测量绪论素材课件

,工程测量学,1,绪 论,工程测量学,1,绪 论,*,第一章 绪 论,建筑工程测量,教学课件,1.1,土木工程测量学的任务,测绘科学应用很广：在国民经济和社会发展规划中，测量信息是最重要的基础信息之一，各种,规划,及,地籍管理,，首先要有地形图和地籍图。另外，在各项工农业基本建设中，从,勘测设计,阶段到,施工,、,竣工,阶段，都需要进行大量的测绘工作。在国防建设中，,军事测量,和,军用地图,是现代大规模的诸兵种协同作战不可缺少的重要保障。至于,远程导弹,、,空间武器,、,人造卫星,或,航天器,的发射，要保证它精确入轨，随时校正轨道和命中目标，除了应测算出发射点和目标点的,精确坐标,、,方位,、,距离,外，还必须掌握,地球形状,、,大小,的精确数据和有关地域的重力场资料。在科学实验方面，诸如空间科学技术的研究，地壳的变形、地震的预报等都要应用测绘资料。即使在国家的各级管理工作中，测量和地图资料也是不可缺少的重要工具。,测绘科学在建筑类各专业的工作中有着广泛的应用。,例如：在,勘测设计的各个阶段，,要求有各种比例尺的地形图，供城镇规划、选择厂址、管道及交通线路选线以及总平面图设计和竖向设计之用。,在,施工阶段,，要将设计的建筑物、构筑物的平面位置和高程测设于实地，以便进行施工。,施工结束后，还要进行,竣工测量,，绘制竣工图，供日后扩建和维修之用。,即使是竣工以后，对某些大型及重要的建筑物和构筑物还要进行,变形,、,沉降观测,，以保证建筑物的安全使用。,1.1,土木工程测量学的任务,测定,是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。,测绘,(,量,),学,研究地球的,形状和大小,以及确定地面,(,包括空中、地表、地下和海底,),物体的,空间位置,，以及对于这些空间位置信息进行处理、储存、管理的科学。,它的内容包括测定和测设两个部分。,1.1,土木工程测量学的任务,测设,是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。,大地测量学,研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题。,常规,大地测量和,卫星,大地测量。,1.1,土木工程测量学的任务,测量学按照研究范围和对象的不同，产生了许多分支科学。,普通测量学,测量小范围地球表面形状时，不顾及地球曲率的影响，把地球局部表面当作平面看待所进行的测量工作。,摄影测量学,利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同，可分为,地面,、,航空,、,水下,和,航天,摄影测量学。,海洋测绘学,以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编制工作，属于海洋测绘学的范畴。,工程测量学,研究工程建设中所进行的各种测量工作，属于工程测量学的范畴。,1.1,土木工程测量学的任务,制图学,利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。,本课程主要介绍普通测量学和部分工程测量学的内容。,学习本课程之后，要求达到掌握普通测量学的基本知识和基础理论，能正确使用工程水准仪、工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法，在工程设计和施工中，具有正确应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施工测设的能力，以便能灵活应用所学的测量知识为其专业工作服务。,1.1,土木工程测量学的任务,工程测量学的主要任务：,研究测绘地形图的理论和方法,研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和方法,研究建,(,构,),筑物施工放样、建筑质量检验的技术和 方法,对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测,1.2,地球的形状和大小,测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达,8848.13m,，最低的马里亚纳海沟低于海水面达,11022m,。但是这样的高低起伏，相对于地球半径,6371km,来说还是很小的。再顾及到海洋约占整个地球表面的,71%,，因此，人们把,海水面所包围的地球形体,看着地球的形状。,由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力和地球引力的双重作用，这两个力的合力称为,重力,，重力的方向线称为,铅垂线,。铅垂线是测量工作的,基准线,。,静止的水面称为,水准面,，水准面是受地球重力影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的,连续曲面,，并且是一个重力场的,等位面,。,与水准面相切的平面称为,水平面,。水平面可高可低，因此符合上述特点的水准面有无数多个，其中与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸而形成的闭合曲面，称为,大地水准面,。,大地水准面,是测量工作的基准面,。,由大地水准面所包围的地球形体，称为,大地体,。,1.2,地球的形状和大小,通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体,(,即地球椭球,),来代替地球的形状，作为测量计算工作的,基准面,。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称,旋转椭球,。,1.2,地球的形状和大小,这个旋转椭球体称为,参考椭球体,，为一规则的曲面体。可用数学公式表示：,1.2,地球的形状和大小,式中,a,、,b,为参考椭球体几何参数。,a,为长半径，,b,为短半径。参考椭球体扁率,f,应满足下式：,(1-2-1),我国目前采用的元素值为,长半径,a=6378140m,扁 率,f=1,:,298.275,由于,f,很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其半径为平均值,6371km,。,并选择陕西泾阳县永乐镇某点为,大地原点,，进行了大地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在使用的“,1980,年国家大地坐标系,”。,由于地球椭球的扁率很小，因此当测区范围不大时，可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为,6371,km,1.2,地球的形状和大小,地面点的空间位置都与一定的坐标系统相对应。在测量上常用的坐标系有,空间直角坐标系,、,大地坐标系,、,高斯投影平面坐标系,、,平面独立直角坐标系,等。,地面点位常用三个量表示。基准线、基准面。,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.1,大地坐标系,以参考椭球体面为基准面。用大地经度,L,、纬度,B,、大地高,H,表示地面点的空间位置。,基准线为法线。,经度自零子午面向东为正、向西为负。纬度,椭球体面上的大地高为零。,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.2,空间直角坐标系,地面点位也可用空间直角坐标,(x,y,z),表示。,x,轴,z,轴,y,轴,右手坐标系,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.3,高斯平面直角坐标系,要将球面上的大地坐标按一定数学法则归算到平面上，即采用地图投影的理论绘制地形图，才能用于规划建设。,地图投影有,等角,投影、,等面积,投影和,任意,投影三种。,等角投影又称,正形投影,，它保证在椭球体面上的微分图形投影到平面后将保持相似。这是地形图的基本要求。正投影有两个基本条件：,保角条件，即投影后角度大小不变。,长度变形固定性，即长度投影后会变形，但在一点上各个方向的微分线段变形比,m,是个常数,k:,m=ds/dS=k,式中：,ds,投影后的长度,dS,球面上的长度。,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.3,高斯平面直角坐标系,高斯投影的概念,（,正形投影,）,中央子午线是,直线,，其,长度不变形,，离开中央子午线的其他子午线是弧形，凹向中央,.,子午线。离开中央子午线越远，变形越大。,投影后,赤道是一直线,，并与中央子午线正交。,离开赤道的纬线是弧线，凸向赤道。,在高斯投影平面上,：,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.3,高斯平面直角坐标系,高斯投影可将椭球面变成平面，但离开中央子午线越远变形越大，这种变形将会影响测图和施工的精度。为对长度变形加以控制，测量中采用限制投影宽度的方法,分带投影。投影带宽以相邻两子午线的径差,l,来划分。有,6,、,3,带等不同投影方法。,6,带 投影是从英格林尼治子午线开始，自西向东，每隔,6,投影一次。将椭球分成,60,个带，编号为,1,60,带。,各带中央子午线经度,(L,0,6,),按下式计算：,(1-2-3),已知某点大地经度,L,，可按下式计算所属的带号：,(,的整数商,)+1(,有余数时,),1.3,测量常用的坐标系统,1.3.3,高斯平面直角坐标系,3,带 是在,6,带基础上划分的，其中央子午线在,奇数,带时与,6,带中央子午线重合，每隔,3,为一带，共,120,带，各带中央子午线经度为：,各带中央子午线经度,(L,0,3,),按下式计算：,(1-5),已知某点大地经度,L,，可按下式计算所属的带号：,(,的整数商,)+1(,有余数时,)(1-5),1.3,测量常用的坐标系统,1.3.3,高斯平面直角坐标系,高斯平面直角坐标的建立,以赤道和中央的交点为坐标原点,O,，中央子午线方向为,x,轴，北方向为正。赤道投影线为,y,轴，东方向为正。象限按顺时针排列，同一投影带内,y,轴有正有负。,为使,y,值都为正，将纵坐标轴西移,500km,并在,y,坐标前面冠以带号，第,20,带，中央子午线以西,P,点：,x,p,=4429757.075m,y,p,=-58269.593m,在,20,带中高斯直角坐标为：,x,p,=4429757.075m,y,p,=20441730.407m,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.3,高斯平面直角坐标系,高斯平面直角坐标的建立,高斯直角坐标系与数学中的笛卡尔坐标系不同。,这样的做法是为了将数学上的三角和解析几何公式直接用至测量的计算上。,1.3,测量常用的坐标系统,1.3.4,平面直角坐标系,当测区的范围较小时，可以把测区球面当作两面处理，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直角坐标,原点,一般选在测区西南方，,以该测区子午线方向,(,真子午线或磁子午线,),为,x,轴，北方向为正。,y,轴与,x,轴垂直，东方向为正。,大地高,：以,参考椭球体面,为高程基准面。大地高是地面点沿,法线,到椭球体面的距离，用,H,大,表示。,1.3,测量常用的坐标系统,地面点的,高程,是指地面点到某一高程基准面的垂直距离。,1.3.5,高程系统,测量上常用的高程基准面有,参考椭球体面,和,大地水准面,。,海拔高,：以,大地水准面,为高程基准面。即地面点沿,垂线,到大地水准面的距离，也称为,绝对高程,，用,H,海,表示。,在局部地区特殊条件下，不需要和国家高程系统联系，可采用一个,假设水准面,为高程起算面。所得到的地面高程称为假设高程或相对高程。,1.3,测量常用的坐标系统,“1956,年黄海高程系”，青岛市观家山水准原点高程为,72.289m,。,1.3.5,高程系统,“1985,年国家高程基准”，青岛市观家山水准原点高程为,72.260m,。,1987,年后启用此基准。,地面两点的高程差称为高差，用,h,表示，图,1-9,。,A,、,B,两点的高差为：,h,ab,=H,b,-H,a,由此可见,两点间的高差与高程起算面无关,。,测量中将地物和地貌统称为 地形。,测定地物和地貌的三维坐标，并用平面图形表示，称为地形图,地貌,指地球表面高低起伏的形态，如山峰、河谷、台地、悬崖等,地物,包括地面上人造或天然固定物体，如房屋、道路、河流、湖泊等,1.4,地面点位的确定,地物,地貌,地形,地形图,地形测量是在地物和地貌上选择一些有,代表性的点,进行测量，将测量点投影到平面上，然后用点、折线、曲线连接起来表示地物和地貌。这些能表现地物和地貌特征的点称为,特征点,。所以测量实际是测定这些特征点的三维坐标。,代表性的点,特征点,1.4,地面点位的确定,特征点的测定方法：,1.4,地面点位的确定,卫星定位,几何测量定位,利用卫星信号接收机，同时接收多颗定位卫星发射的信号进行定位，称为,卫星定位,。,若在待测点,P,安置卫星接收机，在某时刻同时接收三颗卫星信号，测定卫星至接收的距离,R,i,p,。已知该时卫星空间三维坐标，即可用下式