工程测量1、2章

[e-mail]邹维宝长安大学地测学院2013工程测量（非测绘专业适用）[e-mail]第一章绪论•§1测量学的概念•§2地面点位的确定•§3测量工作的原则[e-mail]§1测量学的概念测量学是一门非常古老的科学。发展到今天，成为一门综合科学。它应用当代空间、遥感、通信、电子、微电子等各种先进技术与设备，以及光学、机械、电子的实用技术设备，采集与地球形状和大小、地球表面上的各种物体的几何形状及空间位置相关的数据和信息，并对其进行处理、解释和管理，为经济建设、国防建设的各个部门和行业提供服务。[e-mail]张遂(僧一行，公元673-727年)公元724-725年，一行组织了全国13个点的天文大地测量。由太史监南宫说等人在河南的测量的数据中，得出了子午线一弧度的弧长为351里80步。这是世界上第一次通过实测进行弧度测量。[e-mail]龙游石窟“龙游石窟”位于浙江龙游县城以北小南海镇东南、衢江北岸的石岩背村。1992年6月几个村民用抽水机抽干了被当地人称为“无底洞”的小龙潭，发现了一个规模巨大、气势恢宏的由人工开凿的洞窟，此后又在附近相继发现了20余个与此相同的石洞。[e-mail]@weibao.zou如何采光洞口狭小，石窟内光线暗淡，开凿年代又无电灯。奇怪的是，石窟四壁及洞顶均未留下任何油烟痕迹，开凿者以何照明？半米壁距石窟群彼此相邻并紧贴，洞与洞之间却绝不相通。即使在现今，从事地下开凿利用最先进的科技和仪器亦很难做到这点，古代开凿者是怎么在地下作出如此精确的测量的？不见史料无论从哪个角度看，龙游石窟群的开凿必是非常人干的非常事。如此宏大的地下工程，却至今尚未能发现在当地的地方誌及其它史料上有所记载，何故？石料去处据估算，现已发现的石窟群的开采石料量至少在８万立方米以上。而开采出来的石料俱是质地较软的红砂岩，很难用作建材。那么，这么多开采出来的石料到那里去了？无从查考。洞壁石刻在１号洞的石壁上发现鸟、马、鱼的石雕图案，有几个石窟壁上还有闪电状石刻线条，究竟代表什么？系何时何人因何而刻？矩形水池据最新考察发现，已开发的５个石窟，在底部靠近中心部位均有一个面积约２０平方米的矩形水池，而且两侧是开凿而成的，另两侧是砌石而成，不知此池有何用途？鱼去何方石窟群在发现之前被称为“无底塘”，旧时作为寺院放生池，养有大鱼，当地村民还常在“无底塘”钓鱼。可当村民抽干７个洞窟的水后，惊讶地发现，洞内竟找不到一条鱼。鱼去哪儿了？石窟数量到目前为止，已探明石窟数量为２４个。到底还有没有其它石窟？浙江地球物理研究所的科研人员试图用先进的检测设备探明地下石窟群的布局结构，却告搁浅，因而石窟的数量仍不能全悉。[e-mail]神舟六号飞船载人航天飞行的测控网是由北京、东风、西安三个指控中心，东风、渭南、青岛、喀什等国内测控站，和位于纳米比亚、马林迪、卡拉奇等三个国外测控站，以及位于太平洋、印度洋、大西洋的四艘远望号测量船组成的陆海基全球S波段统一测控通信网，对火箭、飞船完成测控通信任务。[e-mail]神六测控通信系统中由上海研发的9大子系统1.USB波段信道：完成载人飞船天地间无线通信主通道，能够实现遥控、遥测、图像传输、双向通话、地面跟踪测量任务；2.C波段信道：主要用于飞船的测轨，将返回舱的飞行速度、距离、方位等信息传递回地面指挥中心。其同时作为USB波段信道的辅助；3.图像传输系统；4.话音传输系统；5.飞船遥测系统；6.飞船遥控系统；7.超短波通信系统；8.短波通信系统（能传送GPS定位信号，在返回舱着陆后能为地面搜索人员提供所在位置的经纬度）；9.天线。备注：整个测控通信系统除了上海的9大子系统外，还包括北京相关机构研发的GPS定位系统、频率综合器等。[e-mail]其分类大致为：1.大地测量学2.摄影测量与遥感3.地图制图学4.海洋测量学5.地形测量学6.工程测量学几何大地测量学物理大地测量学（重力大地）卫星大地测量学海洋大地测量学空间大地测量学（天文大地）航天摄影测量航空摄影测量地面立体摄影测量遥感测量研究地球表面局部地区测绘问题①研究内容有关城市建设、矿山工厂、水利水电、农林牧业、道路交通、地质矿产等领域各种工程的勘测设计，建设施工，竣工验收，生产经营，变形监测等方面的测绘工作。②主要工作测绘测设变形监测[e-mail]大地测量学[e-mail]摄影测量与遥感[e-mail]地图制图学地形图专题地图制作[e-mail]在西藏拉萨测绘地形图水下地形测量地形测量学[e-mail]建筑变形监测城市测量工程测量学[e-mail]§2地面点位的确定一、地球的形状和大小二、我国采用的参考椭球三、地面点位平面坐标的确定四、地面点高程位置的确定五、地球曲率的影响[e-mail]一、地球的形状和大小几个概念：继续地球的自然表面——不规则；海面占表面的71%、扁梨形。大地水准面——假想平均海水面延伸穿过陆地形成的闭合曲面；物理曲面。旋转椭球——以椭圆的短轴为旋转轴形成的椭球；旋转椭球面为数学曲面。总地球椭球——与大地体（大地水准面包围的球体）最接近的旋转椭球体。①其中心与地球质心重合；②旋转轴与地轴重合，赤道与地球赤道重合；③体积与大地体体积相等；④其表面与大地水准面之间的高差平方和最小。参考椭球——与某一局部大地水准面密切配合的椭球。[e-mail]∵大地水准面具有性质：大地水准面上任一点处的垂线（重力方向）与该点处切面正交；又：重力是离心力与地心引力的合力（离心力与地心引力之比约1：300），而大地水准面上各点处引力不等，造成各点处垂线方向各异。∴各点处切面组成的曲面——大地水准面亦不规则，有微小起伏，是一个具有物理性质的曲面。离心力地心引力重力G返回[e-mail]二、我国采用的参考椭球大地水准面与椭球面高差最大差为±200m旋转椭球面大地水准面ab继续1932年前——白塞尔椭球1932年后——海福特椭球1952年后——1954北京坐标系：克拉索夫斯基椭球1980年后——国家大地坐标系：国际75椭球（IAG1975推荐值）目前BJ-54和国家80两个坐标系并行使用[e-mail]返回[e-mail]三、地面点位平面坐标的确定1.地理坐标①大地经度和大地纬度（L、B）②天文经度和天文纬度（λ、j）NLGP起W始oE子B午赤道平面线SL——P点所在子午面与起始子午面所夹的两面角；分为东经0～180°；西经0～180°B——过P点法线与赤道平面的交角；分为南纬0～90°；北纬0～90°λ——P点所在天文子午面与本初子午面所夹的两面角；j——过P点的重力线与地球赤道平面的交角。[e-mail]2.平面直角坐标①高斯投影——横轴椭圆柱投影②高斯投影带为了限制变形，高斯投影只限于很窄的一条，称投影带。yP1P2Sp1p2s赤道中央子午线边缘子午线[e-mail]为满足1/100万～1/2.5万比例尺测图，可采用经差6°的投影，称6°带；为满足1/10000、1/5000比例尺测图，可采用经差3°的投影，称3°带；有些测图还须采用1.5°带等。3°带是6°带的加密。ⅠⅡⅢG0°3°6°9°12°15°18°ⅠⅡⅢⅣⅤ各点y坐标的规定：1）原点西移500km；2）y坐标前加带号。例：y0＝18.068km写成y＝36518.068kmy0＝－2.005km写成y＝20497.995km（我国位于北半球，东经69°～135°；x值均为正值，y值：6°带12～23带，3°带24～45带）[e-mail]四、地面点高程位置的确定点的高程是指点沿与基准面的切平面正交的方向线投影到基准面的距离。高程基准面（大地水准面）：1.1956年黄海高程系统（中华人民共和国水准原点高程72.289m）2.1985年国家高程基准（中华人民共和国水准原点高程72.260m）H大地水准面eH大参考椭球面继续[e-mail]水准原点H自然表面大地水准面（高程为0）绝对高程青岛验潮站HAH56年黄海高程系统：H=72.289m85年国家高程基准：H=[e-mail]水准原点—中国统一高程基准点返回[e-mail]五、地球曲率的影响弧：AB=Rq=D平距：AB′=Rtanq=D′⊿D=D′－D=Rtanq－Rq=R(tanq－q)331tanqqq23333)(3131RDRDRRDq223RDDD1.地球曲率对水平距离的影响将tanq级数展开，略去五次方以上各项：代入上式，有：相对误差：从相对误差看，此影响很小（当D=10km时，⊿D=8mm，⊿D/D=1/120万）。故小区域（如半径小于10km时），可不考虑地球曲率对水平距离的影响。B′D′[e-mail]2.地球曲率对高差的影响R2＋D′2=(R+⊿h)2=R2+2R⊿h+(⊿h)2即：D′2=2R⊿h+(⊿h)2=⊿h(2R+⊿h)B′D′⊿hADBRRθOhRDh22RDh22可得：⊿h与R比甚小，忽略不计，D以代D′，可得：当：D=500m⊿h=20mmD=1000m⊿h=80mmD=5000m⊿h=196mm所以，地球曲率对高差影响甚大，小范围内进行测量工作亦不可以忽略。[e-mail]§3测量工作的原则1.从整体到局部2.从高级到低级3.先控制后细部[e-mail]第二章水准测量§1水准测量的原理§2水准测量的仪器和工具§3水准仪的使用§4水准测量的外业§5水准测量的内业§6水准测量的误差分析[e-mail]§1水准测量的原理①高差法HB=HA+hAB②仪器高（视线高）法HB=HA+hAB=HA+a-b=(HA+a)-b=Hi-bHi——仪器高（视线高）高差法适宜于线路高程测量，仪器高法适宜于较大面积高程测量（安置一次仪器测定多点高程）。几何水准测量的目的——测定两点之间的高差，进而由已知点高程求出未知点高程。几何水准测量的原理：1.在两点垂直竖立刻有分划的标尺2.在两标尺间建立水平视线3.由水平视线读数，计算出两点的高差：hAB=a-b4.计算点高程[e-mail]几何水准测量的原理：后视前视前进方向水准尺水准尺abABHAhabHBHi（水平视线高程=HA+a）[e-mail]高差法仪器高（视线高）法HB=HA+hABHB=HA+hAB=HA+a-b=(HA+a)-b=[e-mail]§2水准测量的仪器和工具一、水准仪：建立水平视线的仪器1.水准仪的系列[e-mail]水准仪系列标准表等级与型号DS05DS1DS3DS10每千米往返测高差中数偶然中误差不超过（mm/km）±0.5±1±3±10望远镜放大倍数不小于（倍）45382820望远镜物镜有效孔径不小于（mm）55473828水准器角值不大于管状水准器（″/2mm）符合式10102045粗水准器（′/2mm）十字型式圆水泡3——3————8——8测微器测量范围（mm）55————最小分划值（mm）0.050.05————用途国家一等水准测量及地震水准测量国家二等水准测量及其它精密水准测量国家三、四等水准测量及一般工程水准测量一般工程水准测量项目仪器型号DSi中