注册结构专业基础工程测量基本概念讲义

第十三章工程测量第一节工程测量基本概念工程测量主要任务测量学包括大地测量、工程测量、摄影测量与遥感、地图制图、测绘仪器等分支学科。工程测量是研究工程建筑在设计、施工和管理阶段中所进行测量工作的理论和方法的学科。工程建筑在设计阶段需要测绘地形图，在施工阶段需要将设计的建筑物的位置在实地放样出来，前者称为“测绘”，后者称为“测设”，是工程测量的主要任务。另外，工程建筑物在施工和运营管理阶段需要监测其主要点位的空间位置的变化，称为“变形观测”。本章主要讨论工程建设所需要的测绘、测设和变形观测。二、地球的形状和大小测量工作是在地球表面上进行的，地球的形状大小与测量问题有关。地球自然表面有高山、平原、海洋等起伏变化的形态，但就整个地球表面积而言，陆地约占29%，海洋约占71%，地球大部分地区为水面所包围。设想任一静止的水面无限延展，穿过陆地，包围整个地球，形成一个近似于圆球的闭合曲面，称为水准面。水准面是作为流体的水受地球重力影响而形成的重力等势面，它的主要特征是面上任意一点的铅垂线都垂直于该点处的曲面。水面高低不一，因此符合这个特征的水准面有无数个，其中与平均海水面相吻合的水准面称为“大地水准面”，它可以代表地球的实际形状和大小。由于地球内部物质的质量分布不均匀，重力受其影响，致使大地水准面形成一个不规则的、复杂的曲面。如果将地球表面上的图形投影到这个复杂的曲面上，计算是很困难的。为了解决这个问题，选用一个非常接近大地水准面、并可用数学式表示的几何形体来代表地球的形状大小。这个数学形体是由椭圆PEP1Q绕其短轴PP1旋转一周而形成的“旋转椭球体”，见图13-1-1，其旋转轴与地球自转轴重合，长轴旋转形成的平面与地球赤道平面重合，因此又称为“地球椭球体”。决定地球椭球体形状大小的参数为椭圆的长半径a、短半径b，由此可以算出另一个参数，扁率f：随着科学技术的进步，可以越来越精确地测定地球椭球体的参数。到目前为止，已知其精确数值为：由于地球的扁率很小，当测区面积不大时，计算上可以把地球作为圆球看待，其半径R可按下式计算：其近似值为6371km。三、地面点位的确定（一）确定点位的坐标系测量工作的基本任务是确定（测量或测设）地面点位的空间位置。确定点位有以下几种方式：（1）空间直角坐标系——以赤道平面为基准面，以地球质心为坐标原点的地心坐标系，如图13-1-2所示；（2）球面坐标系——又称地理坐标系，以赤道平面和首子午面为基准面，以大地经度L和大地纬度B确定点位的球面坐标系，如图13-1-3所示；（3）平面直角坐标系―利用空间直角坐标系或球面坐标系，将地面点位投影到某平面上的直角坐标系。对于工程建设而言，仅涉及地球表面的局部地区，采用平面直角坐标系无论对于工程建筑的规划、设计和施工都是较为合适和方便的。（二）地面点的平面位置峰地球椭球饥体是一个妇不可展的犁曲面，把季地球表面钞上的点化圆算到平面联上称为地翅图投影，言我国采像用再“山高斯投圆影袜”愁的方法。选将地球表证面按经线乞划分成投周影带，从熊首子午线育起，每隔榴经胖度搞6三°踏（雷或茄3雀°煮）划为一翼带，如贿图哀13-寄1-4版眯所示，自杆西向东将乓地球表面绩划分击为呢60虫述（层或脾120驰蚀）个带，殿依次编号说。位于各大带中央的爬子午线称材为该带的懒中央子午梅线。对易于哑6福°撕带，第一首个中央子男午线的经恳度成（庸λ笔0忙）题为找3扛°捎，其后任织一个带的段中央子午陵线的经度坚按下供式计算（疼式蛋中鱼N怕喂为投影带逆号级）恼:弊高斯投影省的基本理在论是：设索想取一个篇空心椭圆咐柱体使与玩地球椭球克体的中央孤子午线相取切，在球惧面图形与坐柱面图形眯保持等角痰的条件下邮，将球面笔上的图形板投影到柱花面上，称稻为等角投搏影。柱面广是一个可三展曲面，都将它沿着脂通过南极奴、北极的甩母线切开板，并展开隶成为平面魄，如舟图巩13-廊1-5范防所示。投妥影后，中凉央子午线万与赤道成纽为互相垂晚直的直线处，旦以中央子岁午线为纵既坐标冰轴擦x容浩，以赤道蔬为横坐标钱轴咱y然捡，组成每失一个投影揉带的平面烫直角坐标守系辽。在该坐成标系内，滔规谅定柏x饱径轴方向向器北为正食，康Y鲜昂轴方向向谣东为正。塌我国位于犯北半球仰，喉x仓翁坐标值总谊为正值宅，接y趁亡坐标值位替于中央子最午线以东筝为正，以纯西为负（贞例如胳图临13-住1-5盈奴中竿B半昨点的横坐胖标）。为同了避免负距值，一般惩将着X榆惯轴向西通移衬500渔km隶雅，使横坐糊标也均为纪正值。另怠外，在横午坐标值之址前再冠以张投影带的钳带号，以旱区别于其依他投影带刘。抬高斯平面灵直角坐标悬系在我国洁全国范围筒内是统一桂采用的，临也适用于促城市和工蓝程建设。扎高斯平面孟直角坐标准系通过分东带，可以搞在大范围遭内统一应悄用，故又乖称迫“德大地坐标神系北”兽。当测区乘范围很小响，不能与坊统一的大失地坐标系瓜取得联系跳时，也可脖以把测区享地面的一做小块球面同当作平面冷，任意选幻定坐标原予点，以测绢区的正北揉方向钳为波X姥旦轴方向，汇建立该地俩区的独立姜平面直角在坐标系。篮在某些建议筑设计或副建筑施工断中，采用掌以建筑物戴的主轴线未方向秋为凭X变鱼轴方向的镜独立平面虽直角坐标夹系，称为却建筑坐标列系。内大退地坐标系哭进行连测味的独立坐既标系，可柔以进行两秩者之间的关坐标换算姥。例如，悦建筑坐标茶系与大地贤坐标系的赵坐标换算柳。妻（三）地令面点的高苹程用地面点到柳大地水准愧面的铅垂方距离称为浩该点舱的带“奔绝对高圾程恼”配，又穷称辜“警海歉拔是”头，司图期13-锡1-6忆吧中六A破敬、巨B倚茧两点的绝渔对高程分性别纺为惹H萌A条，狭H河B苍。大地水洋准面是平菠均海水面偏的抽象延旁伸，其确蹈定方法是约在一个国婚家选择地对基稳固的否海边设立少验潮站，配对海水面测的涨落进不行长期观谋测，求得聚海水面的烟平均高度谜（平均海丰水面）作罢为高程零赖点，即大正地水准面配通过的点妻。珠在局部地调区如果无龙法知道绝仍对高程时趟，也可以徐假定一个喊水准面作辽为喜“麻大地水准航面磨”甲（高程零罩点），地乌面点到假阔定大地水教准面的铅被垂距离称钉为耻“繁假定高号程倦”本，或球称掘“泽相对高爷程渣”打。湿图葬13开-1摆-6安绸中胞A滩傲、鸡B传轿点的相对窑高程分别彩为迫H蹦A干‘郑、怀H裁B忙’废两地面点香之间的绝奖对高程或竖相对高程逮之差称细为桂“趣高维差敲”霉，一般啦用差h柱才表示薪。叮A辛事、晕B睬未两点间的深高差为耗四、工程笼测量的工重作程序及笔主要内容刑（一）测漏量工作的托基本原则殊地球表面扛的地形是愿复杂多样沾的，在测觉绘工作中楚将其分为辆两大类：解地面自然乔形成的高唱低起伏等感变化，例拿如山、谷避、平原、套河流等称才为脑“覆地馅貌东”湾；地面上溉由人工建庄造的固定啊建筑物、企构筑物，惨例如房屋忆、道路、悉桥梁等称狂为慧“胃地千物辫”阳。黄地物和地汗貌统称剥为庸“疼地蹄形狸”洒。测绘地佣形图时，爆要在某一晕个测站上程用测量仪骡器测绘该抓测区内所先有的地物坝和地貌是导不可能的是。同样，湖在某一工依程施工中小对整个工视程建筑的葱放样也不暂可能在一润个测站上今完成。测弯图与放样科均需要在极若干个测丢站上分别则施测，最纷后才能拼桑接成一幅起完整的地她形图或完液成整个工抢程建筑的蛮施工放样砌。因此，耗对于某一茶测区的测窝量与测设乱工作，首踏先要用较京严密的方猾法与较精景密的仪器赶，测定分均布在全区叙的少量控鸟制点的点翁位用作测担站，作为袖测图或放超样的骨架腹，以保证豪其整体性微和精确性绝，这种工半作称恢为只“例控制测哀量醋”壤。然后在席每个控制剪点上分别硬以较低的例精度测定停周围局部补地区的地饥形细部，刚或施工放币样建、构握筑驳物的详细崇点位，这理种工作称扮为吗“火细部测挨量贿”恳或汉“忍细部测纽设驴”赢。楚因此，起测绘工作凤在布局上拍是译“巩从整体到赶局晚部逐”课，在测量头次序上益是助“架先控制后梯细弦部傍”嚼，在测量站精度上农是华“始从高级到熊低呜级颤”猾这就是测朋绘工作应短遵循的基象本原则。奇（二）控蚀制测量寨控制测量败分半为平面控灰制测量和捎高程控制谢测量他，由一系记列控制点黎构成控制封网，控制茅点的坐标网和高程需闪要精确测阴定。曾平面控制根网以连续旬的三角形虑构成，测控定其角度充和（或）拥边长，称爬为三角网屈、三边网厨或边角网叹，其顶点桂称为三角比点驻，如桃图赤13怒-1班-7档缴（动所示核。平面控源制网以连夺续的折线签形式布设驾的称为导铃线，如船图递13-松1-7碗剥（现b更急）所示，备或构成多絮边形格网烘的称为导素线网，如例图防13陷-1迷-7皂还（开于c茶）所示。傲其转折点婶称为导线词点，两点努间的水平丈连线称为战导线边，松相邻两边圈间的水平块夹角称为经导线转折循角，导线伪测量就是队测定这些所转折角和躁边长。通辟过平面控掘制测量，支可以计算必出这些平桐面控制点哪的平面直员角坐标。铜高程控制曾测量为由颗一系列水宪准点构成坡水准路线踪和水准网拴，用水准锯测量或三芦角高程测涉量测定水哗准点间的墨高差，以住计算水准细点的高程凡。锄水准点属笑于高程控黄制点。秃平面控制矛点用水准杜测量或三练角高程测锤量测定其股高程的称扔为平高控垦制点。梦用全球定庭位系统贫（防GPS疗唐一良Glo倾bal厨Posi色tion痰ing哲Syst灯em锐险）中的相诉对定位方姥法测定控刷制点的平盖面位置和嗽高程的称昼为棋GPS才颤点，是最带先进的和蜡精确的测荐定点位的符方法。睡由势GPS断根点构成的罪平高控制班网称留为封GPS孔授控制网，蔬其形式相夕似于三角忙网和导线卧网的组合昨。化（三）细赞部测量．部在控制测颗量的基础狱上进行详匙细的地形挪图测绘或下建筑工程宵的施工放喂样称为细平部测量。联例如肤图赤13贼-1提-8狠炸所示为地楼物细部测躬量：图男中蜜A据法、眉B盗毙为已知平输面坐标和留高程的控射制点扔，寇1刮犬、痛2乎蜻、搜掌3桑为待测定货其点位的锤房角点（市地物细部其点），茶在复A错捐点安置测四量仪器，炭先瞄特准别B旅智点进行定届向，然后针依次瞄浑准班1菠妙、舍2鲁简、绳3再迷点，测定免这些点的役坐标和高暂程。在完菠成测区内帐所有地物托细部点的葵测定后，胆即可用各驶种成图方恳法（包括导计算机辅把助成图）薯绘制成地园形图。湖在山区和坚丘陵地区还，地面有胁明显高低榴起伏，除美了测定地奋物细部点颠以外，还闯需要测定摄一系列地将形特征点呆的坐标和维高程，胸据此可以声绘制出用腿等高线表肃示的地貌脆，如箱图余13绢-1套-9竞造所示，注钟于等高线丢上的数字但为地面的皂高程。实等时动态定宿位恋（伐RK凉凶）凳的早GPS衡折测量是细肆部测量中蹈最先进的并方法，可腹以同时测垮定细部点夜的平面位陕置和高程括。延（四）基区本观测量窄（邮1腥梢）距和离皇艳A剩艳、生B齿挡、蒜C呜僚不位于同拨一水平面匀内地，速B蒜A绵、渐BC疮拍的连线长年度为倾斜烈距离（斜菠距侮）姐S隐BA杯,S鸟BC雪。如果没将卵A糊邀、干C脚体点