测量第一章 绪论

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1、第一章 绪 论 建筑工程测量 教学课件 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.1 土木工程测量学的任务 测绘科学应用很广：在国民经济和社会发展规划中，测量信息 是最重要的基础信息之一，各种规划及地籍管理，首先要有地形图 和地籍图。另外，在各项工农业基本建设中，从勘测设计阶段到施 工、竣工阶段，都需要进行大量的测绘工作。在国防建设中，军事 测量和军用地图是现代大规模的诸兵种协同作战不可缺少的重要保 障。至于远程导弹、空间武器、人造卫星或航天器的发射，要保证 它精确入轨，随时校正轨道和命中目标，除了应测算出发射点和目 标点的精确坐标、方位、距离外，还必须掌握地球形状、大小的精 确数据和有关地域的重

2、力场资料。在科学实验方面，诸如空间科学 技术的研究，地壳的变形、地震的预报等都要应用测绘资料。即使 在国家的各级管理工作中，测量和地图资料也是不可缺少的重要工 具。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 测绘科学在建筑类各专业的工作中有着广泛的应用。 例如：在勘测设计的各个阶段，要求有各种比例尺的地形图， 供城镇规划、选择厂址、管道及交通线路选线以及总平面图设计和 竖向设计之用。 在施工阶段，要将设计的建筑物、构筑物的平面位置和高程测 设于实地，以便进行施工。 施工结束后，还要进行竣工测量，绘制竣工图，供日后扩建和 维修之用。 即使是竣工以后，对某些大型及重要的建筑物和构筑物还要进 行变形、沉降观

3、测，以保证建筑物的安全使用。 1.1 土木工程测量学的任务 工程测量学工程测量学 1 绪 论 测定是指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，或把地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、 规划设计、科学研究和国防建设使用。 测绘(量)学研究地球的形状和大小以及确定地面(包括空中 、地表、地下和海底)物体的空间位置，以及对于这些空间位置信 息进行处理、储存、管理的科学。 它的内容包括测定和测设两个部分。 1.1 土木工程测量学的任务 测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在 地面上标定出来，作为施工的依据。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 大地测量学研究整个地球的形

4、状和大小，解决大地区控制 测量和地球重力场问题。常规大地测量和卫星大地测量。 1.1 土木工程测量学的任务 测量学按照研究范围和对象的不同，产生了许多分支科学。 普通测量学测量小范围地球表面形状时，不顾及地球曲率 的影响，把地球局部表面当作平面看待所进行的测量工作。 摄影测量学利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间 位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同， 可分为地面、航空、水下和航天摄影测量学。 海洋测绘学以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图 编制工作，属于海洋测绘学的范畴。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 工程测量学研究工程建设中所进行的各种测量工作，属于 工程测

5、量学的范畴。 1.1 土木工程测量学的任务 制图学利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制 印各种地图的工作，属于制图学的范畴。 本课程主要介绍普通测量学和部分工程测量学的内容。 学习本课程之后，要求达到掌握普通测量学的基本知识和基础 理论，能正确使用工程水准仪、工程经纬仪等仪器和工具；了解大 比例尺地形图的成图原理和方法，在工程设计和施工中，具有正确 应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施工测设的能力 ，以便能灵活应用所学的测量知识为其专业工作服务。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.1 土木工程测量学的任务 工程测量学的主要任务： 研究测绘地形图的理论和方法 研究在地形图上

6、进行规划、设计的基本原理和方法 研究建(构)筑物施工放样、建筑质量检验的技术和 方法 对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.2 地球的形状和大小 测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很不规则， 有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达 8848.13m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。但是这样 的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。再顾及到海 洋约占整个地球表面的71%，因此，人们把海水面所包围的地球形 体看着地球的形状。 由于地球的自转运动 ，地球上任一点都要受到 离心力和地球引力的双重 作用，这两个力的

7、合力称 为重力，重力的方向线称 为铅垂线。铅垂线是测量 工作的基准线。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 静止的水面称为水准面，水准面是受地球重力影响而形成的， 是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，并且是一个重力场的等位 面。 与水准面相切的平面称为水平面。水平面可高可低，因此符合 上述特点的水准面有无数多个，其中与平均海水面吻合并向大陆、 岛屿内延伸而形成的闭合曲面，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。 1.2 地球的形状和大小 工程测量学工程测量学 1 绪 论 通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何 形体(即地球椭球)

8、来代替地球的形状，作为测量计算工作的基准面 。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称 旋转椭球。 1.2 地球的形状和大小 工程测量学工程测量学 1 绪 论 这个旋转椭球体称为参考椭球体，为一规则的曲面体。可用数 学公式表示： 1.2 地球的形状和大小 式中a、b为参考椭球体几何参数。a为长半径，b为短半径。参 考椭球体扁率f应满足下式： (1-2-1) 我国目前采用的元素值为 长半径a=6378140m 扁 率 f=1:298.275 由于f很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其 半径为平均值6371km。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 并选择陕西泾阳县永乐

9、镇某点为大地原点，进行了大 地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在使 用的“1980年国家大地坐标系”。 由于地球椭球的扁率很小，因此当测区范围不大时， 可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为6371km 1.2 地球的形状和大小 工程测量学工程测量学 1 绪 论 地面点的空间位置都与一定的坐标系统相对应。在测 量上常用的坐标系有空间直角坐标系、大地坐标系、高斯 投影平面坐标系、平面独立直角坐标系等。 地面点位常用三个量表示。基准线、基准面。 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.1 大地坐标系 以参考椭球体面为基 准面。用大地经度L、纬 度B、大地高H表示地面 点的空间位置。 基准线为

10、法线。 经度自零子午面向东为正 、向西为负。纬度 椭球体面上的大地高为零 。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.2 空间直角坐标系 地面点位也可用空间直角坐标(x,y,z)表示。 x轴 z轴 y轴 右手坐标系 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.3 高斯平面直角坐标系 要将球面上的大地坐标按一定数学法则归算到平面上，即采用 地图投影的理论绘制地形图，才能用于规划建设。 地图投影有等角投影、等面积投影和任意投影三种。 等角投影又称正形投影，它保证在椭球体面上的微分图形投影 到平面后将保持相似。这是地形图的基本要求。正投影有两个

11、基本 条件： 保角条件，即投影后角度大小不变。 长度变形固定性，即长度投影后会变形，但在一点上各个方 向的微分线段变形比m是个常数k: m=ds/dS=k 式中：ds投影后的长度 dS球面上的长度。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.3 高斯平面直角坐标系 高斯投影的概念（正形投影） 中央子午线是直 线，其长度不变形，离 开中央子午线的其他子 午线是弧形，凹向中央. 子午线。离开中央子午 线越远，变形越大。 投影后赤道是一 直线，并与中央子午线 正交。 离开赤道的纬线 是弧线，凸向赤道。 在高斯投影平面上： 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用

12、的坐标系统 1.3.3 高斯平面直角坐标系 高斯投影可将椭球面变成平面，但离开中央子午线越远变形越 大，这种变形将会影响测图和施工的精度。为对长度变形加以控制 ，测量中采用限制投影宽度的方法分带投影。投影带宽以相邻 两子午线的径差l来划分。有6、3带等不同投影方法。 6带 投影是从英格林尼治子午线开始，自西向东，每隔6投影 一次。将椭球分成60个带，编号为160带。 各带中央子午线经度 (L06)按下式计算： (1-2-3) 已知某点大地经度L，可按下式计算所属的带号： (的整数商)+1(有余数时) 工程测量学工程测量学 1 绪 论 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统

13、 1.3.3 高斯平面直角坐标系 3带 是在6带基础上划分的，其中央子午线在奇数带时与6带 中央子午线重合，每隔3为一带，共120带，各带中央子午线经度 为： 各带中央子午线经度(L03)按下式计算： (1-5) 已知某点大地经度L，可按下式计算所属的带号： (的整数商)+1(有余数时) (1-5) 工程测量学工程测量学 1 绪 论 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.3 高斯平面直角坐标系 高斯平面直角坐标的建立 以赤道和中央的交点为坐标原点O，中央子午线方向为x轴，北 方向为正。赤道投影线为y轴，东方向为正。象限按顺时针排列， 同一投影带内y轴有正有负。

14、为使y值都为正，将纵坐标轴西 移500km,并在y坐标前面冠以带号， 第20带，中央子午线以西P点： xp=4429757.075m yp=-58269.593m 在20带中高斯直角坐 标为： xp=4429757.075m yp=20441730.407m 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.3 高斯平面直角坐标系 高斯平面直角坐标的建立 高斯直 角坐标系与 数学中的笛 卡尔坐标系 不同。 这样的 做法是为了 将数学上的 三角和解析 几何公式直 接用至测量 的计算上。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 1.3 测量常用的坐标系统 1.3.4 平面直角坐标系

15、当测区的范围较小时，可以把测区球面当作两面处理，直接将 地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直 角坐标原点一般选在测区西南方，以该测区子午线方向(真子午线或 磁子午线)为x轴，北方向为正。y轴与x轴垂直，东方向为正。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 大地高：以参考椭球体面为高程基准面。大地高是地面点沿法 线到椭球体面的距离，用H大表示。 1.3 测量常用的坐标系统 地面点的高程是指地面点到某一高程基准面的垂直距离。 1.3.5 高程系统 测量上常用的高程基准面有参考椭球体面和大地水准面。 海拔高：以大地水准面为高程基准面。即地面点沿垂线到大地 水准面的距离，也称为绝对高程

16、，用H海表示。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 在局部地区特殊条件下，不需要和国家高程系统联系，可采用 一个假设水准面为高程起算面。所得到的地面高程称为假设高程或 相对高程。 1.3 测量常用的坐标系统 “1956年黄海高程系”，青岛市观家山水准原点高程为72.289m 。 1.3.5 高程系统 “1985年国家高程基准”，青岛市观家山水准原点高程为 72.260m。1987年后启用此基准。 地面两点的高程差称为高差，用h表示，图1-9。A、B两点的高 差为： hab=Hb-Ha 由此可见两点间的高差与高程起算面无关。 工程测量学工程测量学 1 绪 论 测量中将地物和地貌统称为 地形。 测定地物和地貌的三维坐标，并用平面图形表示，称为地形图 地貌指地球表面高低起伏的形态，如山峰、河谷 、台地、悬崖等 地物包括地面上人造或天然固定物体，如房屋、 道路、河流、湖泊等 1.4 地面点位的确定 地物 地貌