土木工程测量第01章

1、第一章 绪论,1-1.测量学的定义及内容,1、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。 2、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。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,（,地面,图纸,）,2、内容： 测设： 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。,1.测量学的定义及内容 2.地球的

2、形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-1.测量学的定义及内容,（,图纸,地面,）,3.测量学的学科分类 大地测量学：研究地球表面广大区域点位测定的理论和方法。包括地球的大小和形状的测定、大地区控制测量、天文和重力测量。 普通测量学：研究确定地球表面小范围（1025公里）内点位的理论和方法，不顾及地球曲率，把地球表面当作平面看待。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-1.测量学的定义及内容,3.测量学的学科分类 摄影测量学：利用摄影相片或遥感技术来确定地面物体的形状、大小、

3、性质、特征和空间位置的学科。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-1.测量学的定义及内容,3.测量学的学科分类 工程测量学：研究工程建设中所进行的各种测量工作的理论和方法的学科。（城市建设、大型厂矿建筑、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。） 海洋测量学、及地图制图学等。 本课件主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内容，以便能为土木工程、土地管理、房地产开发、城镇规划与建筑设计等提供测量专业服务。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水

4、平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-1.测量学的定义及内容,科学研究： 国防建设： 经济建设： 5、测量学的发展： 古代： 现代：,4、测量学的作用：,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-1.测量学的定义及内容,1-2.地球的形状和大小,1、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。,1.测量学的定义及内容 2.地

5、球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,W,E,N,S,椭球面,大地水准面,2、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。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-2.地球的形状和大小,铅垂线,法线,地球自然表面,大地水准面,地球椭球面,3、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

6、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）,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-2.地球的形状和大小,W,E,N,S,a,b,o,4、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.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概

7、述,1-2.地球的形状和大小,1-3.地面点位的确定,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。 1、二维坐标系统 表示地面点在地球椭球面或投影在水平面上的位置，通常有下列三种坐标系统: （1）地理坐标（球面坐标） 天文地理坐标：表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。用天文测量的方法直接测定。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,（1）地理坐标（球面坐标） 大地地理坐标： 表示地面点在地球椭球面上的位置，用大地经度L和大地纬度B表示。,1.测

8、量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,（2）高斯平面直角坐标 高斯投影首先是将地球按经线分为若干带，称为投影带。它从首子午线(零子午线)开始，自西向东每隔6划为一带，用表示带号，位于各投影带中央的子午线称中央子午线()；也可由东经130开始，自西向东每隔3划为一带，用n表示带号，我国国土所属范围即带号=l323（n =2446）。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,6带中央子午线经度 =6-3 3带中央子午线经度 =3n。,1

9、.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,高斯投影： 设想将一个横圆柱体套在椭球外面，使横圆柱的轴心通过椭球的中心，并与椭球面上某投影带的中央子午线相切，然后将这个投影带上的点线投影到横圆柱面上。 再顺着过南北极的母线将圆柱面剪开，并展开为平面，这个平面称为高斯投影平面。在高斯投影平面上，中央子午线和赤道的投影是两条相互垂直的直线。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,1.测量学的定义及内容 2.地球的形

10、状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,高斯投影： 中央子午线的投影为高斯平面直角坐标系的x轴 赤道的投影为高斯平面直角坐标系的y轴。,由于我国国土全部位于北半球(赤道以北)，x坐标值均为正值，而y坐标值则有正有负。为了避免y坐标值出现负值，我国规定将每带的坐标原点向西移500km。由于各投影带上的坐标系是采用相对独立的高斯平面直角坐标系，为了能正确区分某点所处投影带的位置，规定在横坐标值前面冠以投影带带号。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点

11、位的确定,B点真正横坐标yb-124625.723m 按照上述规定，y值应改写为 yb 20(-124625.723+500000) 20375374.277,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,例: B点位于6带(20),补充：高斯投影是正形投影，即角度保持不变的投影。其中央子午线投影后长度无变形，但离中央子午线越远长度变形越大。实践证明，6投影带边缘部分的变形能满足1：25000或更小比例尺测图精度，当进行1：10000或更大比例尺测图时，采用3带投影。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形

12、状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,（3）独立平面直角坐标 当测量范围较小时(如半径不大于l0km的范围)，可以将该测区的球面看作平面，直接将地面点沿铅垂线方向投影到水平面上。在实际测量中，一般将坐标原点选在测区的西南角，使测区内的点位坐标均为正值，并以该测区的子午线(或磁子午线)的投影为X轴，向北为正，与之相垂直的为Y轴，向东为正，由此建立了该测区的独立平面直角坐标系。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,x,(北),1.测量学的

13、定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,平面直角坐标,西,y (东),x (北),南,(第四象限),(第三象限),(第一象限),(第二象限),A,yA,xA,o,2、高程系统 确定该点沿铅垂方向到某基准面的距离。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,A,B,HA,HB,HA,HB,黄海平均海水面,大地水准面,假定水准面,hAB,绝对高程（海拔）：指某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，用表示。,相对高程：某点距假定

14、水准面的铅垂距离。,高差：地面上两点间的高程之差。,高程基准面如何确定，基准点的高程为多少呢？,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-3.地面点位的确定,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（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72.260m。,1-4.水平面代替水准面的限度,在普通测量中：大地水准面（投影）圆球面（投影）平面图纸上 就理论上而言，将极小部分的水准面(曲

15、面)当作水平面是要产生变形的，必然对测量观测值(如距离、高差等)带来影响。 本节主要讨论用水平面代替水准面对距离和高差的影响(或称地球曲率的影响)，以便给出限制水平面代替水准面的限度。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1、对距离的影响,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-4.水平面代替水准面的限度,设球面(水准面)与水平面在点相切,、两点在球面上弧长为，水平距离为 ，,即,tg,以水平距离代替弧长所产生的误差为，则 （tg ）,取637

16、lkm，以不同的代入式中，得出距离误差和相应相对误差,代入上式,表1 水平面代替水准面的距离误差和相对误差,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)。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-4.水平面代替水准面的限度,2、对高差的影响 在图中，、两点在同一球面(水准面)上，其高程应相等(即高差为零)。点投影到水平面上得点。则即为水平面代替水准面产生的高差误差。设 h

17、，则 即,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-4.水平面代替水准面的限度,取R637lkm，则得相应的高差误差值，如表所列。 表2 水平面代替水准面的高差误差 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。,1-4.水平面代替水准面的限度,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,3、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 P为球面多边形的面积

18、 当P=100平方公里，=0.51， 当P=400平方公里，=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。,1-4.水平面代替水准面的限度,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-5.测量工作概述,测量工作的主要任务是： 测绘地形图 施工放样,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1、测量工作的基本原则 地形包括：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

19、，如山岭、谷地和陡崖等。,1-5.测量工作概述,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,在实际测量工作中应当遵守以下基本原则: 在测量布局上，应遵循“由整体到局部”的原则； 在测量精度上，应遵循“由高级到低级”的原则； 在测量程序上，应遵循“先控制后碎部”的原则。 在测量过程中，应遵循“随时检查，杜绝错误”的原则。,1.测量学的定义及内容 2.地球的形状和大小 3.地面点位的确定 4.水平面代替水准面的限度 5.测量工作概述,1-5.测量工作概述,2、控制测量的概念 控制测量：测定测区内若干个具有控制意义的控制点的平面位置(坐标)和高程，作为测绘地形图或施工放样的依据。 平面控制测量：确定测区中一系列控制点的坐标（x、y），形式有导线测量、边角测量及交会定点等。 高程控制测量：测定各控制点间的高差，从而求出各控制点高程，方法有水准测量、光电测距三角高程测量等。,1.测量学的定义及