土木工程测量第一章绪论

土木工程测量程见明18608619972QQ330735699Ⅰ教学目的和重要性本课程是土木工程类专业学生的学科基础必修课程，是一门实践性强，理论和实践紧密结合的课程。本课程的任务主要是解决在各类土木工程建设中需掌握的测量基础理论、基本方法和基本技能，培养动手、实践和创新能力，掌握常用测量仪器和工具的使用和维护方法，掌握大比例尺地形图的测绘，具备土木工程施工放样的能力，培养认真细致的工作作风和严谨的科学态度，为后续课程的学习和从事土木工程勘测、设计、施工工作奠定必要的基础。Ⅱ学习方法和要求本课程为64学时,其中理论学时为40,实验学时为24。学习要求:本课程是一门实践性很强的课程，必须坚持理论与实践并重，讲练结合的原则。在实验教学中，必须做到训练认真，要求严格，在观测、记录和计算等方面受到严格的训练，真正达到培养实际动手能力的目的。Ⅲ课程结业方式和成绩评定本课程为考试课程，最终成绩由：考试成绩（50%）、实验成绩（30%）、平时成绩（20%）三部分组成。Ⅳ学时分配第一章绪论2学时第二章水准仪及水准测量8学时第三章经纬仪及角度测量8学时第四章直线定向及距离测量6学时第五章小地区控制测量6学时第六章测量误差及基本知识2学时第八章大比例尺地形图的测绘6学时第九章建筑施工测量2学时第一章绪论1.1土木工程测量学的任务1.2地面点位的确定1.3测绘工作的基本原则1.4用水平面代替水准面的限度小节第一章绪论内容：掌握工程测量的基本概念、任务与作用；理解水准面、大地水准面、独立平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、绝对高程、相对高程和高差的概念；了解用水平面代替水准面的限度。重点：测量基准面的概念、测量坐标系统和高程系统难点:高斯坐标系中横坐标通用值与代号的关系1.1工程测量学的任务1.测量学的定义测绘学是研究地球的形状和大小、地球重力场以及确定地球表面（包含空中、地下和海底）物体的空间位置，以及对空间位置信息进行采集、处理、储存、管理的科学。根据它的任务与作用，包括两个部分：测定（测绘）——由地面到图形。测设（放样）——由图形到地面。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。2.测量学的分类（了解）普通测量学－小范围不顾及地球曲率的影响大地测量学－研究地球大小、形状、重力场摄影测量学－应用摄影或遥感技术海洋测量学工程测量学地图制图学GPS卫星测量2.测量学的分类普通测量学－（基础）在不顾及地球曲率影响情况下，研究地球自然表面局部区域的地形、确定地面点位的基础理论、基本技术方法与应用的学科。工程测量学－研究各类工程在规划、勘测设计、施工、竣工验收和运营管理等各阶段的测量理论、技术和方法的学科。主要内容包括控制测量、地形测量、施工测量、安装测量、竣工测量等。2.测量学的分类随着遥感(RS)、卫星全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等新技术的不断发展，新的测量分支学科将不断涌现。2.测量学的分类2.测量学的分类2.测量学的分类2.测量学的分类2.测量学的分类（航测）2.测量学的分类（航测）2测量学的分类老干部活动中心幼儿园土木楼附中操场环工楼设备处学生处水泵实验室第七教学楼流体力学实验室图书馆计算机中心机械实验室排球场2测量学的分类1.2地面点位的确定回顾：空间点位如何确定?如何确定点位？1．有坐标的面（点投影后位置唯一确定）测量基准面①面如何确定？②面上坐标如何确定？２．一定的投影方式铅垂1.2.1地球的形状和大小1．地球的形状和大小1．地球的形状和大小从整个地球来看：地球大致像一个椭球体，其表面极不规则，不便于用数学公式来表达。地球高低起伏的形状：最高海拔8844.43m（我国西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰）；最低海拔11022m（太平洋西部的马里亚纳海沟），但地球的半径大约是6371000m。海洋面积：71%陆地面积：29%——可以认为地球是被静止的海水面所包围的球体。2.关于水准面的几个基本概念把地球总的形状看作是被海水包围的球体，也就是设想有一个静止的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面。重力----地球引力与离心力的合力。铅垂线（重力作用线）——测量工作基准线2.关于水准面的几个基本概念水准面——由自由静止的海水面向陆地延伸，并包含整个地球，形成一个封闭的曲面来代替地球表面（重力等位面），是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。大地水准面——与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸所形成的闭合曲面。——测量工作基准面。大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面（原因？）大地体——大地水准面所包围的地球形体。2.关于水准面的几个基本概念旋转椭球面——（测量计算基准面）为了计算方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式来表示的几何体来代替地球的形状，这就产生了“旋转椭球”的概念。长半径a=6378137m短半径b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.2572.关于水准面的几个基本概念1.2.2地面点位的确定测量工作的实质：确定地面点的空间位置，即：在测量基准面上用3个量（该点的平面或球面坐标与该点的高程）来表示。要确定地面点位必须建立测量坐标系统和高程系统。1.2.2.1坐标系统定义：坐标系统用来确定地面点在地球椭球面或投影平面上的位置。常用的有：1.大地坐标系2.高斯－克吕格尔平面直角坐标系（重点）3.独立平面直角坐标系（重点）1.大地坐标系1、大地地理坐标（大地坐标）（属于球面坐标系统）——用经度和纬度来表示地面点。适用于：在地球椭球面上确定点位。2.关于地理坐标的几个概念地轴：地球北极N与南极S的连线子午面：过地面点P和地轴的平面子午线：子午面与地球表面的交线首子午面：通过英国伦敦格林威治天文台的子午面，相应的子午线为首子午线（零子午线），经度为0°。我国目前使用的大地坐标系为：1980年国家大地坐标系。2.高斯平面直角坐标系适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。当测区范围较大，若将曲面当作平面来看待，则把地球椭球面上的图形展绘到平面上来，必然产生变形，为减小变形，必须采用适当的方法来解决。测量上常采用的方法是高斯投影方法。高斯投影方法是将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。高斯投影是等角横切椭圆柱投影。等角投影就是正形投影。所谓，正形投影，就是在极小的区域内椭球面上的图形投影后保持形状相似。即投影后角度不变形。图形：高斯投影方法图一(1)高斯投影的表达—横圆柱描述法把地球看作一个圆球，设想把一个平面卷成一个横圆柱，把它套在圆球外面，使横圆柱的中心轴线通过圆球的中心，把圆球面上一根子午线与横圆柱相切，即这条子午线与横圆柱重合。以此子午线为中心将其左右一定带宽范围内的球面用正形投影（等角投影即高斯投影）的方法投影至圆柱面上。图形：高斯投影方法图二投影剪开展平总结：高斯投影特点1中央子午线与赤道呈直线，长度不变，且二者正交2角度不变形，长度变形3离中央子午线越远，长度变形越大(2).投影分带为控制投影变形，这种投影方法把地球分成若干范围不大的带进行投影，带的宽度一般分为经差6º、3º和1.5º几种，简称6º带、3º带和1.5º带，中心的子午线为中央子午线，其经度的计算方法如下。6º带：（6N-3）º3º带：（3n）ºN，n－带号①.6°带划分方法：从首子午线自西向东每隔6°划分一带，称6°带。位于各带中央的子午线称中央子午线。②.3°带划分：从经度1°30′自西向东按3°度划分，带号用n表示，依次编号1～120(3).六度带、三度带计算六度带各带中央子午线经度计算为：三度带各带中央子午线经度计算为：6063N303n例1：某点经度116°28′，属于6°带的带号为：_______,中央子午线经度为_______,3°带带号为______，中央子午线经度为：_________。(4).坐标建立以各带中央子午线为纵轴（x轴），北方向为正，赤道为横轴（y轴），东方向为正；其交点为原点，即建立起各投影带的高斯－克吕格尔平面直角坐标系。(5)横坐标通用值目的：避免我国y坐标值出现负值1）X坐标不变；2）Y坐标先加500km，再在其之前冠以该投影带的带号。[例题]：国家高斯平面点P（3032586.48，20648680.54），请指出其所在的带号及自然坐标为多少？(1)点P至赤道的距离：X=3032586.48m(2)其投影带的带号为20、P点离20带的纵轴X轴的实际距离：Y=648680.54-500000=148680.54m3.独立平面直角坐标系（1）定义：当测量区域较小(如在半径小于10km的范围内)时，可以将其当做平面来看待。在这种情况下，地面点的位置可用平面直角坐标表示。右图为测量工作中采用的坐标系。规定南北方向为纵轴，记为x轴，x轴向北为正；以东西方向为横轴，记为y轴，y轴向东为正。（2）.独立平面直角坐标系与数学坐标系的区别数学上的平面直角坐标测量上的平面直角坐标（2）.独立平面直角坐标系与数学坐标系的区别其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：（1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）（2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。相同点：数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。1.2.2.2高程系统1.基本概念：高程，绝对高程，相对高程，高差高程：地面点至某一高程基准面的垂直距离绝对高程：又称高程或海拔，指地面点到大地水准面的铅垂距离——H相对高程（假定高程）：地面点到假定水准面的铅垂距离——H′高差:地面上两点之间的高程之差。我国的水准原点建在青岛市，在1985年国家高程系统中中其高程为72.260米ABBABAhHHHH’’地面点的高程(Elevation)高程（绝对高程、海拔）-----地面点到大地水准面的铅垂距离。假定（相对）高程-----地面点到假定水准面的铅垂距离。高差-----两点间的高程之差。假定水准面大地水准面高差2.高程系统示意图12.高程系统示意图21.3测绘工作的基本原则1.3.1测绘的基本工作1、地面点定位元素地面点间的距离D、相关角度β、高程H因此，测量的基本工作为：高程测量（水准测量）、角度测量、距离测量2、工程测量学的任务①.测图－应用各种测绘仪器和工具，在地球表面局部区域内，测定地物和地貌的特征点或棱角点的三维坐标，根据局部区域地图投影理论，将测量资料按比例绘制成图或制作电子图。既能表示地物平面位置又能表示地貌变化的图为地形图.②.用图－与成图相反，在图上丈量以获取所需资料，或将图上数据反算成实地相应的测量数据，以解决设计和施工中的实际问题。1.1.2工程测量学的任务③.放图－施工放样，根据设计图提供的数据，按照设计精度要求，通过测量手段将建（构）筑物的特征点、线、面等标定到实际工作面上，为施工提供正确位置，指导施工。④.变形测量－位移观测、变形观测等。因此，测量学贯穿于工程建设的全过程.1.3.2测绘的基本原则1.测量程序逐级进行，即：先进行控制测量，后进行碎部测量和与工程建设相关的测量。控制测量：控制点的测量碎部测量：以控制点为依据，在测区内用低一级精度测定周围局部范围内地物、地貌特征点的定位元素相关测量：2.测量原则（重点）整体性原则——从整体到局部控制性原则——先控制后碎部等级性原则——由高级到低级检核性原则——前一步工作未经检核不得进行下一步工作1.4用水平面代替水准面的限度对距离影响？对高程影响？对角度影响？1.4.1地球曲率对水平距离的影响/3332tan1(tan)()333DDDRRRRRDR1.4.1地球曲率对距离的影响结论：在半径为10km的圆面积内进行长度的测量工作时，可以把水准面当作水平面看待，一般建筑工地的范围可以扩大到20km。1.4.2地球曲率对高程的影响222'sec(se