工程测量学简单讲解

工程测量学 孙立双第一章绪论1.1工程测量学在定义与测绘学科中的地位1.1.1学科定义定义1：工程测量学是研究各种工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。定义2：工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理、施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科。定义3：工程测量学是研究地球空间具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。以建筑工程和机械设备为研究服务对象。第一章绪论1.1.2学科地位

测绘学或称测绘科学和技术是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。该学科下面分三个为二级学科

1）大地测量学与测量工程

2）摄影测量与遥感

3）地图制图学与地理信息系统第一章绪论1.2工程测量学的内容1.2.1工程测量学的内容划分1.按阶段划分（1）工程建设规划设计阶段（2）工程建设施工阶段的测量（3）工程建设运营管理阶段的测量2.按照服务对象划分建筑、水利、线路、桥梁、地下、海洋、军事、工业、矿山等。第一章绪论1.2.2工程测量学的内容1）工程测量中的地形图测绘规划阶段用图比例尺一般较小，按照工程的规模可直接使用1：1万至1:10000的地形图。在施工阶段比例尺一般较大1：1000或1：500。2）工程控制网布设和优化设计工程控制网包括测图控制网、施工控制网、变形监测网和安装控制网。目前除特高精度的工程专用网的和设备安装控制网外，绝大多数控制网都可采用GPS定位技术建立。第一章绪论3）施工放样技术和方法将抽象的几何实体放样到实地上去，成为具体的几何实体所采用的测量方法和技术称为施工放样，机器和设备的安装也是一种放样。放样放样可分为点、线、面、体的的放样。具体方法包括：极坐标、偏角法、偏距法、投点法、距离交会、方向交会。4）工程的变形监测分析和预报工程建筑物的变形及与工程有关的灾害监测、分析和预报是工程测量研究的重要内容。变形监测技术几乎包括全部工程测量技术，除常规仪器外还包括各种传感器和专用设备。变形模型的建立。其主要针对目标点上的时间序列进行数据处理，包括多元线性回规分析、时间序列等。第一章绪论5）工程测量的仪器测绘仪器与测绘技术是一对孪生兄弟，测绘技术随着测绘仪器的发展而发展。（1）传统光学仪器向集成的光电一体化方向转变现代光学仪器已突破传统光学仪器模式，发展成为光、机、电、算一体化和智能化的现代光学仪器。以光机为主体的传统光学仪器主要是视觉参与下的人机系统，离不开人的操作和观察这与当代社会化大生产的要求很不适应。传统的经纬仪向电子经纬仪和全站仪转变。传统的水准仪向电子水准仪转变。

GPS的出现给测量工作带来了革命性的变化。

3D激光扫描仪。（2）国内测绘仪器的发展现状

A.水准仪，中低挡精度的水准仪，像S3等级的自动安平水准仪，年产量应该达到近20万台，主要是供出口，产量已经是世界第一位。现在,天津已成为水准仪主要生产基地，国内60%的水准仪出自天津。第一章绪论

B.电子经纬仪，随着拓普康电经技术的引进，北光、苏一光!南方等公司已进入批量生产，大部分出口指标与国外已经接近光学经纬仪今年看好，也有万台左右。

C电子全站仪，自2002年以来，苏光、北光、南方相继进入批量生产，中等精度，(5+3*10-6D)mm,年产量约2800台，但质量仍有较大差距，有部分出口。

DGPS也处于发展阶段，从静态发展到RTK主要采用国外OEM板加国产软件仅有2到3家生产，产值不足5000万元，目前又有了3~4家跃跃欲试，国外产品占优。（3）国外测绘仪器的发展

A.欧洲的测绘仪器以徕卡、蔡司等公司为主近年来，代表着仪器发展方向，全站仪的电脑化、自动跟踪、单人操作，高精度(1mm+1*10-6D),0.5“的全站TCA2003测量机器人，代表着当今最高水平，近年来也考虑着中低价位的仪器,例如DISTO激光测距仪,价位在2500元到7000元之间,非常实用，产量已超过20万台，他们是走高端市场,但总的来说销售额没有大幅度增长。第一章绪论

B.日本测绘仪器市场，由于受到日本国内的经济长期低迷影响,还有来自中国测绘仪器发展的冲击，日本几家公司的测绘仪器分部的部分公司处于亏损边缘“为了生存，四大公司各显其能，尼康与亚洲光学合资广东，专门生产全站仪;宾得公司与励精合资在上海建立公司，专业生产全站仪，拓普康!索佳正在加紧策划，主要为降低生产成本，利用中国制造能力和廉价劳动力，把设计、销售放在本土，生产制造放在中国，日本仪器跟踪欧洲仪器，质量上乘，性能很好，价格逐步降低，会占有我国的相当一部分市场.第一章绪论1.4工程测量学的发展历史“测量”一词来源于希腊字“γηδάιω”，是“土地划分”的意思。古埃及尼罗河每年洪水泛滥，淹没了土地界限，水退后需要重新划界，从而开始了测量工作。我国是世界文明古国，测绘方法出现很早，最早可以追溯到四千年以前。在《史记·夏本纪》中叙述了夏禹治理洪水的情况：“左准绳，右规矩。载四时，以开九州，通九道，坡九泽，度九山”。这说明在公元前21世纪已经使用简单的测量工具进行了测量工作。春秋战国时期，测绘有了新的发展。从《周髀算经》、《九章算术》、《管子·地图篇》、《孙子兵法》等书的有关论述中都说明了我国的测量、计算技术和军事地形图的内容已经达到了相当高的水平。在长沙马王堆汉墓出土的公元前2世纪的地形图、驻军图和城邑图，是迄今发现的最古老最翔实的地图。魏晋时刘徽著《海岛算经》，阐述了测算海岛之间的距离和高度的方法。西晋的裴秀主持编制了反映晋十六州的郡国县邑、山川原泽和境界的大型地图集——《禹贡地域图十八篇》，并总结出分率、准望、道里、高下、方斜、迂直的“制图六体”，从此地图制图有了标准和原则。第一章绪论在世界上，17世纪望远镜的发明和应用对测量技术的发展起到了很大的促进作用。1683年，法国进行了弧度测量，证明了地球是两极略扁的椭球体。1794年德国高斯提出了最小二乘法原理，以后又提出了横圆柱投影学说，对测量学的发展做出了很大贡献。1903年飞机的发明对航空摄影测量的发展起到了决定性作用，并大大减小了测量的劳动强度。二十世纪以来，电子计算机的出现，不仅加快了计算速度，并且改变了测绘仪器和方法。特别是1957年人造地球卫星的发射，促使测绘工作有了新的飞跃，开辟了卫星大地测量学这一新领域。多普勒定位是空间技术用于大地测量并得到普遍应用的一种先进技术。到了70年代，又出现了全球定位系统（GPS），用它进行精密控制测量能达到厘米级精度。人们利用遥感、遥测技术获得丰富的图像信息，编制大区域的小比例尺影像地图和专题地图。同时还出现了惯性测量系统和长基线干涉测量，前者是根据惯性原理设计的测定地面点大地元素的装置，后者是一种独立站射电干涉测量技术，用来测定相距很远地面点的相对位置。第一章绪论1.5精密工程测量

1）定义由于精度的含意较多,而且随测量技术的发展又在不断提高,有什么精度要求的测量才能称为精密工程测量就很难给出一个确切的定义“这里我们给出以下定义:凡是采用一般的!通用的测量仪器和方法不能满足工程对测量或测设精度要求的测量,统称精密工程测量。大型工程、特种工程中并非所有的测量都是精密工程测量。因此,大型工程!特种工程不能与精密工程并列，但是，大型特种工程中一定包括一些或许多精密工程测量“3维工业测量、工程变形监测中的许多测量也属于精密工程测量”就精度而言，在工业测量中，在设备的安装、检测和质量控制测量中，精度可能在计量级，如微米乃至纳米；在工程变形监测中，精度可能在亚毫米级，在工程控制网建立中，精度可能在毫米级，长大隧道的横向贯通精度虽然在厘米、分米级，但对测量精度要求很高，仍属于精密工程测量。

2）研究内容第一章绪论精密工程测量的研究内容主要包括精密工程测量的理论、技术、方法、专用的仪器设备以及测量软件研发等方面。精密工程测量的理论、技术和方法是以大地测量学为基础的“因为所有测量工作都要涉及参考面和线,如地球椭球体、大地水准面、垂线、经纬线、真北方向等。对于工程而言,小范围要求在几何平面上进行设计施工放样,大范围有时要穿过好几个3度带,而且高差也较大,就必须作椭球面向平面的归化计算,作局部大地水准面的精化,以及换带和投影计算、归化!投影等改正计算误差必须小于测量误差，因而,工程基准面和局部坐标系的设计是精密工程测量的重要问题。在精密工程测量特别是工程变形分析中涉及到数据处理理论和方法的研究，如非线性随机模型的参数估计、非参数估计和半参数估计理论、对于海量变形监测数据处理，要研究数据挖掘理论与方法,即要从大量的、模糊的和随机的各种数据源中，提取隐含在其中的有用信息和知识、统计分析、模糊数学、人工神经网络分形几何以及小波理论等是数据挖掘的基础理论、分类、模糊聚类、关联分析、回归分析、时序分析、偏差分析以及预测分析等是数据挖掘的常用方法。第一章绪论3）典型工程精密工程测量的若干发展与应用包含精密工程测量的典型工程非常多,如我国举世瞩目的长江三峡工程和其他的大型水利枢纽工程,长达30km多的杭州湾大桥、上海东海大桥以及其他特大桥梁工程,长18.5km的秦岭隧道、长达85.3km的大伙房引水隧道以及其他特长隧道工程,上海磁浮铁路、东方明珠塔和国家大剧院等特种工程,香港大佛工程,北京正负电子对撞机工程,大型大坝变形监测工程,高边坡和滑坡岩崩变形监测工程,大型设备的安装!检测和质量控制等都属于精密工程测量的范畴。国外的典型大型工程特种工程更是数不胜数,单就大型粒子加速器而言,欧洲原子核研究中心的环形正负电子对撞机LEP,整个工程位于直径8.6km，周长27km且深度达百米的地下环形隧道,布设有5000多块四极聚焦磁铁和两极弯转磁铁、瑞士的阿尔卑斯山隧道长57km,据报道其造价与我国的长江三峡工程相当。第一章绪论1.6工程测量学与相邻课程的关系大地测量学摄影测量学与遥感地图制图学人文管理工程测量学外语数学工程学科计算机科学第二章工程建设中的测量工作与信息管理按照工程规划设计，工程测量可分为规划设计阶段阶段测量工作、施工建设阶段测量工作和竣工后的运营管理阶段的测量工作。规划设计阶段的测量工作要是测绘地形图和纵、横断面测量或数字摄影测量成图。施工阶段的测量任务是按照设计要求在实地准确标定建筑物各部分的平面位置和高程位置，作为施工和安装的依据。一般要求先建立施工控制网，然后根据工程的要求进行各种测量工作。竣工后运营管理阶段的测量工作主要包括竣工测量以及为监视工程安全状况的变形测量及维修养护等测量工作。2.1工程规划设计阶段的测量工作

任何一项工程都必须按照自然条件和预期目的进行选址和勘测设计。在此阶段测量工作的目的主要是提供各种比例尺的地形图供设计人员设计。随着GIS的发展，利用GIS强大的分析功能为工程设计提供重要的辅助决策。2.1.1工业企业规划设计阶段的测量工作

设计部门根据地形图等资料和工业企业的生产特点，综合设计解决车间、辅助车间、动力设施、运输设施、仓库、工业管网等进行厂区的平面和竖向设计。第二章工程建设中的测量工作与信息管理一般来说，1：5000比例尺的地形图可用于厂址选择、总体规划、方案比较等；1：2000可用于初步设计；1：1000比例尺的可用于施工图设计，1：500地形图用于地形复杂、建筑物密集、精度要求较高的工业企业设计。2.1.2线路规划设计阶段测量工作

线路在勘测设计阶段的测量工作称为线路测量。公路、铁路、架空送电线路以及输油管道均属于线状工程。一般线路的勘测和设计工作，主要根据国家计划与自然地理条件，确定经济合理的位置。线状工程初步设计一般分为初（预）可研，可研，初步设计，施工图设计初步设计之前要现场实测，测量上称之为初测，就测量而言首先进行选点，进行控制测量，然后测量中线附近主要的控制物，以便随时调整线路。然后把线路中线放样实地（中桩组），测量人员要测中平和基平；同时横断组，桥涵组，动迁组同时跟进。线路工程设计主要设计平面线性、纵段线性、以及横断面。桥涵测量包括，定线测量、断面测量、桥梁地形测量、河床地形测量。桥涵设计要调查历史最大洪水位，计算汇水面积等问题。第二章工程建设中的测量工作与信息管理2.1.2线路规划设计阶段测量工作输电线路测量主要测量与架线塔位相关的控制物如沟、渠、坎等，以及和电线之间安全距离，如植被类型，和线路交叉的相关信息测量。2.2工程施工建设阶段测量工作工程施工建设阶段的测量工作主要是将设计好的建筑物位置在实地进行标定，另一方面对工程质量进行监督，进行工程质量监测。2.2.1施工测量对于不同的施工对象，施工方案有所区别，一般来说基本程序一致，包括施工控制网的建立和施工放样。施工控制网的建立根据不同的对象也有所差别，厂区控制网一般布设为矩形，对于起伏较大的工程（水利）及跨江河的工程一般采样GPS，对于线状工程一般GPS与全站仪布设导线网，地下工程采样导线网。施工放样主要内容：包括①选择已知点②选择放样方法③计算放样元素。第二章工程建设中的测量工作与信息管理2.2.2监理测量工作（1）施工前组织施工单位对控制网进行复测。加密施工控制点。（2）验收承包人的施工定线。（3）验收承包人测量的原始地面高程。（4）对桥梁施工放样的检测。（5）对路基厚度、平整度、纵横坡度进行抽查。（6）审批承包人的施工图。2.3工程运营管理阶段的测量工作

主要是工程建筑物的变形观测。变形监测网的建立、变形监测点的布设、测量点的观测。第二章工程建设中的测量工作与信息管理2.4工程建设中的测量信息管理2.4.1工程建设中测量信息管理现状

工程建设中的各个阶段都存在着管理信息的问题。目前，我国工程建设中的信息管理还比较落后，加强测量信息的管理，实现各种测量信息从数据采集、处理、更新到管理的一体化、自动化、智能化、网络化和数字化，是工程建设对测绘信息管理的新要求。目前的施工单位与设计单位之间的信息交流主要靠图纸进行交流，施工单位主要在设计的图纸上获取数据，有时根据实际需要更改设计，最终以竣工图的方式汇交给管理部门。管理单位需要知道规划设计阶段、施工阶段、施工监理单位的各种资料，以及长期的安全监测与预报。在工程规划设计阶段需要一套为工程规划设计服务的信息管理系统，该系统是施工方样、竣工验收、安全监测的基础，在施工阶段有为施工服务的管理系统，在管理阶段要有一套为工程安全运营服务的信息系统。工程测量信息管理在工程建设各个阶段都是必不可少的，如何将各个阶段的测量信息和相关资料连成一个有机的整体为施工、设计与管理单位服务，是工程测量学需要解决的问题。第二章工程建设中的测量工作与信息管理2.4.2信息处理与管理2.4.2.1数据的采集1）野外测量仪器采集。2）数字化仪或扫描矢量化采集。3）摄影测量或遥感的方式采集。2.4.2.2信息处理1.信息传输信息传输一般采样以下模式：信息源→编码器→信道→译码器→接收器，即信息源发出的信息经过编码器，将信号转换为电信号，通过信道（电缆、无线电、卫星通讯等手段）发送到目的地，在通过译码器将电信号转换成信息，由接收器进行接收。2.信息加工信息加工可以分为一次信息和二次信息。一次信息是初始信息，二次信息经过滤波或加工过的信息。第二章工程建设中的测量工作与信息管理3信息存储存储介质可以分为纸、胶片、光盘、硬盘等。2.4.2.3信息管理信息管理是指用科学的方法和手段对数据进行组织，信息组织需要对信息进行分类，信息分类常用的方法有，线分类法和面分类法。代码是代表事物名称、属性、状态等的符号，为了便于计算机处理，一般用数字、字母或它们的组合来表示。1）代码设计的作用（1）它为事物提供一个概要而不含糊的认定，便于数据的存储和检索。代码缩短了事物的名称，无论是记录、记忆还是存储，都可以节省时间和空间。（2）使用代码可以提高处理的效率和精度。按代码对事物进行排序、累计或按某种规定算法进行统计分析，处理十分迅速。（3）代码提高了数据的全局一致性。这样，对同一事物，即使在不同场合有不同的名称，都可以通过编码系统统一起来，提高了系统的整体性，减少了因数据不一致而造成的错误。（4）代码是人和计算机的共同语言，是两者交换信息的工具。代码设计在系统分析阶段就应当开始。由于代码的编制需要仔细调查和多方协调，是一项很费事的工作，需要经过一段时间，在系统设计阶段才能最后确定。第二章工程建设中的测量工作与信息管理2）代码设计原则合理的编码结构是信息处理系统是否具有生命力的一个重要因素，在代码设计时，应注意遵循以下一些原则：

1．适用性。设计的代码在逻辑上必须能满足用户的功能需要，在结构上应当与系统的处理方法相一致。例如；在设计用于统计的代码时，为了提高处理速度，往往使之能够在不需调出有关数据文件的情况下，直接根据代码的结构进行统计。

2．单义性。每个代码必须具有单义性，或称唯一性。即每个代码应唯一标志它所代表某一种事物或属性；每一种材料、物资、设备等只能有一个代码，不能重复，保持代码单义性。

3．可扩充性。代码设计时，要预留足够的位置，以适应不断变化的需要。否则，在短时间内，随便改变编码结构对设计工作来说是一种严重浪费。一般来说，代码愈短，分类、准备、存储和传送的开销愈低；代码愈长，对数据检索、统计分析和满足多样化的处理要求就愈好。但编码太长，留空太多，多年用不上，也是一种浪费。

4．规范性。代码要系统化，代码的编制应尽量标准化，尽量使代码结构对事物的表示具有实际意义，以便于理解及交流。

5．明义性。要注意避免引起误解，不要使用易于混淆的字符。如0,Z,I,S,V与0、2、1、5、U易混；不要把空格作代码；要使用24小时制表示时间等。

6．合理性。要注意尽量采用不易出错的代码结构，例如字母一字母—数字的结构（WW2）比字母—数字一字母的结构（如W2W）发生错误的机会要少一些；当代码长于4个字母或5个数字字符时，应分成小段。这样人们读写时不易发生错误。如726一499一6135比7264996135易子记忆，并能更精确地记录下来。第二章工程建设中的测量工作与信息管理3）代码分类方法常用2两类：线分类法和面分类法。线分类法是一种层级分类法，将数据逐次分成有层级的类目，类目间构成并列和隶属的关系，形成串、并结合的树形结构。例如，四机厂外购件分为56个大类，每个类目里有若干个中类，中类下面还有很多的小类，这种分类方法就是线分法。另一部分代码可采用面分类法，该法根据分类对象各自的特征，分成互不相关的面，面之间不存在从属关系，因而不存在交叉和重复，而且顺序固定。如产品、部件和零件，不反映隶属关系时，只按功能进行分类，可用面分法。尽量不要将物料的使用属性作为分类的依据，因为它是不稳定的，而采用自然属性作为分类的依据则比较可靠。优点：能显示类目的组配结构，提示复合主题中各个主题因素及其联系，表达性强；适应新学科、新主题不断出现的状况，容纳性强；分类号中每段号码局部调整，便于集中某些文献，并为读者提供多途径检。缺点：编号方法复杂；号码较长。第二章工程建设中的测量工作与信息管理第二章工程建设中的测量工作与信息管理第二章工程建设中的测量工作与信息管理第二章工程建设中的测量工作与信息管理2.4.3信息系统设计2.4.3.1数据库设计

数据库设计(DatabaseDesign)是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。数据库设计的基本步骤

数据库设计的过程(六个阶段)

1.需求分析阶段

准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）

是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步

2.概念结构设计阶段

是整个数据库设计的关键

通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型

3.逻辑结构设计阶段

将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型

对其进行优化

4.数据库物理设计阶段

为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）

5.数据库实施阶段

运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果

建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行

6.数据库运行和维护阶段

数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。

在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改

设计特点:

在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计

第二章工程建设中的测量工作与信息管理五、数据库各级模式的形成过程

1.需求分析阶段：综合各个用户的应用需求

2.概念设计阶段：形成独立于机器特点，独立于各个DBMS产品的概念模式(E-R图)

3.逻辑设计阶段：首先将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑模式；然后根据用户处理的要求、安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图(View)，形成数据的外模式

4.物理设计阶段：根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式。第二章工程建设中的测量工作与信息管理第三章工程控制网布设的理论与方法3.1工程控制网的分类和作用3.1.1测量控制网的分类按照测量的用途和范围分类三大类：全球控制网、国家控制网和工程控制网。全球控制网是由国际组织在全球范围内建立的大地测量参考框架，主要用于研究地球的形状、大小及大地测量参考框架。国家控制网的主要作用是：提供全国范围内的统一的地理坐标系统；保证国家基本图的测绘和更新，满足大比例尺测图的精度要求；为精密确定地面点的位置提供已知点及在特定坐标系下的坐标，如以地球参考椭球面为基准面的大地坐标或高斯平面坐标，以大地水准面为基准面的高程。工程控制网是工程项目的空间位置参考框架，是针对某项目具体工程建设测图、施工或管理的需要，在一定区域内布设的平面和高程控制网。第三章工程控制网布设的理论与方法3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤1.分类按照用途分为测图控制网、施工控制网、变形监测网、安装控制网；

按照网点的性质分为一维网（水准网、高程网）、二维网（平面网）、三维网；常见的控制网有：导线网、三角网（常规、GPS）、测边网、边角网。2.作用工程控制网的作用是为工程建设提供工程范围内统一的参考框架，为各项测量工作提供位置基准，满足工程建设不同阶段对测绘在质量（经度、可靠性）、进度和费用等方面的要求。

工程控制网具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。第三章工程控制网布设的理论与方法3.建网步骤

①确定控制网的等级②确定布网形式③确定测量仪器和操作规程④在图上选点构网，到实地踏勘⑤埋设标石、标志⑥外业观测⑦内业数据处理⑧提交成果4.高斯平面直角坐标系三种投影变形：长度变形、角度变形和面积变形三种。对于地形图的测绘来说，要求投影后的角度保持不变形，同时长度变化也要尽可能小，只有采用正形投影，才能满足上述要求.第三章工程控制网布设的理论与方法①高斯平面直角坐标系第三章工程控制网布设的理论与方法①高斯平面直角坐标系高斯投影的规律是：

(1)中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；

(2)赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；

(3)经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；

(4)中央子午线和赤道的投影相互垂直。第三节地面点位的确定

高斯投影规定以经差6°或更小的经差为准来限定高斯投影的范围，每一投影范围叫一个投影带。6°带是从0°子午线算起，以经度每隔6°为一带，将整个地球划分成60个投影带，并用阿拉伯数字1，2…60顺次编号，叫做高斯6°投影带(简称6°带)。

高斯平面直角坐标系第三章工程控制网布设的理论与方法

解：据题意，其高斯投影6°带的带号为：

Ｎe=INT（116º24′/6+1）=20(INT—取整数）中央子午线经度为：L0=20×6°－3°=117°

高斯投影6°带中央子午线经度L0与投影带号Ne之间的关系式为：

L0=Ne×6°－3°

例某城市中心的经度为116°24′，求其所在高斯投影6°带的中央子午线经度L0和投影带号Ne。第三章工程控制网布设的理论与方法我国解放初期，采用1950～1956年验潮资料,求得平均海水面位置,进而测得水准原点的高程为72.289m，此高程系统称为1956年黄海高程系。由于验潮资料时间周期短，不甚精确；为提高大地水准面的精度，国家又根据青岛验潮站1952-1979年的验潮资料组合成了10个周期为19年的验潮资料，经精确计算，于1985年重新确定了黄海平均海水面的位置和高程原点的高程（72.260m），并决定从1988年起，一律按此原点高程推算全国控制点的高程，称为“1985年国家高程基准”。可见，我国的验潮资料也为近年来海平面上涨提供了依据。5.水准原点第三章工程控制网布设的理论与方法3.1.3测图控制网测图平面控制网的等级一般为：三、四等三角网，一、二级小三角，或一、二、三级导线网，或一、二及导线。目前已经不再有纯粹的测角三角网，首级控制网多采用GPS测量。测图控制网的作用是控制测量误差的积累，保证图上的精度均匀和相邻图副正确接边，网点的密度和测图比例尺有关，点的位置取决于地形条件，控制范围尽量大，应尽量均匀，便于施策和图根加密。

如果测区内有国家控制点，且精度高于测区首级控制网的精度要求，两三角点间的距离投影到测区平均水平面上，投影后的改正误差小于最弱边误差（四等网1/4.5万），可直接利用。第三章工程控制网布设的理论与方法3.1.3测图控制网用GPS布设控制网，便于与国家点联测，无需点间通视，对边长和图形条件无特别限制，可以是控制网的精度更均匀，可使测区边缘的精度大为改善。大比例尺测图的高程控制网，通常采样水准测量代替，也可采样三角高程代替水准测量，适用过程中注意以下几点1）视线长度距离小于1KM。2)往返测竖直角。3）控制点之间组成闭合环。第三章工程控制网布设的理论与方法3.1.4施工控制网相对于测图控制网来说，施工控制网有以下特点：（1）控制的范围较小，控制点的密度较大，精度高。

（2）

使用频繁。（3）施工受干扰大。（4）控制网的坐标系与施工坐标系一致。（5）投影面与工程的平均高程面一致。3.1.5变形监测网变形监测网由参考点和目标点组成，一个网可以由任意个网点组成，但至少由一个参考点、一个目标点（确定绝对变形）或两个目标点（确定相对变形）组成。

参考点位于变形体外，目标点位于变形体上，变形体的变形由目标点的运动描述。第三章工程控制网布设的理论与方法变形体的坐标和基准的选择遵循以下原则：变形体的范围较大且形状不规则，可选择已有的大地坐标系，其好处是已知系统的规划和投影改正公式。由于变形监测网的精度有时高于国家大地网的精度，为了减小尺度上的紧张，应采取无强制的连接方法，即只固定一个点，二维和三维再固定一个方向。第三章工程控制网布设的理论与方法3.2工程控制网的基准和建立的方法3.2.1工程控制网的基准工程控制网的基准可分三类：（1）约束网：具有多余的已知数据（2）最小约束网：只有必要的已知数据（3）无约束网：无必要的已知数据第五章工程建设中的地形图与应用5.1工程规划阶段对地形图的要求5.1.1水利工程设计对地形图的要求

水利工程主要修建水工建筑物，如：拦河大坝、水闸、水利、发电厂、渠道、港口、码头等。在水库设计阶段1：1万至1：5万比例尺的地形图，以便选择坝轴线的位置，确定各类建筑物的布设方案。在施工阶段，对于坝区、厂房地区、船闸闸室、引水渠道以及引水隧道的进口等需绘1：1000和1：500比例尺的地形图。5.1.2道路工程设计对地形图的要求5.1.3工业与民用建筑对地形图的要求5.2大比例尺地形图及应用5.2.1大比例尺地形图的精度第五章工程建设中的地形图与应用

传统法测图的平面精度

数字测图的精度5.2.2大比例尺地形图在工程建设中的应用5.2.2.1按一定方向绘断面图5.2.2.2按规定的坡度方向选择最短路线5.2.2.3平整土地1设计面为水平面时的场地平整第五章工程建设中的地形图与应用

（1）在地形图拟建场地内绘制方格网

利用插值技术，计算格网点高程。（2）计算设计高程（3）绘出边界线

(4)计算填、挖高度填、挖高度=地面高程-设计高程第五章工程建设中的地形图与应用

（5）计算填挖方量角点填（挖）*（1/4）方格面积边点填（挖）*（1/2）方格面积中点填（挖）*方格面积（6）放样填、挖边界线及填、挖高度下图为一个场地的等高线图，预对该场地进行平整，场地平地平整设计面为水平面，计算设计高程？计算每个方格网节点的填挖高度？计算填方、挖方量的大小？第五章工程建设中的地形图与应用H设=[1*(36.32+40.63+39.21+41.78)+2*(37.84+36.83+37.36+38.41+39.58+41.12+41.36+41.38+40.67+39.85)+4*(38.04+39.08+40.31+39.21+40.18+40.74)]/[1*4+2*10+4*6]=39.52(4分)H1=36.32-39.52=-3.2;H2=37.36-39.52=-2.16;H3=38.41-39.52=-1.11H4=39.58-39.52=0.06;H5=40.63-39.52=1.11;H6=36.83-39.52=-2.69H7=38.04-39.52=-1.48;H8=39.08-39.52=-0.44;H9=40.31-39.52=0.79;H10=41.12-39.52=1.6;H11=37.84-39.52=-1.68;H12=39.21-39.52=-0.31;H13=40.18-39.52=0.66;H14=40.74-39.52=1.22;H15=41.36-39.52=1.84;H16=39.21-39.52=-0.31;H17=39.85-39.52=0.33;H18=40.67-39.52=1.15;H19=41.38-39.52=1.86;H20=41.78-39.52=2.26;（6分）填方=-[0.25*(-3.2-0.31)+0.5*（-2.16-1.11-2.69-1.68）+1*(-2.69-1.48-0.44)]*100=864.9立方米挖方=[0.25*(1.11+2.26)+0.5*(0.06+1.6+1.84+0.33+1.15+1.86)+1*(0.79+0.66+1.22)]*100=693.25立方米（4分）2设计面为倾斜面时的场地平整（1）在地形图拟建场地内绘制方格网利用插值技术，计算格网点高程。（2）计算设计高程（3）确定倾斜面最高点格网线和最低点格网线的设计高程设计高差=距离*设计坡度第五章工程建设中的地形图与应用设计高点高程=重心高程+设计高差/2设计低点高程=重心高程-设计高差/2（4）确定填挖方界限（5）确定方格点的填挖高度（6）确定填、挖土石方（7）放样填挖边界线5.3工程竣工图测绘5.3.1竣工图测量5.3.1.1竣工图测量目的（1）在新建和扩建工程中检验设计的正确性，阐明工程的最终成果，作为竣工后的技术资料。（2）为改扩建工程提供现状。第五章工程建设中的地形图与应用（2）为满足生产管理和监测的需要5.3.1.2工程竣工图的原则（1）控制测量坐标系与原有坐标系一致（2）充分利用已有的测量和设计资料。5.3.1.3工程竣工图的内容（1）现状图（2）辅助图（3）剖面图（4）专业图（5）技术总结报告第五章工程建设中的地形图与应用5.4水下地形图测绘5.4.1水下地形图的用途5.4.2水下地形测量的定位方法（1）全站仪定位（2）GPS定位5.4.3水深测量（1）简单设备（2）测深仪5.5数字地面模型第五章工程建设中的地形图与应用第五章工程建设中的地形图与应用第五章工程建设中的地形图与应用①不规则三角形网（TriangularIrregularNetworks，TIN）TIN通过由一组离散点形成的连续但不重叠的不规则三角形面片来表示3D物体的表面。在地学模拟中，通常用TIN模型来描述地质体表面的空间形态，它具有固定的结构和简单的处理过程，同时还可以较好地表示三角形之间的拓扑关系，能够保持测量数据的原始性。②规则格网模型（Grid）Grid具有存储量较小，数据结构简单，便于存储、管理以及分析计算等优点，因此该数字地形模型得到了广泛的应用，它的构建可以直接从离散采样点数据插值得到，也可以通过不规则三角网（TIN）数据内插得到。第六章工程建筑物施工放样6.1概述施工放样指将图纸上的建筑物、构筑物的平面位置和高程按设计要求，以一定的精度在实地标定出来。6.2建筑限差及精度分配6.2.1建筑限差建筑限差是指建筑物竣工之后实际位置相对于设计位置的极限偏差。6.2.2精度分配在等精度的情况下，第六章工程建筑物施工放样6.3常用的施工放样方法6.3.1直接放样法6.3.1.1高程放样1.水准仪法测设已知高程就是根据已知点的高程，通过引测，把设计高程标定在固定的位置上。如图所示，已知高程点A，其高程为HA，需要在B点标定出已知高程为HB的位置。方法是：在A点和B点中间安置水准仪，精平后读取A点的标尺读数为A，则仪器的视线高程为HI=HA+A，由图可知测设已知高程为HB的B点标尺读数应为：HB=HA-HB将水准尺紧靠B点木桩的侧面上下移动，直到尺上读数为B时，沿尺底画一横线，此线即为设计高程HB的位置。测设时应始终保持水准管气泡居中。洞内高程控制测量采用水准测量时，除采用常规的方法外，有时为避免施工干扰还采用倒尺法传递高程。

应用倒尺法传递高程时，规定倒尺的读数为负值，则高差的计算与常规水准测量方法相同：

hAB=a-b

第六章工程建筑物施工放样当基坑开挖较深时，基底设计高程与基坑边已知水准点高程相差较大并超出水准尺的工作长度，这时可采用水准仪配合悬挂钢尺的方法向下传递高程。

当待测设点于已知水准点的高差较大时，则可以采用悬挂钢尺的方法进行测设。如图所示，钢尺悬挂在支架上，零端向下并挂一重物，A为已知高程为HA的水准点，B为待测设高程为HB的点位。在地面和待测设点位附近安置水准仪，分别在标尺和钢尺上读数A1、B1和A2。由于HB=HA+A-(B1-A2)-B2，则可以计算出B点处标尺的读数B2=HA+A-(B1-A2)-HB。第六章工程建筑物施工放样2全站仪无仪器高法具体实施过程为首先在测站点仪器高输入0，然后测量后视点，后视点标高按照实际值输入，将实际高程值与所测得的高程值H’

之间做差，取得的值为△H，将△H作为仪器高输入到全站仪中，重新测量后视点高程，校对测量结果。如果测站点高程未知，将实际高程值与所测得的高程值H’

之间做差，取得的值为△H，将△H直接输入到测站高程中或仪器高中。第六章工程建筑物施工放样3全站仪中间法测量或放样概念：将全站仪架在后视点与前视点中间未知。能够消除的误差，i角误差，地球曲率差，大气折光差。注意：距离不能太远。利用相对标高。前后视尽量相等。6.3.1.2角度放样通常角度放样不能独立进行，通常与距离放样相结合。通过计算得到P点放样元素，这里指角度和距离。第六章工程建筑物施工放样AAP’βPP’‘第六章工程建筑物施工放样6.3.1.3距离放样设尺长改正ΔSl,温度ΔSt,倾斜ΔSh，真实尺长S’=S名义+ΔSl+ΔS+ΔSh计算整尺段数n，n=l/S’,

计算将余长L余，通过余长计算尺读书，读数=S*L余/S’6.3.1.4点位放样1.极坐标法第六章工程建筑物施工放样第六章工程建筑物施工放样2全站仪坐标法3距离交会法在公路测量中经常遇到公路上仪器安置在已知三角点上视线通视条件很差，在这些情况下通常的作法是在已知的三角点上安置测站，采用支导线的方法再测定一个三角点以满足测量的实际需要。这种方法需要架设两次仪器，不但效率低精度也很差，采用测边交会的方法只需要架设一次仪器，而且具有很好的精度。如果在待测区域附近只有两个彼此不通视的控制点，在这种情况下更能够体现测边交会的便捷性。本文介绍了测边交会的原理同时对其精度进行了分析。第六章工程建筑物施工放样第六章工程建筑物施工放样第六章工程建筑物施工放样第六章工程建筑物施工放样4.角度交会法前方交会5.GPSRTK1)收集测区控制点资料2）求定测区转换参数注意事项：①已知点分布均匀，能覆盖测区，②尺度比是否为1，③检测已知点。第六章工程建筑物施工放样6.3.1.5铅垂线放样建造高层建筑、铁塔、烟囱、电梯井、地下铁道竖井等高耸建筑物，需要保证垂直上的垂直度，因而需要放样铅垂线。1.经纬仪+弯管目镜法2.光学铅垂仪法3.激光铅垂仪法6.3.2归化法放样6.3.2.1归化法放样角度第六章工程建筑物施工放样精密测出β’Δβ=β-β’计算归化量PP’=S*Δβ/ρ第六章工程建筑物施工放样6.3.2.2归化法放样点位距离交会法粗略放样P点位置P’，量取到A、B两点的距离S’aS’b,,计算ΔSaΔSb分别量取ΔSaΔSb精确放样P点第六章工程建筑物施工放样角度交会法εa=SaΔβa/ρεb=SbΔβb/ρABP‘εbPεaα第六章工程建筑物施工放样一、圆曲线测设元素的计算

根据图中的几何关系，圆曲线测设元素按下列公式计算：

切线长曲线长外距超距D=2T-L

——路线转角R——圆曲线半径第六章工程建筑物施工放样二、圆曲线的主点测设

2．主点的测设

如左图所示：

(1)自路线交点JD分别沿后视方向和前视方向量取切线长T，即得曲线起点ZY和曲线终点YZ的桩位。

(2)再自交点JD沿右角分角线方向量取外距E，便是曲线中点QZ的桩位。

圆曲线主点测设(动画)第六章工程建筑物施工放样

对于高等级公路或地形复杂的地段，需在带状地形图上进行纸上定线，然后把纸上定好的路线放到地面上，一般采用下述方法标定交点位置。

一、交点的测设公路路线的转折点称为交点，用JD表示。对于一般低等级公路，通常采用一次定测的方法直接放线，在现场标定交点位置。第六章工程建筑物施工放样

3)穿线ZD1——ZD2直线和ZD3——ZD4直线1)准备数据N2，N3，N4，N5，N6，N7

1.穿线交点法2)放临时点第六章工程建筑物施工放样

①将经纬仪安置于ZD2上，盘左照准后视点ZD1，倒转望远镜，沿视线方向在交点概略位置前后打下两桩a1、b1（称为骑马桩），并在桩顶分别标出其中心位置，盘右位置仍照准ZD1，倒转望远镜，在骑马桩a2、b2上标出其中心位置。4)交点第六章工程建筑物施工放样二、圆曲线的主点测设

2．主点的测设

如左图所示：

(1)自路线交点JD分别沿后视方向和前视方向量取切线长T，即得曲线起点ZY和曲线终点YZ的桩位。

(2)再自交点JD沿右角分角线方向量取外距E，便是曲线中点QZ的桩位。

圆曲线主点测设(动画)第六章工程建筑物施工放样一、切线支距法

1．切线支距法原理如右图所示，切线支距法是以曲线的起点或终点为坐标原点，坐标原点至交点的切线方向为X轴，坐标原点至圆心的半径为Y轴。曲线上任意一点P即可用坐标值x和y来确定。2．切线支距法坐标的计算

设P为曲线上任意一点，P到曲线起点(或终点)的弧长l,相对应的圆心角为

，则P点的坐标为：

第六章工程建筑物施工放样一、切线支距法

3．切线支距法的测设方法

一般都是以曲线中点QZ为界，将曲线分为两部分进行测设。如上图所示，其测设步骤如下：

(1)根据曲线桩点的计算资料Pi(xi、yi)，从ZY(或YZ)点开始用钢尺沿切线方向量取Pi点的横坐标x1、x2、x3，得垂足N1、N2、N3；

(2)在垂足点Ni定出切线的垂线方向，沿此方向量出纵坐标y1、y2、y3,即可定出曲线上P1、P2、P3点位置；

(3)校核方法：丈量所定各桩点间的弦长来进行校核，如果不符或超限，应查明原因，予以纠正。

切线支距法测设圆曲线(动画)第二节圆曲线祥细测设二、偏角法

如右图所示，偏角法是以曲线起点(或终点)至曲线上任一点P的弦线与切线之间的偏角(弦切角)

和弦长C来确定P点的位置的。

2．偏角法测设数据计算偏角弧长弧弦差偏角计算校核

1．偏角法原理第六章工程建筑物施工放样3.测设方法二、偏角法

1.如左图所示，先将经纬仪置于曲线起点A(ZY)，使水平度盘读数配置为起始读数(360

-

A)，后视交点JD得切线方向；

2.转动照准部，使水平度盘读数