工程测量绪论培训讲学

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1、工程测量,测量学课程概述,课程性质：专业基础课 总学时数：48学时（2学分） 其中：课堂理论教学32学时 实验16学时 相关课程：测量教学实习（2周，1学分） 公共邮箱： 密码：celiang,教学基本要求：,课堂纪律： 考核方法：平时成绩占30%，结课考试占70%。 课堂实验：不许缺勤。 每班由班长或课代表负责分组，5人一组，选一名组长负责本组。,第一章绪论,本章教学基本内容：,测量学的任务 测量学在工程建设中的作用 地面点位的确定 水准面和大地水准面 独立平面直角坐标系的确定 绝对高程和相对高程 直线定向，坐标正反算 测量工作的组织原则,重点、难点：,测定、测设的概念与区别 水准面和大地水

2、准面的概念 绝对高程和相对高程的概念 平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系 直线定向，坐标正反算 测量工作基本原则,卫星定位,7/29/2020,13,GPS的原理：测距交会,A,B,C,A,GPS（Global Position System）,北斗卫星定位导航系统,1.1测绘学科与工程测量的任务,1.测量学的研究范畴 研究地球的形状和大小 确定地球表面物体的空间位置（包括空中、地表、地下和海洋） 对所得空间位置信息进行处理、储存、管理,地球内部构造,随着科技的发展和社会的进步，测绘学的研究对象不仅是地球，还需要将研究范围扩大到地球外层空间的各种自然和人造实体。,现代测绘学定义,研究对实体（包

3、括地球整体、表面以及外层空间各种自然和人造的物体）的与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文及其随时间变化的信息的采集、处理、管理、更新和利益的科学技术。,2.测绘学科的组成,按照研究对象及采用技术的不同分类 大地测量学： 普通测量学 摄影测量与遥感学： 地图制图与地理信息工程学 工程测量学 海洋测量学,3.测绘学的内容,测定：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的工作 测设：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（工程建设中称放样或放线）,某城市地图,某学校所在地的卫星图像,航测或遥感正射影像图,军事目标

4、跟踪,隐形飞机、定位轰炸,军事应用,高空实测成图 航天遥感,IKONOS影像,The image were acquired by the Shuttle Radar Topography Mission aboard the Space Shuttle Endeavor, Feb., 2000,IKONOS卫星图像,QuickBird,网络数字地图,三维仿真技术（虚拟现实）,美国 Mount Hood,等 高 线,植 被,河流、道路,降水量,4.工程测量的主要任务,研究测绘地形图的理论和方法 研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和和方法 研究建（构）筑物施工放样、建筑质量检验的技术和方法

5、对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测意义,举例说明：,1. 勘测设计阶段: 测绘各种比例尺的地 形图, 供规划、设计使用 2. 施工阶段: 施工测量、测设(施工放样)、竣工测量和变形观测 3. 运营管理阶段: 建（构）筑物变形观测和安全监测预报、扩建改建,1.2.1 地球的形状和大小,地球的自然表面 为了了解地球的形状，让我们由远及近地观察一下地球的自然表面。,1.2 坐标系统与高程系统,浩瀚宇宙中 : 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。, 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km。,机舱窗口俯视大地 : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。,地球的大小和形状,地球的形状近似

6、于一个两级略扁平,赤道略鼓,北极略长,南极略短的象倒放的梨.称“梨状体”。,武汉大学现代地球动力学部重点实验室构造的地球模型,当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面叫水准面。 在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。它实际是一个起伏不平的重力等位面地球物理表面。它所包围的形体称为大地体。,地球的物理表面,水准面：静止的水面（无数个）。 大地水准面：将静止的平均海水面向整个陆地延伸，形成封闭的曲面代替地球表面，这个曲面称为大地水准面（测量工作的基准面） 大地体：由大地水准面包围的地球形体 重力：地心

7、引力和离心力的合力 铅垂线：重力的作用线 （测量工作的基准线） 水平面：与水准面相切的平面,3.参考椭球面,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)来代替地球的形状，作为测量计算工作的基准面。 定义：选用一个大小和形状接近大地体的旋转椭球体作为地球的参考形状和大小，这个旋转椭球体即称为参考椭球，是一个规则的曲面体。,地球的数学表面 大地球体是一个有起伏的复杂曲面,不规则，无法建立数学模型。 数学表面：椭圆绕其短轴旋转而成的椭球体,称之为地球椭球体. a=6378140m b=6356755m e=1:289.257,b o a,N,S,它是一个规则的数学表面，所

8、以人们视其为 地球体的数学表面，也是对地球形体的二级综合，用于测量计算的基准面。,数学表达式：,式中，a、b为椭球体长短半径,扁率为：,实际地球,地球表面,大地体,旋转椭球体,大地水准面,旋转椭球面,由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种。,地球椭球体的基本公式 子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径、 平均曲率半径和纬圈半径,卯酉圈,子午圈,纬圈,地球椭球体的基本公式 子午圈曲率半径M、卯酉圈曲率半径N、 平均曲率半径P和纬圈半径 r,确定地面点位的方法,测量常用的坐标系统,点的位置 坐标系统,1.大地坐标系（大地测量的基本坐标系）,适用范围：用于大地问题的解算，研

9、究地球形状和大小，编制地图，火箭和卫星发射及军事方面的定位及运算。 基准面：参考椭球面 基准线：过地面某点的法线（即：在椭球面上某点做一与椭球体相切的平面，过该点垂直于此平面的直线） 表示方法：P(L,B,H) L-大地经度 B-大地纬度 H-大地高 坐标系中心：大地椭球体球心,1、坐标原点O选参考椭球体中心，原点与地球质心重合 2、Z 轴指向地球北极 3、X 轴指向格林威治子午面与地球赤道面交线 4、Y 轴垂直与XOZ平面，构成右手坐标系,点A空间直角坐标为 A（X、Y、Z），它与大地坐标B、L、H之间可用公式转换。,2.空间直角坐标系,已逐渐为军事及国民经济建设各部门采用作为实用坐标,3.

10、高斯投影和高斯平面直角坐标系,高斯投影：横切椭圆柱正形投影。又称为高斯克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。 目的：将球面坐标转换为平面坐标。,古德分瓣投影,好望角-墨尔本,摩尔威特古德分瓣投影,1.高斯投影的形成步骤： 1)沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。（按3、 6等分带 ） 2)假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。 3)地球表面投影到横椭圆柱面上并展开成高斯平面。,高斯-克吕格投影,Step1：沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。,Step2：假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上,Step3：地球表面投影到横椭圆柱面上,高斯-克吕格投影,6带中央子

11、午线经度Lo=6N-3 3带中央子午线经度Lo=3N,6带高斯投影与3高斯投影 ：,6带投影是从英格林尼治子午线（0）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。,3带投影是在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，从东经130开始，自西向东，共120带，编号为1120带。,高斯投影的特点： 椭圆柱与椭球面横切于某一条子午线（称为中央子午线） 中央子午线和赤道的投影为相互正交的两条直线。 其它经线投影成为凹向中央子午线，且以中央子午线为对称轴的曲线，收敛于两极。 中央经线投影后长度不变。其它经纬线投影后均变长，离中央经线越远其长度变形

12、越大。 高斯投影是正形投影，无角度变形。 所有经纬线投影后仍保持两两相互正交,高斯平面直角坐标系,适用范围：测区范围较大时（半径大于10km以上） 目的：将曲面上的问题转化为平面上的问题，同时使整个地球的坐标是一个统一的坐标系统 建立方法：高斯投影分带法 特点：正形投影，等角投影,高斯平面直角坐标系的建立：,1）建立规则: X轴是中央子午线NBS的投影，北方为正方向； Y轴是赤道ABC的投影，东方为正方向； 原点，即中央子午线与赤道交点用O表示； 四象限按顺时针顺序、排列,x=Dcos y=Dsin,数学中的坐标系,测量中的坐标系,D,D,平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系与数学中的笛卡尔坐标

13、系的区别： 目的：为了将数学上的三角和解析几何公式直接用于测量计算上,2）坐标规定: 为避免横坐标Y出现负值，规定把坐标纵横向西平移500Km； 为了根据横坐标能确定该点位于哪一个六度带内，规定在横坐标值前冠以带号。 为了区分不同投影带中的点，在点的Y坐标值上加带号N。因此，点的横坐标通用值为： Y = N + 500000 + Y,Y,4. 平面直角坐标系,适用范围：测区范围较小时（半径大于10km以下） 表示方法：P（x,y） 平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系与数学中的笛卡尔坐标系的区别： 目的：为了将数学上的三角和解析几何公式直接用于测量计算上,独立平面直角坐标系,当测区的范围较小时，

14、可以把测区球面当作平面处理，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，象限按顺时针方向编号。,5. 地面点的高程,高程：地面点到某一高程基准面的垂直距离。,hAB,HA,HB,高差：地面上两点的高程差，用hAB 表示。两点间的高差与高程起算面无关。,绝对高程（海拔高）：地面点沿铅垂线到大地水准面的距离，用 H 表示（是以大地水准面为高程基准面） 我国采用1956年黄海高程系统，现用“1985国家高程基准”，青岛市观象山水准原点高程为72.260m。1987

15、年后启用此基准。 相对高程（假定高程）：地面点沿铅垂线到任意水准面的距离，（是以任意水准面为高程基准面） 如：天津采用大沽高程系统，是以渤海的平均海水面为起算面，比黄海高程系低1.290m。 大地高：地面点沿法线到椭球体面的距离，用H大 表示（是以参考椭球体面为高程基准面）,全球变暖趋势不可逆转,1956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系 1987年国家测绘局公布：启用1985国家高程基准其比1956年黄海高程系上升 29毫米。,6.我国常用的坐标系统,历史上，一个国家或地区，可能采用过不同的坐标系； 我国沿用的大地坐标系；即: 1）.1

16、954年北京坐标系 2）.1980国家大地坐标系 3）.2000国家大地坐标系 4）.WGS-84世界大地坐标系,l）1954年北京坐标系 1954年以苏联采用的克拉索夫斯基椭球元素(其坐标原点为苏联西部的普尔科沃42年定位)作为参考椭球体，联测、平差后引伸到全国，这个过渡性的大地坐标系，称1954年北京坐标系。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。 高程基准为 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。 其缺点是： 1.椭球体面与我国境内大地水准面不是很好地符合，产生误差较大。 2. 大地控制点坐标多为局部平差，逐次获得，实际上连不成一个统一的整体。,2）1980年国家大地坐标系 采用1975年第16届国际大地测量及地球物理联合会推荐的新的地球椭球体元素（GRS1975） ，以陕西省西安市以北泾阳县永乐镇北洪流村某点为国家大地坐标原点，建立的坐标系，称198