公路工程施工测量(交流用)

CompanyLOGO公路工程施工测量中交一公局三公司西宁南绕城公路总承包项目部第五分经理部测量组刘运刚目录测量学绪论地面点的空间位置在地球上的表示方法公路路线施工测量的一些基本常识公路施工水准测量自由交流第一篇测量学绪论第一节、测量学的任务与作用测量学是测定地面点的空间位置，将地球表面地形和其他地理信息测绘成图，研究并确定地球形状和大小的科学。它的任务与作用包括测绘和测设两个方面。测绘是测定地球表面的自然地貌及人工构造物的平面位置及高程，并按一定比例尺缩绘成图，供国防工程及国民经济建设的规划、设计、管理和科学研究用。测设是将设计图上的工程构造物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据。第一篇测量学绪论大地测量学普通测量学测量学摄影测量学工程测量学第二节、测量学体系分类第一篇测量学绪论随着近代科学技术的迅猛发展和社会生产的广泛需要，测量学已发展为以几门彼此紧密联系又自成体系的分支学科，它包括：普通测量学——研究地球表面较小区域内测绘工作的基本理论、技能、方法及普通测量仪器的使用技术和比例尺地形图测绘与应用的学科，是测量学的基础部分。大地测量学——研究在较大区域内建立高精度大地控制网，测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术及方法的学科。由于人造地球卫星的发射和空间技术的发展，大地测量学又分为常规大地测量学和卫星大地测量学以及空间大地测量学。大地测量工作为其他测量工作提供高精度的起算数据，也为空间科学技术和国防建设提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力场资料，并为与地球有关的科学研究提供重要的资料。第二节、测量学体系分类第一篇测量学绪论摄影测量学——研究利用摄影手段来获得被测物体的图像信息，从几何和物理方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种资料的一门科学。由于摄影取得的信息能真实和详尽地记录摄影瞬间客观景物的形态，具有良好的量测精度和判读性能，因此摄影测量除用于常规测绘摄影区域的地形图外，还广泛应用于建筑、考古、生物、医学、工业等领域，如桥梁变形观测、汽车碰撞试验、爆炸过程监视和动态目标测量等方面。工程测量学——研究工程建设在勘测设计、施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科。主要内容有：工程控制网的建立、地形测绘、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测和维修养护测量等。工程测量学是一门应用科学，它是在数学、物理学等有关学科和基础上应用各种测量技术解决工程建设中实际测量问题的学科。随着激光技术、光电测距技术、工程摄影测量技术、快速高精度空间定位技术在工程测量中的应用，工程测量学的服务面愈来愈广，特别是现代大型工程的建设，大大促进了工程测量学的发展。第二节、测量学体系分类第一篇测量学绪论我国的测量技术有着悠久的历史，在几千年的文明历史中有着许多关于测量的记载，如战国时期就发明了世界上最早的指南针，东汉张衡发明的浑天仪，西晋裴秀提出的《制图体系》，到18世纪初，清康熙年间，进行了大规模的大地测量，于1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇舆全图》。新中国成立后，测绘事业得到了迅速的发展，成立了国家和地方测绘管理机构，建立了全国天文大地控制网，统一了全国大地坐标和高程系统，测绘了国家基本地形图，在测绘人才培养、测绘科研等方面都取得了巨大的成就。尤其是现代科学技术的发展，测量内容由常规的大地测量发展到人造卫星大地测量：由空中摄影测量发展到遥感技术的应用，被测对象由地球表面扩展到空间，由静态发展到动态，测量仪器已广泛趋向电子化和自动化。第三节、测量学历史与发展现状第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法地球——是太阳系从内到外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。第一节、认识地球第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法地球——是太阳系从内到外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。实际测量工作是在地球的自然表面上进行的，而地球自然表面是很不规则的，有陆地、海洋、高山和平原。通过长期的测绘工作和科学调查了解到：地球表面上海洋面积约占71%，陆地面积占29%。第一节、认识地球第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法现在假设地球上有一点为A点，要求求出该点在地球上的空间位置？请问该怎么来表达？第二节、测量的基准面大家肯定首先想到的是用坐标来表示，没错，这也是多少代测绘先辈总结出来的最好方法，假如到现在也不知道该怎么表示，那么大家有没有比这更好的方法？既然我们选择了用坐标表示，那就沿着这条路往下走，大家都知道，要想表示一个点的空间位置，就需要用高程和平面两部分的数据来表示。那么高程怎么表示，这需要有一个当作起算点的基准面。下面我们就来了解什么是测量的基准面？第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法通过长期的测绘工作和科学调查，人们了解到，地球的总体形状可以看作是被海水包围的球体，也就是设想有一个静止海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，我们把这个静止的海水面称为水准面。水准面是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。第二节、测量的基准面水准面第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法水准面在小范围内近似一个平面，而完整的水准面是被海水包围的封闭曲面。因为符合上述水准面特性的水准面有无数个，其中最接近地球形状和大小的是通过平均海水面的那个水准面，这个惟一而确定的水准面叫大地水准面，大地水准面就是测量的基准面。如下图所示：第二节、测量的基准面大地水准面第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法由于地球内部质量分布不均匀，导致地面上各点的重力方向（即铅垂线方向）产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面。如果将地面上的图形投影到这个不规则的曲面上，将无法进行测量计算和绘图，为此必须用一个和大地水准面的形状非常接近的可用数学公式表达的几何体来代替大地水准面。在测量上是选用椭圆绕其短半轴旋转而成的参考旋转椭球体面作为测量计算的基准面，如下图：第二节、测量的基准面参考椭球体第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法目前我国所采用的参考椭球体是“1980年国家大地坐标系”，其参考椭球体元素为：长半轴a=6378140m短半轴b=6356755.3m扁率a=(a-b)/a=1/298.257当测区范围不大时，可以把地球椭球体当作圆球看待，取其半径为6371km。第二节、测量的基准面参考椭球体第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法首先明确一个概念，什么是“高程”？高程：地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程或海拔，简称高程。要想表示一个点的高程，就需要一个高程系统。每个国家有各自的高程系统，国家高程系统的建立通常是在海边设立验潮站，经过长期观测推算出平均海水面的高度，并以此为基准在陆地上设立稳定的国家水准原点。我国曾采用青岛验潮站1950~1956年观测资料推算黄海平均海水面作为高程基准面，称为“1956年黄海高程系”，并在青岛观象山的一个山洞里建立了国家水准原点，其高程为72.289m.由于验潮资料不足等原因，我国自1987年启用“1985年国家高程基准”。这是采用青岛大港验潮站1952~1979年的潮汐观测资料计算的平均海水面，依此推算的国家水准原点高程为72.260m。第二节、测量的基准面地面点的高程系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法我们又回到刚开始提出的问题”求A点的空间位置“。现在，我们已经解决了测量基准面的问题，也建立了“中华人民共和国国家高程系统”和“国家水准原点”，那么我们就可以来表示A点的高程了。怎么表示，很简单，直接测定A点到国家水准原点的高差就可以了，A点高程=国家水准原点高程+高差。好了，到现在为止，我们已经完成了任务的一半，但是还是不知道A点的具体位置，还缺少A点的平面坐标”X,Y”。让我们下一节继续探索？？第二节、测量的基准面唉！歇会再说吧，这个问题还真不是一两名话能说清楚的第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法大地地理坐标天文地理坐标坐标系统地理坐标高斯平面直角坐标第三节、地面点的测量坐标系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法一、地理坐标地理坐标是以经度和纬度表示的。它可以把整个地球面上的点置于一个坐标系中，称为绝对坐标。由于采用的基准面不同，又可分为天文地理坐标和大地地理坐标。（一）天文地理坐标：是以大地水准面作为基准面，以铅垂线为依据。坐标以天文经度λ天文纬度φ表示。（二）大地地理坐标是以参考椭球体作为基准面，故以法线为依据。坐标以大地经度L和大地纬度B表示。大地经度和纬度是根据一个起始的大地点即大地原点的大地坐标，通过大地测量所得数据推算得到。我国现以位于陕西省泾阳县永乐镇的国家大地原点为起算点，建立了统一坐标系，称为“1980年国家大地坐标系”，在此之前采用“1954年北京坐标系”。第三节、地面点的测量坐标系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法基本常识赤道——通过椭球中心与椭球旋转轴正交的平面称为赤道平面。赤道平面与地球表面的交线称为赤道。子午线——通过椭球旋转的平面称为子午面。其中通过英国伦敦原格林尼治天文台的子午面称为起始子午面。子午面与椭球面的交线称为子午线（也叫经线）。由于一切经线都通过地球两极，因此每一条经线圈都被南、北两极等分成两个180°的半圆，这样的半圆，叫经线或子午线。纬线——线不同于经线，它是一个圆圈且有大小之别。纬线圈的大小依其圆心与地心距离而定。纬线圈的圆心距地心越近，则纬线圈越大，反之，则越小。所以，以地心为圆心的纬线圈是最大的纬线圈，称为赤道；而距地心最远的纬线圈就是南北两极点。在地球表面，经线和纬线是无穷多的。地球表面任一点都有它自己的经线和纬线，也就是每一地点都是经线和纬线的交点。从两者关系来看，经线和纬线是相互垂直的，这是因为通过地轴的平面与垂直于地轴的平面之间的关系是相互垂直的。第三节、地面点的测量坐标系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法二、高斯平面直角坐标为了方便工程的规划、设计与施工，我们需要把测区投影到平面上来，使测量计算和绘图更加方便。而地理坐标是球面坐标，当测区范围较大时，要建平面坐标系就不能乎略地球曲率的影响。把地球上的点位化算到平面上，称为地图投影。地图投影的方法有很多，目前我国采用的是高斯——克吕格投影（又称高斯正形投影），简称高斯投影。它是由德国数学家高斯提出的，由克吕格改进的一种分带投影方法。它成功解决了将椭球面转换为平面的问题。高斯投影是地球椭球体面正形投影于平面的一种数学转换过程。第三节、地面点的测量坐标系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法二、高斯平面直角坐标投影方法：为了形象地说高斯投影的方法，我们可以设想用一个平面卷成横圆柱套在地球椭球体外面，并与椭球体面上某一条子午线相切，同时使椭圆柱的轴位于赤道面内并通过地球椭球体中心，椭圆柱面与地球椭球体面相切的子午线称为中央子午线。若以椭球中心为投影中心，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球图形投影到椭圆柱面上，再顺着过南、北极点的椭圆柱母线将椭圆柱面剪开，展成平面，如左图所示，这个平面就是高斯投影平面。通过高斯投影，将中央子午线的投影作为纵坐标轴，用x表示，将赤道的投影作横坐标轴，用y表示，两轴的交点作为坐标原点，由此构成的平面直角坐标系称为高斯平面直角坐标系。第三节、地面点的测量坐标系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法二、高斯平面直角坐标投影带：为了使投影误差不致于影响测图精度，规定以经差6º或更小的经差为准来限定高斯投影的范围，每一投影范围叫一个投影带。如左图所示，6º带是从东经0º子午线算起，以经度每隔6º为一带，将整个地球划分为60个投影带，并用阿拉伯数字1，2，……，60顺次编号，叫做高斯6º投影带（简称6º带）。我国地处第13号带至第23号带上，共计11带。6º带中央子午线经度L。与投影带号Ne之间的关系式为：L。=Ne×6º-3º第三节、地面点的测量坐标系统第二篇地面点的空间位置在地球上的表示方法二、高斯平面直角坐标3º投影带：对于大比例尺测图，则需要采用3º带或1.5º带来限制投影误差。3º带与6º带的关系如下图所示，3º带是多东经1º30‘开始，由