工程测量之绪论

第一章绪论

§1-1测绘学简介一、定义研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和水下）点空间位置的科学。

测绘科学研究的对象主要是地球的形状、大小和地表面上各种物体的几何形状及其空间位置，目的是为人们了解自然和改造自然服务。二、内容测定：

使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据或成果，将地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、国防建设及科学研究使用。地面图纸测设：图纸地面

测设是指用一定的测量方法，按照一定的精度，把设计图纸上划设计好的建(构)筑物的平面位置和高程标定在实地上，作为施工的依据。三、测绘学发展历程1、始于古埃及2、我国在公元2世纪在司马迁的（史记.受本纪）中就记载了测量工作。3、16世纪起可以绘制各种比例尺地形图。4、20世纪60年代计算机辅助制图。5、1730年英国西森制成了第一台经纬仪，促进了三角测量。6、18世纪开始了大地天文学的系统研究。7、1809年法国的勒让德和德国的高斯分别提出了最小二乘准则。8、19世纪50年代法国的洛斯达首创摄影测量9、20世纪50年代朝着电子化和电动化方向发展，1948年电子测距仪出现。10、20世纪60年代实现了地图制图的自动化。11、1957年以后发展了卫星的测绘工作。12、当代测绘学科的发展和应用

我国测绘事业自1949年新中国成立后进入了迅速发展的时期。1956年建立了国家测绘总局，建立了全国统一的坐标系统和高程系统，建立了全国范围的大地控制网，测绘了全国基本图和大量不同比例尺地形图。测量室内外一体化。

GPS（Globalpositioningsystem）

RS（Remotesense）

GIS(Geographicinformationsystem)3S技术的结合数字地球(DigitalEarth)的概念。

四、分类测绘科学已发展为包含着许多学科的现代科学，它们分别是：1、地形测量学假如要研究的只是地球自然表面上一个小区域，则由于地球半径很大，就可以把这块球面当作平面看待而不考虑其曲率。地形测量学研究的内容可以用文字和数字记录下来，也可用图表示。2．大地测量学凡研究的对象是地表上一个较大的区域甚至整个地球时，就必须考虑地球的曲率。这种以研究广大地区为对象的测绘科学是大地测量学的范畴。这门学科的基本任务是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和研究地球重力场的理论、技术和方法。3．摄影测量与遥感学摄影测量与遥感学是利用摄影或遥感的手段获取目标物的影响数据，从中提取几何的或物理的信息来研究地表形状和大小的测绘科学。4．工程测量学城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作，统称工程测量学。主要任务有三方面，即：地面到图纸，图纸到地面，以及变形观测5．制图学利用测量所得的资料，研究如何投影编绘成地图，以及地图制作的理论、工艺技术和应用等方面的测绘科学是制图学的范畴。五、学习意义及要求1、学习本课程的意义。土木工程（包括公路、建筑）的设计、施工、竣工、扩建维修及变形监测均要进行测量工作。２、学习好本课程的要求。认真听课；做好笔记；独立完成作业；实验课认真对待。§1-2地球的形状和大小一、大地水准面

设想以一个静止不动的水面向陆地延伸，形成一个闭合的曲面包围整个地球，称这个闭合曲面为水准面。水准面有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面。大地水准面是测量工作的基准面。由大地水准面所包围的地球形体称为大地体。椭球面大地水准面ENSW二、特点：

水准面是受地球重力影响而形成的，其特点是水准面上任意一点的铅垂线(重力作用线)都垂直于该点的曲面。由于地球内部质量分布不均匀，重力也受其影响，故引起了铅垂线方向的改变，致使大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面。铅垂线法线地球自然表面大地水准面地球椭球面三、地球椭球或旋转椭球

经测量实践证明，大地体与一个以椭圆的短轴为旋转轴的旋转椭球的形状十分近似，而旋转椭球是可以用数学式严格表示的，测量工作便取大小和大地体很接近的旋转椭球作为地球的参考形状和大小。（计算的基准面）WEaboNS四、参考椭球体的定位

确定椭球体与大地体之间相互关系并固定下来的工作。以陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原点进行定位，建立了全国统一坐标系，即“1980年国家大地坐标系”。§1-3测量坐标系

测量工作的实质是确定地面点的空间位置，首先必须了解测量的坐标系统和高程系统。一、大地坐标系大地坐标系是以参考椭球面最为基准面，以起始子午面和赤道面最为在椭球面上确定某一点投影位置的两个起算面如下图二、空间直角坐标系

以椭球其中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴，指向符合右手规则。三、独立平面直角坐标系

测区较小时

数学平面直角坐标系

测量平面直角坐标系

四、高斯平面直角坐标系研究范围较大1、高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面上。使投影带的中央子午线与椭圆柱体相切，展开后为X轴，向北为正；展开后为Y轴，向东为正。图形：高斯投影方法图一图形：高斯投影方法图二投影剪开展平2、6°带的划分

为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0°开始，将整个地球分成60个带，6°为一带。计算公式：λ=6N-3λ——中央子午线经度,N——投影带号。3、3°带的划分

若仍不能满足精度要求,可进行3°带、1.5°带的划分。3°带计算公式：

λ=3Nλ——中央子午线经度,N——投影带号。4、我国高斯平面直角坐标的表示方法方法：（1）先将自然值的横坐标Y加上500000米；（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。例：国家高斯平面点P（2433586.693，38514366.157）所表示的意义:(1)表示点P在高斯平面上至赤道的距离;X=2433586.693m(2)其投影带的带号为38、P点离38带的纵轴X轴的实际坐标Y=514366.157-500000=14366.157m五、高程系统确定该点沿铅垂方向到某基准面的距离。绝对高程（海拔）：指某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，用Ｈ表示。相对高程：某点距假定水准面的铅垂距离。高差：地面上两点间的高程之差。ABHAHBH'AH'B大地水准面假定水准面黄海平均海水面高程基准面如何确定，基准点的高程为多少呢？

以青岛验潮站多年的观测资料求得黄海平均海水面，作为我国的高程基准面，建立了“1956年黄海高程系”，并在青岛市观象山上建立了国家水准基点（Ｈ＝72.289m）。在1987年启用“1985国家高程基准”，此时测定的国家水准基点高程Ｈ＝72.260m。§1-4水平面代替水准面的限度一、对距离的影响设球面(水准面)Ｐ与水平面Ｐ

在Ａ点相切Ａ、Ｂ两点在球面上弧长为Ｄ，水平距离为Ｄ′即Ｄ＝Ｒ·θ,Ｄ

＝Ｒ·tgθ,以水平距离Ｄ

代替弧长Ｄ所产生的误差为ΔＤ，则ΔＤ＝Ｄ

－Ｄ＝Ｒ（tgθ－θ）θ＝Ｄ／Ｒ代入上式取Ｒ＝637lkm，以不同Ｄ的代入式中，得出距离误差ΔＤ和相应相对误差ΔＤ／Ｄ表1水平面代替水准面的距离误差和相对误差距离D/km距离误差ΔD/mm相对误差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表可知，在半径为10km的范围内（相当于面积320km2），用水平面代替水准面可不考虑地球曲率对距离的影响。当精度要求较低时，还可以将测量范围的半径扩大到25km(相当于面积2000km2)。二、对高差的影响在图中，Ａ、Ｂ两点在同一球面(水准面)上，其高程应相等(即高差为零)。Ｂ点投影到水平面上得Ｂ

点。则ＢＢ

即为水平面代替水准面产生的高差误差。设ＢＢ

＝Δh，则即取R＝637lkm，则得相应的高差误差值，如表2所列。表2水平面代替水准面的高差误差距离D/km0.l0.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848由表可知，在进行水准(高程)测量时，应当用水准面作为测量的基准面。三、对水平角度的影响由球面三角学知识知道，同一空间多边形在球面上投影的各内角之和，较其在平面上投影的各内角之和大一个球面角超εP为球面多边形的面积当P=100平方公里，ε=0.51＇＇，当P=400平方公里，ε=2.03＇＇。

所以，地球曲率对水平角度的影响在一般测量工作中不必考虑，只有在最精密测量中才需要考虑。§1-5测量工作的组织实施地球表面的物体分为地物和地貌。地物:地面上固定性物体，如河流、房屋、道路、湖泊等；地貌:地面的高低起伏的形态，如山岭、谷地和陡崖