《工程测量》课件-第一章 工程测量基础知识

1.1工程测量的任务、测量工作的基准线与基准面《工程测量》CONTENTS目录工程测量的内容与分类01工程测量的任务与工作原则02测量工作的基准线与基准面03工程测量的内容与分类01一、工程测量的内容与分类（一）工程测量的内容测量学是一门研究地球形状和大小、确定地面点位关系的一门学科。01/大地测量学02/地形测量学03/摄影测量与遥感04/工程测量学05/地图制图学……一、工程测量的内容与分类（一）工程测量的内容工程测量是测绘科学在工程建设中的直接应用，内容包括测定和测设两部分。测定/测绘使用测量仪器和工具，通过测量和计算，确定地球表面的地物和地貌，并按一定比例缩绘成地形图，供科学研究、经济建设和国防建设使用。一、工程测量的内容与分类（一）工程测量的内容测设/放样将图纸上已设计好的建筑物或构筑物的平面位置和高程在地面上标定出来，作为施工的依据。图纸(地形图)实地测绘/测定测设/放样一、工程测量的内容与分类（二）工程测量分类01/建筑工程测量02/线路工程测量03/桥梁工程测量04/水利工程测量05/市政工程测量06/矿山测量……按工程建设的对象不同工程测量的任务与基本工作原则02二、工程测量的任务与基本工作原则（一）工程测量的任务勘测设计阶段1、测绘各种比例尺地形图将地面上的地物、地貌的几何形状及其空间位置，按照规定的符号和比例尺缩绘成地形图，为工程建设的规划、设计提供图纸和资料。二、工程测量的任务与基本工作原则（一）工程测量的任务施工阶段2、施工放样和竣工测量把图纸上设计好的建(构)筑物，按照设计要求在地面上标定出来，作为施工的依据，并保证施工符合设计要求；进行竣工测量，为工程竣工验收、扩建、改建和维修等提供基础资料。二、工程测量的任务与基本工作原则（一）工程测量的任务运营管理阶段3、变形观测对于一些大型的、重要的建(构)筑物，在运营期间，定期对建(构)筑物的沉降、位移、倾斜及裂缝等情况进行变形观测，以了解其变形规律，确保工程的安全运营。二、工程测量的任务与基本工作原则（二）测量工作基本原则测量工作基本原则从整体到局部先控制后碎部从高级到低级布局上工作程序上精度上步步检核检核程序上测量工作的基准线与基准面03三、测量工作的基准线与基准面（一）地球的形状地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，自然表面高低起伏凹凸不平（如右图所示），平均半径约为6371km的椭球。其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。三、测量工作的基准线与基准面（二）基准面水准面地球上自由静止的水面叫水准面；它是一个处处与铅垂线正交的曲面。水平面与水准面相切的平面称为该切点处的水平面。三、测量工作的基准线与基准面大地水准面与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面。由大地水准面所包围的形体称为大地体。大地体是一个不规则曲面，不能用数学公式来精确表述。参考椭球面以椭圆绕其短轴旋转的椭球面，叫参考椭球面。三、测量工作的基准线与基准面参考椭球参考椭球面包围的形体称为参考椭球体或称参考椭球。测量工作就是以参考椭球面作为内业计算的基准面，并在这个面上建立大地坐标系，从而确定地面点的位置。三、测量工作的基准线与基准面（三）基准线地球表面上的物体都会受到重力的作用，重力的作用线常称为铅垂线。铅垂线是测量外业工作的基准线。测量内业计算的基准线是参考椭球面的法线。三、测量工作的基准线与基准面地球曲率对测量工作的影响一般不考虑10km范围内不考虑需要考虑角度测量距离测量高程测量SUMMARYOFTHELESSON本课小结一、工程测量的任务二、测量工作的基准线：铅垂线；基准面：大地水准面工程测量的任务勘测设计阶段：地形图测绘施工阶段：施工放样和竣工测量运营管理阶段：变形监测一、水准面有多少个？二、大地水准面有多少个？思考1.2点位的确定《工程测量》CONTENTS目录测量坐标系统01地面点的高程02测量的基本工作03测量坐标系统01一、测量坐标系统测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置，在一般工程测量中，表达地面点的空间位置通常需要三个量来描述。表达方式可以是该点在一定坐标系下的三维坐标；也可以是该点的二维球面坐标或该点投影到平面上的二维平面坐标，以及该点到二维坐标系的铅垂距离（即高程）。地理坐标系一、测量坐标系统测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置，在一般工程测量中，表达地面点的空间位置通常需要三个量来描述。表达方式可以是该点在一定坐标系下的三维坐标；也可以是该点的二维球面坐标或该点投影到平面上的二维平面坐标，以及该点到二维坐标系的铅垂距离（即高程）。地理坐标系地心坐标系一、测量坐标系统测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置，在一般工程测量中，表达地面点的空间位置通常需要三个量来描述。表达方式可以是该点在一定坐标系下的三维坐标；也可以是该点的二维球面坐标或该点投影到平面上的二维平面坐标，以及该点到二维坐标系的铅垂距离（即高程）。地理坐标系地心坐标系高斯投影平面直角坐标系一、测量坐标系统测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置，在一般工程测量中，表达地面点的空间位置通常需要三个量来描述。表达方式可以是该点在一定坐标系下的三维坐标；也可以是该点的二维球面坐标或该点投影到平面上的二维平面坐标，以及该点到二维坐标系的铅垂距离（即高程）。地理坐标系地心坐标系高斯投影平面直角坐标系独立平面直角坐标系一、测量坐标系统（一）地理坐标系用大地经度L和大地纬度B表示地面点投影到旋转椭球面上位置的坐标，称为称为地理坐标系。该坐标系是以参考椭球面作为基准面，法线作为基准线。例如，某点P的地理坐标为东经116°28′北纬39°54′。一、测量坐标系统大地点用大地坐标表示的地面点，统称为大地点。一般而言，大地坐标是由大地经度L、大地纬度B和大地高H三个量组成，用以表示地面点的空间位置。1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系都是大地坐标系。（一）地理坐标系一、测量坐标系统（二）地心坐标系地心坐标系属于空间三维直角坐标系，坐标原点O在地球质心，赤道面为XY投影面，自转轴为Z轴。卫星大地测量便是采用的此坐标系。一、测量坐标系统（二）地心坐标系“1954年北京坐标系”和“1980年西安坐标系”属于参心（坐标原点在参考椭球的中心）坐标系，由于其成果受技术条件制约，精度偏低、无法满足新技术的要求。因此，以地球质心为原点的地心坐标系2000国家大地坐标系应运而生，是我国当前最新的坐标系，英文名称为ChinaGeodeticCoordinateSystem2000，英文缩写为CGCS2000。一、测量坐标系统（三）高斯投影平面直角坐标系在工程测量中，常将椭球坐标系按照一定的数学法则投影到平面上，称为平面直角坐标系，我国采用高斯-克吕格投影，又名等角横切椭圆柱投影。核心思想是分带投影，以减少投影变形。通常分为3°带和6°带两种。利用赤道为横轴，每度带的中央经线为纵轴，建立坐标系，称为高斯投影平面直角坐标系（或高斯平面直角坐标系）。一、测量坐标系统（四）独立平面直角坐标系大地水准面虽然是曲面，但是当研究区域较小时（一般指半径不大于10km的范围），可以用区域中心点o的切平面来代替曲面，建立平面直角坐标系。地面点在切平面上的投影位置就可以用平面直角坐标来表达。一、测量坐标系统（四）独立平面直角坐标系测量中的平面直角坐标系与数学中的笛卡尔平面直角坐标系的区别：1.x轴、y轴位置互换；2.象限位置的顺序有变，但象限表达的含义没有变。地面点的高程02二、地面点的高程绝对高程地面点到大地水准面的铅垂距离称为该点的绝对高程，即海拔，简称为高程，用H表示。如下图所示，A点和B点的绝对高程就记为HA、HB。若HB>HA，则表明B点高于A点；反之，则表明B点低于A点。二、地面点的高程我国的高程系统大地水准面是高程起算面，我国以山东青岛观象山验潮站的黄海平均海水面为基准。测出国家水准原点与大地水面的高差。此高差值即为国家水准原点的高程值。“1956年黄海高程系统”，国家水准原点高程值72.289m。“1985国家高程基准”，水准原点高程值72.260m。二、地面点的高程相对高程当引用绝对高程比较困难或采用绝对高程表达不方便时，也可以采用相对高程。地面点到假定水准面的铅垂距离称为该点的相对高程，一般用H’表示，如H’A、H’B。二、地面点的高程高差地面上两点的高程之差称为高差，通常用h表示，hAB即为B点相对于A点的高差。hAB=HB–HA=HB’–HA’，由此可见高差与高程的起算面无关。hAB>0，表明B点高于A点；若hAB<0，表明B点低于A点。测量的基本工作03测量平面直角坐标系αxOYpxp=D*cosαyp=D*sinαDxpypABCabcDabDbc水平面ßα为OP与x轴的夹角，称为坐标方位角三、测量的基本工作地面点投影到水平面以后，为了推算点的坐标(X、Y)，需要观测水平距离D和水平角ß。三、测量的基本工作大

地

水

准

面AhABHBHAB已知A点高程HA，欲求B点高程HB，根据hAB=HB-HA

可得，只需测得AB的高差hAB。则，HA+hAB=HB三、测量的基本工作水平距离、水平角、高差是传统测量中确定地面点位置的三个基本要素，距离测量、角度测量、高程测量是测量的三项基本工作。随着现代测绘技术的发展，地面点的位置可以采用卫星定位技术直接确定，无需用传统坐标推算方式。因此，测量的基本工作也在发生改变。测量的基本工作距离测量角度测量高程测量SUMMARYOFTHELESSON本课小结二、绝对高程、相对高程与高差地面点到大地水准面的铅垂距离称为该点的绝对高程。地面点到假定水准面的铅垂距离称为该点的相对高程。地面上两点的高程之差即为高差。一、测量坐标系统地理坐标系、地心坐标系、高斯投影平面直角坐标系、独立平面直角坐标系。三、测量的基本工作距离测量、角度测量、高程测量二、不同的坐标系统之间可以互相转化吗？思考一、测量中的平面直角坐标系为何要将x轴与y轴位置互换？1.3测量误差的基础知识《工程测量》CONTENTS目录误差产生的原因与分类01衡量精度的指标02误差产生的原因与分类01一、误差产生的原因与分类（一）概念任何观测量，在客观上总是存在一个能反应其真正大小的数值，这个数值就是该观测量的真值（或理论值）。在我们实际测量过程中往往不能准确得到真值，即观测值与真值之间存在着一定的必然的差异。这个差异就被称为误差。真值观测误差一、误差产生的原因与分类（二）误差产生的原因仪器或工具本身制造不够精密给观测值带来的影响，例如，只有厘米分化的水准尺在进行水准测量时很难确保厘米以下数据的准确性；

仪器检校时不够完善导致残余误差的影响，如水准仪i角误差，经纬仪的视准轴误差等。1.仪器工具的影响一、误差产生的原因与分类（二）误差产生的原因

观测者感觉器官的辨别能力的局限性，以及操作习惯等原因（例如仪器的安置、照准、读数等）都会产生误差。

观测时所处的外界条件会对观测结果直接产生影响。如：风较大的天气条件照准目标的误差会比较大，温度、气压、大气折光、磁场等都会对观测值有影响。3.外界条件的影响2.观测者的影响一、误差产生的原因与分类（三）误差的分类误差按照性质分为系统误差和偶然误差两类。系统误差系统误差在符号、大小上有一定的规律性，或者可以用某个关系式来表达。所以，系统误差一般可采用一定的观测程序或模型改正的方法予以消除或减弱。偶然误差如果在相同的观测条件下进行一系列的观测，误差在符号和大小上都表现出偶然性，即单个误差的大小和符号没有规律，但总体而言却具有统计规律，这就是偶然误差。偶然误差难以消除，不过可以多次观测求平均来减小其影响。衡量精度的指标02二、衡量精度的指标精度：所谓精度就是指误差分布的密集或离散的程度。根据偶然误差的聚中性可知，误差分布越密集数据质量越好，精度越高。相反，则精度越低，质量越差。方差绝对误差极限误差中误差相对误差最或然误差精度指标SUMMARYOFTHELESSON本课小结一、误差产生的原因二、误差产生的分类仪器本身固有的误差给观测值带来的影响；观测时所处的外界条件会对观测结果直接产生影响；观测者感觉器官的辨别能力的局限性。按照误差按照性质分为系统误差和偶然误差两类。三、衡量精度的指标绝对指标：绝对误差、中误差、极限误差、方差…相对指标：相对误差观测错误属于误差吗？思考1.4测量数据记录计算的规范与要求《工程测量》CONTENTS目录数据记录的规范要求01计算中数字的凑整规则02测量数据记录的规范要求01一、测量数据记录的规范要求一切外业观测值和记录项目，应在现场直接记录，不得转抄、追记成果。一般要求使用铅笔填写，且记录完整。观测记录的数字与文字力求清晰，整洁，不得潦草。按测量顺序记录，不空栏、不空页、不撕页。（一）测量工作中需要记录及计算的测量数据较多，在实际工作中，一般都会采用一定格式的记录表格（手簿）以便于记录、计算和检核。（二）按照测量相关规范要求，为保证测量数据的原始性，数据记录需遵循以下原则和要求。一、测量数据记录的规范要求不得涂改、就字改字；不得用橡皮擦，刀片刮。常见1改7，3改5、改8，7改6等等。观测记录的错误数字与文字应单横线正规划去，在其上方写上正确的数字与文字，并在备注栏注明原因：“测错”或“记错”，计算错误不必注明原因；不得连环涂改。不同类型的测量数据，对数据的划改要求也不尽一致。实例分析实例（一）水准测量

在水准测量外业观测记录中，所有观测数据均不能划改毫米位，同一方向的基础读数和辅助读数不能同时划改，即不得连环涂改。实例测站编号点号后尺上丝前尺上丝方

向及尺

号标尺读数K+黑-红(mm)高差中数(m)备注下丝下丝后视距离前视距离黑面红面视距差（m）累积差（m）1BM1|TP115870155后2#150061870+0.83212130379前1#05675254-137.437.6后-前+0833+0932+1-0.2-0.20755①√1400②√5255③×记错测错实例（二）角度测量在角度测量外业观测记录中，度、分读记错误可按要求划改，秒值读记错误应重新观测，同一方向盘左、盘右不得同时更改相应数字，即不得连环涂改。实例测站竖盘位置目标水平度盘读数°′″半测回角值°′″一测回平均角值°′″备注B左A0101012P124853620右A0116P12653622记错①√②×实例（三）距离测量

在距离测量中，厘米和毫米读记错误应重新观测，分米及以上的读记错误可按要求正确划改。实例边名一测回平距读数(m)B—A第一次第二次第三次平均值89.50089.50189.30189.501记错①×√②89.50289.501实例

超限超限成果应当正规划去，超限重测的应在备注栏注明“超限”，重测的数据应在备注栏注明“重测”。实例测站竖盘位置目标水平度盘读数°′