工程测量西南交大电子01第一章绪论

第一第一 绪 §1－1工程测量学的任务及作 一、测量学及其分 二、测量学在国家经济建设和发展中的作 §1－2工程测量学发展简 一、工程测量学的发展概 二、工程测量学的发展展 §1－3地球的形状和大 §1－4地面点位置的确 一、地理坐 二、平面直角坐 三、地心坐标 四、高 §1－5测量工作概 一、测量的基本工 二、测量工作的原 思考与练习 §1－1工程测量学的任务及作一、测量学及其分地测量学又分为常规大地测量学、大地测量学及物理大地测量学等。摄影测量与遥感学(Photogrammetryandremotesensing)——是研究利用电磁波传感3维工业测量。、、二、测量学在国家经济建设和发展中的作工程师和科学家根据测量取得的重力场数据可以分析是否存在重要矿藏，如石油、天然交通、水利建设离不开测量。铁路公路的建设从选线、勘测设计，到施工算和工程设计的依据如三峡工程从选址到设计大坝等测量工作都发挥了重要作用资源、土地利用和土壤改良离不开测量。建设现代化的农业，首先要进§1－2程测量学发展简一、工程测量学的发展概工作。在《史记》中对夏禹治水有这样的描述“陆行乘车，水行乘船，泥行乘撬，（jú要的测量工作是确定水位和堤坝的高度。秦代父子修建的都江堰水利枢纽工程，曾北宋时为了治理汴渠，测得“京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分，是水准测量早在公元前一千多年以前，我国就诞生了地图《汉书.郊毅志》中有：“禹收之金，百物而为之备，使民知神”。意思是说，在夏朝极盛时期，远方的人把地貌、地物以及禽兽画成图，而九州的长官把图和一些金属当作礼品献给夏禹，禹收下“之金”铸成鼎，并把远方人画的画铸在鼎上，以便百姓从这些图画中辨别各种事物。文中的“百物而为之备工程测量学的发展也受到了的促进。中国战国时期修筑的午道，公元前210年使工程测量进一步发展；20世纪70年代以来高能物理天体物理人造宇宙飞行、扩大除了传统的工程建设三阶段的测量工作外在观测海底探测巨型机器车床、和罪证中都应用了的精密工程测量仪器和方法1964年国际测量师FIG）为了促进和繁荣工程测量，成立了工程测量（第六，从此，工程测量学在国学”发展。高等工业大学教授“一切不属于地球测量，不属于国家地图集范畴的地形测量和不属于的测量，都属于工程测量。并且能够满足大型特种精密工程中对测量所愈来愈高的需求举世瞩目的三峡水利枢扭工程，小浪底、二滩和等水利枢扭工程；长达30多公里的杭州湾大桥和东海大桥km42.6km，km；GPS实时持续自动监测系统，监测点的位置精度达到亚毫米级。该工200米长的直线段漂移管准度达±0.1mm。大亚湾核电站控制网最弱点点位精度达长江二桥全桥的贯通精度（跨距和墩中心偏差）30多公里的杭州湾大桥的GPS首级控制网的最弱点点位精度高达±1.4mm高454m的东方明珠电视塔114300吨的钢桅杆天线，安装的铅垂准直误差仅±9mm。长18.4km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于±3mm，一等精密水准线路长12mm3mm。国外的大型特种精密工程更不胜枚举。以大型粒子为例，德国汉堡的粒子，堪称特种精密工程测量的历史博物馆。1959年建的同步，直径仅100m，1978年的正负电子环，直径743m，1990年的电子质子环，直径2000m。为了减少能量损失，改用直线代替环形，正在建的直线长达30km，100～300mTC2002KME5000相当，平均边长为50m的3800条边，改正数小于±0.1mm的占95%。的超导超级对撞机，其直27km所作的各种精密测量，均考虑了重力和潮汐的影响。主网和加密网采用GPS测量，精度优1ppm。种工程中应用的一个典型例子。大型挖煤机长140m，高65m，自重8000吨，其挖斗轮的直17.8m10多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量，在其上安置了三台GPS，与参考站进行无线电实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可达±1.5cm，根据三台的坐标，按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗4%。1600多个目标点，在夜间可完成全部精密测（V95设一个贯通面可缩短工期11年。整个隧道的工程投资预计约15亿，计划于2004年全线贯通。整个工程的测量工作集中反映了工程测量的技术。高耸建筑物方面，有人设想，在21世纪将建造2000m乃至4000m的摩天，这不仅是建筑师的梦想，也是对测量工程师的。二、工程测量学的发展展工程测量的发展趋势和特点可概括为：测量内外业作业的；数据获取及处理的测量内外业作业的系指测量内业和外业工作已无明确的界限，过去只能在内业GPS接信息共享和的网络化是在数字化基础上进一步锦上添花，包括在局域网和国际互期间的安全监测、防治和环境保护的各种问题。·多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS与电子全站仪·GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理方面发挥重大综上所述，工程测量学的发展，主要表现在从一维、二维到三维乃至，从点信息到从大型特种工程到测量工程从高空到地面以及水下从人工量测到无接触遥测，§1－3球的形状和大，，，古代，由于科学技术不发达，对地球的样子曾流传过许各和神话，人类只能通过元前6世纪后半叶提出了地为圆球的说法。又过了两个世纪之后根据月食等自然现象也认识到大地是球形，并接受其老师的观点了“地球”的概，，，直到公元前3世纪，学者托色尼首创子午圈弧度测量法，实际测量纬度从公元6世纪开始，西方在桎梏之下，人们不但不继续沿着认识物质世界的道路1132.321公里。之后，也于9世纪进行了富有成果的弧度测量。由此确认大地是球形的。但由于那时人类的活动范围很有限其真实形状都没有得到实践检验直到400多年前的1522年，，以上，对地球的认识，仍是根据局部资料和间接得来的。1969年7月20日，的珠穆朗玛峰高出海平面8848.13m，最深的太平洋马里亚纳海沟低于海平面11022m，其相对高差不足20km，与地球的平均半径6371km相比是微不足道的就整个地球表面而言，陆地面积仅占29%，而海洋面积占了71%。因此，我们可以设想地球的整体形状是被海水所图1－1地球自然表 图1－2旋转椭球大地水准面是一个不规则的无法用数学式表述的曲面在这样的面上是无法进量数据的长半轴短半轴a扁 1-1列出了几个著名的的是1975国际椭球，而全球（GPS）采用的是WGS-84椭球。1-扁率 191019401954年1975国际1980年国家1979国际GPS采用由于参考椭球的扁率很小，在小区域的普通测量中可将地（椭）§1－4面点位置的确一、地理坐1坐标1-3所示，将大地体看作地球，NS即为地P点的天文子午面。天文子午面与地球表面的交线称为天文子午线，也P点的天文经度。用0~180，在本初子午线以东的叫东图1－3天文坐 图1－4大地坐P点的天文纬度。用0~90，在天文坐标（，）是用天文测量的方法实测得到的2的大地坐标。该坐标用大地经度和大地纬度表示。如图1-4所示，包含地面点P的法线且通P的大地子午面P点的大地子午面与起始大地子午面所夹的两面角就称为P点的大地经度。用L表示，其值分为东经0~180和西经0~180。过点P的法线与椭球赤道面所夹的线面角就称为P点的大地纬度B表示值分为北纬0~90和南纬0~90。我国1954年坐标系和1980年国家大地坐标系就是分别依据两个不同大地坐标（L，B）因所依据的椭球体面不具有物理意义而不能直接测得，只L B

二、平面直角坐同，只是测量工作以x轴为纵轴，一般表示南北方向，以y轴为横轴一般表示东西方向，象规定，使数学中的三角在测量坐标系中完全适用。1当测区的范围较小，能够忽略该区地球曲率的影响而将其当作平面看待时，可在此平x（xy没有必然的联系而为独立的平面直角坐标系必要可通过与国家坐标系联测而纳入统300m2的平面直角坐标系，当测量精度要求较低时，这个范围还可以扩大数倍。2 平面直角坐标

1－5，当测区范围较大时，要建立平面坐标系，就不能忽略地球曲率的影响，为了解决球面与平面这对则必须采用地图投影的方法将球面上的大地坐标转换为平面直角坐标目前我国采用的是投影投影是由德国数学家测量学家一种横轴等角切圆柱横套在地球椭球体外并与椭球面上的某一条子午线相切，这条相切的子午线称为子午线16，1、投影后的子午线为直线，无长度变化。其余的经线投影为凹向子午线的对 图1－6投影概1-8所示。6°带投影是从英国起始子午线开始，自西向东，每隔经差6°分为一带，地球分成60个带，其编号分别为1、2、…、60。每带的子午线经度可用下式计算L6(6n

n6°带的带号。6°带的最大变形在赤道与投影带最外一条经线的交点上，长度变0.140.27％。带时与6°带子午线重合，每带的子午线经度可用下式计算L3

式中n′为3°带的带号。3°带的边缘最大变形现缩小为长度0.04％，面积0.14％图1－7投影分 图 6°带和3°带投我国位于东经72—136之间，共包括了11个6°投影带，即13—23带；223°投影带，即24—45带。位于6°带的第18带，子午线经度为105°通过投影将子午线的投影作为纵坐标轴用x表示将赤道的投影作为横坐标轴用y表示两轴的交点作为坐标原点由此构成的平面直角坐标系称为平面角坐标系如图19所对应于每一个投影带就有一个独立的平面直角坐标系区分各带坐标系则利用相应投影带的带号。在每一投影带内，y坐标值有正有负，这对计算和使用均不方便，为了使y坐标都为正值，故将纵坐标轴向西平移500km（半个投影带的最大宽度不超过500km，并在y坐标前加上投影带的带号。如图1-9中的A点位于18投影带，其自然坐标为 －82261m，它在18带中的通用坐标则为 m，Y=18417739m图1-9平面直角坐三、地心坐标大地测量是利用空中的位置来确定地面点的位置。由于围绕地球质心运动，所以大地测量中需采用地心坐标系。该系统一般有两种表达式，如图1-10所示1－10地心空间直角坐标系：坐标系原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格E，YXOZ平面构成右手坐标系。L为过地面点的椭球子午面与平子午面的夹角大地纬度B为过地面点的法线与椭H为地面点沿法线至椭球面的距离。（LBH者之间有一定的换算关系。的全球（GPS）用的WGS-84坐标就属这类坐标四、高垂线方向到大地水准面的距离就称为该点的绝对高程或海拔，简称高程H表示。如图1-11所示，图中的HA、HB分别表示地面上A、B两点的高程。我国规定以1950~1956“1956年黄海高程系新的国家高程基准面是根据青岛验潮站1952~1979的验潮资料计算确定的，依此基准面建立的高程系统称为“19851987年开始启1－11的距离，称为该点的相对高程或假定高程。如图1-8中的HA、HB分别为地面上A、B两点地面上两点之间的高程之差称为高差h表示，例如，ABhHBHAHBH

§1－5量工作概一、测量的基本工如图1-12BCDEABCDE，构成多边形D、水平角βh决定的，若已知其中一点的坐标（x，y）HD、βh将其它点的坐距离（水平距离或斜距角度（水平角和竖直角高程（高差1-12二、测量工作的原测量工作的目的之一是测绘地形图，地形图是通过测量一系列碎部点（然后再根据这些控制点分别测量各自周围的碎部点，进而绘制成图，如图1-13所示的多边ABCDEF就是该测区的控制网。1－13思考与练习1、水准大地水准直角坐标高相对高任意直角坐标水平参考椭2测量工作中的铅垂线 面垂直水准面上的任意一点都 垂直地球陆地表面上一点A的高程是A至平均海水面 方向的长度珠峰的高程是8848.48m，此值是指该峰 处 长度测量工作中采用的平面直角坐标与数学中的平面直角