土木工程測量教師課件1緒論.ppt

工 程 測 量 塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 侯曉華,2019/7/8,2,目 錄,第一章 緒論 第二章 水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)測量 第三章 角度測量 第四章 直線定向及距離測量 第五章 測量誤差的基本知識 第六章 小地區(qū)控制測量,2019/7/8,3,第七章 地形圖的測繪 第八章 地形圖的應(yīng)用 第九章 施工放樣的基本工作 第十章 渠道及線路工程測量,2019/7/8,4,第一章 緒論,教學(xué)要求：通過學(xué)習(xí)要求對水利工程測量的研究對象、研究內(nèi)容有較清楚的認識，了解測量在國民經(jīng)濟中的重要地位，掌握測量學(xué)的一些基本概念以及測量工作的程序和原則。 學(xué)習(xí)重點： 1、基本概念 2、測量學(xué)的主要任務(wù) 3、確定地面點位的方法 4、測量工作的程序、原則及測圖原理,2019/7/8,5,第一章 緒論,學(xué)習(xí)難點： 1、地面點位的表示方法 2、地形圖成圖原理和測量工作的程序及原則,2019/7/8,6,第一章 緒論,目 錄 第一節(jié) 測量學(xué)的任務(wù)及作用 第二節(jié) 地面點位的確定 第三節(jié) 水平面代替水準(zhǔn)面的限度 第四節(jié) 測量工作的程序和原則,2019/7/8,7,一、測量學(xué)的定義 測量學(xué)是研究地球形狀和大小以及確定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物體的空間位置，以及對這些空間位置信息進行處理、儲存、管理的科學(xué)。 測量學(xué)的研究對象地面物體（包括空中、地表、地下和海洋） 測量學(xué)的研究內(nèi)容 位置、形狀、大小,1-1 測量學(xué)的任務(wù)及作用,2019/7/8,8,二、分類,1、大地測量學(xué)：研究和測定地球形狀、大小和地球重力場，以及建立廣大區(qū)域控制網(wǎng)的理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。又分為常規(guī)大地測量學(xué)和衛(wèi)星大地測量學(xué)，在研究中考慮地球曲率的影響。 2、普通測量學(xué)：研究地球局部表面的形狀和大小的學(xué)科，不顧及地球曲率的影響。,2019/7/8,9,3、攝影測量學(xué)：研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的信息，以確定其形狀、大小和空間位置的學(xué)科。又分為地面攝影測量學(xué)、航空攝影測量學(xué)、水下攝影測量學(xué)和航天攝影測量學(xué)。 4、工程測量學(xué)：研究工程建設(shè)在設(shè)計、施工和管理各階段進行測量工作的理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。 l,2019/7/8,10,5、 地圖制圖學(xué)：利用測量、采集和計算所得的成果資料，研究各種地圖的制圖理論、原理、工藝技術(shù)和應(yīng)用的學(xué)科。研究內(nèi)容包括地圖編制、地圖投影學(xué)、地圖整飾、印刷等。 本課程所介紹的內(nèi)容主要包括普通測量、工程測量中的部分內(nèi)容。,2019/7/8,11,測定：是指按照一定方法，使用測量儀器和工具，通過測量和計算確定地面點的位置（三維坐標(biāo)），或把地球表面的形狀測繪成地形圖。這些資料可供經(jīng)濟建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計、科學(xué)研究和國防建設(shè)使用，是認識自然的過程。 測設(shè)（又稱放樣）是指通過測量把圖紙上設(shè)計好的建筑物或構(gòu)筑物標(biāo)定于實地。這是改造自然的過程。 測定 地面 圖紙 測設(shè),三、測量學(xué)的主要任務(wù)測定和測設(shè),2019/7/8,12,四、測量在工程建設(shè)中的作用,在勘測設(shè)計階段：為工程設(shè)計提供詳細的地面資料（地形圖和 縱、橫斷面圖）； 在施工階段： 將設(shè)計好的建筑物測設(shè)標(biāo)定于實地并指導(dǎo)施工和 變形監(jiān)測； 在峻工階段： 進行竣工測量，為工程的擴建、改建提供竣工 圖； 在運營階段： 進行維護測量，以便對工程進行維護保養(yǎng)，確保 運營安全。,2019/7/8,13,一、地球的形狀與大小 1. 水準(zhǔn)面：自由靜止的水面，其特性是它處處與鉛垂線相垂直。水準(zhǔn)面有無數(shù)個。 2. 大地水準(zhǔn)面： 將平均靜止的海水面穿過島嶼、陸地 而形成的閉合曲面。大地水準(zhǔn)面是唯一的。 3. 大地體：由大地水準(zhǔn)面所包圍的地球形體。由于其不規(guī)則，無法用數(shù)學(xué)公式表達。 （圖1-1）,1-2 地面點位的確定,2019/7/8,14,4. 旋轉(zhuǎn)橢球： 用一個非常接近于大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)公式表達的幾何形體（即地球橢球）來代替地球的形狀 。地球橢球是一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的形體，故地球橢球又稱旋轉(zhuǎn)橢球。 （圖1-2） 參考橢球面：旋轉(zhuǎn)橢球的表面，測量的投影面之一。 旋轉(zhuǎn)橢球元素：長半徑a（或短半徑b）和扁率。 我國目前采用的元素值為：長半徑 a =6378137m ；短半徑 b = 6356752m ，扁率 =1 298.257。,2019/7/8,15,2019/7/8,16,5. 圓球 ： 當(dāng)測區(qū)范圍不大時，可近似地把地球橢球作為圓球，其半徑R按 下式計算： R=（2a+b）/3，其近似值為 6371km。 6. 1980年國家大地坐標(biāo)系： 選擇陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點為大地原點，進行了大地定位。由此而建立起來全國統(tǒng)一坐標(biāo)系。,2019/7/8,17,7. 測量工作的基準(zhǔn)線：鉛垂線（地面點所受離心力和引力的合力） 8. 測量工作的基準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面,2019/7/8,18,二、地面點位的確定,測量工作的實質(zhì)：確定地面點的空間位置 點的空間位置（三維）： 該點在投影面上坐標(biāo)（二維） 二維球面坐標(biāo)或二維平面坐標(biāo) 該點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離（一維）,2019/7/8,19,（一）地面點在投影面上的位置（三種坐標(biāo)系統(tǒng)）,1. 地理坐標(biāo) 地面點在球面上的位置用經(jīng)緯度表示，稱為地理坐標(biāo)。地理坐標(biāo)又按坐標(biāo)所依據(jù)的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面的不同以及求坐標(biāo)的方法不同，分為天文坐標(biāo)和大地坐標(biāo)兩種。,2019/7/8,20,l 天文坐標(biāo)天文經(jīng)緯度 是用天文測量的方法直接測定的， 又叫天文地理坐標(biāo)。（圖1-3） 天文經(jīng)度 ：F點所在子午面 與本初子午面的二面角； 天文緯度 ：F點的鉛垂線與 赤道面的夾角。,圖1-3,2019/7/8,21,l 大地坐標(biāo)是按大地測量所得的數(shù)據(jù)推算而得的，又叫大地地理坐標(biāo)。 （見圖1-4） 大地經(jīng)度 L：P點所在子午面與起始子午面的二面角； 大地緯度 B：P點法線與赤道面的夾角。,圖1-4,2019/7/8,22,地面上同一點的天文坐標(biāo)和大地坐標(biāo)之所以不同，是因為各自根據(jù)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線不同，天文坐標(biāo)依據(jù)的是大地水準(zhǔn)面和鉛垂線，大地坐標(biāo)依據(jù)的是旋轉(zhuǎn)橢球面和法線。,2019/7/8,23,2. 高斯平面直角坐標(biāo) l 六度帶： 投影帶是從首子午線(通過英國格林尼 治天文臺的子午線)起,每經(jīng)差6劃一 帶（稱為六度帶），自西向東將整個 地球劃分成經(jīng)差相等的60個帶（見圖 1-5）。帶號從首子午線起自西向東 編，用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3、60表 示。,2019/7/8,24,l 中央子午線：位于各投影帶中央的子午線，稱為各帶的中央子午線（見圖1-5） 。第一個六度帶的中央子午線的經(jīng)度為3， 任何六度帶的中央子午線經(jīng)度L0為 : L0=6 N-3 （1-1） 例如：某點經(jīng)度為東經(jīng)118 ，其帶號為20，其所在六度帶的中央子午線經(jīng)度 L= 120 。,2019/7/8,25,高斯投影的方法： 先將地面上各點歸算到參考橢球面上，再將橢球由子午面劃分成若干投影帶，將每投影帶投影到橢球柱面上，然后，將柱面沿母線剪開、展平，得到各點的平面直角坐標(biāo)（見圖1-6）。,圖 1-6 高斯投影方法,2019/7/8,26,（1）高斯投影 l 高斯投影屬于一種正形投影，即投影后角度大小不變，長度會發(fā)生變化。只有與橢圓柱面相切的一圈中央子午線長度不變形，其它長度離中央子午線近的部分變形小，離中央子午線愈遠變形愈大，兩側(cè)對稱。,2019/7/8,27,（2）高斯平面直角坐標(biāo)系（如圖1-7、1-8） 圖1-7 高斯投影結(jié)果 圖1-8 l x 軸中央子午線經(jīng)投影展開后是一條直線，其長度不變形。以此直線作為縱軸。 l y 軸赤道經(jīng)投影展開后是一條與中央子午線相正交的直線，將它作為橫軸。 l 原點兩軸線的交點作為O點。,2019/7/8,28,我國位于北半球，x 坐標(biāo)均為正值，而 y 坐標(biāo)值有正有負。為了避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負值，規(guī)定把坐標(biāo)縱軸向西平移500km ，以便使中央子午線以西的投影帶上的Y坐標(biāo)都為正值（見圖1-8）。 圖1-8中A、B兩點Y坐標(biāo)分別為： 平移前： yA=+137 680m， yB=-274 240m。 平移后： YA = 500 000+137 680=637 680m; YB= 500 000-274 240=225 760m。 橫坐標(biāo)值前冠以帶號：例如，A點位于第20帶內(nèi)，則其橫坐標(biāo)： yA為20637680m。,2019/7/8,29,2019/7/8,30,3. 獨立平面直角坐標(biāo) 投影面：用測區(qū)中心點 a 的切平面作為投影平面（ 圖1-10）,圖1-10 圖1-11,2019/7/8,31,l 坐標(biāo)系： 原點O 一般選在測區(qū)的西南角，使測區(qū)內(nèi)各點均處于第一象限，坐標(biāo)均為正值。 x軸南北方向為縱軸，向北為正，向南為負； y軸 東西方向為橫軸，向東為正，向西為負。 坐標(biāo)系中象限按順時針方向編號，x軸與y軸互換，所用數(shù)學(xué)公式與數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系相同(見圖1-11)。 在測量中常將點的平面直角坐標(biāo)稱為點的平面位置。,2019/7/8,32,（二）地面點的的高低位置高程,高程：地面點到基準(zhǔn)面的鉛垂距離。 絕對高程: 地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離稱為，又稱海拔。 例如（圖1-12）中A、 B兩點的絕對高程分別為HA、HB 。 相對高程：地面點到某一假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為假定高程或相對高程。例 如，A、B點的相對高程分別為HA、HB 。 高差：地面兩點間絕對或相對高程之差稱為高差，用h表示。 hAB= HBHA = HBHA（1-3） 可見兩點間的高差與高程起算面無關(guān)。,2019/7/8,33,圖1-12,2019/7/8,34,l 高程基準(zhǔn) 由于海水面受潮汐、風(fēng)浪等影響，它的高低時刻在變化，是個動態(tài)的曲面。我國在青島設(shè)立驗潮站，長期觀察和記錄黃海海水面的高低變化，取其平均值作為大地水準(zhǔn)面的平均位置（其高程為零），并在青島建立了水準(zhǔn)原點。將大地水準(zhǔn)面的平均位置引測到水準(zhǔn)原點。 目前，我國采用“1985年高程基準(zhǔn)”，全國各地的高程都以“1985年高程基準(zhǔn)”為基準(zhǔn)進行測算。 青島1985年高程基準(zhǔn)水準(zhǔn)原點的高程為:72.260m 1987年以前使用的是1956年高程基準(zhǔn)，利用舊的高程測量成果時，要注意高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一和換算。 （ 1956年黃海高程系的青島原水準(zhǔn)原點高程為 72.289 m）。,2019/7/8,35,水準(zhǔn)面是一個曲面，曲面上的圖形投影到平面上，總會產(chǎn)生一定的變形。 實際上，如果把一小塊水準(zhǔn)面當(dāng)作平面看待，其產(chǎn)生的變形不超過測量和制圖誤差的容許范圍時，即可在局部范圍內(nèi)，用水平面代替水準(zhǔn)面，使測量和繪圖工作大大簡化。 以下討論以水平面代替水準(zhǔn)面對距離和高程測量的影響，以便明確可以代替的范圍或必要時加以改正。,1-3 水平面代替水準(zhǔn)面的限度,2019/7/8,36,如圖113，A、B、C是地面點，它們在大地水準(zhǔn)面上的投影點是a、b、c，用該區(qū)域中心點的切平面代替大地水準(zhǔn)面后，地面點在水平面上的投影點是a、b和c。 設(shè)A、B兩點在水準(zhǔn)面上的距離為D，在水平面上的距離為D,兩者之差D用水平面代替水準(zhǔn)面所引起的距離差異。將大地水準(zhǔn)面近似地視為半徑為R的球面，則有：,圖1-12,圖1 - 13,一、 對距離的影響,2019/7/8,37,已知 因 角很小只取前兩項，代入上式，考慮=D/R，則用水平面代替水準(zhǔn)面所引起的距離差異： 故水平面代替水準(zhǔn)面對距離的影響： 式中：D/D 稱為相對誤差，用1/M 形式表示，M 愈大，精度愈高。,2019/7/8,38,取地球半徑R6371km，以不同的距離D代入式（1-4） 和（1-5）式，得到： 表1-1水平面代替水準(zhǔn)面引起的距離誤差 l 從表中可見，當(dāng)D10km時，所產(chǎn)生的相對誤差為 1：1 220 000， l 在測量中，通常要求距離丈量中，相對誤差最高為 1/1 000 000，一般丈量僅要求1/20001/4000。 l 結(jié)論：在半徑為10km的圓面積之內(nèi)進行距離測量時，可以用水平面代替水準(zhǔn)面，而不需考慮地球曲率對距離的影響。,1/12 000,1/49 000,1/300 000,1/1220 000,821.2,102.6,6.6,0.8,100,50,20,10,D （KM）,2019/7/8,39,如圖1-13所示，地面點B的高程應(yīng)是鉛垂距離bB ,用水平面代替水準(zhǔn)面后，B點的高程為bB， 兩者之差h， 即為對高程的影響，由圖得 故有,二、對高程的影響,2019/7/8,40,表1-2水平面代替水準(zhǔn)面引起的高程誤差,(cm),h,D,l 結(jié)論：就高程測量而言，即使距離很短，也應(yīng)用水準(zhǔn)面作為測量的基準(zhǔn)面，即應(yīng)顧及地球曲率對高程的影響。,用不同的距離代入（17），便得表12所列的結(jié)果。從表中可以看出，用水平面代替水準(zhǔn)面對高程的影響是很大的，距離為1km時, 就有8cm的高程誤差，這是不能允許的。,2019/7/8,41,一、基本概念 地物：地面上的物體如河流、道路、房屋等。 地貌：地面高低起伏的形態(tài)。 地形：狹義而言是地面的高低起伏，廣義來講是地物和地貌的總稱。,1-4 測量工作的程序和原則,2019/7/8,42,測量過程（見圖1-14） 先精確地測量出少數(shù)點的位置，這些點在測區(qū)中構(gòu)成一個骨架，起著控制的作用，可以將它們稱為 控制點，測量控制點的工作稱為控制測量。 然后以控制點為基礎(chǔ)，測量它周圍的地形，也就是測量每一控制點周圍各地形特征點的位置，這一工作稱為碎部測量。,2019/7/8,43,圖114地形和地形圖,2019/7/8,44,l 測量工作程序： 第一步為控制測量 第二步為碎部測量 它可以減少誤差積累，保證測圖精度，還可以分幅測繪，加快測圖進度。 l 測量工作原則： 先控制后碎部、從整體到局部、 高精度控制低精度、步步有檢核,二、測量工作的