第一章工程测量概述

道路工程测量第一章工程测量概述主要内容：1、掌握测量的基本概念。2、测量中地面点的定位及坐标系统。3、测量工作的内容与基本原则。4、测量中常用仪器。5、课堂习题。1.1测量学概论1.1.1测量学定义：测量学是一门研究测定地面点位置，确定并展示地球表面形态与大小的科学。1.1.2测量学内容：◆测定（测绘）地面——图纸◆测设（放样）图纸——地面1.1.3测量学科分类测量学按照研究范围和对象的不同,可分为如下几个分支学科：大地测量学：研究整个地球的形状和大小，解决地球表面大地区的控制测量和地球重力场问题的学科，分为常规大地测量和卫星大地测量.地图制图学：研究各种地图的制作理论、原理、工艺技术和应用的一门学科。主要内容有地图制图、地图投影学、地图整饰、印刷等。目前向着制图自动化、电子地图制作及地理信息系统方向发展。摄影测量学：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的信息，以确定物体的形状、大小和空间位置的理论和方法。海洋测量学：研究以海洋和陆地水域为对象进行的测量和绘图工作．工程测量学：研究工程建设在设计、施工和管理阶段时的各种测量工作的学科1.1.4测绘工作的作用测绘工作是各项工程建设、资源开发、国防建设的基础性、超前性工作。测绘学的应用范围很广。在城乡建设规划、国土资源的合理利用、农林牧渔业的发展、环境保护以及地籍理等工作中，必须进行土地测量和测绘各种类型、各种比例尺的地形图，以供规划和管理使用。1.1.5目前测量学发展状况及展望（1）全站仪的测量室内外一体化。（2）全球定位系统GPS（Globalpositioningsystem）的发展。（3）遥感RS（Remotesense）的发展。（4）地理信息系统GIS（Geographicinformationsystem）的发展。（5）3S技术的结合，数字城市、数字地球的概念。1.2地面点位的确定地球表面上的点称为地面点。测量工作的实质就是确定地面点的点位。地面点位的确定，一般需要三个量。在测量工作中，我们一般用某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。1.2.1测量基准面1、大地水准面（1）水准面：处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。任何自由静止的水平面都是水准面。（2）大地水准面：水准面因其高度不同有无数个，其中与平均海水面相重合的并延伸向大陆包围整个地球的闭合曲面称大地水准面。特点：处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面（3）铅垂线：重力方向线。（4）大地体：大地水准面所包围的地球形体。大地水准面——测量工作中的基准面。铅垂线——测量工作中的基准线。2、旋转椭球面—测量计算工作基准面由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面，无法在这个曲面上进行测量数据的处理。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，这一几何体称为地球椭球（又称旋转椭球）。旋转椭球：由一椭圆（长半轴a，短半轴b）绕其短半轴b旋转而成的椭球体。我国旋转椭球参数为：长半轴a=6378.137km短半轴b=6356.752km扁率1/298.251.2.2地面点坐标系地面点的确定——高程+平面位置（地理坐标或平面直角坐标）1、地理坐标天文地理坐标、大地地理坐标2、平面直角坐标系高斯平面直角坐标系独立平面直角坐标系3、高程1、大地坐标系以参考椭球面为基准面的球面坐标系，大地经度L和大地纬度B、和大地高H表示。经度L——过地面任一点P的子午面与起始子午面间的夹角。纬度B——过地面任一点P的法线与赤道面的夹角。大地高H——P点沿椭球面法线到椭球面的距离。取值范围：L：0°～±180°，由起始子午面起，向东为正，称为东经，向西为负，称为西经。B：0°～±90°，由赤道面起算，向北为正，称为北纬，向南为负，称为南纬2、独立平面直角坐标系在没有国家控制点或不便于与国家控制点联测的小地区测量中，允许暂时建立独立坐标系以保证测绘工作的顺利开展。适用于：测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。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。数学上的平面直角坐标测量上的平面直角坐标3、高斯—克吕格平面直角坐标系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：假想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线（此子午线称为中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。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。通常有6°带和3°带。适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。特点：1.经线投影后，中央子午线为一直线，且长度不变，其它经线为凹向中央子午线的曲线，且长度改变，中央子午线两侧经差相同的子午线互相对称；2.纬线投影后，赤道为一直线，且长度改变，其它纬线呈凸向赤道的曲线，赤道两侧纬差相同的纬线互相对称；3.中央子午线与赤道经投影后仍保持正交。4、高程系统为了确定地面点的空间位置，除了要确定其在基准面上的投影位置外，还应确定其沿投影方向到基准面的距离，即确定地面的高程。（1）高程与高差1、绝对高程H(海拔)——地面点到大地水准面的铅垂距离。2、相对高程H'——地面点到假定水准面的铅垂距离。3、高差——hAB=HB-HA=H'B-H'A（2）我国的高程系统主要有：1985国家高程系统1956黄海高程系统地方高程系统。如：珠江高程系统。其中，我国的水准原点建在青岛市观象山，在1985年国家高程系统中，其高程为72.260米；在1956年黄海高程系统中的高程为72.289米。1.2.3以水平面代替水准面的限度水准面是一个曲面，曲面上的图像投影到平面上，总会产生一定的变形，当变形不超过误差的容许范围时，可以用水平面代替水准面。水平面代替水准面的距离误差和相对误差距离D/km距离误差△D/mm相对误差△D/D1081:1220000201281:2000005010261:4900010082121:12000在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不需考虑地球曲率对距离的影响。水平面代替水准面的高程误差距离D/km0.10.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848就高程测量而言，即使距离很短，也应用水准面作为测量的基准面，即应顾及地球曲率对高程的影响。结论：1、在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以用水平面代替水准面。2、就高程测量而言，即使距离很短，也应顾及地球曲率对高程的影响。1.3测量工作的内容与基本原则1、测量工作的内容：地形图测绘（测定）、施工放样（测设）2、基本工作：就是测角、测距和测高差。3、测量工作的原则：“先控制后碎部、从整体到局部，从高级到低级”；“步步有检核”。水准仪——测量两点之间的高差，从而推算出未知点的高程。经纬仪——主要用于水平角以及竖直角的观测。全站仪——集测角、测距和微处理机于一体，能自动记录、存储并具备某些固定计算程序的仪器。1.4测量中常用仪器1.5课堂习题1、测定与测设的区别是什么？2、测量工作的实质是什么？3、什么是铅垂线、大地水准面？它们在测量中的作用是什么？4、确定地面点坐标常用的坐标系有哪些？5、何谓绝对高程？何谓相对高程？何谓高差？两点之间的绝地高差与相对高差是否一样？已知HA=36.73m，Hb=48.12m，求hAB和hBA？6、用水平面代替水准面对水平距离和高程分别有何影响？7、测量的基本原则是什么？