土木工程測(cè)量學(xué)概述

土木工程測(cè)量學(xué)概述第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第一章測(cè)量學(xué)概論學(xué)習(xí)要點(diǎn)§1-1測(cè)量學(xué)的基本概念§1-2測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)§1-3測(cè)量學(xué)的特點(diǎn)和要求§1-4測(cè)量的基準(zhǔn)面§1-5地面點(diǎn)位的確定和坐標(biāo)系§1-6測(cè)量工作的程序及基本內(nèi)容第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日§1-1測(cè)量學(xué)的基本概念一.測(cè)量學(xué)的概念二.測(cè)量學(xué)的作用三.測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.測(cè)量學(xué)的概念

測(cè)量學(xué)是研究地面上點(diǎn)與點(diǎn)之間相對(duì)位置關(guān)系（包括地面、地下、空間）以及確定地球形狀和大小的科學(xué)測(cè)量學(xué)利用測(cè)量?jī)x器和工具，用測(cè)量的方法和手段，來(lái)確定點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)關(guān)系，主要是指地面點(diǎn)之間的角度與距離關(guān)系。通過(guò)計(jì)算，得到地面點(diǎn)的平面位置和高程數(shù)據(jù)，并將地面點(diǎn)所表達(dá)的地球表面的地形及其其它信息測(cè)繪成圖。根據(jù)工程需要，可以形成地形圖、斷面圖等。第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二.測(cè)量學(xué)的作用

測(cè)量工作主要為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供各類地形圖，以及所需的地面現(xiàn)狀度量數(shù)據(jù)，供工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)、國(guó)防建設(shè)及各類工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等使用；同時(shí)也為各類工程建設(shè)的實(shí)施提供現(xiàn)場(chǎng)的精確定位。此外，在國(guó)防、公安、地震和災(zāi)情監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，測(cè)量工作的配合起著越來(lái)越重要的作用。第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日三.測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類大地測(cè)量學(xué)研究和測(cè)定地球的形狀、大小、重力場(chǎng)和地面點(diǎn)幾何位置及其變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。大地測(cè)量的方法有幾何法、物理法和衛(wèi)星法。攝影測(cè)量與遙感學(xué)研究利用攝影或遙感的手段獲取地面目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取幾何或物理信息，并用圖形、圖像和數(shù)字表達(dá)的理論和方法的學(xué)科。第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日工程測(cè)量學(xué)研究工程建設(shè)和自然資源開(kāi)發(fā)中各個(gè)階段進(jìn)行控制測(cè)量、地形測(cè)繪、施工放樣和變形監(jiān)測(cè)的理論和技術(shù)的學(xué)科。適用于規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段。地圖制圖學(xué)研究模擬地圖和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的技術(shù)方法的學(xué)科。海洋測(cè)繪學(xué)研究以海洋水體和海底為對(duì)象所進(jìn)行的測(cè)量理論和方法的學(xué)科。第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日§1-2測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)兩個(gè)任務(wù)：測(cè)定、測(cè)設(shè)第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.測(cè)定（地面圖紙）測(cè)定地面現(xiàn)狀的位置。測(cè)定的成果：（1）數(shù)據(jù)坐標(biāo)（地理坐標(biāo)、平面坐標(biāo)）、高程、角度、距離、地面直線的方位角、坡度、面積等。（2）圖地形圖、平面圖、地籍圖、斷面圖、沉降圖等第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二.測(cè)設(shè)（圖紙地面）將圖紙上設(shè)計(jì)的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高程，放樣于實(shí)地，作為施工的依據(jù)。也叫施工放樣。測(cè)設(shè)成果：體現(xiàn)設(shè)計(jì)的平面位置和高程的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志。第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日§1-3測(cè)量學(xué)的特點(diǎn)和要求1特點(diǎn)（1）實(shí)踐性強(qiáng)，責(zé)任感要求高，必須遵照測(cè)量的規(guī)范和規(guī)則（2）內(nèi)容多：測(cè)量學(xué)基本原理、誤差理論、儀器使用、作業(yè)方法、基本計(jì)算等第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2學(xué)習(xí)要求（1）學(xué)會(huì)和掌握測(cè)量的基本作業(yè)方法：角度測(cè)量、距離測(cè)量、高程測(cè)量（儀器的基本操作、作業(yè)程序、記錄、成果整理）（2）掌握測(cè)量?jī)x器的檢驗(yàn)和校正方法：測(cè)量?jī)x器的軸線關(guān)系、檢驗(yàn)和校正的作業(yè)方法（3）學(xué)會(huì)控制測(cè)量、地形測(cè)量、施工放樣的基本作業(yè)方法：外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)測(cè)量與繪圖（4）建立測(cè)量誤差的基本概念：掌握測(cè)量誤差的基本理論和測(cè)量誤差的計(jì)算第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3其它要求（1）野外作業(yè)：嚴(yán)格按照規(guī)定的作業(yè)和操作程序（2）記錄：字跡清晰、端正，不得任意涂改（3）計(jì)算：按平差規(guī)則，作計(jì)算檢核、保證計(jì)算精度（小數(shù)取位）（4）正負(fù)號(hào)：在以下數(shù)據(jù)前加“+、-”號(hào)（高差、豎直角、指標(biāo)差、坐標(biāo)增量、所有的閉合差、改正數(shù)）第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日§1-4測(cè)量的基準(zhǔn)面測(cè)量工作使用的兩個(gè)基準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)橢球面第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.大地水準(zhǔn)面定義：與平均海水面所形成的閉合曲面。作為建立高程系統(tǒng)的水準(zhǔn)面，其高程為零關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)面、大地體、重力等位面（處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面，表面不光滑）第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二.旋轉(zhuǎn)橢球面定義：可用數(shù)學(xué)式表示的光滑曲面，代替大地水準(zhǔn)面且非常接近大地水準(zhǔn)面。旋轉(zhuǎn)橢球面作為建立坐標(biāo)系統(tǒng)的基準(zhǔn)面。以地球自轉(zhuǎn)軸PP1為短軸，以赤道直徑EQ為長(zhǎng)軸的橢圓繞PP1旋轉(zhuǎn)而成的橢球體地球的理論形體扁率我國(guó)1980年大地測(cè)量坐標(biāo)系采用：a=6378140mb=6356755mf=1/298.257目前已知精確值：a=6378137mb=6356752mf=1/298.257第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日§1-5地面點(diǎn)位的確定與坐標(biāo)系地面點(diǎn)的坐標(biāo)地面點(diǎn)的高程確定地面點(diǎn)平面位置的方法一個(gè)空間點(diǎn)位由三個(gè)數(shù)據(jù)表示：平面坐標(biāo)X、Y（或地理坐標(biāo)經(jīng)度、緯度），由坐標(biāo)系統(tǒng)表示高程H，由高程系統(tǒng)表示第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.地面點(diǎn)的坐標(biāo)四種坐標(biāo)表示方法：大地坐標(biāo)系空間三維直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系地區(qū)平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)變換第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1.大地坐標(biāo)系以地球橢球面作為基準(zhǔn)面，用經(jīng)度和緯度兩個(gè)值表示地面點(diǎn)的球面位置大地經(jīng)度：0°~180°大地緯度：0°~90°大地高：地面點(diǎn)到橢球面的鉛垂距離目前我國(guó)采用的是“1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系”以陜西省涇縣永樂(lè)鎮(zhèn)大地原點(diǎn)為起算點(diǎn)第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.空間三維直角坐標(biāo)系以地球橢球的中心O為原點(diǎn)，首子午面與赤道面的交線為X軸，在赤道面內(nèi)通過(guò)原點(diǎn)O與X軸垂直的為Y軸，地球橢球的旋轉(zhuǎn)軸為Z軸。常應(yīng)用于衛(wèi)星測(cè)量第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日a.高斯平面直角坐標(biāo)系的建立高斯投影法就是將橢球面變換為平面的地圖投影方法在橢球面上劃分投影帶逐帶投影到橢圓柱展開(kāi)橢圓柱面成平面直角坐標(biāo)系面上特點(diǎn)：采用正形投影（即保角變換、保角影射）3.高斯（Gauss）直角坐標(biāo)系第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日使中央子午線與橢柱體相切，投影時(shí)長(zhǎng)度不變，展開(kāi)后為X軸，向北為正；赤道與中央子午線正交，展開(kāi)后為Y軸，向東為正。高斯投影原理第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日b.高斯平面直角坐標(biāo)系的表示為使用方便，X軸向西移500km以中央子午線為X軸的橫坐標(biāo)加上500km為區(qū)分各坐標(biāo)帶，在橫坐標(biāo)值前加上坐標(biāo)帶的帶號(hào)例：設(shè)第21投影帶內(nèi)AB投影的橫坐標(biāo)為ya=+224567myb=-245678m則：ya=500000+224567=724567myb=500000-245678=254322m即：ya=21724567myb=21254322m第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日4.地區(qū)平面直角坐標(biāo)系地區(qū)平面直角坐標(biāo)系又稱獨(dú)立坐標(biāo)系，精度要求高。城市的平面直角坐標(biāo)系經(jīng)常以城市中心地區(qū)某點(diǎn)的子午線作為中央子午線，將坐標(biāo)原點(diǎn)也移至測(cè)區(qū)以內(nèi)，據(jù)此進(jìn)行高斯投影，稱為“城市獨(dú)立坐標(biāo)系（城市坐標(biāo)系）”第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日5.坐標(biāo)換算地面上同一點(diǎn)的大地坐標(biāo)、空間三維直角坐標(biāo)和高斯平面直角坐標(biāo)之間，均可以根據(jù)其數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行坐標(biāo)換算。工程中多用于平面直角坐標(biāo)系的建筑坐標(biāo)系與城市坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)換算。已知建筑坐標(biāo)換算成城市坐標(biāo)已知城市坐標(biāo)換算成建筑坐標(biāo)第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二.地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1.地面點(diǎn)的高程絕對(duì)高程：地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離相對(duì)高程：假定高程（多用于建筑施工）第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)我國(guó)國(guó)家高程系統(tǒng)：黃海高程系我國(guó)國(guó)家高程基準(zhǔn)：1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)我國(guó)取黃海平均海水面為大地水準(zhǔn)面；人為而定，相對(duì)穩(wěn)定（我國(guó)1956年取前六年的平均潮位作為大地水準(zhǔn)面；1985年取1953-1979年共26年觀測(cè)的平均潮位作為大地水準(zhǔn)面）水準(zhǔn)原點(diǎn)建在青島市內(nèi)，作為我國(guó)的國(guó)家高程基準(zhǔn)。1956年高程基準(zhǔn)的高程為72.289米，1985年高程基準(zhǔn)的高程為72.260米上海地區(qū)高程系統(tǒng)：吳淞高程系第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日三.確定地面點(diǎn)平面位置的方法（一）地面點(diǎn)的相對(duì)平面位置1.直角坐標(biāo)表示法用兩點(diǎn)間的坐標(biāo)增量Δx、Δy表示2.極坐標(biāo)表示法用兩點(diǎn)連線方位角α和水平距離D表示第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（二）坐標(biāo)正算和反算1.坐標(biāo)正算—由極坐標(biāo)化為直角坐標(biāo)2.坐標(biāo)反算—由直角坐標(biāo)化為極坐標(biāo)第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（三）極坐標(biāo)法定點(diǎn)位地面點(diǎn)的平面位置多用極坐標(biāo)法測(cè)定第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.測(cè)量工作的基本原則二.測(cè)量工作的程序三.確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素四.水準(zhǔn)面曲率對(duì)觀測(cè)量的影響§1-6測(cè)量的程序與原則第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.測(cè)量工作的基本原則布局上：由整體到局部次序上：由控制到細(xì)部精度上：由高級(jí)到低級(jí)第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二.測(cè)量工作的程序由整體到局部由控制到細(xì)部由高級(jí)到低級(jí)第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日三.確定地面點(diǎn)位的三個(gè)

基本要素距離：S夾角：β高差：h三個(gè)基本觀測(cè)量第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日四.水準(zhǔn)面的曲率對(duì)觀測(cè)量的影響在小測(cè)區(qū)內(nèi)，用水平面代替水準(zhǔn)面，討論由此對(duì)距離、角度、高差的影響據(jù)此確定水平面代替水準(zhǔn)面的最大范圍簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)精度無(wú)影響第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1.水準(zhǔn)面曲率對(duì)距離測(cè)量的影響水平面代替水準(zhǔn)面的距離誤差和相對(duì)誤差距離S（km）距離誤差△S（cm）相對(duì)誤差△S/S100.81：12000002512.81：20000050102.71：49000100821.21：12000結(jié)論1：在半徑小于10km的范圍內(nèi)量距，不必考慮地球曲率的影響。第三十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平角度的影響水平面代替水準(zhǔn)面的角度誤差球面面積P（km2）球面角超100.05”1000.51”4002.03”250012.70”結(jié)論2：在半徑小于10km的范圍內(nèi)進(jìn)行水平角測(cè)量，不必考慮地球曲率的更正。對(duì)球面上面積為P的圖形，有球面角超公式：第三十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3.水準(zhǔn)面曲率對(duì)高差測(cè)量的影響水平面代替水準(zhǔn)面的高程誤差S（km）0.10.20.30.40.512