工程测量学

1第一章绪论§1.1测量学的任务及其在建筑工程中的作用教学目标：使学生了解测量学的定义和建筑工程测量的主要任务。重点难点：测量学的基本概念及在工程建设各阶段的主要任务。教学内容：一．测量学的基本概念1、基本概念测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面(包含空中、地下和海底）点位的科学。2、测量工作分类测量工作可分为两类：测定和测设。测定：将地面已有的特征点位和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。测设：将工程建设的设计位置及土地规划利用的界址划分在实地标定，作为施工和定界的依据。测设又称施工放样。二、测量学的分类1、大地测量学：研究地球表面广大地区的点位测定及整个地球的形状、大小和变化及地球重力场测定的理论和方法的学科。由于人造地球卫星和空间技术的利用，测量又分为常规大地测量和卫星大地测量两种。2、地形测量学：研究将地球表面局部地区的自然地貌、人工建筑和行政权属界线等测绘成地形图、地籍图的基本理论和方法的学科。3、摄影测量学：研究利用航空和航天器对地面摄影或遥感，以获取地物和地貌的影像和光谱，并进行分析处理，从而绘制成地形图的基本理论和方法的学科。24、工程测量学：研究工程建设在设计、施工和管理阶段中所需要进行的测量工作的基本理论和方法的学科。包括工程控制测量、土建施工测量、设备安装测量、竣工测量和工程变形观测等。三、在工程建设各阶段的主要任务建筑工程测量是运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。工程建设一般分为勘测设计、施工建设、运营管理三个阶段，在这三个阶段中测量工作的主要任务是：勘测设计阶段——控制，测绘地形图施工建设阶段——施工放样，竣工测量运营管理阶段——安全监测，变形观测四、工民建、给排水等专业的学生学习本课程的目的要求学生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测量知识为其专业工作服务。课后作业：1、测量学的研究对象是什么？2、测定与测设有何区别？3§1.2我国测量学发展概况教学目标：使学生了解测量学科的历史、发展现状。重点难点：测量学科的发展现状。教学内容：一．测量学的发展概况1．我国古代测量学的成就（1）长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——最早的可见的古地图。（2）北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。（3）清朝康熙年间，1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。2．目前测量学发展状况及展望（1）测量室内外一体化。（2）GPS（Globalpositioningsystem）的发展。（3）RS（Remotesense）的发展。（4）GIS（Geographicinformationsystem）的发展。（5）3S技术的结合,和数字地球的概念。课后作业：看书4§1.3地面点位的确定教学目标：理解各种坐标系的定义，掌握测量工作的基本概念及基本原则。重点难点：各种坐标系的定义及异同。教学内容：一、地球的形状和大小1、地球自然形体：是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。2、大地水准面：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。3、大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。4、参考椭球体及参考椭球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：①形状接近地球自然形体；②可以用简单的数学公式表示。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。参考椭球面：参考椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。5旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率α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=6356755.3m扁率α==测量精度要求不高时，可把地球看作圆球，其平均半径R=6371km。二、测量工作的基准线和基准面测量工作的基准线—铅垂线。测量工作的基准面—大地水准面。测量内业计算的基准线—法线。测量内业计算的基准面—参考椭球面。三、确定地面点位的方法在测量工作中，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。（一）地面点的高程（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（4）我国的高程系统主要有：1985国家高程系统1956黄海高程系统aba1298.2576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。（二）地面点在投影面上的坐标坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。1、地理坐标（属于球面坐标系统）适用于：在地球椭球面上确定点位。2、平面直角坐标适用于：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。测量上的平面直角坐标数学上的平面直角坐标（三）高斯平面直角坐标适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。1、6°带的划分（1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0°开始，将整个地球分成60个带，6°为一带。（2）公式：36N——中央子午线经度；N——投影带的带号。2、3°带的划分从东经0310开始，将整个地球分成120个带，3°为一带。7有：N3——中央子午线经度；N——投影带的带号。3、我国高斯平面直角坐标的表示。方法：（1）为了避免坐标出现负值先将自然值的横坐标Y加上500000米；（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。如：国家投影坐标为（51000，20637680），则其所在的6°带的带号为多少？在带号内的自然坐标为多少？(20带，51000，137680)课后作业：1、何谓大地水准面？它在测量工作中的作用是什么？2、何谓绝对高程和相对高程？两点之间绝对高程之差和相对高程之差是否相等？3、测量工作中所用的平面直角坐标系与数学上的有哪些不同之处？4、高斯平面直角坐标系是怎样建立的？5、某点的经度为118°50′，试计算它所在的六度带和三度带号，相应的六度带和三度带的中央子午线经度是多少？8§1.4用水平面代替水准面的限度教学目标：使学生了解地球曲率对距离和高程的影响。重点难点：地球曲率对距离和高程的影响教学内容：一、对距离的影响水准面上弧长为S，其所对圆心角为θ，地球的半径为R。水平面上直线长为t，其差值为ΔS。相对差值：上式中取R=6371km，则S/kmΔS/mmΔS/S511/48700001081/122000020661/3040005010271/48700结论：在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。SACABtS322131()3SSRSSSR9二、对高程的影响用水平面代替大地水准面时，对高程的影响：S/km0.050.100.20110Δh/mm0.20.83.178.57850结论:地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。课后作业：用水平面代替水准面，对距离、水平角和高程有何影响？22ShOCOBR10§1.4测量工作概述教学目标：使学生对测量工作的基本内容和基本原则有初步的认识。重点难点：测量工作的基本内容和基本原则教学内容：一、测量工作的基本内容测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程。待定点的坐标和高程一般不是直接测定的,而是观测已知点和待定点之间的几何位置关系，然后计算出待定点的坐标和高程。基本内容：高差测量（h）、角度测量（β、α）、距离测量（S、D）外业工作：测定和测设。内业工作：观测数据处理和绘图。二、测量工作的基本原则1、布局上“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，工作次序上“先控制后细部”。2、又一原则。即：“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。优点：①减少误差积累；②避免错误发生；③提高工作效率。课后作业：1、测量工作的两个原则及其作用是什么？2、确定地面点位的三项基本测量工作是什么？11第二章第一讲教学目标：使学生掌握水准测量原理及如何操作水准仪重点难点：重点：水准测量原理；难点：视差的概念。教学内容：第二章：水准测量高程测量的概念根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。即：H未=H已+h高程测量的方法分类按使用的仪器和测量方法分为：水准测量(leveling)三角高程测量(trigonometricleveling)气压高程测量(airpressureleveling)GPS测量。(GPSleveling)§2.1水准测量原理与仪器操作一．基本原理水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。12a——后视读数A——后视点b——前视读数B——前视点1．A、B两点间高差：baHHhABAB2．测得两点间高差ABh后，若已知A点高程AH，则可得B点的高程。ABABhHH。3．视线高程：bHaHHBAi4．转点TP(turningpoint)的概念。iiiABbahh111结论：A、B两点间的高差ABh等于后视读数之和减去前视读数之和。二．仪器和工具（一）水准仪(level)1．望远镜(telescope)——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。2．水准器(bubble)有两种：圆水准器(circularbubble)——精度低，用于粗略整平。水准管(bubbletube)——精度高，用于精平。特性：气泡始终向高处移动。3．基座(tribrach)13（二）水准尺(levelingstaff)——主要有单面尺、双面尺和塔尺。1．尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。2．双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。（三）尺垫(staffplate)放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。三．水准仪的使用操作程序：粗平——瞄准——精平——读数（一）粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1．方法：对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向的中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。2．规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。（二）瞄准1．方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2．视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。（三）精平1、方法：如图所示微倾式水准仪(tiltlevel)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。2、说明：若使用自动安平水准仪（compensatorlevel），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。（四）读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。（举例）课后作业：课后习题14第二章第二讲教学目标：使学生掌握水准路线的布设、水准测量闭合差的分配。重点难点：水准测量闭合差的分配。教学内容：§2.2普通水准测量的实施及成果整理四．水准点(BenchMark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点BM，一般用表示。有永久性和临时性两种。（见图）五．水准路线(lev