《土木工程测量》1章教案课件

1、1.1 测量学简介 测量学是研究地球的形状与大小确定地球表面各种物体的形状、大小和空间位置的科学。 (1)、地物和地貌 1) 地物：地面上天然或人工形成的物体，它包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。 2) 地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵与平原等。 地物和地貌总称为地形。,第1章 绪论,(2)、测量学的任务 1) 测定 使用测量仪器和工具， 通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、 规定的符号缩小绘制成地形图。 2) 测设 将地形图上设计出的建筑物、构筑物的位置 在实地标定出来，作为施工的依据。,(3) 测量在国民经济建设中的应用 设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供结构

2、物的平面及竖向设计使用 施工阶段：将设计结构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据； 工程完工后：测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理应用，对某些重要的建筑物或构筑物在建设中和建成以后都需要进行变形观测，以保证建筑物的安全。,1.2 地球的形状和大小 (1)、地球 1) 南北极稍扁，赤道稍长，平均半径为6371km的椭球。 2) 表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态。 3) 海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。,2 地球的物理特性 1) 重力与铅垂线 重力地球上质点所受万有引力与离心力的 合力。 铅垂线方向重力方向。 2) 水准面 水准面静

3、止不动的水面延伸穿过陆地， 包围整个地球，形成的封闭曲面。 处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。 高度可变，水准面不唯一。,3) 大地水准面 与平均海水面相吻合的水准面。 由静止海水面向大陆延伸形成的不规则的封闭曲面。 大地水准面是唯一的。,3 参考椭球 1) 大地水准面有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示。 2) 将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。 3) 选择一个与大地水准面非常接近、 能用数学方程表示的椭球面作为投影基准面， 它由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球， 称参考椭球，表面称参考椭球面。,4) 法线由地表任一点向参考椭球面所作的 垂线。 5)参考椭球元素椭圆的长半轴

4、a和扁率f，,我国现用的几个参考椭球元素值,1.3 测量坐标系与地面点位的确定 (1) 参心坐标系与地心坐标系 空间坐标系分为地心坐标系和参心坐标系 。 “地心”地球质心，WGS-84为地心坐标系。 “参心”参考椭球中心。 参心一般不与地心重合， 54北京系与80西安系是参心坐标系。 工程测量使用参心坐标系， 地心坐标系与参心坐标系可以相互转换。,测量坐标系将三维坐标系分为 确定点的球面位置的二维坐标系 确定点高度的一维高程系。 (2) 确定点球面位置的二维坐标系 地理坐标系和平面直角坐标系。 1) 地理坐标系 天文地理坐标系，大地地理坐标系。 天文地理坐标系 地面点在大地水准面上的位置。 基

5、准铅垂线，大地水准面。 用天文经度，天文纬度表示,2）大地地理坐标系 表示地面点在参考椭球面上的位置。 基准是参考椭球面和法线。 用大地经度L和大地纬度B表示。 我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-北洪流村大地原点 建立的大地坐标系1980西安坐标系。 大地原点地理坐标为 东经10855，北纬3432，海拔417.2m。,通过与前苏联1942年普尔科沃坐标系联测，经苏联西伯尼亚从我国东北入境,传算过来的坐标系1954北京坐标系 其大地原点位于前苏联列宁格勒天文台中央。 (3) 平面直角坐标系 球面坐标对局部测量工作不方便,工程测量一般在平面直角坐标系中进行。地球是一个不可展的曲面,通过投影方法将地球

6、表面物体化算到平面上一定存在变形。,1) 高斯平面坐标系 高斯投影保持球面上的角度不变，边长存在变形。 保角投影。 高斯投影是德国科学家高斯在18201830年间 为解决德国汉诺威地区大地测量投影问题 提出的一种投影方法 从1912年起，德国学者克吕格将高斯投影公式加以整理和扩充并推导出了实用计算公式。 使用高斯投影的国家主要有德国、中国与前苏联。,将地球按经线划分成带，称投影带； 用一个空心椭圆柱横套在参考椭球外面； 椭圆柱与某一子午线相切中央子午线 将椭球面上的图形按保角投影的原理投影到椭圆柱体面上； 将椭圆柱体沿过南北极的母线切开，展开成平面，,按投影的经度范围划分 统一6带高斯投影 从

7、首子午线起，每隔经度6划分为一带(称统一6带) 自西向东将整个地球划分为60个带。 L0=6N3,保角投影：球面上的角度投影到横椭圆柱面上后保持不变，而长度将变长。 只有中央子午线投影后长度不变，并与赤道相互垂直。 建立的直角坐标系称高斯平面直角坐标系。 我国位于北半球，x坐标值恒为正，y坐标值则有正有负，最大y坐标负值约为-334km。 为保证y坐标恒为正，我国统一规定将每带的坐标原点向西移500km，既给每个点的y坐标值加500km。 为确定投影带位置，y坐标前冠带号。,高斯投影长度变形离中央子午线越远，长度变形越大； 减小长度变形的方法之一缩小投影带宽，经差。 统一3带高斯投影 带号n与

8、中央子午线经度L0的关系为L0=3n,我国大陆经度范围东经7327东经13509 用公式 N= Int(L +3) 6+0.5)求出 统一6带投影带号范围1323 用公式 n= Int(L 3+0.5)求出 统一3带投影带号范围2545 两种投影带的带号不重复 根据y坐标前的带号可以判断属于何种投影带。,2000国家大地坐标系：是全球地心坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下： 长半轴 a=6

9、378137m 扁率f=1/298.257222101 地心引力常数GM=3.9860044181014m3s-2 自转角速度=7.292l1510-5rad s-1,1.3.2 一维高程系 (1) 高程的定义 A点高程A点到大地水准面的垂直距离，HA 大地水准面的确定在海边设立验潮站，长期观测， 求得海水面的平均高度作为高程零点， 以通过该点的大地水准面为高程基准面。,国家高程系统 我国有两个国家高程系统。 1) 1956年黄海高程系 1954年在青岛市观象山建立水准原点， 采用青岛大港验潮站1950年1956年7年的潮汐记录资料 推算出的大地水准面为基准 引测出水准原点的高程为72.289

10、m。 以该大地水准面为高程基准 建立的高程系1956年黄海高程系。,青岛观象山水准原点,2) 1985国家高程基准 80年代，用青岛验潮站1953年1977年25年的潮汐记录资料 推算出的大地水准面为基准引测出水准原点的高程为72.260m。 以该大地水准面为高程基准 建立的高程系1985国家高程基准。 在水准原点，85高程基准大地水准面比56黄海系大地水准面高出0.029m。 2005年10月9日发布的珠穆朗玛峰峰顶岩石面海拔高程为8844.43m ，是85高程基准。,WGS-84坐标系原点位于地球质心， z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向， x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点， y轴通过右手规则确定。,1.4 地球曲率对测量工作的影响 (1)、对水平距离的影响,结论：在半径为10km圆内范围，可用切平面代替大地水准面。,(2)、对高程的影响,结论： 普通工程水准仪DS3测量高差的误差为3mm/km 高程的起算面不能用切平面代替。,1.5测量工作概述 1测量的任务测定和测设 1) 测定将地物和地貌按一定比例尺缩小绘制地形图。 在测区布设控制点A,B,C,D,E,F，测出其x,y,H坐标。 在已知点上安置仪器，测量地物与地貌特征点的