第1章 土木工测绪论

绪论1PowerPoint电子课件院系：聊城大学建筑工程学院主讲：李希峰土木工程测量①土木工程测量土木工程测量教材：土木工程测量主讲：李希峰联系方式：[e-mail]119932720土木工程测量测量长什么样？？？土木工程测量学习本课程的目的本课程是研究地球表面形状和大小及其确定空间点位的科学。本课程主要内容包括测量基本工作、地形测量和施工测量。测量基本工作主要介绍高程、角度和距离测量的原理方法。地形测量主要介绍小地区控制测量的分类与施测方法，大比例尺地形图的测绘，地形图的使用。施工测量主要介绍施工测量的基本工作、基本方法，土木工程施工过程中的轴线测设、曲线测设和变形观测。通过学习使学生获得测量学基本理论知识，了解现代测量技术发展的趋势，通过测量实践使学生熟练掌握测量仪器的操作技能。对大家今后从事土木工程的勘测、规划、设计、施工和管理中使用测量资料、测量仪器，解决有关工程问题均有实际意义。土木工程测量课程概况和教学要求土木工程测量是工程类专业的一门专业基础课，同时也是一门实践性较强的课程，按着课程内容体系可划分为理论教学与实践教学两部分内容。土木工程测量的理论课时为38学时，3个学分，实验10学时，实习两周(5.21-6.1；6.4-6.15)主要课程内容有：测量学的基本知识；水准仪及高差测量；光学经纬仪及角度测量；小区域控制测量；地形图的测绘；常规光学测绘仪器的操作、使用、维护、检校；记录和计算测量成果的整理；简要介绍几种工程测量。土木工程测量课程概况和教学要求教学内容以应用为目的，突出针对性补充新内容，削弱部分过时内容首先在仪器操作方面除了介绍常规光学仪器外，还补充以下新内容：全站仪原理与使用；电子水准仪(条码水准仪)原理与使用；在新理论中加入了GPS全球卫星定位系统；数字化成图等简介。采用多种形式进行教学在《土木工程测量》的教学方式上有课堂讲授、实验、实习等，各种教学方式之间既有联系又有区别。每种教学方式都发挥着各自的作用。加强课程教学管理。课堂、实验课严格要求，按时完成作业否则扣每次2分，不要旷课早退。考核：平时10％，实验成绩20%，期末考核70％.第一章绪论7土木工程测量第一章绪论本章主要内容测绘工作的任务及其作用地球的形状和大小地面坐标系的建立测量工作的内容与原则第一章绪论8土木工程测量测绘工作的任务及其作用测量学的基本概念和研究内容测绘科学：研究地球的形状和大小及确定地面点的科学，目的是为人类了解自然、认识自然和能动地改造自然的能力。包括测定和测设。p1主要任务精确地测定地面点的位置及地球的形状和大小将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图建筑物的放样用途国防建设，地质采矿，农田水利，交通运输，城市建设，地震预报，安全监测等等。第一章绪论9土木工程测量测绘学科的主要分支大地测量学:Geodesy(GeodeticSurveying)它是以地球表面大区域为研究对象，研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。现代大地测量学包括几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学三个主要部分。第一章绪论10土木工程测量测绘学科的主要分支地形测量学(普通测量学):Topographicsurveying是研究测绘地形图的基本理论、技术和方法的学科。第一章绪论11土木工程测量测绘学科的主要分支摄影测量学：Photogrammetry摄影测量学是利用摄影或遥感的手段获取被测物体的信息(影像的或数字式的)，经过对图像的处理、量测、判释和研究，以确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的一门学科。按获取像片的方法不同，分为地面立体摄影测量学和航空摄影测量学。第一章绪论12土木工程测量测绘学科的主要分支第一章绪论13土木工程测量第一章绪论14土木工程测量第一章绪论15土木工程测量测绘学科的主要分支工程测量学：EngineeringSurveying定义一：工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。各项工程包括：工业建设、铁路、公路、桥梁、隧道、水利工程、地下工程、管线（输电线、输油管）工程、矿山和城市建设等。定义二：工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。第一章绪论16土木工程测量测绘学科的主要分支工程测量学：EngineeringSurveying第一章绪论17土木工程测量测绘学科的主要分支地图制图学：Cartography地图制图学是以地图信息传输为中心，探讨地图及其制作的理论、工艺技术和使用方法的一门综合性学科。地图产品第一章绪论18土木工程测量测绘工作的作用规划提供基础数据提供地图行政勘界与权属定界提供各工程需要的测量技术军事测绘第一章绪论19土木工程测量测绘学科的发展远古时代有辉煌的历史第一章绪论20土木工程测量测绘学科的发展现代:工程方面,以特大型建筑对工程测量的精度,准度进一步提高。第一章绪论21土木工程测量测绘学科的发展3S技术RS:RemoteSensingGIS:GeographicalInformationSystemGPS:GlobalPositioningSystem第一章绪论22土木工程测量测绘学科的发展GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200多亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。由美国国防部发展出的24颗距地表20,183公里高空的卫星群,以55度等角均匀地分布在六个轨道面上,并以11小时58分的周期环绕地球运转所组成的全球卫星定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS),在每一颗卫星上都载有位置及时间讯号,只要客户端装设GPS设备,无论何地都可接收到至少5颗卫星的讯号。GPS的应用领域控制测量（全球、全国、城市、工程）、工程测量、地形地籍测量、海洋测绘、航测、遥感卫星、定轨月球、火星测绘、飞机、轮船导航与地面交通管理、通信、旅游等各行各业。第一章绪论23土木工程测量测绘学科的发展GPS（GlobalPositioningSystem）第一章绪论24土木工程测量测绘学科的发展GPS（GlobalPositioningSystem）应用第一章绪论25土木工程测量测绘学科的发展GAILILEO系统1999年，欧洲提出“伽利略计划”，准备投资36亿欧元，向高度为2.4万公里的太空发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。欧盟指出，该系统将主要服务于民用，提供误差不超过1米的精确定位服务，2008年完成。2004年10月9日，中欧伽利略计划技术合作协议在北京正式签署，中国将投入2亿欧元参与“伽利略计划”。据悉，中国是正式加入“伽利略计划”的第一个非欧盟国家。另外，美国的GPS只为自己（尤其是军方）提供高精度定位，对其他用户只提供低精度的定位服务，而且美国随时可以关闭这种服务（特别是在战时）。伽利略是完全提供给民用的，定位精度比美国提供的高，不会无故关闭服务。第一章绪论26土木工程测量测绘学科的发展“北斗”导航定位系统北斗卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统构成有：两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。第一章绪论27土木工程测量测绘学科的发展“北斗”导航定位系统第一章绪论28土木工程测量测绘学科的发展GIS(GeographicalInformationSystem):地理信息系统地理信息系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。第一章绪论29土木工程测量测绘学科的发展GIS(GeographicalInformationSystem):地理信息系统第一章绪论30土木工程测量测绘学科的发展RS(RemoteSensing):遥感现代遥感是在距离地面较远的飞机、飞船和卫星（遥感平台）上，使用光学和电子光学仪器（遥感器），接收地面物体反射或发射的电磁波信号，以图象胶片或数据磁带的形式记录下来，传送到地面接收站，加工处理，并且结合地面物体的光谱特征来识别。第一章绪论31土木工程测量测绘学科的发展RS(RemoteSensing):遥感绪论32地球的形状和大小地球自然表面测量工作的主要研究对象是地球的自然表面，但地球表面形状极其复杂。有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海洋。世界第一高峰珠穆郎玛峰高达8844.43m，太平洋西部的马里亚纳海沟深达11022m。海洋面积约占71%,陆地面积约占29%。测量中把地球形状看作是由静止的海水面向陆地延伸并围绕整个地球所形成的某种形状。绪论33地球的形状和大小铅垂线地球表面任一质点，都同时受到两个作用力：其一是地球自转产生的惯性离心力；其二是整个地球质量产生的引力。这两种力的合力称为重力。重力的作用线又称为铅垂线。铅垂线是测量外业所依据的基准线。绪论34地球的形状和大小水准面人们设想以一个静止不动的海水面延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围整个地球，这个闭合的曲面称为水准面。特点水准面是一个重力等位面，水准面上各点处处与该点的重力方向（铅垂线方向）垂直。在地球表面上、下重力作用的范围内，通过任何高度的点都有一个水准面，因而水准面有无数个。铅垂线铅垂线铅垂线水准面绪论35地球的形状和大小大地水准面由于海水面在涨落变化，水准面可以有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面。特点是一个封闭的曲面。是一个略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式精确表达。大地水准面是测量外业所依据的基淮面。绪论36地球的形状和大小参考椭球体椭圆NWSE绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球体，又称地球椭球体。与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。NSEWOaba旋转椭球面可以用数学公式准确地表达。因此，在测量工作中用这样一个规则的曲面代替大地水准面作为测量计算的基准面。决定地球椭球体形状和大小的参数为椭圆的长半径a，短半径b及扁率α。绪论37地球的形状和大小长半径a，短半径b及扁率α，其关系式为：我国目前采用的地球椭球体的参数值为：aba257.298163567526378137mbma由于地球椭球体的扁率α很小，当测量的区域不大时，可将地球看作半径为6371km的圆球。参考椭球体绪论38地球的形状和大小参考椭球定位确定参考椭球面与大地水准面的相关位置，使参考椭球面在一个国家或地区范围内与大地水准面最佳拟合，称为参考椭球定位。大地原点：椭球定位中选取的相切点NSWE地球椭球体大地水准面绪论39地球的形状和大小参考椭球定位p21949年以后，我国采用了两种不同的大地坐标系，即1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系。1954年我国完成了北京天文原点的测定，采用了克拉索夫斯基椭球体参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，建立了1954年北京坐标系。为了适应我国经济建设和国防建设发展的需要，我国在1972-1982年期间进行天文