土木工程测量绪论

,*,万方科技学院,WANFANG COLLEGE OF SCIENCE,第一章 绪论,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,土木工程测量绪论,中国工程院院士、武汉大学教授宁津生,宁津生院士序言指出,三大,特点,1. 结合土木类专业，应用的特色非常明显，教学内容针对性强；,2. 教材结构体系新，教材内容脉络清晰，便于理解掌握；,3. 引进测绘新技术，更具时代特色。,学习“工程测量”,课程的性质,工程测量，土木工程测量。,专业基础,课；土木工程等专业的,基本技术,；工程建设的,主要导向技术。,学习,理论教学、实验教学、实习教学,。根据理论教学需要开展实验教学，完成必要的作业；实习教学将作为独立课程在理论教学之后进行。通过,理论教学,、,实验教学,、,实习教学,达到掌握工程测量技术的目的。,希望,努力学习，刻苦训练，真正掌握土木工程测量技术，为工程建设服务。,测量科学技术在国民经济建设和社会可持续发展以及国防建设中的重要地位不断提高，应用不断扩大。 -宁津生,第一章 绪论,学习目标,：,理解测量科学技术在土木工程的意义。,掌握坐标系统、高程系统的概念和应用。,理解测量定位概念与技术过程。,把握绪论对于学习工程测量技术的基本导向。,1.1,土木工程测量学的任务和作用,测量的坐标系统,1.3,地面点定位的基本概念,1.4,用水平面代替水准面的限度,1.5,测量常用的计量单位,1.1 土木工程测量学的任务,测量学研究的对象,测量学是研究,地球形状和大小,，确定地球表面各种物体的,形状、大小和空间位置,的一门科学。,按照研究对象及采用的技术不同分为：,大地测量学,摄影测量学,地形测量学,工程测量学,地图制图学,海洋测量、GPS测量,工程建设三阶段,土木工程测量的任务,勘察、规划、设计,施工建设,运营管理,测图、用图,施工测设-放图,变形监测、测绘竣工图,土木工程测量的任务,土木工程测量的作用,1、与人类生存息息相关的测量科学。,人类在地球上的生存、发展离不开点位置的确定，测量科学正是适应人类生存、发展和土木工程建设的定位技术需求而发展起来。,2.现代科技条件下的测量科学。,激光红外测距、卫星全天候定位、摄影与遥感、数字化测量技术及现代平差等、地球空间信息工程学,3.,应用范围和服务对象不断地扩大,国家经济建设、国防建设中与地球空间信息有关的各个领域,视频欣赏,测绘外业,测绘新技术,国家测绘局宣传片,应掌握的基本测量内容,掌握测量基本理论和测量原理,熟练操作常规仪器,能够测绘小范围区域一定比例尺地形图,具备从地形图获取规划设计所需的数据,具备施工放样、变形观测等独立工作能力,1.2 测量常用坐标系,高山,陆地,丘陵,海洋,马里亚纳海沟,珠穆朗玛峰,地球的形状和大小,大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体称为,大地体,。,设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。,大地水准面：,测量基准面,由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。,该几何体必须满足两个条件：,形状接近地球自然形体,；,可以用简单的数学公式表示,。,参考椭球体及参考椭球面,参考椭球面,参考椭球面,参考椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。,参考椭球体,一个非常接近大地体，并可用数学式表示几何形体，作为地球的参考形状和大小。它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体， 故又称旋转椭球体。,测量基准面,旋转椭球体由长半轴,a,（,或短半轴,b,）,和扁率,决定。,我国目前采用的,参考,椭球体,的,参数,为：,长半轴,a=6378140m,短半轴,b=6356755m,扁 率,= =,测量精度要求不高时，可把地球看作,圆球,，其平均半径,测量基准面,测量工作的基准线和基准面,测量外业工作的基准面,大地水准面,测量外业工作的基准线,铅垂线,测量内业计算的基准面,参考椭球面,测量内业计算的基准线,法线,O,G,地球表面,大地水 准面,铅垂线,测量工作的基准线和基准面,铅垂线：过地面任一点垂直于大地水准面的线称为该点的铅垂线。,法线：过地面一点垂直于参考椭球面的线称为该点的法线。,测量基准面,坐标系统,测量的任务,：测定和测设；,测量的目的,：确定地面点的位置,确定地面点位的方法,坐标系,大地坐标系（,B,L,H,）或（,X,Y,Z,）,高斯平面直角坐标系（,X,Y,）,+,高程系统（,H,）,独立平面直角坐标系,+,相对高程（,H,）,一、大地坐标系,大地坐标系统,是以参考椭球面为基准面的坐标系,通常以大地经度L、大地纬度B、大地高H来表示地面点的空间位置,大地经度：,过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二面角叫做P点的大地经度，用L表示。,大地纬度：,过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点的大地纬度，用B,表示。,赤道平面,O,P,M,大地经度L,大地纬度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,S,N,L取值范围：,东经0180,西经0180,B取值范围：,南纬090,北纬090,我国常用的大地坐标系有：,1954年北京坐标系,：采用克拉索夫斯基椭球，大地原点位于前苏联的普尔科沃，点位精度不高。,1980国家大地坐标系,：采用IUGG-75椭球，大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇。,WGS-84坐标系,：采用WGS-84椭球，坐标原点在地球质心，GPS卫星定位系统得到的坐标。也称为,1984世界大地坐标系,。,二、高斯平面直角坐标系,由于,地理坐标,是球面坐标，在工程建设规划、设计 、施工中，测量和计算,十分不便,。,投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到平面上。,即,X= F,1,（,L,，,B,）,Y= F,2,（,L,，,B,）,我国采用,高斯平面直角坐标,，小地区范围内也可采用,独立平面直角坐标,。,高斯投影的概念,高斯投影是一种,等角投影,。它是由德国数学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加以补充完善，故又称“高斯克吕格投影”，简称“高斯投影”。,N,S,c,中央,子,午线,赤道,高斯投影平面,赤道,中央子午线,高斯投影的原理,高斯投影,采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。,高斯投影必须满足：,1高斯投影为正形投影，即等角投影；,2中央子午线投影后为直线，且为投影的对称轴；,3中央子午线投影后长度不变。,高斯投影平面,赤道,中央子午线,高斯投影的特性,（1）,中央子午线和赤道,投影后为直线，且长度不变。,（2）除中央子午线外，,其余子午线,的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为,对称轴,。投影后有长度变形。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,（3）除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。,（4）经线与纬线投影后仍然保持正交。,（5）,离中央子午线愈远，长度变形愈大。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,投影带的划分,我国规定按经差,6,和,3,进行投影分带。,6,带,自,首子午线,开始，按,6,的经差自西向东分成,60,个带,。,3,带,自,开始，按,3,的经差自西向东分成,120,个带,。,3,带的中央子午线与,6,带中央子午线及分带子午线重合，减少了换带计算。,工程测量采用,3,带，特殊工程可采用,1.5,带或任意带。,6,带与,3,带中央子午线之间的关系如图:,按照,6带,划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：,L。=6N3,（,N,为6带的带号）,例：20带中央子午线的经度为,L。6203117,按照,3带,划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：,L。=3n,（n为3带的带号）,例：,38带,中央子午线的经度为,L。338114,38,例：北京某地的经度为11628,它属于6带的几带？中央子午线的经度为多少？3带呢？,解：,6带:,int,(,11628/6)+1=20,L。=6N3,=6*20-3=117,3带：,11628/3=,38.839（四舍五入,）,L。=3n=,3*39=117,中央子午线,6,带,3,带,117,114,若已知某点的经度为L，则该点的6带带号N由下式计算：,N,（取整）+1,若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算：,n,（四舍五入）,我国横跨11个6带，即13,23带，21个3带，即24,45带,高斯平面直角坐标系,坐标系的建立：,x,轴,中央子午线的投影,y,轴,赤道的投影,原点,O,两轴的交点,o,x,y,P,（X，Y）,高斯自然坐标,注：,X,轴向,北,为,正,，,y,轴向,东,为,正,。,赤道,中央子午线,N,！测量坐标系与数学坐标系的区别,x,y,o,500km,=500000+,=,500000+,国家统一坐标：,（带号）,（带号）,坐标值的规定,例：,有一国家控制点的坐标:,x=3102467.280m ,y=19367622380m，,（1）该点位于6 带的第几带？,（2）该带中央子午线经度是多少？,（3）该点在中央子午线的哪一侧？,（4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？,（第19带）,（L。=6,19-,3=111）,（先去掉带号，原来横坐标y367622.380500000，在西侧）,（距中央子午线，距赤道）,三、独立平面直角坐标,当测区范围较小时,(,半径,10km,),，可将大地水准面看作平面，并在平面上建立,独立平面直角坐标系,；,地面点的位置可用,平面直角坐标,确定；,坐标系原点一般 选在测区,西南角,（测区内,X,、,Y,均为正值）；,原点坐标值可以,假定,，也可以采用,高斯平面直角坐标,；,规定：,X,轴向北为正，,Y,轴向东为正。,O,X,Y,测区,北,四、高程系统,1.,高程系统,的一般概念,高程的概念,3,.我国的高程系统,大地高：,以,参考椭球面,为高程基准面，是地面点沿,法线,到,椭球面,的距离。用H,大,表示。如图,H,B,，,大地坐标（L,B,H,大,）,绝对高程：,以,大地水准面,为高程基准面，即地面点沿,铅垂线,到,大地水准面,的距离，也称为,绝对高程或海拔,，用H表示,如图,H,B,。,绝对高程,：地面点到大地水准面的铅垂距离。用H表示,相对高程,：地面点到假定水准面的铅垂距离。用H表示,高差,：地面上两点间的绝对高程或相对高程之差。用h表示,主要有：,（1）1985国家高程基准,（2）1956年黄海高程系,（3）地方高程系统。如：珠江高程系统。,注：,水准原点：青岛市观象山,H,0,（85黄海系）,（56黄海系）,3. 我国的高程系统,1.3 地面点定位的基本概念,地面点定位，亦即以某种,技术过程,确定地面点的位置。,包括,测绘,和,测设,两部分。,1.,测绘：,以测量技术手段测定地面点位置并用图象或图形和数据等形式表示出来，这种技术过程称为,测绘。,2、,测设。,利用测量技术手段把设计上拟定的地面点测定到实地上，这种技术过程称为,测设,，或工程放样，简称放样。,一、地面点定位元素,定位参数,定位原理：,几何测量定位：,通过,角度测量,、,距离测量,、,高差测量,确定地面点点位坐标。,三维：,B,L,H；x,y,H,二维：,B,L；x,y,测量得到的,角度() 、距离(D) 、高差(h),是地面点定位的基本元素，称为直接定位元素，简称,定位元素,。,定位元素的特性：,独立性、直接可量性,测量三项基本工作：,高程测量（第二章）,角度测量（第三章）,距离测量（第四章）,定位元素,二、测量的基本原则,测量工作的程序：,先在测区选择若干有控制意义的点称为,控制点,，精确地测量出少数点的位置。控制点相互连接构成一定的几何图形称为,控制网,。测量控制点的工作称为,控制测量,。,然后以,控制点,为基础，测量它周围的地形，也就是测量每一控制点周围各地形特征点的位置称为,碎部测量,。,它可以,减少误差积累,，保证测图精度分布均匀，还可以分幅测绘，,加快测图进度,。,地物：,地表上的固定的自然或人工物体如河流、道路、房屋等。,地貌：,地面高低起伏的形态。,地形：,地物和地貌的总称。,1、程序上：先控制后碎部控制原则,2、布局上：由整体到局部-整体原则,3、精度上：由高级到低级-等级原则,4、过程中：步步有检核 -检核原则,1.4 用水平面代替水准面的限度,一、对距离的影响,大地水准面上：,在水平面上：,误差值：,相对误差：,结论：当测区半径 r10km时, 误差仅为1/120万，可用水平面,代替大地水准面,二、对水平角的影响,球面三角形,内角和,球面角超,P球面三角形面积,R地球半径，,结论：当测区范围在,100km,2,，,用水平面代替水准面时，对角度影响仅为,0.51,，在普通测量工作中可以忽略不计,球面三角形和平面三角形角度差,三、对高程的影响,用水平面代替水准面对高程的影响就是地球曲率对高程的影响,结论:,必须顾及其影响,进行改正.,本章小结,测量学研究对象及主要任务,测量坐标系,点的经、纬度、中央子午线,高斯平面直角坐标系,水准面、水平面、大地水准面、绝对高程、相对高程、高差,测量的基准面、基准线,水平面代替水准面的限度,对水平距离的影响、对高程的影响、对水平角的影响,测量工作的基本内容和原则,距离测量、角度测量、高差测量,地物、地貌、地形,从整体到局部、先控制后碎部,步步为检核,计算题：,郑州某地精度为11342，它属于6带的几带？中央子午线的经度为多少？3带呢？,已知地面上两点A、B的横坐标通用值为18534257.38m,18395827.66m,问：,（1）这两点位于6 带的第几带？,（2）该带中央子午线经度是多少？,（3）这两点分别在中央子午线的哪一侧？,谢谢！,