大连理工大学测量学课件(袁永博)

学习、实践、创造、交流、领导测量学E-mail:[e-mail].:0411-84709709主讲人：袁永博高等学校理工科土木工程类规划教材第一章绪论参考书目1课程介绍2测量技术基本知识3测量学的任务及分类4测量技术发展简介5测量学与工程建设6参考书目工程测量规范(GB50026-2007)，中国计划出版社城市测量规范(CJJ8-99)，中国建筑工业出版社第一章绪论参考书目1课程介绍2测量技术基本知识3测量学的任务及分类4测量技术发展简介5测量学与工程建设6课程介绍本课程适用于工业和民用建筑、建筑学、给排水、地下建筑、城市规划等专业的学生。课时：56学时（授课32，实验24）—必修课！全书共分11章：第1-2章：介绍测量学基本知识和基本理论。第3章：学习测量误差理论及处理方法。第4章：测量学3项基本工作（高差、角度、距离）的应用和实施。第5章：坐标测量。第6章：小区域控制测量方法。第7章：地形图基本知识。第8章：大比例尺地形图测绘方法，尤其关注数字化成图技术。第9章：地形图的应用。第10章：工程放样的基本方法。第11章：介绍民用建筑到桥涵、道路工程等施工测量。课程介绍课程介绍课程考核方法课后作业：15%（9~10次）实验作业：15%（6次）期末考试：70%测量实验课实验1：水准测量实验2：经纬仪认识实验3：全站仪使用实验4：全站仪成图施工测量实验5：GPS测量实验6：数字成图**GPS静态数据解算第一章绪论参考书目1课程介绍2测量技术基本知识3测量学的任务及分类4测量技术发展简介5测量学与工程建设61.1测量技术基本知识研究地球的形状和大小并描述和确定地球表面自然形态及要素和地面上人工设施的形状、大小、空间位置及其属性的学科。测设测定1.1.1测量学的定义测量学测定指用测量仪器通过对地球表面上的点进行测量，从而获得一系列的测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。测定示意图1.1.1测量学的定义实地图纸测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置通过测量在地面上标定出来，作为施工的依据。测设示意图1.1.1测量学的定义图纸实地1.1.2测量技术的实质内业外业测量是以地球及地球上分布的自然和人文物体为研究对象进行测定和描绘的科学。形式上控制测量碎部测量位置的确定形状的编绘本质上，测量就是研究地面点定位问题。即确定地面目标在三维空间的位置及其随时间的变化。一般是通过测量角度、距离、高差等几何量来实现。应用数学上的极坐标直角坐标实现对点位的确定1.1.2测量技术的实质ABxABOxyBAxxBAyyABD其中代入得任意选取地面上两点A、B，投影到某一水平面上，ＡＢ边投影后的水平距离为，建立直角坐标系xOy，如图所示ABD1.1.2测量技术的实质地面点的定位ABAABABABAABAByyyyyyxxxxxx)()(sincosABABABABDyyDxxsincosABABABABDyDx从宏观方面考虑，测量的任务在于：(1)进行精密控制测量建立国家控制网；(2)提供地形测图和大型工程测量所需要的基本控制；(3)为空间科技和军事工作提供精确的坐标资料；(4)参与对地球形状、大小、地球外部重力场及随时间变化的地壳形变及地震预报等方面的科学研究。1.1.2测量技术的实质从微观方面考虑，测量的任务在于：(1)按照需求测绘各种比例尺的地形图；(2)为各个领域提供定位和定向服务；(3)管理开发土地，建立工程控制网，进行施工放样，辅助设备安装，监测建筑物变形以及为工程竣工服务等。1.1.2测量技术的实质1.1.3测量工作的原则和程序地球表面复杂多样的形态，可分为地物和地貌两大类。地物地貌地面上的固定性物体。如公路、铁路、河流、桥梁、建筑物、居民地等称为地物地面上的高低起伏形态。如平原、盆地、丘陵、山地等如(a)图为一栋房子，其平面位置由房屋轮廓线组成。因此，如果能确定1~6个点的平面位置，这栋房屋的平面位置就确定了。123456(a)1.1.3测量工作的原则和程序如图(b)一条河流，河岸线虽然不规则，但平面位置仍由7~13号点来基本确定。至于地貌，因为地势起伏变化复杂，可以看成有许多不同方向、不同坡度的平面相交而成的几何体。78910111213(b)1.1.3测量工作的原则和程序由上面两个例子我们可以看到不论地物还是地貌，它们的形状和大小都由一些特征点的位置来决定。这些特征点也叫碎部点。因此测量学的基本工作就是对控制及碎部点的高程角度距离确定点的位置1.1.3测量工作的原则和程序测量组织工作一般分为两个步骤：碎部测量控制测量在测区内选择若干具有控制意义的点作为控制点。应用较精确的方法和仪器测定这些点的相对位置。根据各碎部点附近的控制点来测定虽不点的位置。1.1.3测量工作的原则和程序上述方法即遵循了测量工作的基本原则：(1)在测量布局方面，要“从整体到局部”，在工作程序方面要“先控制后碎部”。(2)在精度控制方面，要“由高级到低级”，按不同精度进行。(3)对测量工作的每个工序，都必须坚持“边工作边检核”，以确保测量成果精确可靠。遵循“由整体到局部”或“先控制后碎部”的原则，可以使测量误差分布比较均匀，制图精度得到保证，而且可以分幅测绘、平行作业，加快测图速度，使整个测区连成一个完整的实体出图。1.1.3测量工作的原则和程序第一章绪论参考书目1课程介绍2测量技术基本知识3测量学的任务及分类4测量技术发展简介5测量学与工程建设61.2测量学的任务及分类针对测量要研究的对象，以及获取这些对象位置信息的方法，测量学可以分为以下五类：(1)普通测量学普通测量学是研究地球表面较小区域内测绘工作的基本理论、技术、方法和应用的学科，是测量学的基础。主要内容包括：图根控制网的建立、地形图的测绘及一般工程的施工测量。具体工作有：距离测量、角度测量、定向测量、高程测量、观测数据的处理与绘图等。(2)大地测量学大地测量学是研究在地面广大区域上建立国家大地控制网，研究确定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术与方法的学科。大地测量学包括：常规大地测量学、卫星大地测量学与空间大地测量学。(3)摄影测量学摄影测量学是利用摄影像片来研究和测定物体的形状大小和位置的学科。摄影测量学包括：水下摄影测量学、地面摄影测量学、航空摄影测量学和航天摄影测量学。1.2测量学的任务及分类(4)工程测量学工程测量学是研究工程建设项目在勘测设计、施工和管理阶段所进行的各种测量工作的学科。主要内容有：建立工程控制网、测绘地形图、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测等。(5)海洋测量学海洋测量学是研究和测量地球表面水体(海洋、江河、湖泊等)及水下地貌的一门综合性学科。主要包括：控制测量、地形岸线测量、水深测量等。1.2测量学的任务及分类第一章绪论个人简介1课程介绍2测量技术基本知识3测量学的任务及分类4测量技术发展简介5测量学与工程建设61.3.1测量技术发展简介测量技术发展史社会生产的需求促进了测量学科的兴起，社会的进步也使测量技术有了很大发展。目前考古发现的证据表明，上溯到公元前2400年，古埃及尼罗河三角洲就已有地产边界的测定活动。司马迁在《史记·夏本纪》中叙述了大禹受命治理洪水而进行的测量工作：“左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山”，这充分说明在我国的历史上，测量技术的应用可追溯到四千年以前。长沙马王堆汉墓出土的公元前2世纪的地形图、驻军图和城邑图，是迄今发现的最古老最翔实的地图。1.3.1测量技术发展简介马王堆汉墓出土地图公元724年唐代高僧一行主持了世界最早的子午线测量，在河南平原南北伸展大约分布在200km距离近似位于同一子午线上的4个点，测量了春分、夏至、秋分、冬至4个时段正午的日影长度和北极高，用步弓丈量了四个点间的实地距离，推算出北极星每差一度相应的地面距离。西晋的裴秀编制的《禹贡地域图十八篇》反映了晋十六州郡国县邑、山川原泽及境界，并总结出分率、准望、道里、高下、方斜、迂直的“制图六体”，归纳了地图制图的标准和原则。1.3.1测量技术发展简介《禹贡地域图十八篇》北宋沈括发展了裴秀的制图理论，编绘了比例尺为“一寸折一百里”（相当于1:90万）的《天下州县图》，并发明发展了许多易行的测量技术。1.3.1测量技术发展简介《天下州县图》元代郭守敬在全国进行了天文测量，还通过修渠治水，总结了水准测量的经验，创造性地提出海拔高程的概念。明代郑和七下西洋首次绘制了航海图。1.3.1测量技术发展简介郑和航海图清代康熙年间，西方科学制图法的传入，使康熙帝认识到我国地图的粗略、模糊，需借鉴科学技术实测后绘制，于是组织一次全国大地测量，以天文观测为基础，开展三角测量法进而测图。公元1708年开始测制，历经10年，完成了《皇舆全览图》的编制，这是我国第一部实测的地图。《皇舆全览图》的一部分1.3.1测量技术发展简介近代测量技术由于航海技术的发展，使得人类对地球形状认识逐步深化。从人类最早对地球认识为天圆地方到地球为圆球，再从地球为椭球到证实地球的非椭球而是一个梨形的过程，验证了测绘技术的理论发展和实际应用不断走向成熟。1.3.1测量技术发展简介地球形状认识演变新中国成立后，我国测量事业有了很大发展。建立和统一了全国坐标系统和高程系统；建立了遍及全国的大地控制网和国家水准网；配合国民经济进行大量测绘工作，如进行南京长江大桥、葛洲坝水电站、三峡工程等。1.3.1测量技术发展简介南京长江大桥三峡大坝近年来，GPS全球定位系统的广泛应用，全球GPS大地网的完成，电磁波测距仪、电子全站仪、数字摄影测量系统等的问世，是测量学进入一个新的时代。车载GPS定位导航全站仪1.3.2现代测绘学的内涵和发展目前，由测量学、摄影测量与遥感学、地图学、地理科学、计算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代通讯技术的有机集成和综合，产生了应用各种现代化方法来采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用空间分布数据的新型的地理信息科学。现代测绘学是指对空间数据的测量、分析、管理、存储和综合研究的学科，这些空间数据来源于地球卫星、空载和船载的传感器以及地面上各种测量技术，并利用计算机的硬件和软件对这些空间数据进行处理和使用。1.3.2现代测绘学的内涵和发展测绘学科的现代发展促使测绘学中出现若干新学科，例如空间大地测量、航天遥感测绘、地图制图与地理信息工程。测绘学科的应用已发展到与空间分布信息确定有关的众多领域，这也是现代测绘工程所要完成的任务。因此，现代测绘学作为一门新兴学科，又被赋予一个新的综合性总称–地球空间信息科学(Geo-SpatialInformationScience)，它是以GPS、RS、GIS技术及其集成为核心，光缆通信、卫星通信、数字化多媒体网络技术为辅助的多学科交叉的学科。1.3.2现代测绘学的内涵和发展3S技术是GPS技术，RS技术和GIS技术的简称。GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统RS（RemoteSensing）遥感GIS（GeographicInformationSystem）地理信息系统1.3.2现代测绘学的内涵和发展以“3S”为代表的跨世纪的高新测绘科学技术，是测量定位、导航、建设开发、国土与城市管理领域的一场新的技术革命。第一章绪论参考书目1课程介绍2测量技术基本知识3测量学的任务及分类4测量技术发展简介5测量学与工程建设61.4.1测量与工程建设的关系测量是国家经济建设的一项重要的基础性、先行性工作，从工程规划设计，到每项具体工程的建设，都需要有准确的测量成果作依据。伴随社会和科学技术的发展，测量的重要性日益增强，应用的领域不断扩大，在国民经济建设中已经成为不可缺少的工具。现代化建设越向前发展，就越需要测量工作及时为之提供准确而有效的服务。测量技术经济建设国防事业科学研究资源勘察城乡建设交通运输土地整治环境保护经营管理国界勘定地图测制航天测控弹道计算地壳升降海陆