工程測量第一章緒論2

2023/5/241第一章緒論2023/5/242第一章緒論

第一節(jié)概述

第二節(jié)地面上點位的確定第三節(jié)用水平面代替水準面的限度第四節(jié)測繪工作的基本原則第五節(jié)工程測量現代進展★2023/5/243第一節(jié)概述一、測繪學介紹（一）定義

測繪學是研究地球形狀和大小、確定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物體的空間位置，以及對于這些空間位置信息進行處理、儲存、管理的科學。它包括測量和制圖兩項主要內容。測繪學按照研究對象及采用技術的不同，又可分為下列學科：

1、大地測量學

2、攝影測量學

3、工程測量學

4、海洋測量學

5、地圖制圖學2023/5/244第一節(jié)概述一、測繪學介紹（二）應用

主要應用在：

1）城鄉(xiāng)建設規(guī)劃；

2）國土資源的合理利用；

3）農林牧漁業(yè)的發(fā)展；

4）環(huán)境保護以及地籍管理等工作中所進行的土地測量；

5）測繪各種類型、各種比例尺的地圖；

6）控制測量、礦山測量和線路測量等

2023/5/245第一節(jié)概述二、工程測量學介紹

工程測量學是研究地球空間（地面、地下、水下、空中）中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論方法和技術的一門應用性學科。（一）發(fā)展歷史

中國漢代司馬遷的《史記》中關于夏禹治水(公元前21世紀)時的勘測情況的記載。1973年從長沙馬王堆漢墓出土的地圖是目前世界上發(fā)現的最早的地圖。在國外，公元前二十七世紀建設的埃及大金字塔的精確建立說明當時就已有了放樣的工具和方法。公元前十四世紀，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進行過土地邊界的劃分測量。二十世紀初，以核子、電子和空間技術為標志的第三次技術革命，使工程測量學獲得了迅速的發(fā)展。20世紀50年代，世界各國在建設大型水工建筑物、長隧道、城市地鐵中，對工程測量提出了一系列要求，形成了施工測量的內容；20世紀60年代，空間技術的發(fā)展和導彈發(fā)射場建設促使工程測量進一步發(fā)展；20世紀70年代以來，高能物理、天體物理、人造衛(wèi)星、宇宙飛行、遠程武器發(fā)射等所需建設的各種巨型實驗室，就是高精度工程測量。二十世紀末，測量對象深入到地下、水域、空間和宇宙，如核電站、摩天大樓、海底隧道、跨海大橋、大型正負電子對撞機等。從工程測量學的發(fā)展歷史可以看出，它的發(fā)展經歷了一條從簡單到復雜、從手工操作到測量自動化、從常規(guī)測量到精密測量的發(fā)展道路，它的發(fā)展始終與當時的生產力水平相同步，并且能夠滿足大型特種精密工程中對測量所提出的愈來愈高的需求。2023/5/246第一節(jié)概述二、工程測量學介紹（二）研究內容

工程測量的主要內容包括：

1）提供模擬或數字的地形資料；

2）進行測量及其有關信息的采集和處理；

3）建筑物的施工放樣；

4）大型精密設備的安裝和調試測量；

5）工業(yè)生產過程的質量檢測和控制；

6）各類工程建設物、礦山和地質病害區(qū)域的變形監(jiān)測、機理解釋和預報；

7）工程測量專用儀器的研制與應用；

8）與研究對象有關的信息系統(tǒng)的建立和應用等。2023/5/247第一節(jié)概述

（1）地形圖測繪一般工程使用1:1萬至1:10萬的國家地形圖系列。大型工程：采用航空攝影測量，用模擬法、解析法或全數字化法測圖。

1:2000～1:5000的局部性或帶狀地形圖：采用地面測量方法用模擬的白紙成圖或數字化機助成圖法進行測繪。

（2）控制網布設建立平面控制網和高程控制網，目的是為工程建筑物的施工放樣、驗收及其他測量工作提供依據。首級平面控制網布網形式：高精度測角網、邊角網或電磁波導線等，再以插網、插點或導線加密；或可采用GPS建立平面施工控制網以及施工放樣工作。高程控制網：高精度的水準網。

（3）建筑物施工放樣施工放樣：將設計的抽象的幾何實體放樣（或稱測設）到實地上去，成為具體幾何實體所采用的測量方法和技術。放樣方法：方向交會法、距離交會法、方向距離交會法、極坐標法、坐標法、偏角法、偏距法、投點法等。儀器：光學、電子經緯儀、水準儀、全站儀以及GPS技術等。

2023/5/248第一節(jié)概述（4）建筑物竣工測量竣工測量：工程建設項目竣工驗收時所進行的測量工作。目的：根據控制網點測定已有建筑物的實際位置以及部分建筑物的幾何形體，以檢驗施工質量，為工程的驗收、決算、維護等工作提供依據。竣工測量的成果主要包括：竣工總平面圖、分類圖、輔助圖、斷面圖以及道路曲線元素、細部點坐標、高程明細表等。（5）建筑物變形監(jiān)測工程建筑物及與工程有關的變形的監(jiān)測、分析和預報是工程測量學的重要研究內容。變形分析和預報除了需要對變形觀測數據進行處理外，還涉及到工程、地質、水文、應用數學、系統(tǒng)論和控制論等學科，屬于多學科的交叉領域。變形監(jiān)測技術幾乎包括了全部的工程測量技術，除常規(guī)的儀器和方法外，還大量的使用各種傳感器和專用儀器。2023/5/249第一章緒論

第一節(jié)概述

第二節(jié)地面上點位的確定第三節(jié)用水平面代替水準面的限度第四節(jié)測繪工作的基本原則第五節(jié)工程測量現代進展★2023/5/2410第二節(jié)地面上點位的確定

一、地球的形狀和大?。ㄒ唬┐蟮厮疁拭?/p>

假想有一個靜止的海水面，向陸地延伸形成一個封閉的曲面，這個曲面稱為水準面。平均高度的海水面，稱為大地水準面。大地水準面所包圍的形體稱為大地體，它代表地球的一般形狀。圖1-1大地水準面和參考橢球面

（二）參考橢球面

旋轉橢球面所包含的形體稱為旋轉橢球體，同大地水準面最為接近的橢球面稱為平均地球橢球面。旋轉橢球體是由橢球面NWSE繞其短軸NS旋轉而成的形體（見圖1-1），其形狀和大小取決于長半軸a、短半軸b和扁率α=(a-b)/a。如圖1-1所示，地面上選一點P，令P點的鉛垂線和橢球面上相應點P0的法線重合，并使P0點的橢球面與大地水準面相切。這里的P點稱為大地原點，旋轉后的橢球面稱為參考橢球面，其包圍的形體稱為參考橢球體。大地水準面和鉛垂線是測量外業(yè)所依據的基準面和基準線，參考橢球面及其法線是測量計算所依據的基準面和基準線。2023/5/2411第二節(jié)地面上點位的確定橢球名稱

長半軸a(m)

短半軸b(m)扁率α推算年代和國家白塞爾637739763565641:299.21841年德國克拉克637824963565151:293.51880年英國德福特637838863569121:297.01909年美國克拉索夫斯基637824563568631:298.31940年前蘇聯(lián)IUGG-7563781406356755.31:298.2571979年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會WGS-84637813763567521:298.2572235631984年美國

表1-1地球橢球參數2023/5/2412第二節(jié)地面上點位的確定圖1-2大地坐標系圖1-3WGS-84坐標系二、地面點位置的確定

在測繪工作中，常用的坐標系統(tǒng)有大地坐標系、高斯投影平面直角坐標系、獨立平面直角坐標系等。（一）大地坐標系如圖1-2所示，地心空間直角坐標系(X，Y，Z)的Z軸與地球平均自轉軸重合，與Z軸垂直的平赤道面構成XY平面；XZ平面是包含平均自轉軸和格林威治平均天文臺的平面；Y軸的指向使該坐標系成為右手坐標系。橢球的短軸與地心空間直角坐標系的Z軸重合，起始子午面和赤道面分別與該坐標系的XZ平面和XY平面重合。P點沿橢球面法線到橢球面上的投影是Q，PQ=H，稱為P點的大地高程，過P點的大地子午面和首子午面所夾的兩面角稱P點的大地經度L；過P點的法線與赤道面的夾角稱P點的大地緯度B。P點的大地坐標（L，B，H）和地心空間直角坐標(X，Y，Z)之間存在著嚴密的數字關系，可以互相換算。目前，我國常用的大地坐標系統(tǒng)有：（1）1954年北京坐標系（2）

1980年國家大地坐標系（3）

WGS-84坐標系(圖1-3WGS-84坐標系)2023/5/2413第二節(jié)地面上點位的確定（二）高斯平面直角坐標系

根據高斯-克呂格爾投影所建立的平面坐標系稱高斯平面直角坐標系。高斯－克呂格爾投影屬于橫軸切圓柱正形投影?？梢栽O想將截面為橢圓的一個圓柱體面套在地球橢球的外面（見圖1-4），圓柱的中心軸EE1在赤道面內，圓柱面同橢球面相切在中央子午線上。按正形條件將中央子午線東、西各一定經度范圍內的地區(qū)投影到圓柱面上，然后將該圓柱面展開成一平面，就得出中央子午線兩側的一部分地區(qū)在平面上的投影（見圖1-5）。地球橢球赤道的投影也是直線，且與中央子午線正交，以前者為橫軸，即y軸，東向為正；后者為縱軸，即x軸，北向為正；兩者的交點O為原點，這就形成了高斯平面直角坐標系。圖1-4高斯－克呂格爾投影圖1-5高斯－克呂格爾投影展開2023/5/2414第二節(jié)地面上點位的確定

高斯－克呂格爾將地球橢球面按子午線劃分成適當個數的投影帶，帶寬一般分為6°、3°和1.5°等3種。每一投影帶采用各自獨立的高斯平面坐標系(見圖1-6)，并規(guī)定y坐標加上500公里，以避免出現負值。為了表示任一點所在的投影帶，又規(guī)定y坐標值前加上二位數，以表示投影帶號。x坐標值無論在哪一投影帶內都是由赤道起算的實際值。

圖1-6高斯－克呂格爾投影分帶2023/5/2415第二節(jié)地面上點位的確定

地球表面上一點所在分帶的中央子午線的經度值可用下式計算：

6°分帶：（1-1）

3°分帶：

（1-2）式中

N——投影帶帶號。（三）高程系統(tǒng)地面點到某一高程基準面的垂直距離稱為地面點的高程。常用的高程基準面有參考橢球體面和大地水準面，其相應的高稱為大地高和海拔高。地面上任意兩點之間的高程之差稱為高差。

1980年以前，我國主要采用“1956年黃海高程系”，它利用青島驗潮站1950~1956年觀測的潮位成果求得的黃海平均海水面作為高程的零點，因觀測時間短，準確性較差。后改用1953~1979年的觀測資料重新進行計算，并將計算結果命名為“1985年國家高程系統(tǒng)”（1987年5月26日正式公布使用）。由于高程基準面發(fā)生了變化，因此，這兩個高程系統(tǒng)存在一定的差異，它們的關系如下：

H85=H56-0.029（1-3）20淋23倆/5睬/1江816第一道章柴緒知論第一愿節(jié):概述第二腔節(jié):地面革上點瘡位的揭確定第三半節(jié)散用水袖平面句代替擦水準電面的旋限度第四暑節(jié)價測繪熱工作晴的基揮本原員則第五唯節(jié)襖工程吳測量瓜現代鎖進展★20廁23笨/5句/1柳817第三畫節(jié)否用水吉平面型代替見水準冠面的敵限度用水丑平面覽代替際水準學面的碧限度革即在述該限似度內粥，將便橢球塑面作袖為平匆面所霞產生捕的誤截差不比能超煤過工明程地辣形圖責和施擴工放希樣的較精度營要求艱。一、它地球牌曲率閣對水駝平距猴離的候影響如圖1-校7所示露，設拴地面掃上有A′、B′兩點沒，在岡水準奴面上怖的投摸影分冊別為A、B，在潔水平洋面上衡的投球影為A、C。若現以平茄面上論的距彎離AC（設證為t）代起替水偵準面椒上的衡距離侵（設雙為d），湯其誤撇差為虛：（1-鵲4）圖1-心7用水毒平面映代替拴水準展面式中R—持—地球更半徑恩，R=興63役71業(yè)km；α—伙—弧長d所對稍的圓欣心角跌。將tg窗α用級叔數展乏開，形并取汗其前恨兩項賓可得告：因為，所以塘可得：20擋23澆/5航/1院818第三唐節(jié)導用水飯平面作代替陳水準犁面的羅限度以不喇同的d值代錯入上之式，坦求得蹲相應匹的Δd列于吉表1-批2。從餡表中劑可以準看出繼，當類距離托為10隊km時，斃用水枕平面雜代替侍水準另面產汽生的宮距離蘇相對忽誤差府為1/典12盞0萬，央這個興誤差鞋小于擦目前喂精密呈量距戶的允抖許誤覆差（1/醬10五0萬）系。因球此，現在半統(tǒng)徑小咳于10桃km的區(qū)慈域內待，地歲球曲認率對墨水平東距離施的影孕響可妄以忽贈略不拋計，楚可以見用水杰平面祥代替漸水準托面。距離d距離誤差Δd（mm）距離相對誤差Δd/d高程誤差Δh（mm）100m0.0000081/1250000萬0.81km0.0081/12500萬78.510km8.21/120萬7850.025km128.31/19萬49050.0表1-等2地球潮曲率據對水肥平距耍離和腳高程講的影拴響20搶23汁/5贏/1監(jiān)819第三惕節(jié)南用水縱平面挎代替塔水準多面的邀限度二、拿地球燭曲率萬對高衫程的拋影響如圖1-胡7所示筋，地兄面點B′在球慮面和屢水平蔽面上匪的投主影分瘡別為B和C，并螺設這宵兩點搖的高倚差為Δh，從舞圖中盼可以六看出亮，∠CA霞B=涼α/錦2，因滲該角肉很小緒，若都以弧輝度表蘆示，費則有蔬：因為,所以州得：（1-鉤6）以不槳同的d代入江上式僅，算僚得相來應的Δh列于亭表1-汽2中。玻由表噸中數歌據可戚知，擱對高滔程測吊量來框說，把即使征距離鎖很短北，也扣不能段忽視控地球頭曲率育對高蓄程的仿影響怨。20倡23禮/5刪/1搜820第一滑章塌緒備論第一尾節(jié):概述第二矩節(jié):地面性上點分位的壞確定第三授節(jié)祥用水搏平面侵代替筋水準掃面的受限度第四鞠節(jié)卸測繪閘工作拖的基翅本原欲則第五和節(jié)獵工程者測量腹現代沒進展★20烈23浙/5婆/1拒821第四誼節(jié)肢測繪固工作訊的基截本原經則圖1-廢8測繪擋工作泊和原杠則示鬧意圖一、廚測繪泉的基屠本工愛作測繪戴工作合的主共要任閥務是壺確定熔地面撐點與寸點之謹間的吼平面銅和高遮程位鄙置的幻玉關系摩，也步可將普其分鞋成測鈴定和飲測設損兩大踐部份咳。測曾定是內將地歷物和書地貌路按一抄定的呀比例啊尺縮者小繪遲制成軍地形帽圖，茅測設狼是將它在圖聚紙上蓄設計川好的番建筑希物和落構筑抱物的皺位置獄在實鋒地標脊定出卡來。水平犧角、由水平效距離擦和高含差是確雀定地辰面點剝位置勸關系骨的三盈個基義本幾騎何要膛素，袍測量怒地面澆點的茅水平巖角、司水平念距離麗和高門差是寧測量周的基混本工璃作20義23譜/5輩/1扮822第四客節(jié)水測繪謠工作砍的基裂本原內則二、象測繪頃的基鎮(zhèn)本原輛則由于嫂一般紀測量底工作債的范交圍都配比較玩大，貞測量新工作柔在一蒜個控鄙制點首上通混常是幅難以脊完成地的，篩如圖1-給8中工驚廠區(qū)路在控勤制點A上就核無法定測到徑。以協(xié)及圖1-巧9中，祥由于狐建筑斗物多摔且通宋視條謠件限初制，醋在點A上也喬不能碌完成腎所有陽控制鏡工作致，所榨以需診再增輛加點異。這巖就是耍“從愧整體節(jié)到局這部”子的原舌則。圖1-塑9建筑瞧物測孟設示腥意圖20學23朽/5哭/1姑823第一維章掙緒陳論第一蜂節(jié):概述第二憶節(jié):地面康上點村位的忙確定第三仁節(jié)罩用水飛平面掘代替痛水準別面的共限度第四器節(jié)苗測繪司工作判的基避本原者則第五俘節(jié)燃工程漫測量銷現代馬進展★20旦23戶/5字/1鼻824第五爽節(jié)崗工程灰測量轎現代情進展“廣義斯工程切測量撲學”原，即君“一透切不紋屬于村地球纖測量默，不迫屬于拔國家辱地圖搶集的族陸地遞測量個和不鞏屬于襯公務易測量鋒的應庸用測局量，銀都屬戲于工華程測殖量”貧。工程段測量左的發(fā)租展可愿概括吹為“杰四化深”和翼“十伸六字崖”，爸前者擱即工潔程測筑量內鞏外業(yè)忘一體殃化；銷數據耍獲取亦及處協(xié)理自組動化版；測方量過每程控敢制和稻系統(tǒng)雹行為顫的智莖能化做；測蘆量成靜果和斃產品沫的數千字化谷。后炕者為擇連續(xù)杜、動芬態(tài)、理遙測諷、實仿時、穿精確希、可戲靠、恢快速岔、簡塌便。20轎23猴/5缸/1欠825第五完節(jié)補工程揮測量遲現代絹進展一、豬現代逝工程鑼測量引技術（一朗）GP淡S應用么技術在工呈程測圍量中角，應長用GP離S單點連定位屆的情豬形較廚少，栽相對蟻定位確是其膊主要靈模式煌。包積括靜酷態(tài)、汪快速貸靜態(tài)來、往間返式被重復倡設站膏、準招動態(tài)遷、動飄態(tài)、竟實時盜動態(tài)矮（RT汽K）、漂主動孔控制奏模式詢等。欲由GP死S、GI欲S、RS技術陜集成企或綜華合的械“3S襖”技術哭，拓財寬了瞧信息擇采集來與處救理功慰能，浪保持掩了信爛息的蘿現勢魂性與湊可靠雕性。GP齒S實時叮動態(tài)萌測量(R常TK撥)技術伍，廣楊泛應突用于牢石油緊勘探蹈、數蠻字測挑圖、巾施工向放樣社、管詢線測合量等壓領域踐。20頑23唯/5滴/1洋826第五阻節(jié)映工程驚測量舊現代席進展一、族現代誤工程車測量沿技術（二尺）全屋站儀凝應用色技術全站托儀是徑一種曠集光講電、期計算資機、測微電把子通莖訊、敗精密征機械疫加工尸等高草精尖繼技術替于一己體的略先進暑測量汪儀器稿。特點貓：同納時具韻備電長子經老緯儀焦測角慰和測碼距兩茂種功渴能；爹由電躲子計蒼算機液控制裹、采售集、慨處理判和儲講存觀混測數稅據，錯使測伸圖數兼字化遮、后祖處理匪全自懂動化掀。應用危：常蓄規(guī)的最控制集測量睜、地殲形測親量和檢工程飄測量念，地柔表與脊地表量構筑坦物的拆變形桌測量縣，如夕地面籍沉降累、深刊基坑傅開挖午引起生的環(huán)浴境變牙形、省大壩話變形勿以及羽工業(yè)鏡目標途的定句位與滅變形計測量肺等方熱面。免棱羞鏡全棉站儀輕是高屋性能腰全站布儀的雪典型給代表碎之一樹，它話把免禍棱鏡舍測距詳技術活與傳丑統(tǒng)的繪全站節(jié)儀結索合在蹲一起警，給貪測量噴工作夏帶來哨了很衡大方上便。圖1-詢10熄Le駐ic倒a杠TC準A2們00鍵3全站章儀20劑23鼓/5架/1收827第五陡節(jié)善工程筋測量訂現代販進展一、熊現代胳工程泉測量象技術（三唉）電不子水縱準儀淺應用顏技術電子將數字榴水準胞儀是仗集電陡子光懇學、扭圖像挨處理慰、計庫算機悶技術無于一岸體的轉當代區(qū)最先將進的暖水準壺測量商儀器,它具夏有速卵度快球、精詳度高征、使趕用方虎便、桌勞動涼強度泊低及剪便于卸用電繼子手司簿實霸現內概外業(yè)方一體飄化的頁優(yōu)點,代表濕了當悶代水袋準儀賴的發(fā)日展方農向。目前營，世垮界上困僅有干少數答廠家坑生產國電子械數字與水準楚儀。脂常見廣的有郵以下頸幾種鑰，如棚圖1-樓11所示駛。徠卡DN號A0繳3/霜10蔡司DI抓NI先10拓普而康DL牛10伍1/適10哲2索佳SD帥L2圖1-塞11電子橫水準亮儀20督23騾/5告/1瞧828第五彎節(jié)器工程躺測量蟻現代列進展一、鴉現代碧工程胡測量衰技術（四腔）激各光三份維掃襯描測氧量系面統(tǒng)三維軍激光陳掃描兼系統(tǒng)趣主要叢由三總維激禾光掃陜描儀密和系站統(tǒng)軟章件組良成，拋其工愧作目客標就糖是快誼速、意方便認、準嗎確地滅獲取堵近距胖離靜低態(tài)物鳥體的銹空間欺三維志模型駕，以次便對走模型舟進行意進一己步的該分析價和數柿據處獨理。征三維銅激光矮影像隊掃描篩儀是敗一種幟集成趨了多老種高娘新技算術的古新型善測繪移儀器橫，采母用非擇接觸狹式高晴速激脹光測隙量方汪式，驚以點概云形耀式獲撿取地駕形及鹽復雜劑物體紅的二建維表乳面的聞列陣任式幾庭何圖廁形數皂據。圖1-呢12刃Cy赴ra三維慚激光蘿掃描此系統(tǒng)圖1-困13對清暈華大牽學校的門掃掏描所末建立伴的模儉型圖20饑23委/5憑/1共829第五毛節(jié)適工程卻測量羽現代鑄進展圖1-呢14三維霧坐標凳測量傳機一、汁現代遺工程遭測量旅技術（五歐）三壇維工店業(yè)測修量系獄統(tǒng)三維義工業(yè)屑測量鹽系統(tǒng)鳴是以沾電子宮經緯塊儀或烏自動據全站絨儀等浙多個控傳感俘器集臟成和擱綜合屠應用唇的三姜維工吃業(yè)自暈動測晶量系構統(tǒng)。晴其應