工程测量2

工程测量教学课件第一章绪论测量学的任务及其在公路建设中的应用测量学的分类大地测量学——研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题。常规大地测量和卫星大地测量。普通测量学——测量小范围地球表面形状时，不顾及地球曲率的影响，把地球局部表面当作平面看待所进行的测量工作。摄影测量学——利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同，可分为地面、航空、水下和航天摄影测量学。海洋测绘学——以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编制工作，属于海洋测绘学的范畴。工程测量学——研究工程建设中所进行的各种测量工作，属于工程测量学的范畴。地图制图学——利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。测量学在公路建设中的应用及本课程学习目标测量学在道路、桥梁和隧道工程建设中有着广泛的应用。例如：在勘测设计的各个阶段，要求有各种比例尺的地形图，供城镇规划、路线选线、路线平面图设计纵断面设计和横断面之用。在施工阶段，要将设计的路线、桥梁等构筑物的平面位置和高程测设于实地，以便进行施工。施工结束后，还要进行竣工测量，绘制竣工图，供日后扩建和维修之用。即使是竣工以后，对某些大型及重要的建筑物和构筑物还要进行变形、沉降观测，以保证建筑物的安全使用。学习本课程之后，要求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；具有较强的测、算、绘的测量基本功，以便能灵活应用所学的测量知识为专业工作服务。测量学在公路建设中的应用及本课程学习目标地球的形状和大小大地水准面•垂线：重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。（测量工作的基准线）。•水准面：一个自由静止的海水面，向陆地延伸而形成的一个闭合曲面称为水准面。•大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面。（测量工作的基准面）。•大地体：大地水准面包围的地球形体称为大地体。旋转椭球面通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体(即地球椭球)来代替地球的形状，作为测量计算工作的基准面。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋转椭球。旋转椭球面这个旋转椭球体称为参考椭球体，为一规则的曲面体。可用数学公式表示：(1-1)1222222bZaYaX式中a、b为参考椭球体几何参数。a为长半径，b为短半径。参考椭球体扁率α应满足下式：(1-2)aba我国目前采用的元素值为：长半径a=6378140m扁率α=1:298.275由于α很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其半径为平均值6371km。地面点位的表示方法NS大地坐标系以参考椭球体面为基准面。用大地经度L、纬度B、大地高H表示地面点的空间位置。基准线为法线。经度自零子午面向东为正、向西为负。纬度在赤道以北者为北纬，在赤道以南者为南纬。椭球体面上的大地高为零。高斯-克吕格平面直角坐标系•1.高斯投影的形成步骤：•1)沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。（按3°、6°等分带）•2)假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。•3)地球表面投影到横椭圆柱面上并展开成高斯平面。高斯-克吕格平面直角坐标系Step1：沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。高斯-克吕格平面直角坐标系Step2：假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。高斯-克吕格平面直角坐标系Step3：地球表面投影到横椭圆柱面上高斯-克吕格平面直角坐标系2.高斯投影的特点：•1)投影后的中央子午线NBS是直线，长度不变。•2)投影后的赤道ABC是直线，保持ABC⊥NBS。•3)离开中央子午线的子午线投影是以二极为终点的弧线，离中央子午线越远，弧线的曲率越大，说明离中央子午线越远投影变形越大。高斯-克吕格平面直角坐标系3.高斯平面直角坐标系的建立：1）建立规则:•①X轴是中央子午线NBS的投影，北方为正方向；•②Y轴是赤道ABC的投影，东方为正方向；•③原点，即中央子午线与赤道交点用O表示；•④四象限按顺时针顺序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ排列高斯-克吕格平面直角坐标系3.高斯平面直角坐标系的建立：•2）坐标规定:•①为避免横坐标Y出现负值，规定把坐标纵横向西平移500Km；•②为了根据横坐标能确定该点位于哪一个六度带内，规定在横坐标值前冠以带号。高斯-克吕格平面直角坐标系4.6°带高斯投影与3°高斯投影：6°带投影是从英格林尼治子午线（0°）开始，自西向东，每隔6°投影一次。将椭球分成60个带，编号为1～60带。3°带投影是在6°带基础上划分的，其中央子午线在奇数带时与6°带中央子午线重合，每隔3°为一带，从东经1°30′开始，自西向东，共120带，编号为1～120带。高斯-克吕格平面直角坐标系6带中央子午线经度Lo=6N-33带中央子午线经度Lo=3N独立平面直角坐标系当测区的范围较小时，可以把测区球面当作平面处理，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直角坐标原点一般选在测区西南方，以该测区子午线方向(真子午线或磁子午线)为x轴，北方向为正。y轴与x轴垂直，东方向为正，象限按顺时针方向编号。答：以便数学上的三角公式直接适用于测量平面坐标系。x=s×cosαy=s×sinα问题：测量中的坐标象限顺序为何与数学中的相反？数学中的坐标系测量中的坐标系高程系统•大地高：以参考椭球体面为高程基准面。大地高是地面点沿法线到椭球体面的距离，用H大表示。•绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离。•相对高程：地面点到假定水准面的铅垂距离。•高差：二个地面点的高程之差，用h表示。两点间的高差与高程起算面无关。ABABABHHHHh“1985年国家高程基准”，青岛市观家山水准原点高程为72.260m。1987年后启用此基准。用水平面代替基准面的限度对距离的影响如图，由平面代替曲面产生的误差为ΔD。ΔD=ab’-ab=D-S=Rtanθ-Rθ=R(tanθ-θ）在小范围测区θ角很小。tanθ用级数展开，略去五次方项，将θ=D/R代入，则2RD31DΔD对距离的影响取地球半径R=6371km。D用不同距离代入，计算结果如下：1/19万12.83251/30万6.57201/54万2.77151/120万0.8210-----0.001ΔD/DΔD(cm)D(km)结论：当D=10km时，所产生的相对误差为1:120万，这样小的误差，对精密量距来说也是允许的。因此，在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以把水准面当作水平面看待，而不考虑地球曲率对距离的影响。对高程的影响从图1-13可见了，用平面代替大地水准面时，产生高程误差bb′=δh,也称为地球曲率影响。在Δoab′中RDRDDRRhhh2δ2δ)δ(22222对高程的影响结论:用水平面代替基准面对高程的影响是很大的。例如，距离为150m时有1.77mm的高程误差，在200m时高程误差达到3.1mm，这在测量中是不允许的。因此，对高程测量而言，即使距离很短，也应考虑地球曲率对高程的影响。S(m)1050100150200δh(mm)0.000.200.801.773.10取地球半径R=6371km。D用不同距离代入，计算结果如下：对角度的影响从球面三角测量中可知(如图1-14)，球面上多边形内角之和比平面上多边形内角之和多一个球面超角ε。其值可用多边形面积求得：式中：P—球面多边形面积；R—地球半径；ρ—一弧度的秒值，ρ=206265″。2RP对角度的影响P(km2)ε(″)100.05500.251000.513001.52结论:用水平面代替基准面对角度测量的影响不大。100km2的面积，产生的角度误差不到6″。因此，在小区域测量中，曲率对角度的影响可忽略不计。取地球半径R=6371km。P用不同面积代入，计算结果如下：测量工作的程序与原则普通测量学的基本工作：量距、测角和测高差。测量工作的程序与原则原则：“从高级到低级”、“从整体到局部”、“先控制后碎部”的方法是组织测量工作应遵循的原则，它可以减少误差累积，保证测图精度，而且可以分幅测绘，加快测图进度。“前一步测量工作未作检核不进行下一步测量工作”是组织测量工作应遵循的又一个原则，它可以防止错漏发生，保证测量成果的正确性。确定地面点位置的三要素：水平角（方向）、距离和高差