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1、1.1 测量学与土建工程测量 1.2 地面点位的确定 1.3 用水平面代替水准面的限度 1.4 测量工作概述 1.5 测量常用计量单住换算,第1章 绪论,工程测量,定义：测量学是研究地面点空间位置的测定、采集、数据处理、存储与管理的一门应用科学。其核心问题是研究如何测定点的空间位置。 任务： 1.测绘：地面的地物地貌测量绘制成 图 2.测设（放样）：将图上设计建（构）筑物的图 形和位置在实地标定，作为施工或定界的依据 图上的设计实地,1.1 测量学与土建工程测量,1.1.1 测量学定义、任务与分科,1. 大地测量学: 研究大范围地区的控制测量和地形测量。由于人造卫星科学技术的发展，大地测量学又
2、分为常规大地测量学与卫星大地测量学，后者是研究观测卫星确定地面点位，即GPS全球定位。 2. 普通测量学: 研究地球表面局部区域的测绘工作，主要包括小区域控制测量、地形图测绘和一般工程测设。通常称测量学就是指普通测量学。 3. 工程测量学: 研究各种工程在规划设计、施工放样和运营中测量的理论和方法。 4. 摄影测量学: 研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的信息，以确定物体的形状、大小和空间位置等信息的理论和方法。 5. 地图制图学: 研究各种地图的制作理论、原理、工艺技术和应用的一门学科。,分科：,1.在工程规划设计阶段 首先需要规划区的地形图，有精确的地形图和测绘成果，才能保证工程的选址、选
3、线、设计得出经济合理的方案。 2.在工程施工阶段 工程的施工，主要目的是把工程的设计精确地在地面上标定出来，这就需要使用测量的仪器，按一定的方法进行施工测量。 3.在工程运营与管理阶段 为了能够正常运营或日后改进与扩建的需要，应进行竣工测量。对于大型或特殊的建筑物，还需进行周期性的重复观测，观测建筑物的沉降、倾斜、位移等，即变形观测，从而判断建筑物的稳定性，防止灾害事故的发生。,1.1.2 土建工程测量 它包括普通测量学，以及土建工程相关的土地整理测量、工民建施工测量，公路工程、管道工程测量等。,1.1.3 测量在工程各阶段建设中的作用,用经纬仪进行长江水文观测,用水准仪进行地面平整测量,用全
4、站仪进行公路施工测量,青藏高原测量,施工测量,用光电测距仪进行武汉长江大桥变形观测,GPS卫星定位测量使用GPS接收机,GPS全球定位系统,测量珠穆朗玛峰高程,1975年在海拔6120m处，测量珠穆朗玛峰高程。 珠峰高程为8848.13m,2005年5月重测珠峰高程 ，用GPS全球卫星定位技术和传统的测量方法相结合重测珠峰高程为8844.43m,1.2 地面点位的测定,1.2.1测量的基准线与基准面,1.基准线： 地球上任一点都要受到离心力和地球引力的双重作用，这两个力的合力称重力，重力的方向线称为铅垂线。测量仪器悬挂垂球，指向重力方向，铅垂线就是测量的基准线。,测量的计算要求投影到地球的椭球
5、面上进行处理，椭球面上各点的曲率半径方向就是该点的法线，法线在数据处理时用到，因此，法线又是测量的另一种基准线。,2. 基准面： 空间任何一点都有水准面，处处和重力方向相垂直的曲面均称水准面，水准面就是测量的基准面。 由于水准面的高度不同，水准面有无穷多个，其中一个和平均的海水面重合，我们称之为大地水准面，它是高程测量的基准面。,水准面与大地水准面概念,水准面：处处与铅垂线相垂直的曲面。,大地水准面：与平均均海水面重合的水准面。,大地水准面是有微小起伏的复杂曲面，其原因是地球内部质量分布不均匀，看下图：,地球表面上的图形投影到不规则的大地水准面曲面上计算很困难。为此，选用一个非常接近于大地水准
6、面、并可用数学式表示的几何形体来代替大地水准面，这个规则曲面就是旋转椭球面（由椭圆NWSE绕短轴NS旋转而得） 。 如下图红色表示旋转椭球面，它所包围的球体称为地球椭球体。大地水准面它所包围的形体称为大地体。,地球椭球的参数可用a(长半径)、b（短半径）及（扁率）表示。扁率为,1979年国际大地测量与地球物理联合会推荐的地球椭球参数a=6378140m，b=6356755.3m, =1:298.257。,旋转椭球面是数学表面，可用如下的公式表示：,按一定的规则将旋转椭球与大地体套合在一起，这项工作称椭球定位。定位时采用椭球中心与地球质心重合，椭球短轴与地球短轴重合，椭球与全球大地水准面差距的平
7、方和最小，这样的椭球称总地球椭球。,地面上选一点P，由P点投影到大地水准面P0点,使P0上的椭球面与大地水准面相切， 此时过P0点的铅垂线与P0点的椭球面法线重合，切点P0称为大地原点。同时要使旋转椭球短轴与地球短轴相平行（不要求重合），达到本国范围内的大地水准面与椭球面十分接近，该椭球面称为参考椭球面。我国大地原点选在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。,大地水准面,P0,垂线与法线重合,参考椭球体,参考椭球面与我国大地原点,总地球椭球与参考椭球的区别,1.2.2 地面点位的确定,需3个参数：X（纵坐标）,Y（横坐标）,H （高程）或 （经度）,（纬度）,H （高程）,从整个地球考虑点的位置，通常是
8、用经纬度表示。用经纬度表示点的位置，称为地理坐标。,经度 ：东经： 0 180 西经： 0 180,纬度 ：南纬： 0 90 北纬： 0 90,经度 ： M点的子午面PMMP1 与首子午面所组成的二面角。 纬度 ：过M点的铅垂线与赤道面 EGME1的夹角,测量直角坐标系与数学直角坐标系不同点有：,过坐标原点的南北方向为纵轴，即X轴，垂直于南北方向（东西方向）为横轴，即Y轴。数学直角坐标系横坐标为X轴，纵坐标为Y轴。 (2) 以纵坐标X轴正向为起始边，顺时针量算角度，象限、顺时针排列。数学直角坐标以横坐标X正向为起始边，逆时针量算角度，象限逆时针排列。 (3) 数学上坐标原点x0、y0均为0。测
9、量上，为使地面各点坐标均为正数，坐标原点选在测区的西南角或假定一对较大的正整数。,(2)高斯平面直角坐标系 (a)高斯投影的原理,把地球椭球面上的图形展绘到平面上，必然产生变形。为了减少变形误差，采用一种适当的投影方法，这就是高斯投影。,高斯投影是将地球划分为若干个带，先将每个带投影到圆柱面上。然后展成平面。我们可以设想将一个空心的椭圆柱横套地球，使椭圆柱的中心轴线位于赤道面内并通过球心。将地球按6分带, 从0起算往东划分, 06为第1带, 612为第2带， ，174180为第30带,东半球共分30个投影，按带进行投影。进行第1带投影时，使地球3经线与圆柱面相切，3经线长不变形。,0,6,6,
10、12,3,9,高斯6带投影原理分解演示,高斯投影分带,图中上半部为6度带分带情况： 将地球按6分带, 从0起算往东划分, 06（第1带）, 612（第2带）， ，174180（第30带）,东半球共分30个投影，我国领土从1323带。 图中下半部为3带分带情况： 1 304 30 （第1带），4 30 （第2带） ，我国领土3带从2446带。,(b)高斯投影特点：,等角:即椭球面上图形投影到平面之后，其角度相等，无角度变形，但距离与面积稍有变形。 中央经线投影后仍直线，且长度不变形，见右图。 因此用这条直线作为平面直角坐标系的纵轴x轴。而两侧其他经线投影后呈向两极收敛的曲线，并与中央经线对称，距
11、中央经线越远长度变形越大。,赤道投影也为直线。因此,这条直线作为平面直角坐标的横轴y轴。南北纬线投影后呈凹向两极的曲线，且与赤道投影对称。,(c)高斯平面直角坐标系定义：高斯投影各带构成独立的坐标系，中央经线为x轴，赤道投影为y轴，两轴的交点为坐标原点。,按高斯直角坐标定义可知：X轴西边各点的Y值均为负。为使Y值为正值，将Y实际 均加500km，称Y的通用横坐标, 即 Y通用= 带号+Y实际+500km,高斯平面直角坐标系的通用横坐标,例：n点在20带，其实际坐标 Y实际=-113424.690m Y通用=20（ -113424.690m +500000） =20 (386575.310) m
12、 =20386575.310 m,由通用横坐标换算实际横坐标公式如下： Y实际= Y通用（去掉小数点向左数第7、8两位为带号）-500000m 注：我国领土从1323带，带号占两位，直接去掉头两位即可。,例如：某点通用横坐标Y通用=20386575.310m，求该 点实际横坐标。 首先，将 20386575.310m中20去掉（第7位为0，第8位为2） 则 Y实际= 386575.310-500000 =-113424.690m,2、地面点的高程,地面上任意点至水准面的垂直距离，称为该点的高程。某点至大地水准面的垂直距离称该点的绝对高程（海拔）。 我国规定青岛验潮站1950年至1956年7年统
13、计资料所确定的黄海平均海水面作为统一全国基准面。并在青岛观象山建了水准原点。水准原点至黄海平均海水面的高程为72.289m, 这个高程系统称为“1956年黄海高程系”。 20世纪 80年代初，国家又根据1953年至1979年28年青岛验潮站观测资料，算得水准原点高程为72.2604m, 该高程系统称为“1985年国家高程基准”。从1985年1月1 日起执行新的高程基准。,中国黄海高程系统示意图,我国两个高程系统 (1)1956黄海高程系 (2)1985国家高程基准,水准原点,青岛验朝站,海底,黄海平均海水面,A,B,大 地 水 准 面,假 定 水 准 面,B,相对高程,绝对高程,绝对高程：从地
14、面某点沿铅垂线到大地水准面 的垂直距离，如HA、HB。 相对高程：从地面某点沿铅垂线到假定水准面的垂直距离，如HA、HB 。,高差：两点之间高程之差 hAB= HB- HA= HB -HA hAB有正负 B点高于A点时，hAB为（），表示上坡。 B点低于A点时，hAB为（），表示下坡。,1. 1954年北京坐标系 采用前苏联克拉索夫斯基参 考椭球体参数（ a=6378245m ，=1:298.3）。大地原点实际上是在前苏联普尔科沃。该系统所对应的参考椭球面与我国大地水准面差异，可达到+65m（东部），全国平均达29m。,2. 1980年国家大地坐标系 采用国际大地测 量协会与地球物理联合会在1
15、975年推荐的IUGG-75地球椭球参数（a=6378140m ，=1：298.257）。大地原点是在陕西省泾阳县永乐镇。1980年坐标系还采用了我国大地网整体平差的数据，椭球面与大地水准面平均差仅为10m左右。,国家大地坐标系,1.3用水平面代替水准面的限度,1.对距离的影响： 在半径为10 km圆面积内进行距离测量，可以用水平面代替水准面，不必考虑地球曲率的影响。,3.对高程的影响： 水平面代替水准面对高程的影响，200m时就有3.1mm。所以地球曲率对高程影响很大。在高程程测量中，即使距离很短也应顾及地球曲率的影响。,2.对水平角的影响： 当测区范围在100km2时，对角度的影响仅为0.51，在一般的测量工可以忽略不计。,1.4 测量工作概述,2.测量工作组
