桥隧控制选修1绪论分解

桥隧控制测量

绪论梁建昌测绘工程系

自我介绍梁建昌

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办公地点：交通楼312课程要求到课实验作业成绩（考核）教学资料的网络教学平台使用一、关于桥隧控制测量1.什么是控制测量？设点外业采集数据处理、得结果

概念：在一定区域内，按测量任务所要求的精度，测定一系列地面标志点（控制点）的水平和高程，建立控制网，这种测量工作称为控制测量。控制测量知识回顾控制测量的分类按工作内容分平面控制测量高程控制测量测定控制点平面位置测定控制点高程按用途分大地控制测量工程控制测量全国范围内,按国家统一颁布的法式、规范进行的控制测量为工程建设或地形图测绘，在小区域内，在大地测量控制网的基础上独立建立控制网的控制测量2.为啥要进行控制测量？测量工作的必须保证精度、工作方便3.控制测量特点明确的等级多余观测点的作用范围大明确的技术指标和精度指标一定的可靠性4.何时需做控制测量？控制点数量不够了精度等级不够了坐标系统不合适了5.奔着怎样的目标去做？精度够用数量够用分布合理系统一致、合适点位稳定可靠点的利用率高6.控制网类型测图控制网：在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的～，也是相应地籍测量的依据。施工控制网：在施工阶段建立～，作为不同工程施工测量的依据。变形观测专用控制网：在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的～。7.工程控制测量作业流程（1）收集资料，实地踏勘。接受任务收集本测区的资料（图件、控制点成果）测区踏勘（行政隶属，气候、地形、交通现状、原有控制点现状）（2）图上设计控制网优化。（3）选点埋石（4）观测（5）计算数据处理平差8.桥隧控制测量的任务（1）在勘测设计阶段建立必要精度的测图控制网测绘桥址和隧道地表大比例尺地形图为工程设计提供必须的满足精度要求的数据（保证设计的桥隧技术上先进的、合理）（2）在桥隧工程施工阶段建立必要精度的施工控制网保证桥梁施工放样时桥轴线长度和桥墩中心定位有足够的精度；保证隧道贯通测量时贯通误差不超过某一限度。（3）在桥梁工程竣工后提供变形观测控制网及时分析变形原因，采取措施，以保证安全。利用变形观测资料，验证地基与基础的计算方法、桥梁结构的设计方法是否合理。桥墩受水流冲击和荷载作用时，会引起基础及其本身发生变形；钢梁因自重、构件安装误差及荷载和冲量的作用，会产生挠曲变形。桥隧控制测量的三项任务，由于时间有先后，规模有大小，形式和精度要求也不相同，可采用分别布网的方法。本课程将重点阐述施工控制网。9.桥隧控制测量的内容研究建立桥隧控制网的原理和方法：（1）研究用于控制测量的精密测量仪器的结构、性能和检验校正方法，以及对角度、距离、高差等观测值进行精密测量的理论和方法。（2）研究控制网的布设方法。控制网的精度不但与观测精度有关，而且与网的形状有关。（3）阐述桥隧控制测量的外业工作方法和步骤。怎样合理组织安排外业测量工作，避免或削弱仪器和外界条件产生的误差的影响，这是保证控制网的精度的一个很关键的问题。这一问题。（4）控制网的平差计算。按照测量平差的理论和方法，对外业工作获得的观测数据进行平差计算，求出未知量的最优估值并评定其精度，为桥梁放样和隧道贯通测量提供精密的测量数据。（5）介绍全球定位系统(GPS)在工程控制测量中的应用。GPS技术在桥隧控制测量、变形观测中都有重要的应用。绪论精密水平角测量精密测距技术精密水准仪和精密水准测量常用测量坐标系统投影与变换平面和高程控制网设计隧道控制测量桥梁控制测量实验1：方向观测法测角（四等）实验2：四等水准测量10.本课程学习的内容二、基础概念旋转椭球正常椭球正常高垂线偏差用一个非常接近大地水准面的、可以用数学式子表达的椭球来代替大地体，用这个椭球体的曲面作为测量计算的基准面。这个椭球叫做参考椭球。是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋转椭球。1.旋转椭球2023/3/929海福特椭球克拉索夫斯基椭球80西安坐标系椭球2000国家大地坐标系椭球

2023/3/930

地球重力场的基本知识大地体大地水准面：重力等位面参考椭球参考椭球面2.正常椭球（1）引力和引力位地球引力F，质点绕地球自转轴旋转而产生的离心力P，两个力的合力称地球重力g。重力g向量等于地球引力向量F及离心力向量P的和向量。即：g=F+P(1－1)引力近似认为地球是圆球，若其物质以同一密度按同心层的方式分布，那么引力将指向地心。据万有引力定律：对单位质点：地球引力常数:fM=398600km3/s2

是由地球形状及其内部质量分布决定的。引力位空间任意两质点M和m相互吸引的引力公式是：积分：单位质点：地球总体的位函数离心力指向质点所在平行圈半径的外方向。对单位质点:ω为地球自转角速度，ω＝2π／86164.095s=7.292115×10-5·rad·s-1,ρ为质点所在平行圈半径。（2）离心力和离心力位离心力位

质点坐标可用质点向径r，地心纬度φ，经度λ表示为离心力位函数（3）重力位重力位就是引力位和离心力位之和:重力位对任意方向的偏导数也等于重为在该方向上的分力，即水准面之间既不平行，也不相交和相切

说明：当g与l相垂直时，那么dW=0，有w=常数。给出不同的常数值，就得到一簇曲面，称为重力等位面，也就是我们通常说的水准面。可见水准面有无穷多个。其中，我们把完全静止的海水面所形成的重力等位面，专称为大地水准面。（4）地球的正常重力位和正常重力地球重力位计算公式：地球表面形状—研究对象内部物质密度—不知可直接计算得到的地球重力位的近似值：

地球正常重力位

正常重力位是一个函数简单、不涉及地球形状和密度便可直接计算得到的地球重力位的近似值的辅助重力位。知道了地球正常重力位，求出它同地球重力位的差异(又称扰动位)，便可据此求出大地水准面与这已知形状的差异，最后解决确定地球重力位和地球形状的问题。地球正常重力位

根据观测资料的精度和对正常重力位所要求的精度，可选取上式中的前几项来作为正常重力位。再将坐标原点选在地球质心上，又规定坐标轴为主惯性轴，再将地球视为旋转体，正常重力位U可用带球谐级数表示：把相应于实际地球的4个基本参数作为地球正常(水准)椭球的基本参数，又称它们是地球大地基准常数。把旋转椭球赋予与实际地球相等的质量M，同时假定它与地球一起旋转(即具有相同的角速度ω)，进而用数学约束条件把椭球面定义为其本身重力场中的一个等位面，并且这个重力场中的铅垂线方向与椭球面相垂直，由以上这些特性所决定的旋转椭球的重力场称为正常重力场。这样的椭球称为正常椭球.（5）正常重力场

中心和地球的质心重合，短轴与地球地轴重合，起始子午面与起始天文子午面重合；同时a、α的值满足全球范围内的大地水准面差距N的平方和最小，即在全球范围内最密合于大地体的正常椭球，称总地球椭球。

在一个国家或地区内，大小和定位、定向最接近于本地大地水准面的正常椭球称为参考椭球。（6）总地球椭球和参考椭球设在正常椭球面的垂线PQ0上取一点Q，使Q点的正常重力位UQ等于地面点P的地球重力位WP。UQ＝WP

对于任一地面点Pi可以找到满足于下式的点由这些点所构成的曲面，称为似地形面。由Q到正常椭球面的距离QQ0为：地面点P的正常高

3.似大地水准面由地球表面至似地形面的距离PQ称为高程异常ζ。因此，地面点P的大地高h可表示为:从地面起算向下量取各点的正常高HN,或者从正常椭球面起算向上量取各点的高程异常ζ，这样得到的一个曲面，称为似大地水准面。大地高H：地面点沿法线到椭球面的距离；正高H正：地面点沿实际重力(垂)线到大地水准面的距离；正常高H正常：地面点沿正常重力(垂)线到似大地水准面的距离。4.大地高、正高、正常高5.垂线偏差地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。实际重力场中的重力向量g同正常重力场中的正常重力向量γ之间的夹角称为重力垂线偏差。垂线同总地球椭球(或参考椭球)法线构成的角度称为绝对(或相对)垂线偏差。垂线偏差公式习题1.何谓垂线偏差?造成地面各点垂线偏差不等的原因有哪些?2.为什么水准面之间既不平行，也不相交和相切?3.同一水准面上的各点重力值是否相等?为什么?4.何谓大地高、正高、正常高？他们之间的相互关系如何？4．桥隧控制测量学的任务和主要内容是什么?5．名词解释（1）正常椭球（2）高程异常（3）总地球椭球（4）正常高（5）大地水准面差距（6）垂线偏差（7）似大地水准面附：表达地球引力位的计算公式（略）坐标原点置于地球质心，x轴在赤道平面并指向格林尼治子午面与赤道面之交点，z轴与地球自转轴一致，Y轴在赤道面上，构成右手坐标系，空间一点S坐标用（x,y,z)或（φ,λ,r）表示；地面质点M坐标用(xm,ym,zm)表示。(R／r＜1,将上式展开级数)（略）引力位公式然后转换为以球谐函数表达的形式：表达重力位的计算公式：（略）内容总结桥隧控制测量

绪论。全国范围内,按国家统一颁布的法式、规范进行的控制测量。测图控制网：在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的～，也是相应地籍测量的依据。施工控制网：在施工阶段建立～，作为不同工程施工测量的依据。变形观测专用控制网：在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的～。保证隧道贯通测量时贯通误差不超过