测量(1绪论)

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1、9/28/2018,第一章 绪论,1,土木工程测量学,主讲 杨自明,9/28/2018,第一章 绪论,2,第一章 绪 论,本章讲解内容： 1了解测量学的内容、任务和作用 2了解地球的形状和大小 3理解测量常用的坐标系统 4掌握地面点位的确定原理 5理解用水平面代替水准面的限度,9/28/2018,第一章 绪论,3,第一章 绪 论,重点讲授 测量学的任务 测量常用的坐标系统 地面点位的确定原理 水平面代替水准面的限度。,9/28/2018,第一章 绪论,4,1.1 土木工程测量学的任务,基本概念和研究内容 测绘学： 1.研究地球的形状和大小； 2.确定地面（空中、地下和海洋）物体的几何形态及其空

2、间位置； 3.以及对于这些信息进行处理、储存、管理的科学。,9/28/2018,第一章 绪论,5,1.1 土木工程测量学的任务,按研究对象及采用技术的不同，其主要分支学科 大地测量学: Geodesy (Geodetic Surveying) 地形测量学(普通测量学):Topographic surveying 摄影测量学: Photogrammetry 工程测量学: Engineering Surveying 矿山测量学: Mine Surveying 地图制图学: Cartography 地籍测量学: Cadastral Surveying,9/28/2018,第一章 绪论,6,1.1 土

3、木工程测量学的任务,主要任务： 研究测绘地形图的理论和方法测图。 研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和方法用图。 研究建（构）筑物施工放样、建筑质量检验技术和方法施工放样。 对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测变形观测。,9/28/2018,第一章 绪论,7,1.1 土木工程测量学的任务,工程测量学的主要应用范围 工业 农业 军事 水利 建筑 道路 林业 电力,9/28/2018,第一章 绪论,8,1.2 地球的形状与大小,地球自然表面 是最自然的面，包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。难以用数学表达式描述出来，不适合于数学建模。 陆地：29.2% 海洋：70.8% 最高：8844

4、.43m，最低：-11034m 地球半径：平均6371km,9/28/2018,第一章 绪论,9,地球概况,9/28/2018,第一章 绪论,10,1.2 地球的形状与大小,水准面：地面上处处与重力方向垂直的连续曲面。 水准面是重力等位面，为不规则曲面。 处处与重力方向垂直。 水准面有无穷个。 水平面：与水准面相切的平面。 大地水准面：设想将静止的海水面向整个陆地延伸所形成的封闭曲面。 是水准面中的一个，即海水静止时的水面。 是测绘工作的基准面。,9/28/2018,第一章 绪论,11,水准面与大地水准面,9/28/2018,第一章 绪论,12,1.2 地球的形状与大小,大地体：大地水准面所包

5、围的形体。它代表了地球的形状和大小。 铅垂线：重力的作用线，是测量工作的基准线。,9/28/2018,第一章 绪论,13,地理坐标,9/28/2018,第一章 绪论,14,1.2 地球的形状与大小,旋转椭球体模型,特征参量： 长半径： a 短半径： b 地球半径平均值：R（aab)/36371km,9/28/2018,第一章 绪论,15,1.2 地球的形状与大小,旋转椭球体（双轴椭球体）：假定赤道面为圆形，即用代替b，方程为： 参考椭球体：适合区域性（如一个国家）的旋转椭球体面。参考椭球体是测量计算和制图基准。 大地原点：椭球定位中选取的相切点，作为推算大地坐标的起算点。,9/28/2018,

6、第一章 绪论,16,1.2 地球的形状与大小,1954年北京坐标系（简称北京系）： 我国于1954年将大地原点设在北京，此坐标系称为1954年北京坐标系。 1980年国家大地坐标系（简称西安系）： 后来根据新的测量数据，发现该坐标系与我国的实际情况相差较大，于1980年将坐标系原点设在陕西省泾阳县永乐镇境内，称为1980年国家大地坐标系。,9/28/2018,第一章 绪论,17,1.2 地球的形状与大小,旋转椭球体（双轴椭球体）：假定赤道面为圆形，即用代替b，方程为： 参考椭球体：适合区域性（如一个国家）的旋转椭球体面。参考椭球体是测量计算和制图基准。 大地原点：椭球定位中选取的相切点，作为推

7、算大地坐标的起算点。,9/28/2018,第一章 绪论,18,1.2 地球的形状与大小,地球的基准面,9/28/2018,第一章 绪论,19,1.3 测量常用坐标系统,大地坐标系基本概念 概念：以参考椭球面为基准面，用大地经度L、大地纬度B、大地高H表示地面点的空间位置。 子午面：包括椭球旋转轴NS的平面 格林尼治子午面：通过格林尼治天文台的子午面 子午线：子午面与椭球面的交线 纬圈：垂直于旋转轴NS的平面与椭球面的交线 赤道面：通过椭球中心且垂直于旋转轴的平面 赤道：赤道面与椭球面的交线,9/28/2018,第一章 绪论,20,1.3 测量常用坐标系统,大地坐标系基本概念 大地经度L：地面点

8、在椭球面上投影点所在的子午面与起始子午面间的夹角，从首子午线起算，向东为东经(0 180)，向西为西经(0 180) 大地纬度B：过P点的法线与赤道面 的夹角，由赤道面起算，向北为北纬 (0 90)，向南为南纬 (0 90) 大地高H：P点沿法线到椭球体面 的距离。,9/28/2018,第一章 绪论,21,1.3 测量常用坐标系统,大地坐标系空间直角坐标 以球心O为坐标原点，ON为Z轴方向。格林尼治子午线与赤道面交点与O的边线为X轴方向，过O点与XOZ面垂直，并与X、Z构成右手坐标系为Y轴方向。 点P的空间直角坐标（X，Y，Z）可与大地坐标（B、L、H）进行转换。,9/28/2018,第一章

9、绪论,22,1.3 测量常用坐标系统,大地坐标系我国常用大地坐标系 1954年北京坐标系 从前苏联联测后的坐标系，存在问题。 1980国家大地坐标系 70年代末，将大地原点选在陕西境内，椭球面与我国境内的大地准面密合最佳。是目前使用的坐标系。 WGS84坐标系 世界大地坐标系，其原点在地心。利用GPS系统得到的坐标为WGS84坐标。,9/28/2018,第一章 绪论,23,1985年国家高程基准_原点,9/28/2018,第一章 绪论,24,1.3 测量常用坐标系统,高斯克吕格平面直角坐标（1意义） 意义:大地坐标为球面坐标，在工程建设中使用很不方便；高斯坐标为平面坐标，使用方便。 地图投影：

10、将球面上的坐标转换到平面。椭球面是一个不可直接展开的曲面，故投影总会产生变形。 投影变形：长度变形、角度变形和面积变形三种。 等角投影：它保证在椭球面上的微分图形投影到平面后将保持相似。具在两个基本条件：保角条件和长度变形固定性。,9/28/2018,第一章 绪论,25,高斯投影_1,9/28/2018,第一章 绪论,26,高斯投影_2,9/28/2018,第一章 绪论,27,1.3 测量常用坐标系统,高斯-克吕格平面直角坐标2高斯投影的原理 中央子午线：椭球体中心O在椭圆柱中心轴上，椭球体南北极 与椭圆柱相切，与椭圆柱相切的子午线。,9/28/2018,第一章 绪论,28,1.3 测量常用坐

11、标系统,高斯-克吕格平面直角坐标3高斯投影的特点 1、 中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大； 2、赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴； 3、 经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形； 4、中央子午线和赤道的投影相互垂直。,9/28/2018,第一章 绪论,29,1.3 测量常用坐标系统,高斯-克吕格平面直角坐标4高斯投影的分带 分带目的：减小投影误差。 分带方法： 3带与6带。,9/28/2018,第一章 绪论,30,1.3 测量常用

12、坐标系统,高斯-克吕格平面直角坐标3带 自东经130开始每隔经差3划分，全球共分120带。带号n与其中央子午线的经度(L）有下列关系： L =n3 已知经度L求带号n：n = int(L-1.5)/3) + 1 我国境内21个3带（25带到45带） 投影带宽度：相邻子午面间的经度差来划分,9/28/2018,第一章 绪论,31,1.3 测量常用坐标系统,高斯-克吕格平面直角坐标6带 自中央子午面起，自西向东每6为一带，全球共分60带。带号n与其中央子午线的经度(L）有下列关系： L = n6-3 已知经度L求带号n：n = int(L/6) + 1 我国境内有11个6带（13带到23带）,9/

13、28/2018,第一章 绪论,32,1.3 测量常用坐标系统,高斯-克吕格 5平面直角坐标系的建立 分带投影后，各带的中央子午线都和赤道垂直，以中央子午线作为纵坐标轴x,赤道为横坐标轴y，其交点O为坐标原点。这样，在每个投影带内，便构成了一个既和地理坐标有直接关系、又有各自独立的平面直角坐标系，称为高斯-克吕格坐标系。 为了使横坐标y不出现负值，则无论3或6带，每带的纵坐标轴要西移500 km，即在每带的横坐标上加500 km。,9/28/2018,第一章 绪论,33,1.3 测量常用坐标系统,高斯-克吕格平面直角坐标自然值与通用值 为了指明该点属于何带，还规定在横坐标y值之前，要写上带号。未

14、加500km和带号的横坐标值称为自然值，加上500 km和带号的横坐标值称为通用值。例： 自然值：Y1 = +36210.140m, Y2 = -41613.070m 通用值：Y1=38536210.140m, Y2=38 458386.930m,9/28/2018,第一章 绪论,34,1.3 测量常用坐标系统,6 高斯-克吕格平面直角坐标 高斯坐标系与笛卡尔坐标系的区别： 1、高斯直角坐标系纵坐标为X轴，横坐标为Y轴； 2、高斯直角坐标象限为顺时针划分四个象限； 3、角度起算是从X轴的北方向开始，顺时针计算。 高斯平面直角坐标系规定的意义： 将数学上的三角和解析几何公式直接用到计算中。,9/

15、28/2018,第一章 绪论,35,1.3 测量常用坐标系统,平面直角坐标系 当测区范围较小时，或把测区球面当作平面处理，使用垂直投影方式，用平面直角坐标来表示。 一般以南北方向为纵轴：x轴，东西方向为横轴y轴。 测量坐标系的、象限为顺时针方向编号。角度起算是从X轴的北方向开始，顺时针计算。,9/28/2018,第一章 绪论,36,1.3 测量常用坐标系统,高程系 高程 地面点到某一高程基准面的垂直距离。 大地高 以参考椭球面为高程基准面。用H大表示。 海拨高 以大地水准面为高程基准面，用H海表示。,9/28/2018,第一章 绪论,37,1.3 测量常用坐标系统,高程系 我国常用的高程系统：

16、 1956年黄海高程系和1985年国家高程基准。 高差:地面上两点间的高程差。常用h表示。 hAB=HB HA，（高差定义公式）。 相对高程：在局部地区或某项工程建设中，当引测绝对高程有困难时，可以任意假定一个水准面为高程起算面。从某点到假定水准面的垂直距离，称为该点的假定高程或相对高程。 水准原点：水准原点是全国高程测量的基准点。 “1956黄海高程系”水准原点高程为72.289m。 “1985国家高程基准” 水准原点的高程为72.260m。,9/28/2018,第一章 绪论,38,1956年黄海高程系_原点,9/28/2018,第一章 绪论,39,1.4 地面点的确定原理,基本概念 地物：地面上具有明显轮廓的固定物体。 地貌：地球表面高低起伏的形态。 地形：地物与地形的集合。 地形图：用来表示地物与地貌的图。 确定地面点的方法 卫星定位 几何测量法定位。,9/28/2018,第一章 绪论,40,1.4 地面点的确定原理,