间隔。将空间点沿椭球面的法线投影到椭球面上，该点的投影位置用大地经度L和大地纬度B表示，它到投影面的间隔用大地高H表示；将空间点投影到高斯平面或任一水准面的切平面上，用x，y表示投影位置，用该点的正常高表示该点到投影面的间隔。.投影三维定位的根本要素：程度距、程度角、高差程度距 空间点在投影平面上的投影长度。程度角 由一点出发的两空间直线间构成的空间角在投影平面上的投影角。竖直角 空间直线与程度面或天顶方向间的夹角。xyMABODhP.二、直接三维定位 直接确定空间点在空间大地直角