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1、授课教师：袁长丰,工程测量,课程简介： 工程测量这门课程从第1周到16周。在这段时间里要进行5 次课外实验课。 学习要求： 本课程学习主要掌握测量学基本知识、基本理论和基本技能；正确使用常用的测量仪器和工具进行测量工作，熟悉地形图测绘、地形图应用、施工放样、变形观测等过程。要求认真听课，独立完成作业。实验课要认真对待，实验课分组（每班不超过6组），对测得的数据必须要实事求是、精益求精，决不容许弄虚作假、涂改数据，对所使用的仪器要认真负责，养成良好的操作习惯和职业道德。,第一章 绪论,二测量学主要内容 主要内容包括两方面：测定和测设。 测定：用测量仪器，通过测量、计算，从而获得一系列的测量数据和
2、成果，将地球表面的地形按照一定比例尺缩绘成地形图。 测设：指用一定的测量方法，按照要求的精度，把图纸上规划好的建筑物、构筑物在实地标定出来，又称为施工放样。 二者之间关系：,三.测量学应用 测量是国家经济建设和国防建设的一项重要的基础性、先行性的工作。从规划设计到每项具体工程的建设，都需要准确的测量数据作依据。 （1）经济建设：资源勘查、能源开发、城乡建设、交通运输、江河治理、土地整治、环境保护、行政界勘定; （2）国防事业：国界勘定、军用地图、航天测控、弹道计算; （3）科学研究：地壳升降、海陆变迁、地震监测、灾害预警、航天航空技术;,1996,1999,森林破坏监测,FYC 2000. 4
3、月6日08:00,洞庭湖地区,(By Radarsat, August 27,1998),战争中的伊拉克,战场铁丝网,北部战区部队,边,界,边,界,伊 拉 克,科 威 特,伊拉克部队行动路线,沙 特 阿 拉 伯,海湾战争中美joint-STARS的侦察结果,边 界,巴什拉防线,行进的部队,西进部队,行进的部队,（24机械师）,第7军,英军第1装甲师,海湾战争中美joint-STARS的侦察结果,测绘科学在工程中的应用 1、勘测设计阶段: 要求有各种比例尺的地形图，供规划、线路选线以及总平面 图设计和竖向设计之用。 2、施工阶段: 要将设计的建（构）筑物、管线的平面位置和高程测设于实地， 以便进
4、行施工。如：场地平整（场地挖土、填土方量）、定 位放线（放轴线）、质量监控、位移监控（水平、垂直）等； 3、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。 4、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 测，以保证建筑物的安全使用。,四.测量学分类,按照研究范围和对象的不同，测绘学主要包括以下分支： 1大地测量学：是一门研究地球形状、大小，解决大范围地区的控制测量、地球重力场测定和按一定坐标系建立国家统一的点位控制网的理论、技术和方法的学科。近年来，随着空间技术的发展，大地测量正在向空间大地测量和卫星大地测量发展。 2普通测量学：是研究地球表面局部地区
5、测绘工作的理论、技术和方法的学科。主要研究内容包括：图根控制网的建立和大比例尺地形图、房地产图的测绘等。 3摄影测量与遥感：是一门研究利用摄影或遥感技术获取地物和地貌影像并进行分析处理，绘制地形图或获得数字化信息的理论、技术和方法的学科。,四.测量学分类,4工程测量学：是一门研究工程建设在勘察设计、施工放样、运营管理各阶段中进行测量工作的理论、技术和方法的学科。 5海洋测量学：研究海洋测量与海图编制的理论、技术和方法的学科。 6地图制图学与地理信息系统：地图制图学是一门研究利用测量成果制作各种地图的理论、技术和方法的学科。包括地图编制、地图投影学、地图整饰、印刷等，现在朝着自动化、电子地图和G
6、IS发展。GIS是对地理空间数据进行采集、存储、管理、处理、分析、建模、现实、输出的信息系统。,五.测量学发展概况,测量学是一门很古老的科学，至少有四千多年的历史。 我国早在春秋战国时期，已经制成了利用磁石的指南仪器“ 司南”，它是沿用几千年的指南针与罗盘的雏型。 大约是公元前2200年，夏禹治水时，使用了“左准绳，右规矩”的测量工具和方法。 长沙马王堆3号汉墓出土了西汉时期的地形图和驻军图，东汉张衡研制的天球仪与侯风地动仪、魏晋时期刘徽的海岛算经、西晋裴秀的制图六体、唐李吉甫的元和群县图志等等。 宋代沈括在他的著名著作梦溪笔谈中提出了磁偏角现 象，这比哥伦布的发现要早400年。清代初期开展了
7、全国性测图工作，,5. 1957年第一颗人造地球卫星上天，1966年开始进行卫星大地测量，能以全天候观测，速度快，精度高，对洲际之间、岛屿和岛屿之间及岛屿和大陆之间的联测能既快速又正确。20世纪70年代，通过人造卫星拍摄地球的照片，使航天技术有了广泛发展和应用。80年代开始发射的全球定位系统卫星，在90年代全部完成发射任务。,综上所述： 仪器从原始 电子； 测图从白纸 数字化测图； 测量从地面 太空。,五.测量学发展概况,教学目的：掌握测量的基准、基本概念、地面点的表示方法、直线表示方法。 重 点：测量的基准、基本概念、地面点的表示方法、直线表示方法。,根本任务：如何确定地面点的空间位置，包括
8、平面位置和高程。,一测量的基准 （一）概念 1.基准线 测量上，把重力的方向线作为基准线，并称之为 铅垂线。 2.基准面 水准面自由静止的水面。 它是受地球重力影响而形成的，是一个处处与铅垂线垂直的连续曲面，同时又是一个重力等位面，即同一水准面上的任何一点都具有相同的重力势能。 另外，水面有高有低，因此符合上述特点的水准面有无数多个。,大地水准面假想静止的平均海水面向大陆和岛屿内延伸而形成的封闭曲面。它是水准面中的一个。,大地水准面和铅垂线分别是野外测量的基准面和基准线。 由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体。通常，人们把大地体看 作地球的形状。 但由于地球内部的质量分布不均匀，引起铅垂线
9、的方向产生不规则的变 化，致使大地水准面成为一个有微小起伏且不能用简单的几何形体和数学公 式表达的不规则曲面。,地球 表面,大地 水准面,水平面与水准面相切的平面。当测量区域较小时，可用水平面代替水准面或大地水准面。,一测量的基准 （二）地球的形状,最高的珠峰高出海水面达8844.43m，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。,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
10、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。,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：,(1-1),式中a、b为参考椭球体几何参数。a为长半径，b为短半径。参考椭球体扁率应满足下式：,(1-2),我国目前采用的元素值为 长半径a=6378140m 扁 率 =1:298.275 由于很小，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。,二.地面点位的表示方法 确定地面点的空间位置，包括平面位置和高程。 （一）地面点的高程 绝对高程地面点到大地水准面 的铅垂距离（简称为高程），又称为海拔。,不同的国家和地区选择不同的平均海水 面作为自己的
11、高程起算面。我国的高程是以青岛验潮站推算的黄海平均海水面作为全国的高程起算基准面,为测量方便起见，我国在青岛观象山上设有水准原点，其高程为72.260米。全国各地的高程都是以它为基准进行测算的。,二.地面点位的表示方法 （一）地面点的高程 青岛验潮站,“1956年黄海高程系”，青岛市观象山水准原点高程为72.289m。,“1985年国家高程基准”，青岛市观象山水准原点高程为72.260m。1987年后启用此基准。,二.地面点位的表示方法 （一）地面点的高程,相对高程地面点到任一水准面的铅垂距离，又称为假定高程。,高差两地面点之间的高程差。 hAB=HBHA= HBHA,任一水准面,大地水准面,
12、由此可见两点间的高差与高程起算面无关。,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、地理坐标系、高斯投影平面坐标系、平面独立直角坐标系等。其中地理坐标包括天文和大地地理坐标,基准面：大地水准面。 用天文经度 、纬度 、大地高H表示地面点的空间位置。 基准线为铅垂线。 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。,二.地面点位的表示方法 （二）地面点的坐标,基准面：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。,大地原点： 根据起
13、始大地原点（该点的大地经纬度和天文经纬度一致）的坐标推算。我国大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇，称为1980国家大地坐标系。,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,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/
14、dS=k 式中：ds投影后的长度 dS球面上的长度。,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：,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16
15、0带。,各带中央子午线经度(L06)按下式计算：,(1-3),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) (1-4),3带 是在6带基础上划分的，从东经130，每隔3为一带，共120带，各带中央子午线经度为：,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),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。,我国为使y值都为正，将纵坐标轴西移500km,并在y坐标前面冠以带号，如第20带，中央子午线以西P点：,xp=442
16、9757.075m yp=-58269.593m 在20带中高斯直角坐标为： xp=4429757.075m yp=20441730.407m,当测区的范围较小时，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。,测量上的平面直角坐标 数学上的平面直角坐标,其与数学中平面直角坐标系相比，不同点： （1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）； （2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号；,（3）直线方向，采用坐标方位角表示； （4）原点一般选在测区的西南角，以便使整个测区内各点的坐标为正值。 相同点：数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。
