第1章工程测量概述.ppt

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1、 第一节第一节 测量学测量学的基本任务的基本任务第二节第二节 地面点位的表示方法地面点位的表示方法第三节第三节 测量的基本工作测量的基本工作第一章第一章 测量学基本内容回顾测量学基本内容回顾 测量学是研究如何测定地面点的位置和测量学是研究如何测定地面点的位置和高程，将地球表面的形状及其他信息测绘成高程，将地球表面的形状及其他信息测绘成图，以及确定地球的形状和大小科学。图，以及确定地球的形状和大小科学。包括四个分支：包括四个分支：1.地形测量学地形测量学 2.大地测量学大地测量学3.摄影测量学摄影测量学 4.工程测量学工程测量学1-1 测量学基本任务测定与测设测定，是用测量的方法确定地面上各种物

2、体的位置并绘制成图，例如测绘地形图的工作；测设，是把预定的点位用测量方法设置到地面上，例如各种工程建筑物的施工放样工作。一、测量的基本原则和测量工作的实质n原则：“从整体到局部，先控制后碎部”n实质:测量（测定或测设）点的位置。测量（测定或测设）点的位置。1-2 1-2 地面点位的表示方法地面点位的表示方法n 地球是一个表面高低起伏极不规则的球地球是一个表面高低起伏极不规则的球体。总的形状可以看成是被海水包围的球体。体。总的形状可以看成是被海水包围的球体。1.大地水准面 一个与假想的无波浪、潮汐、海流和大气压变化一个与假想的无波浪、潮汐、海流和大气压变化引起扰动的处于流体静平衡状态的海洋面相重

3、合引起扰动的处于流体静平衡状态的海洋面相重合并延伸到大陆的重力等位面。由大地水准面所包并延伸到大陆的重力等位面。由大地水准面所包围的形体称为大地体，大地体可以代表地球总的围的形体称为大地体，大地体可以代表地球总的形状。形状。二、地球的形状和大小n 2 水准面：任意静止的水面。n 水准面的特点：水准面的特点：处处与铅垂线相处处与铅垂线相垂直。垂直。n 水准面可以有水准面可以有无数个。无数个。n大地水准面是大地水准面是与平均海水面重与平均海水面重合的一个封闭曲合的一个封闭曲面。面。n 3 旋转椭球用一个椭圆绕用一个椭圆绕其短轴旋转而其短轴旋转而成的形体来代成的形体来代替大地体，称替大地体，称为为“

4、椭球椭球”。n 椭球的大小用长半轴椭球的大小用长半轴 a 和短半轴和短半轴 b 或扁率或扁率表示。表示。a 和和称为椭球的元素。称为椭球的元素。n 为了测量工作的需要，在一个国家或一个地区，为了测量工作的需要，在一个国家或一个地区，需要选用一个最接近于本地区大地水准面的椭球，这样需要选用一个最接近于本地区大地水准面的椭球，这样的椭球称的椭球称“参考椭球参考椭球”。我国目前采用。我国目前采用1980年大地坐标年大地坐标系，即系，即1979年国际大地测量协会推荐的地球椭球，其元年国际大地测量协会推荐的地球椭球，其元素值素值na6 378 137 m b=6 356 752 =1：298.257n

5、由于地球的扁率很小，所以在一般测量工作中，可由于地球的扁率很小，所以在一般测量工作中，可把地球看作一个圆球来处理，其半径为：把地球看作一个圆球来处理，其半径为：n R6 371 km。n 在测量工作中，地面上的点位都用坐标和在测量工作中，地面上的点位都用坐标和高程来表示。高程来表示。n1.点的平面位置 当地面点投影到椭球面上时，其平面位置用当地面点投影到椭球面上时，其平面位置用大地坐标来表示，当投影到水平面上时，大地坐标来表示，当投影到水平面上时，则用平面直角坐标表示。则用平面直角坐标表示。(1)大地坐标大地坐标 用用“大地经度大地经度”和和“大地纬度大地纬度”来表示。来表示。三、地面上点位的

6、表示方法 大地经度大地经度L：过地面某点过地面某点M的子的子午线与本初子午午线与本初子午线（或格林威治线（或格林威治子午线）的夹角子午线）的夹角称为该点的大地称为该点的大地经度，有东经、经度，有东经、西经之分。角值西经之分。角值为为0180 大地纬度大地纬度B：地面点地面点N的的法线法线方向方向与赤道的与赤道的夹角称为大地夹角称为大地纬度纬度B，该点位，该点位于赤道以北称于赤道以北称为北纬，赤道为北纬，赤道以南称南纬，以南称南纬，角 值 为角 值 为 0 90(2)平面直角坐标系平面直角坐标系地理坐标对局部测量工作来说是非常不方便的。例如，在赤道上，1的经度差或纬度差对应的地面距离约为30m。

7、测量计算最好在平面上进行，但地球是一个不可展的曲面，必须通过投影的方法将地球表面上的点位化算到平面上。地图投影有多种方法，我国采用的是高斯-克吕格正形投影(Gauss-Kruger conformal proj e c t i o n)，简称高斯投影(Ga u s s projection)。1)高斯平面坐标系高斯平面坐标系高斯投影是将地球按经线划分成带，称为投影带，投影带是从首子午线起，每隔经度6划分为一带(称为统一6带)，自西向东将整个地球划分为60个带。位于各带中央的子午线称为该带的中央子午线。第一个 6带的中央子午线的经度为3，任意带的中央子午线经度与投影带号的关系为 L0=6 N-3

8、2)局部平面直角坐标局部平面直角坐标施工中常用。以任一施工中常用。以任一点为坐标原点，北方点为坐标原点，北方向或结构中心线为纵向或结构中心线为纵坐标轴坐标轴x轴，顺时针轴，顺时针90度为横坐标轴度为横坐标轴y轴，象轴，象限名称按顺时针排列。限名称按顺时针排列。yIIIIIIVIx2.点的高程 任意点到大地水准面的铅垂距离称为该点的绝对高程，简称高程，亦称标高或海拔。用H来表示，HA、HB分别是A点和B点的高程。相对高程地面点到任意水准面的铅垂距离。相对高程地面点到任意水准面的铅垂距离。HAHA AHBHB hABB大地水准面水准面 高差高差两点的高程之差。常用两点的高程之差。常用h h表示。表

9、示。h hABAB=H=HB B H HA A，高差带有、号。高差带有、号。水准原点：水准原点是全国高程测量的基准点。“1956黄海高程系”水准原点高程为72.289m。“1985国家高程基准”水准原点的高程为72.260m。测量的基本要素是：n1.高程；高程；n2.距离（水平距离或斜距）；距离（水平距离或斜距）；n3.角度（水平角和竖直角）角度（水平角和竖直角）。高程测量的主要方法有：水准测量（几何水准测量）；水准测量（几何水准测量）；三角高程测量；三角高程测量；光电测距水准测量；光电测距水准测量；GPS高程测量。高程测量。1-3 高程测量一、水准测量一、水准测量1.水准测量的实施水准测量的

10、实施ABIIIIIIIVVTP1TP2TP3TP41.8320.6711.5360.6151.6240.6120.7131.6341.2142.812HA=29.053HB三项检核：575.0ba575.0hhh575.0ABHH点号水准尺读数高差h(m)高程H(m)后视前视+A1.8321.16129.053(已知)TP11.5360.67130.2140.921TP21.6240.61531.1351.012TP30.7130.61232.1470.921TP41.2141.63431.2261.598B2.81229.6286.9196.3443.0942.519n2、水准测量的计算11

11、11bah个测站：第2222bah个测站：第nnnbahn个测站：第+)bah ABABABABHHhbahhh 计算检核：也称为三项检核3、成果检核、成果检核闭合差观测值理论值 fh h测h理产生原因：测量中存在各种误差单一水准路线的高差闭合差如下表水准路线 支水准 附合水准 闭合水准 fh返往hh）（始终测h测h闭合差的允许值容许闭合差，也称闭合差限差。是衡量观测成容许闭合差，也称闭合差限差。是衡量观测成果精度的一个标准，高差容许闭合差常用果精度的一个标准，高差容许闭合差常用Fh 表表示。示。铁路、公路工程测量中，铁路、公路工程测量中，)(30mmLFh其中，其中，L为水准路线长度的公里数

12、。为水准路线长度的公里数。若若|f|Fh|，则成果符合精度要求，可进行高差闭，则成果符合精度要求，可进行高差闭合差的调整与高程计算，否则检查原因，返工重合差的调整与高程计算，否则检查原因，返工重测。测。闭合差调整原则与方法n闭合差的调整原则：按距离或测站数成闭合差的调整原则：按距离或测站数成正比反符号分配。正比反符号分配。n方法是在每个观测高差上加一个改正数：方法是在每个观测高差上加一个改正数：fhLLivi=校核：校核：vifh，若满足则说明计算无误。，若满足则说明计算无误。高程计算n高差平差值即改正后的高差高差平差值即改正后的高差:n (hi)=hi+vi n各点高程：各点高程：n Hi=

13、Hi-1+(hi)n检核：检核：n （H终终）计算计算=（H终终）已知已知容许闭合差闭合差限差。是衡量观测成果精度的一个标准，高差容许闭合差常用Fh 表示。若|f|Fh|，则成果符合精度要求，可进行高差闭合差的调整与高程计算否则检查原因，返工重测。闭合差的调整原则：按距离或测站数成正比反符号分配。方法是在每个观测高差上加一个改正数 vi=-(fh/L)Li或vi=-(fh/n)ni校核：vifh，若满足则说明计算无误。附合水准路线高差闭合差调整与高程计算附合水准路线高差闭合差调整与高程计算 点号测站数测得高差(m)高差改正数(m)改正后高差(m)高程(m)备注BM14-0.312+0.012-

14、0.30019.826(已知)B0119.5263+1.793+0.009+1.802B0221.3283-0.751+0.009-0.742BM220.586(已知)100.730+0.0300.760成果合格容hhffmmnfh3812容 =0.030m=30mm)(12BMBMhHHhf4、水准测量的主要误差u仪器及工具误差仪器及工具误差 视准轴误差、水准尺分划误差视准轴误差、水准尺分划误差u观测误差观测误差整平误差、读数误差整平误差、读数误差u外界条件的影响外界条件的影响地球曲率、大气折光、温度变化地球曲率、大气折光、温度变化 u消减方法消减方法：前后视距相等，仔细操作。前后视距相等，

15、仔细操作。5、自动安平水准仪自动安平水准仪n当望远镜倾斜时，仪器内部的补偿器K使水平视线在望远镜分划板上所成的像点位置折向望远镜十字丝中心Z，从而使十字丝中心发出的光线在通过望远镜物镜中心后成为水平视线。lZAfs水 平 光 线补 偿 器 Ksfn条码水准尺6、电子水准仪电子水准仪工作原理n 利用仪器里的十字丝瞄准的电子图象感利用仪器里的十字丝瞄准的电子图象感应器（应器（CCD）。当按下。当按下Measure 测量键测量键时，仪器就会把瞄准并调焦好的尺子上的时，仪器就会把瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照，然后把它和仪器内条码图片来一个快照，然后把它和仪器内存中的同样的尺子条码图片进行比

16、较和计存中的同样的尺子条码图片进行比较和计算。这样，就可以计算出尺子的读数并且算。这样，就可以计算出尺子的读数并且保存在内存中了。保存在内存中了。条码标尺十字丝面图像处理器电子显示器成像探测译释比对处理标尺读数视距电子水准仪的基本原理DiNi 12电子水准仪7、跨河水准测量(a)(b)(c)ABI2I1I2I1ABBBI1I2n置水准仪于I1，先读本岸A点的尺读数，再读对岸B点的尺读数；n保持望远镜的对光不变，将水准仪迅速移至对岸I2，先读对岸A点的尺读数，然后读本岸B点的尺读数；n取两次所得高差的平均值作为一测回值。河面宽度在200400m时，应该进行两个测回。二、三角高程测量 其中，f =p-r 称为球气差.fviSvripMCBFh2102112tan单向观测计算高差的基本公式单向观测计算高差的基本公式 212012012viCStgSh2020202043.0142CSRSRSRSrpf式中竖直角、仪器高i和觇标高v，均可由外业观测得到。S0为实测的水平距离，R=6371km。1-4 水平角的观测与计水平角的观测与计算算当一个测站上只有两个方向时使用。ACB当一个测站上需观测两