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1、第1章测量基本知识第1页，共37页，编辑于2022年，星期一第2页，共37页，编辑于2022年，星期一学习学习“工程测量工程测量”测量科学技术在国民经济建设和社会可持续发展以及国防建设中的重要地位不断提高，应用不断扩大。-宁津生宁津生课程的性质课程的性质 工程测量，土木工程测量。工程测量，土木工程测量。专业基础专业基础课；土木课；土木工程等专业的工程等专业的基本技术基本技术；工程建设的；工程建设的主要导向主要导向技术。技术。学习学习 理论教学、实验教学、实习教学理论教学、实验教学、实习教学。根据理论。根据理论教学需要开展实验教学，完成必要的作业；实教学需要开展实验教学，完成必要的作业；实习教学
2、将作为独立课程在理论教学之后进行。习教学将作为独立课程在理论教学之后进行。通过通过理论教学理论教学、实验教学实验教学、实习教学实习教学达到掌握工达到掌握工程测量技术的目的。程测量技术的目的。希望希望 努力学习，刻苦训练，真正掌握土木工努力学习，刻苦训练，真正掌握土木工程测量技术，为工程建设服务。程测量技术，为工程建设服务。第3页，共37页，编辑于2022年，星期一中国工程院院士、武汉大学教授宁津生中国工程院院士、武汉大学教授宁津生宁津生院士序言指出宁津生院士序言指出三大三大特点特点 1.1.结合土木类专业，应用的特色非常明显，结合土木类专业，应用的特色非常明显，教学内容针对性强；教学内容针对性
3、强；2.2.教材结构体系新，教材内容脉络清晰，便教材结构体系新，教材内容脉络清晰，便于理解掌握；于理解掌握；3.3.引进测绘新技术，更具时代特色。引进测绘新技术，更具时代特色。第4页，共37页，编辑于2022年，星期一第一章 绪论学习目标学习目标：理解测量科学技术在土木工程的意义。掌握坐标系统、高程系统的概念和应用。理解测量定位概念与技术过程。把握绪论对于学习工程测量技术的基本导向。第5页，共37页，编辑于2022年，星期一第一节 测量学与土木工程一、测量学概念一、测量学概念二、测绘学的分支学二、测绘学的分支学科科三、测绘科学在土三、测绘科学在土木工程建设中的地木工程建设中的地位位第6页，共3
4、7页，编辑于2022年，星期一 一、测量学概念一、测量学概念1.1.基本概念基本概念。测量学是一门测量学是一门研究测定研究测定地面点位置，地面点位置，研究确定并展示研究确定并展示地球表面形态与大小的科学地球表面形态与大小的科学。2.2.与人类生存息息相关的与人类生存息息相关的测量科学测量科学。人类在地球上的生存、发展离不开点位置的确定，离不开边界点、边界线的确定，离人类在地球上的生存、发展离不开点位置的确定，离不开边界点、边界线的确定，离不开这些场所的面积以及土木工程的位置测定。不开这些场所的面积以及土木工程的位置测定。测量科学正是适应测量科学正是适应人类生存、发展的需要人类生存、发展的需要和
5、土木工程建设的和土木工程建设的定位技术需求而发展起来。定位技术需求而发展起来。3.3.现代科技条件下的现代科技条件下的测量科学测量科学。主要贡献有激光红外测距、卫星全天候定位、摄影与遥感、数字化测量技术及现主要贡献有激光红外测距、卫星全天候定位、摄影与遥感、数字化测量技术及现代平差等代平差等。现代科技条件下的测绘学，是对现代科技条件下的测绘学，是对地球地球整体及其表面和整体及其表面和外层空间外层空间的物体与地理分的物体与地理分布有关信息的布有关信息的采集采集，并赋予处理、管理、更新等过程的科学技术并赋予处理、管理、更新等过程的科学技术。测绘学获得的。测绘学获得的数据或图象数据或图象成为可以储备
6、、传播、应用的成为可以储备、传播、应用的地球空间信息地球空间信息。地球空间信息工程学地球空间信息工程学测绘学科的应用范围和服务对象正在不断地扩大到国家经济建设和社会可持续发展以及国防建设中与地球空间信息有关的各个领域，第7页，共37页，编辑于2022年，星期一二、测绘学的分支学科二、测绘学的分支学科大地测量学、摄影测量与遥感学、地图学、海洋测绘、工程测量学。工程测量学工程测量学。研究工程建设与自然资源开发中在规划、勘测设计、施工与管理各个阶段进行的测量理论与技术的学科。工程测量学是测绘科学技术测绘科学技术在国民经济和国防建设中的直接应用。第8页，共37页，编辑于2022年，星期一三、测绘科学在
7、土木工程建设中的地位三、测绘科学在土木工程建设中的地位1.测量是土木工程规划建设的测量是土木工程规划建设的重要依据重要依据。2.测量是土木工程勘察设计现代化的测量是土木工程勘察设计现代化的重要技术重要技术。3.测量是土木工程顺利施工的测量是土木工程顺利施工的重要保证重要保证。4.测量是房地产管理、工程综合质量检验、重要土木工程设施安全监视的测量是房地产管理、工程综合质量检验、重要土木工程设施安全监视的重重要手段要手段。土木工程技术人员明确测量科学在工程建设中的重要地位，熟练土木工程技术人员明确测量科学在工程建设中的重要地位，熟练掌握测量基本理论和技术原理，熟练掌握和应用工程测量基本理论和掌握测
8、量基本理论和技术原理，熟练掌握和应用工程测量基本理论和方法，是进行交通土木工程技术工作的基本条件。方法，是进行交通土木工程技术工作的基本条件。第9页，共37页，编辑于2022年，星期一第二节 地球体的有关概念 测量在地球上进行，必须了解有关测量在地球上进行，必须了解有关地球体的概念地球体的概念一、地球体的有关概念一、地球体的有关概念二、参考椭球体的参数二、参考椭球体的参数第10页，共37页，编辑于2022年，星期一一、地球体的有关概念一、地球体的有关概念1垂线：重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。(万有引力与离心力)2水准面：某一时刻处于没有风浪的海洋水面，称为水准面。理想化的静止曲面。性质：有
9、3。3大地水准面：没有风浪没有潮汐的平均海水面就称为大地水准面。第11页，共37页，编辑于2022年，星期一3大地水准面：没有风浪没有潮汐的平均海水面就称为大地水准面。4大地体：大地水准面包围的曲面形体称为大地体。水准面、大地水准面不规则。大地体不规则。5参考椭球体：第12页，共37页，编辑于2022年，星期一第13页，共37页，编辑于2022年，星期一二、参考椭球体的参数二、参考椭球体的参数11980年以后IAG-75参数:R=6378140米，=1/298.257，推算值 b=6356755.288米。21954年北京坐标系参数:前苏联克拉索夫斯基参数，R=6378245米，=1/298.
10、3，推算值b=6356863.019米。3平均参数:R=6371000米。第14页，共37页，编辑于2022年，星期一第三节 坐标系统的概念一、大地坐标系统一、大地坐标系统二、高斯平面直角坐标系统二、高斯平面直角坐标系统三、独立平面直角坐标系三、独立平面直角坐标系第15页，共37页，编辑于2022年，星期一一、大地坐标系统一、大地坐标系统大地坐标系统是以参考椭球体面为基准面的球面坐标系球面坐标系，通常以大地经度和大地纬度表示，简称经度(L)，纬度(B)。L、B或称为大地坐标。B:293345.8036L:1195128.7441第16页，共37页，编辑于2022年，星期一二、高斯平面直角坐标系
11、统二、高斯平面直角坐标系统大地坐标表示地面点的球面坐标，工程设计上需要点位平面位置。工程建设在地球曲面上完成，工程设计均在平面上进行。“平面”与“曲面”必然有矛盾。高斯平面直角坐标系是一种应用广泛的坐标系统，可以解决这类问题。1.高斯投影的几何意义：1)沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。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。4)展开成高斯平面。第17页，共37页，编辑于2022年，星期一沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。按经差L分带边缘子午线中央子午线第18页，共37页，编辑于2022年，星期一假想一个横椭圆柱面套在参考
12、椭球面上第19页，共37页，编辑于2022年，星期一地球表面投影到横椭圆柱面上地球的投影 红线是投影线红线是投影线 取出地球的投影-剪开-压平后第20页，共37页，编辑于2022年，星期一2.高斯平面的特点1)1)投投影影后后的的中中央央子子午午线线NBSNBS是是直直线线，长长度不变度不变。2)2)投投 影影 后后 的的 赤赤 道道ABCABC是是 直直 线线，保保 持持ABCNBSABCNBS。3)3)离离开开中中央央子子午午线线的的子子午午线线投投影影是是以以二二极极为为终终点点的的弧弧线线，离离中中央央子子午午线线越越远远，弧弧线线的的曲曲率率越越大大，说说明明离离中中央子午线越远投影
13、变形越大央子午线越远投影变形越大。第21页，共37页，编辑于2022年，星期一3.高斯平面直角坐标系的建立建立规则:X轴是中央子午线NBS的投影，北方为正方向；Y轴是赤道ABC的投影，东方为正方向；原点，即中央子午线与赤道交点用O表示；四象限按顺时针顺序、排列第22页，共37页，编辑于2022年，星期一高斯平面直角坐标表示地面点位置如x=2433586.693m，y=38514366.157m。表示的意义:(1)表示点在高斯平面上至赤道的距离;2433586.693m(2)包括有投影带的带号、附加值500km 和实际坐标Y三个参数，即 y=带号N(或n)+500km+Yp 38 +500 +1
14、4366.157m第23页，共37页，编辑于2022年，星期一全球高斯投影带全球高斯投影带高斯投影根据高斯投影根据 逐带连续进行，全球连续逐带连续进行，全球连续逐带高斯投影展开成如下图的高斯平面。逐带高斯投影展开成如下图的高斯平面。L=6六度带中央子午线经度中央子午线经度 Lo=6N-3 (1-3)L=3三度带中央子午线经度中央子午线经度 Lo=3n (1-4)第24页，共37页，编辑于2022年，星期一投影带的中央子午线与编号中央子午线与编号L=6六度带中央子午线经度中央子午线经度Lo=6N-3 (1-3)L=3三度带中央子午线经度中央子午线经度Lo=3n (1-4)我国在大地坐标系中的经度
15、位置7474135135六度带编号编号N在我国:在1323之间。三度带编号编号n在我国:在2545之间。第25页，共37页，编辑于2022年，星期一三、独立平面直角坐标系三、独立平面直角坐标系 独独立立平平面面直直角角坐坐标标系系建建立立没没有有高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标系系那那样样严格的规则，主要表现在严格的规则，主要表现在:1.1.坐坐标标系系X X轴轴所所在在的的中中央央子子午午线线的的经经度度不不一一定定满满足足式式(1-3)(1-3)、式式(1-4)(1-4)，可可按按不不同同要要求求采采用用其其他他的的经经度度，具具有一定的有一定的随意性随意性；2.2.坐坐标标轴轴X X轴轴
16、的的正正方方向向不不一一定定指指向向北北极极，可可根根据据工工作作需需要自行确定，具有某种要自行确定，具有某种实用性实用性；3.3.坐坐标标系系原原点点不不一一定定设设在在赤赤道道上上，一一般般设设在在有有利利于于工作的范围内，具有相应的工作的范围内，具有相应的区域性区域性。第26页，共37页，编辑于2022年，星期一测量平面坐标系与数学坐标系数学上的三角公式适用于测量平面坐标系 x=scos (1-6)y=ssin (1-7)第27页，共37页，编辑于2022年，星期一第四节 高程系统的概念一、高程系统的一般概念一、高程系统的一般概念 二、实际应用中的地面点高程的概念二、实际应用中的地面点高
17、程的概念第28页，共37页，编辑于2022年，星期一一、高程系统的一般概念一、高程系统的一般概念地面点高程：地面点到某一地面点高程：地面点到某一高程基准面高程基准面的垂直距离。的垂直距离。大地高系统大地高系统：以：以参考椭球体面参考椭球体面为基准面的高程系统。为基准面的高程系统。大地高大地高，表示地面点到参考椭球，表示地面点到参考椭球体面的垂直距离。体面的垂直距离。正高系统正高系统：以：以大地水准面大地水准面为基准面的高程系统。为基准面的高程系统。正高正高，表示地面点到大地水准面的垂直距离。，表示地面点到大地水准面的垂直距离。正常高系统正常高系统：以：以似大地水准面似大地水准面为基准面的高程系
18、统。为基准面的高程系统。正常高正常高，表示地面点到似大地水准面，表示地面点到似大地水准面的垂直距离。的垂直距离。大地高、正高、正常高三者关系由大地高、正高、正常高三者关系由差距差距hm、hm参数联系起来。在要求不高时，往往忽略参数联系起来。在要求不高时，往往忽略hm、hm参数，不再有大地高、正高、正常高的区别。参数，不再有大地高、正高、正常高的区别。第29页，共37页，编辑于2022年，星期一二、实际应用中的地面点高程的概念二、实际应用中的地面点高程的概念绝对高程：地面点沿其垂线到似大地水准面的垂直距离。相对高程：地面点沿其垂线到假定的似大地水准面的垂直距离。高差：二个地面点的高程之差，用h表
19、示。第30页，共37页，编辑于2022年，星期一第五节 地面点定位的概念一、地面点定位的一、地面点定位的技术过程技术过程二、地面点二、地面点定位元素定位元素三、地面点定位的三、地面点定位的工作原则工作原则第31页，共37页，编辑于2022年，星期一一、技术过程一、技术过程地面点定位，亦即以某种地面点定位，亦即以某种技术过程技术过程确定地面点的位置。确定地面点的位置。1.测绘测绘。以以测量技术手段测量技术手段测定测定地面点位置并用地面点位置并用图象或图形和数据图象或图形和数据等形式表示出来，这种技术过程称为等形式表示出来，这种技术过程称为测绘测绘。第32页，共37页，编辑于2022年，星期一2.
20、测设测设。利用利用测量技术手段测量技术手段把设计上拟定的地面点把设计上拟定的地面点测定测定到到实实地地上，这种技术过程称为上，这种技术过程称为测设测设，或称为工程放样，简称，或称为工程放样，简称放放样样。第33页，共37页，编辑于2022年，星期一二、地面点定位元素二、地面点定位元素角度测量角度测量、距离测量距离测量、高差测量高差测量是地面点定是地面点定位的测量基本技术工作。位的测量基本技术工作。测量得到的测量得到的角度角度()、距离距离(D)、高差高差(h)是地面点定位的基本元素，称为定位元是地面点定位的基本元素，称为定位元素。这些定位元素具有独立性素。这些定位元素具有独立性(即某一元即某一
21、元素与其它同类元素之间不存在函数关系素与其它同类元素之间不存在函数关系)和和直接可量性直接可量性(即可利用测量仪器直接测量即可利用测量仪器直接测量其大小其大小)，故称之为直接观测量，或称为，故称之为直接观测量，或称为直接定位元素直接定位元素。第34页，共37页，编辑于2022年，星期一地面点的定位参数地面点的定位参数x、y、H不能直接测量得到，但可以利用地不能直接测量得到，但可以利用地面点的直接定位元素按某种规定的法则推算得到，故又称地面点面点的直接定位元素按某种规定的法则推算得到，故又称地面点的定位参数的定位参数x、y、H为间接观测量，或称为为间接观测量，或称为间接定位元素间接定位元素。第3
22、5页，共37页，编辑于2022年，星期一三、地面点定位的工作原则三、地面点定位的工作原则:等级原则。等级原则。等级规定是工程建设中测量技术工作成果质量的标准，是严格科学态度与实际测量技术水平的象征；离开甚至违背技术等级要求的不合格测量工作是不能容许的。整体原则。整体原则。整体，指的是测量对象是一个个互相联系的个体所构成的完整测量基地；指的是测定位置参数 不是孤立的，而是从属于工程建设整体对象的参数。1)从工程建设的全局出发实施定位的技术过程；2)定位技术过程得到的点位置必须在数学或物理的关系上符合工程建设的整体要求。控制原则。控制原则。控制控制，实际上是等级原则下为工程建设自身提供定位的基准基准。以控制测量技术建立的基准设施是工程建设的基础，是工程建设中地面点定位的测量保证。检检核核原原则则。测量成果准确可靠是测量工作以及所涉及的土木工程优质的基础，没有经过检核证明正确的测量成果是不可取的。第36页，共37页，编辑于2022年，星期一测量工作的原则测量工作的原则“先控制后碎部、从整体到局部，从高级到低级”“步步有检核”第37页，共37页，编辑于2022年，星期一