工程測(cè)量緒論課件

1、工程測(cè)量緒論,工程測(cè)量,環(huán)境工程09級(jí)1、2班用 任課教師：蔣利龍 電話：,工程測(cè)量緒論,“測(cè)、算、繪”（原理、公式、儀器、方法）,1、實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)（內(nèi)容：高程測(cè)量和角度測(cè)量；地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)1號(hào)樓 215；教師：王宇會(huì) ） 2、實(shí)習(xí)1周（第八周）,平時(shí)：30%（作業(yè)與考勤） 考試：70%（隨堂、閉卷；考前不另指重點(diǎn)）,內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少（章節(jié)順序跟教材不完全一致）；實(shí)踐性強(qiáng),1、每章布置 15道題，學(xué)完第4章、第8章分別交一次。 2、必須按時(shí)交，補(bǔ)交不批改；抄與被抄者都各扣20分。,工程測(cè)量緒論,第一章 緒論,11 測(cè)量學(xué)的任務(wù)與作用 12 地面點(diǎn)位的確定 13 測(cè)量工作概述,工程測(cè)量緒論,11 測(cè)量學(xué)

2、的任務(wù)與作用 一、測(cè)量學(xué)的定義 測(cè)量學(xué)主要研究地球表面及空間點(diǎn)位信息的采集、處理、表達(dá)及利用方法，其內(nèi)容包括地面點(diǎn)位置的測(cè)定、地表形態(tài)的局部描述，以及地球形狀與大小的精確測(cè)定等。 測(cè)量學(xué)將地表物體分為地物和地貌，總稱為地形。（在地理學(xué)中，地形單指地貌）,工程測(cè)量緒論,地物：地面上天然或人工形成的固定性物體。包括江河、湖泊、海洋、房屋、道路、橋梁等。,工程測(cè)量緒論,地貌：地表高低起伏的形態(tài)。包括山地、丘陵和平原等。,工程測(cè)量緒論,二、測(cè)量學(xué)的任務(wù)與分支學(xué)科 （一）.測(cè)量學(xué)的任務(wù) 測(cè)量學(xué)的主要任務(wù)是測(cè)定和測(cè)設(shè)。 測(cè)定：使用測(cè)量?jī)x器和工具，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算將地物和地貌的位置按一定比例尺、規(guī)定的符號(hào)縮小

3、繪制成地形圖。測(cè)定工作通常與繪圖一道進(jìn)行。 測(cè)設(shè)：將在地形圖上設(shè)計(jì)出的建筑物和構(gòu)筑物的位置在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)，作為施工的依據(jù)。 由于測(cè)量學(xué)包括“測(cè)量”和“繪圖”，所以測(cè)量學(xué)又稱作“測(cè)繪學(xué)”。,工程測(cè)量緒論,地物、地貌,地形圖,測(cè)量、計(jì)算、繪圖,測(cè)定工作過(guò)程示意圖,工程測(cè)量緒論,計(jì)算、放樣,設(shè)計(jì)圖,測(cè)設(shè)工作過(guò)程示意圖,標(biāo)設(shè)在實(shí)地,工程測(cè)量緒論,（二）. 測(cè)繪學(xué)的分支學(xué)科 測(cè)繪學(xué)是一級(jí)學(xué)科，下分五個(gè)分支： 大地測(cè)量學(xué)建立國(guó)家大地基礎(chǔ)控制；研究地球的形狀和大小。 攝影測(cè)量與遙感學(xué)利用攝影像片或遙感影像來(lái)測(cè)繪地球或物體表面的形狀。 地圖制圖學(xué)研究成圖的理論與方法。 工程測(cè)量學(xué)直接為各種工程建設(shè)服務(wù)的測(cè)量理

4、論及方法。 海洋測(cè)量學(xué)海洋定位，海底地形的測(cè)繪。 在本課程中，將主要介紹工程測(cè)量學(xué)中地形測(cè)量的相關(guān)內(nèi)容,工程測(cè)量緒論,三. 測(cè)繪學(xué)的作用 測(cè)繪學(xué)應(yīng)用十分廣泛。 城市規(guī)劃、市政工程、土木建筑、道橋建設(shè)、礦產(chǎn)資源開(kāi)采、水利水電建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，都與測(cè)繪工作息息相關(guān)。 測(cè)量工作 “貫穿于工程的始終，左右著工程的質(zhì)量”。 從規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)到征地、施工、竣工，甚至以后的營(yíng)運(yùn)管理，每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開(kāi)測(cè)繪工作。,工程測(cè)量緒論,工程建設(shè)中的測(cè)繪工作 設(shè)計(jì)階段：測(cè)繪地形圖，供設(shè)計(jì)建、構(gòu)筑物使用； 施工階段：將設(shè)計(jì)建、構(gòu)筑物的平面位置和高程在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)，作為施工的依據(jù)；控制方向和垂直

5、度； 竣工之后：測(cè)繪竣工圖（檢查施工是否與設(shè)計(jì)相符），進(jìn)行變形觀測(cè)，保證建筑物的安全。,工程測(cè)量緒論,12 地面點(diǎn)位的確定 地球的形狀與大小 地球是一個(gè)南北極稍扁，赤道稍長(zhǎng)，平均半徑約為6371km的橢球。地球繞地軸（南極與北極的連線）逆時(shí)針自轉(zhuǎn)。地軸與公轉(zhuǎn)軌道平面的夾角為66o33。,工程測(cè)量緒論,地球的自然表面不光滑、不規(guī)則，有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等。 地球上海拔最高的珠穆朗瑪峰高出海水面8844.43米(1975年測(cè)量值為 8848.13米），最低的馬里亞納海溝（位于太平洋西部的斐查茲海淵）則低于海水面11022米。,工程測(cè)量緒論,如此大的高低起伏，相對(duì)于龐大的地球來(lái)

6、說(shuō)，還是可以忽略不計(jì)，故可將地球看作球狀。 考慮到海水面積約占地球表面積的71%，所以人們把地球視為被海水包圍的球體。,工程測(cè)量緒論,設(shè)想有一個(gè)靜止的海水面向陸地延伸，包圍整個(gè)地球，形成一個(gè)封閉的曲面，則這個(gè)封閉靜止的曲面稱為水準(zhǔn)面。,地球自然表面,假想的封閉曲面水準(zhǔn)面,水準(zhǔn)面仍然是一個(gè)不規(guī)則曲面。,工程測(cè)量緒論,海水有潮汐，時(shí)高時(shí)低，故水準(zhǔn)面有無(wú)數(shù)個(gè)。,水準(zhǔn)面1,水準(zhǔn)面2,水準(zhǔn)面3,工程測(cè)量緒論,大地水準(zhǔn)面,與平均海水面相吻合（或者說(shuō)通過(guò)平均海水面）的水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。它所包圍的形體叫“大地體”。,大地水準(zhǔn)面和大地體都是唯一的。,大地體,工程測(cè)量緒論,水準(zhǔn)面也可定義為：處處與鉛垂線垂直的

7、連續(xù)封閉曲面。,鉛垂線就是重力作用線，即萬(wàn)有引力（指向地球質(zhì)心）與地球自轉(zhuǎn)離心力的合力方向線。 鉛垂線是測(cè)量工作的基準(zhǔn)線。,工程測(cè)量緒論,地球引力的大小與地球內(nèi)部質(zhì)量有關(guān)，而地球內(nèi)部質(zhì)量的分布不均勻，因此，地面點(diǎn)鉛垂線的方向會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則變化，致使大地水準(zhǔn)面成為一個(gè)表面光滑但形狀不規(guī)則的復(fù)雜曲面。,工程測(cè)量緒論,在這個(gè)復(fù)雜曲面上，我們?nèi)匀粺o(wú)法進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理。 為解決這個(gè)問(wèn)題，需用一個(gè)形狀與大地水準(zhǔn)面非常接近、但可用數(shù)學(xué)式表示的規(guī)則幾何形體的表面來(lái)代替大地水準(zhǔn)面，作為測(cè)量計(jì)算的基準(zhǔn)面。 這個(gè)規(guī)則幾何形體是用包含地軸NS的橢圓繞地軸旋轉(zhuǎn)所得的橢球體。 很顯然，橢球體與大地體不可能完全重合。,橢球體

8、,工程測(cè)量緒論,不同國(guó)家通常選擇最適合本地區(qū)的橢圓參數(shù)，并通過(guò)適當(dāng)?shù)臋E球定位來(lái)構(gòu)建測(cè)量坐標(biāo)系。 習(xí)慣上稱這樣的橢球體為參考橢球體（不是唯一的），其表面叫參考橢球面。 參考橢球體的幾何元素包括長(zhǎng)半徑a、扁率（或短半徑b）。 我國(guó)西安80坐標(biāo)系采用的橢球元素值為：,a 6378140m； （ab）/ a1/298.257； b 6356755m,當(dāng)測(cè)量范圍不大或精度要求不高時(shí)，可將地球橢球視為圓球，其半徑為：R（aab）/ 36371km,工程測(cè)量緒論,二. 確定地面點(diǎn)位的方法 描述一個(gè)點(diǎn)在地球上所處的位置通常需要用到坐標(biāo)，而坐標(biāo)值的大小則取決于所用的坐標(biāo)系統(tǒng)。 測(cè)量上將空間坐標(biāo)系分解成確定點(diǎn)的平

9、面（實(shí)為球面）位置的坐標(biāo)系(二維)和高程系(一維)。,工程測(cè)量緒論,（一）.球面（大地）坐標(biāo)系統(tǒng) 在球面坐標(biāo)系統(tǒng)中，用經(jīng)度L和緯度B表示某地面點(diǎn)在橢球面上的位置。 包含地軸NS的平面叫做子午面。 通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的子午面稱為起始子午面（即首子午面）。 過(guò)某點(diǎn)P的子午面與首子午面的夾角叫該點(diǎn)的經(jīng)度L，有東經(jīng)和西經(jīng)之分。 過(guò)P點(diǎn)的法線（與該點(diǎn)處橢球面垂直的直線）與赤道面的交角叫該點(diǎn)的緯度B，有北緯、南緯之分。,在地形測(cè)量和普通工程測(cè)量中一般不采用球面（大地）坐標(biāo)系。,過(guò)P點(diǎn)的法線,過(guò)P點(diǎn)的 子午面,首子午面,工程測(cè)量緒論,（二）.高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng) 在工程建設(shè)中，使用大地坐標(biāo)很不方便。 通

10、常采用平面坐標(biāo)。因此，需將球面上的大地坐標(biāo)按一定的數(shù)學(xué)法則歸算（投影）到平面上。 橢球面是一個(gè)不可直接展開(kāi)的曲面，將橢球體面上的元素按一定的條件投影到平面上時(shí)，肯定會(huì)產(chǎn)生變形?，F(xiàn)在地圖投影通常采用變形較小的等角投影。 我國(guó)目前采用高斯投影。它是一種等角投影（也稱正形投影）。,工程測(cè)量緒論,1.高斯投影的幾何意義 用一個(gè)假想的空心橫向橢圓柱套在地球橢球的外面，與地球橢球面上的一條子午線（該子午線稱為中央子午線）相切，并使橫向橢圓柱的軸線與橢球面的長(zhǎng)軸重合。 在保持高斯等角投影的條件下，用數(shù)學(xué)方法將參考橢球面上的點(diǎn)、線和圖形一一投影到橫向橢圓柱面上。 然后沿經(jīng)過(guò)極點(diǎn)的母線ENE、FSF將橫向橢圓柱

11、面切開(kāi)展平，即得高斯投影平面上的相應(yīng)點(diǎn)、線和圖形，如下圖所示。,工程測(cè)量緒論,工程測(cè)量緒論,設(shè)想用一個(gè)空心橫向橢圓柱套在參考橢球外面,投影過(guò)程,母線,母線,參考橢球面,使橫向橢圓柱面與某一子午線相切,相切的這條子午線 叫中央子午線,赤道,將橢球面上的圖形按等角投影原理投影到橫向橢圓柱面的內(nèi)側(cè),投影帶,工程測(cè)量緒論,然后將橫向橢圓柱面沿上、下母線切開(kāi)，展開(kāi)成為平面,工程測(cè)量緒論,工程測(cè)量緒論,投影并展平后，中央子午線與赤道都是直線，分別作為高斯平面直角坐標(biāo)系的縱軸（x軸）與橫軸（y軸）。,工程測(cè)量緒論,高斯投影過(guò)程,投影后 取出橫向橢圓柱,剪開(kāi),伸展壓平,紅線是投影區(qū)邊界線,工程測(cè)量緒論,2.高

12、斯投影平面的特點(diǎn) 1)投影后中央子午線NBS是直線，長(zhǎng)度不變。 2)投影后赤道ABC也是直線，且保持ABCNBS的關(guān)系。 3) 除了中央子午線上的線段在投影時(shí)不產(chǎn)生變形外，投影帶內(nèi)其它地方的線段均會(huì)產(chǎn)生變形，變形值的大小與投影區(qū)域離中央子午線的距離成正比，兩側(cè)對(duì)稱（離中央子午線越遠(yuǎn)，投影變形就越大）。 為控制投影變形值，高斯投影的范圍（即經(jīng)度差）不宜過(guò)大，須分帶進(jìn)行投影，即把整個(gè)地球表面劃分成若干帶，分別將各帶均按高斯投影方法投影到平面上。,工程測(cè)量緒論,3.分帶方法 投影分帶有6o帶、 3o帶和1.5o帶幾種。帶寬越小，其變形也越小。 以6o帶投影為例。從首子午線開(kāi)始，經(jīng)度（東經(jīng)）每增加6o

13、劃一帶，全球分成60帶，帶號(hào)分別為160。任意投影帶的中央子午線的經(jīng)度LN為： LN6N3 （ N為投影帶號(hào)數(shù)） 我國(guó)的大地經(jīng)度為74135，所以N 為1323。,工程測(cè)量緒論,3o帶投影時(shí)，第一帶的中央子午線與6o帶重合，即為東經(jīng)3o。各帶中央子午線的經(jīng)度Ln與帶號(hào)n的關(guān)系為： Ln3n （我國(guó)的n為2545）,工程測(cè)量緒論,4.高斯平面直角坐標(biāo)系的建立 x軸是中央子午線NBS的投影，北方為正； y軸是赤道ABC的投影，東方為正； 原點(diǎn)為中央子午線與赤道的交點(diǎn)。 、四個(gè)象限按順時(shí)針順序排列，如右下圖。 注意：測(cè)量學(xué)中的平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系的區(qū)別“x、y互換，象限順數(shù)”。 規(guī)定南北方向?yàn)?/p>

14、x軸的目的是為了定向方便（磁北方向），而規(guī)定象限順數(shù)是為了將數(shù)學(xué)中的坐標(biāo)計(jì)算公式直接用于測(cè)量之中，不需做任何變更。,工程測(cè)量緒論,5.用高斯平面直角坐標(biāo)表示地面點(diǎn)位置 在某點(diǎn)的高斯平面直角坐標(biāo)值中， x表示在高斯平面上該點(diǎn)至赤道的距離， y坐標(biāo)表示在高斯平面上該點(diǎn)至中央子午線的距離。 為了能根據(jù)某點(diǎn)的坐標(biāo)值確定該點(diǎn)位于哪個(gè)投影帶內(nèi)，規(guī)定在橫坐標(biāo)值之前冠以帶號(hào)，即橫坐標(biāo)值中的前兩位數(shù)字為帶號(hào)。,我國(guó)位于北半球，x坐標(biāo)始終為正，但y坐標(biāo)卻有正有負(fù)。 為避免y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，故規(guī)定將坐標(biāo)縱軸向西平移500km（經(jīng)度差1o對(duì)應(yīng)的距離約為111km），即任何一點(diǎn)的橫坐標(biāo)都等于其真實(shí)值加500km 。 例如

15、，某點(diǎn)的橫坐標(biāo)值是20380268.2米，表示該點(diǎn)位于第20帶內(nèi)（ 6o帶），真實(shí)坐標(biāo)為：y=119731.8米,工程測(cè)量緒論,(三). 獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系 當(dāng)測(cè)量區(qū)域較小時(shí)，可以考慮采用獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系。 獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸、象限順序跟高斯平面直角坐標(biāo)系完全相同，坐標(biāo)計(jì)算方法也相同。不同之處在于： x軸的正方向并不一定指向北極，大致指北即可。 坐標(biāo)原點(diǎn)可以假定，即可根據(jù)需要自行確定，如取測(cè)區(qū)內(nèi)某點(diǎn)的坐標(biāo)為（1000，1000）。,工程測(cè)量緒論,三. 高程系統(tǒng) 確定一個(gè)點(diǎn)的空間位置需要三個(gè)量，如三維坐標(biāo)系中的X、Y、Z。 上述坐標(biāo)系統(tǒng)僅解決了點(diǎn)的平面位置（坐標(biāo)）問(wèn)題，還需用高程系統(tǒng)來(lái)

16、確定地面點(diǎn)的高度位置。 在測(cè)量學(xué)中，地面點(diǎn)的高程是指該點(diǎn)至某一基準(zhǔn)面（起算面）的垂直距離。,工程測(cè)量緒論,如果基準(zhǔn)面是大地水準(zhǔn)面，則這個(gè)垂直距離稱為該點(diǎn)的絕對(duì)高程，簡(jiǎn)稱高程（或海拔、標(biāo)高），通常用H加點(diǎn)名作下標(biāo)表示，如HA、HB 。,工程測(cè)量緒論,我國(guó)目前采用的高程系統(tǒng)以青島驗(yàn)潮站歷年（19531977）觀測(cè)的黃海平均海水面為基準(zhǔn)面即以該點(diǎn)處的平均海水位置為高程零點(diǎn)得到大地水準(zhǔn)面，該系統(tǒng)稱作“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”，簡(jiǎn)稱“85高程基準(zhǔn)”。 全國(guó)各地的高程都以此為準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算。,工程測(cè)量緒論,如果起算面（基準(zhǔn)面）不是大地水準(zhǔn)面，而是任意水準(zhǔn)面或假定水準(zhǔn)面，則地面上某點(diǎn)至該起算面的垂直距離稱為相對(duì)高程或假定高程。用HP表示。,地面上A、B兩點(diǎn)的高程之差稱為高差，用hAB表示，即：,由此可見(jiàn)，兩點(diǎn)間的高差與起算面無(wú)關(guān)。但某點(diǎn)的高程卻與起算面密切相關(guān)。,工程測(cè)量緒論,13 測(cè)量工作概述 一. 測(cè)量工作的實(shí)質(zhì) 實(shí)質(zhì)：確定地面點(diǎn)的位置，即地面點(diǎn)定位。 過(guò)程：找“特征點(diǎn)（碎部點(diǎn)）”，測(cè)定其三維坐標(biāo)。,工程測(cè)量緒論,圖中，房角點(diǎn)1、2、3和道路轉(zhuǎn)折點(diǎn)1、2、3都是地物特征點(diǎn)，即需要測(cè)量坐標(biāo)的碎部點(diǎn)。,工程測(cè)量緒論,二.測(cè)量工作的原