工程測量學(xué)緒論

1.1丈量學(xué)與土建工程丈量1.2地面點位確實定1.3用程度面替代水準(zhǔn)面的限制1.4丈量任務(wù)概述1.5丈量常用計量單住換算第1章緒論<工程丈量>定義：丈量學(xué)是研討地面點空間位置的測定、采集、數(shù)據(jù)處置、存儲與管理的一門運用科學(xué)。其中心問題是研討如何測定點的空間位置。義務(wù)：1.測繪：地面的地物地貌→丈量繪制成圖2.測設(shè)〔放樣〕：將圖上設(shè)計建〔構(gòu)〕筑物的圖形和位置在實地標(biāo)定，作為施工或定界的根據(jù)圖上的設(shè)計→實地

1.1丈量學(xué)與土建工程丈量1.1.1丈量學(xué)定義、義務(wù)與分科1.大地丈量學(xué):研討大范圍地域的控制丈量和地形丈量。由于人造衛(wèi)星科學(xué)技術(shù)的開展，大地丈量學(xué)又分為常規(guī)大地丈量學(xué)與衛(wèi)星大地丈量學(xué)，后者是研討觀測衛(wèi)星確定地面點位，即GPS全球定位。2.普通丈量學(xué):研討地球外表部分區(qū)域的測繪任務(wù)，主要包括小區(qū)域控制丈量、地形圖測繪和普通工程測設(shè)。通常稱丈量學(xué)就是指普通丈量學(xué)。3.工程丈量學(xué):研討各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工放樣和運營中丈量的實際和方法。4.攝影丈量學(xué):研討利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的信息，以確定物體的外形、大小和空間位置等信息的實際和方法。5.地圖制圖學(xué):研討各種地圖的制造實際、原理、工藝技術(shù)和運用的一門學(xué)科。分科：1.在工程規(guī)劃設(shè)計階段首先需求規(guī)劃區(qū)的地形圖，有準(zhǔn)確的地形圖和測繪成果，才干保證工程的選址、選線、設(shè)計得出經(jīng)濟(jì)合理的方案。2.在工程施工階段工程的施工，主要目的是把工程的設(shè)計準(zhǔn)確地在地面上標(biāo)定出來，這就需求運用丈量的儀器，按一定的方法進(jìn)展施工丈量。3.在工程運營與管理階段為了可以正常運營或日后改良與擴(kuò)建的需求，應(yīng)進(jìn)展開工丈量。對于大型或特殊的建筑物，還需進(jìn)展周期性的反復(fù)觀測，觀測建筑物的沉降、傾斜、位移等，即變形觀測，從而判別建筑物的穩(wěn)定性，防止災(zāi)禍?zhǔn)鹿实陌l(fā)生。1.1.2土建工程丈量

它包括普通丈量學(xué)，以及土建工程相關(guān)的土地整理丈量、工民建施工丈量，公路工程、管道工程丈量等。1.1.3丈量在工程各階段建立中的作用用經(jīng)緯儀進(jìn)展長江水文觀測用水準(zhǔn)儀進(jìn)展地面平整丈量用全站儀進(jìn)展公路施工丈量青藏高原丈量

☆施工丈量☆用光電測距儀進(jìn)展武漢長江大橋變形觀測航攝照片地形圖GPS衛(wèi)星定位丈量

運用GPS接納機(jī)☆GPS全球定位系統(tǒng)☆☆丈量珠穆朗瑪峰高程☆1975年在海拔6120m處，丈量珠穆朗瑪峰高程。珠峰高程為8848.13m2005年5月重測珠峰高程，用GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)和傳統(tǒng)的丈量方法相結(jié)合重測珠峰高程為8844.43m1.2地面點位的測定1.2.1丈量的基準(zhǔn)線與基準(zhǔn)面1.基準(zhǔn)線：地球上任一點都要遭到離心力和地球引力的雙重作用，這兩個力的合力稱重力，重力的方向線稱為鉛垂線。丈量儀器懸掛垂球，指向重力方向，鉛垂線就是丈量的基準(zhǔn)線。丈量的計算要求投影到地球的橢球面上進(jìn)展處置，橢球面上各點的曲率半徑方向就是該點的法線，法線在數(shù)據(jù)處置時用到，因此，法線又是丈量的另一種基準(zhǔn)線。2.基準(zhǔn)面：空間任何一點都有水準(zhǔn)面，處處和重力方向相垂直的曲面均稱水準(zhǔn)面，水準(zhǔn)面就是丈量的基準(zhǔn)面。由于水準(zhǔn)面的高度不同，水準(zhǔn)面有無窮多個，其中一個和平均的海水面重合，我們稱之為大地水準(zhǔn)面，它是高程丈量的基準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面概念水準(zhǔn)面：處處與鉛垂線相垂直的曲面。大地水準(zhǔn)面：與平均均海水面重合的水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是有微小起伏的復(fù)雜曲面，其緣由是地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，看以下圖：地球外表上的圖形投影到不規(guī)那么的大地水準(zhǔn)面曲面上計算很困難。為此，選用一個非常接近于大地水準(zhǔn)面、并可用數(shù)學(xué)式表示的幾何形體來替代大地水準(zhǔn)面，這個規(guī)那么曲面就是旋轉(zhuǎn)橢球面〔由橢圓NWSE繞短軸NS旋轉(zhuǎn)而得〕。如以下圖紅色表示旋轉(zhuǎn)橢球面，它所包圍的球體稱為地球橢球體。大地水準(zhǔn)面它所包圍的形體稱為大地體。地球橢球的參數(shù)可用a(長半徑)、b〔短半徑〕及α〔扁率〕表示。扁率α為1979年國際大地丈量與地球物理結(jié)合會引薦的地球橢球參數(shù)a=6378140m，b=6356755.3m,α=1:298.257。旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學(xué)外表，可用如下的公式表示：

按一定的規(guī)那么將旋轉(zhuǎn)橢球與大地體套合在一同，這項任務(wù)稱橢球定位。定位時采用橢球中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球短軸重合，橢球與全球大地水準(zhǔn)面差距的平方和最小，這樣的橢球稱總地球橢球。地面上選一點P，由P點投影到大地水準(zhǔn)面P0點,使P0上的橢球面與大地水準(zhǔn)面相切，此時過P0點的鉛垂線與P0點的橢球面法線重合，切點P0稱為大地原點。同時要使旋轉(zhuǎn)橢球短軸與地球短軸相平行〔不要求重合〕，到達(dá)本國范圍內(nèi)的大地水準(zhǔn)面與橢球面非常接近，該橢球面稱為參考橢球面。我國大地原點選在我國中部陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。P地球外表大地水準(zhǔn)面

NSWEP0垂線與法線重合參考橢球體參考橢球面與我國大地原點總地球橢球與參考橢球的區(qū)別1.2.2地面點位確實定需3個參數(shù)：X〔縱坐標(biāo)〕,Y〔橫坐標(biāo)〕,H〔高程〕或λ〔經(jīng)度〕,Φ〔緯度〕,H〔高程〕從整個地球思索點的位置，通常是用經(jīng)緯度表示。用經(jīng)緯度表示點的位置，稱為地理坐標(biāo)。經(jīng)度：東經(jīng)：0°180°西經(jīng)：0°180緯度：南緯：0°90°北緯：0°90°經(jīng)度：M點的子午面PMM′P1與首子午面所組成的二面角。緯度：過M點的鉛垂線與赤道面EG′M′E1的夾角1.地面點在投影面上的坐標(biāo)

(1)獨立平面直角坐標(biāo)系〔假定平面直角坐標(biāo)系〕m(x,y)X軸為南北方向，Y軸為垂直于南北的東西方向，坐標(biāo)原點在測區(qū)西南角X軸可采用：(1)真子午線方向；(2)磁子午線方向；(3)建筑物主軸線方向。丈量上數(shù)學(xué)上OYXx

y測區(qū)αⅡOXYⅠⅢⅣαXYm(x,y)丈量直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)系不同點有：過坐標(biāo)原點的南北方向為縱軸，即X軸，垂直于南北方向〔東西方向〕為橫軸，即Y軸。數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)系橫坐標(biāo)為X軸，縱坐標(biāo)為Y軸。(2)以縱坐標(biāo)X軸正向為起始邊，順時針量算角度，象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ順時針陳列。數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)以橫坐標(biāo)X正向為起始邊，逆時針量算角度，象限逆時針陳列。(3)數(shù)學(xué)上坐標(biāo)原點x0、y0均為0。丈量上，為使地面各點坐標(biāo)均為正數(shù)，坐標(biāo)原點選在測區(qū)的西南角或假定一對較大的正整數(shù)。(2)高斯平面直角坐標(biāo)系

(a)高斯投影的原理把地球橢球面上的圖形展繪到平面上，必然產(chǎn)生變形。為了減少變形誤差，采用一種適當(dāng)?shù)耐队胺椒ǎ@就是高斯投影。高斯投影是將地球劃分為假設(shè)干個帶，先將每個帶投影到圓柱面上。然后展成平面。我們可以想象將一個空心的橢圓柱橫套地球，使橢圓柱的中心軸線位于赤道面內(nèi)并經(jīng)過球心。將地球按6°分帶,從0°起算往東劃分,0°～6°為第1帶,6°～12°為第2帶，……，174°～180°為第30帶,東半球共分30個投影，按帶進(jìn)展投影。進(jìn)展第1帶投影時，使地球3°經(jīng)線與圓柱面相切，3°經(jīng)線長不變形。0661239高斯6°帶投影原理分解演示☆高斯投影分帶☆圖中上半部為6°度帶分帶情況：將地球按6°分帶,從0°起算往東劃分,0°～6°〔第1帶〕,6°～12°〔第2帶〕，……，174°～180°〔第30帶〕,東半球共分30個投影，我國領(lǐng)土從13～23帶。圖中下半部為3°帶分帶情況：1°30‘～4°30’〔第1帶〕，4°30’〔第2帶〕……，我國領(lǐng)土3°帶從24～46帶。(b)高斯投影特點：①等角:即橢球面上圖形投影到平面之后，其角度相等，無角度變形，但間隔與面積稍有變形。②中央經(jīng)線投影后仍直線，且長度不變形，見右圖。因此用這條直線作為平面直角坐標(biāo)系的縱軸—x軸。而兩側(cè)其他經(jīng)線投影后呈向兩極收斂的曲線，并與中央經(jīng)線對稱，距中央經(jīng)線越遠(yuǎn)長度變形越大。③赤道投影也為直線。因此,這條直線作為平面直角坐標(biāo)的橫軸—y軸。南北緯線投影后呈凹向兩極的曲線，且與赤道投影對稱。(c)高斯平面直角坐標(biāo)系定義：高斯投影各帶構(gòu)成獨立的坐標(biāo)系，中央經(jīng)線為x軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點為坐標(biāo)原點。按高斯直角坐標(biāo)定義可知：X軸西邊各點的Y值均為負(fù)。為使Y值為正值，將Y實踐均加500km，稱Y的通用橫坐標(biāo),即Y通用=帶號+Y實踐+500km高斯平面直角坐標(biāo)系的通用橫坐標(biāo)例：n點在20帶，其實踐坐標(biāo)Y實踐=-113424.690mY通用=20〔-113424.690m+500000〕=20(386575.310)m=20386575.310mXmY中央子午線作X軸赤道投影作Y軸XYm500komXno由通用橫坐標(biāo)換算實踐橫坐標(biāo)公式如下：Y實踐=Y通用〔去掉小數(shù)點向左數(shù)第7、8兩位為帶號〕-500000m注：我國領(lǐng)土從13～23帶，帶號占兩位，直接去掉頭兩位即可。例如：某點通用橫坐標(biāo)Y通用=20386575.310m，求該點實踐橫坐標(biāo)。首先，將20386575.310m中20去掉〔第7位為0，第8位為2〕那么Y實踐=386575.310-500000=-113424.690m2、地面點的高程地面上恣意點至水準(zhǔn)面的垂直間隔，稱為該點的高程。某點至大地水準(zhǔn)面的垂直間隔稱該點的絕對高程〔海拔〕。我國規(guī)定青島驗潮站1950年至1956年7年統(tǒng)計資料所確定的黃海平均海水面作為一致全國基準(zhǔn)面。并在青島觀象山建了水準(zhǔn)原點。水準(zhǔn)原點至黃海平均海水面的高程為72.289m,這個高程系統(tǒng)稱為“1956年黃海高程系〞。20世紀(jì)80年代初，國家又根據(jù)1953年至1979年28年青島驗潮站觀測資料，算得水準(zhǔn)原點高程為72.2604m,該高程系統(tǒng)稱為“1985年國家高程基準(zhǔn)〞。從1985年1月1日起執(zhí)行新的高程基準(zhǔn)。中國黃海高程系統(tǒng)表示圖我國兩個高程系統(tǒng)(1)1956黃海高程系(2)1985國家高程基準(zhǔn)水準(zhǔn)原點青島驗朝站海底黃海平均海水面72.289m用1950→1956的觀測結(jié)果，建立了“1956年黃海高程系統(tǒng)〞。其中H0=72.289m。72.260m用1953→1979的觀測結(jié)果，建立了“1985年高程基準(zhǔn)〞。其中H0=72.260m。AB大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面B'相對高程HAHB'HAH'絕對高程hAB絕對高程：從地面某點沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的垂直間隔，如HA、HB。相對高程：從地面某點沿鉛垂線到假定水準(zhǔn)面的垂直間隔，如HA'、HB'。高差：兩點之間高程之差hAB=HB-HA=HB’-HA’hAB有正負(fù)B點高于A點時，hAB為〔＋〕，表示上坡。B點低于A點時，hAB為〔－〕，表示下坡?！钏疁?zhǔn)原點☆水準(zhǔn)原點設(shè)在青島市，高程為72.260m〔1985國家高程基準(zhǔn)〕〔注：1956黃海高程系為72.289m)1.1954年北京坐標(biāo)系采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參考橢球體參數(shù)〔a=6378245m，=1:298.3〕。大地原點實踐上是在前蘇聯(lián)普爾科沃。該系統(tǒng)所對應(yīng)的參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面差別，可到達(dá)+65m〔東部〕，全國平均達(dá)29m。2.1980年國家大地坐標(biāo)系采用國際大地測量協(xié)會與地球物理結(jié)合會在1975年引薦的IUGG-75地球橢球參數(shù)〔a=6378140m，=1：298.257〕。大地原點是在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。1980年坐標(biāo)系還采用了我國大地網(wǎng)整體平差的數(shù)據(jù)，橢球面與大地水準(zhǔn)面平均差僅為10m左右。國家大地坐標(biāo)系1.3用程度面替代水準(zhǔn)面的限制1.對間隔的影響：在半徑為10km圓面積內(nèi)進(jìn)展間隔丈量，可以用程度面替代水準(zhǔn)面，不用思索地球曲率的影響。3.對高程的影響：程度面替代水準(zhǔn)面對高程的影響，200m時就有3.1mm。所以地球曲率對高程影響很大。在高程程丈量中，即使間隔很短也應(yīng)顧及地球曲率的影響。2.對程度角的影響：當(dāng)測區(qū)范圍在100km2時，對角度的影響僅為0.51″，在普通的丈量工可以忽略不計。1.4丈量任務(wù)概述2.丈量任務(wù)組織原那么規(guī)劃：從整體到部分程序：從控制到碎部精度：從高級到低級1.根本任務(wù)丈量任務(wù)實踐就是測定點和點之間的間隔、角度和高差，故又稱丈量任務(wù)三要素。3.丈量任務(wù)的操作原那么步步檢核,第一步檢核不合要求,絕不做第二步。實地地形圖☆丈量任務(wù)的組織原那么