土木工程测量课件绪论.pptx

《土木工程测量课件绪论.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程测量课件绪论.pptx（71页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、一、测量学的概念 测量学是研究地球的形状、大小以及地表(包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。测量工作的基本任务：确定地面点在规定坐标系中的 坐标值（X，Y，Z）。第1页/共71页二、二、测量学科的分支测量学科的分支大地测量学 研究和测定地球的形状、大小、重力场和地面点几何位置及其变化的理论和技术的学科。地球的形状大研究和测定地球的形状、大小、重力场和地面点几何位置及其变化的理论和技术的学科。地球的形状大小以大地水准面为代表。大地点的定位，用经纬度或空间直角坐标，定位方法有几何法大地测量、物理法小以大地水准面为代表。大地点的定位，用经纬度或空间直角坐标，定位方法有几何法大地测量、物

2、理法大地测量和近代的卫星法大地测量。大地测量和近代的卫星法大地测量。第2页/共71页世界屋脊-珠穆朗玛峰的高程测定第3页/共71页摄影测量与遥感学摄影测量与遥感学研究利用摄影或遥感手段，获取地面目标物的影像数据，从中提取几何或物理信息，用图形、图像和数字信息表达的理论和方法的学科。摄影测量的方法有地面摄影、航空摄影和航天摄影和遥感。小范围的地形测量或工程测量可利用地面摄影测量方法。第4页/共71页航空摄影测量航空摄影测量机载空间三维数据采集系统机载空间三维数据采集系统第5页/共71页同济大学的车载空间三维数据采集系统 地面摄影测量的自动化第6页/共71页工程测量学工程测量学研究工程建设和自然资

3、源开发中进行的控制测量、地形测研究工程建设和自然资源开发中进行的控制测量、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和技术的学科。是测绘学绘、施工放样和变形监测的理论和技术的学科。是测绘学科在国民经济和国防建设中的直接应用。科在国民经济和国防建设中的直接应用。工程规划设计阶段：提供地形资料；工程规划设计阶段：提供地形资料；施工兴建阶段：标定设计建筑的位置；施工兴建阶段：标定设计建筑的位置；运行管理阶段：竣工测量和变形监测。运行管理阶段：竣工测量和变形监测。高精度工程测量用于大型、精密工程和高精度工程测量用于大型、精密工程和 设备的精确定位、安装和变形观设备的精确定位、安装和变形观第7页/共71页渠道水

4、位监测渠道水位监测1101108 8第8页/共71页面水准测量面水准测量 场地平整场地平整1101109 9第9页/共71页大桥变形监测大桥变形监测1101101010第10页/共71页隧道工程测量隧道工程测量1101101111第11页/共71页道路测量道路测量 道路建筑高程放样道路建筑高程放样道路建筑高程放样道路建筑高程放样 用数字水准仪用数字水准仪用数字水准仪用数字水准仪 和条码水准尺和条码水准尺和条码水准尺和条码水准尺。1101101212第12页/共71页海洋测绘学 研究以海洋水体和海底为对象的学科。包括：海洋大地测量、海底地形测量、海道测量、海洋专题测量等。海洋测区条件复杂,受潮汐

5、、气象、透明度差等影响，需用特种仪器和方法:卫星导航、惯性组合导航、天文测量、水声定位系统、水下摄影量测等。1101101313第13页/共71页地图制图学 研究模拟地图和数字地图的设计、编绘、复制的理论和方法的科学。主要内容：地图投影 地图编绘 地图整饰 地图出版 1101101414第14页/共71页1101101515 世界地图第15页/共71页地形测量学地形测量学 研究将地球表面局部地区的地貌和地物测绘成地形图、编制地籍图和房产图等的基本理论和方法的科学。第16页/共71页(一一)测量学在生活上的作用测量学在生活上的作用城市交通图1101101717三.测量学的作用第17页/共71页上

6、海市水系专题图上海市水系专题图1101101818第18页/共71页同济校园图同济校园图(四平路校本部四平路校本部)1101101919第19页/共71页(二二)测量学在军事上的作用测量学在军事上的作用“天时，地利，人和”是打胜仗的三大要素。地利就要了解和利用地形。地图上详细表示着山脉、河流、道路、居民点等地形和地物，具有确定距离、位置、辨识方向的作用。1101102020第20页/共71页 (三三)测量学在国土管理中的作用测量学在国土管理中的作用 城市土地的规划，城市道路的红线规划，房地产开发，地籍的界址点测定,都需要由测量提供地形图和有关土地信息。用高科技测量手段标定国界，常在国家间的领土

7、争执中起到重要作用;也常以对方出版的地图上对国境线的表示,作为有利于己方的证据。1101102121第21页/共71页(四四)测量学在工程建设中的作用测量学在工程建设中的作用 在工程建设的规划设计中，首先需要有地形图。在修建工厂和居民点时，须要先平整地基和设计房屋的放样。在建设城市道路网（包括高架道路、地下铁道和桥梁)，都需要用测量方法精确地定向,定位和定高程。我国的考古工作者研究证实，早在2000多年前已经有在修建帝都、宫殿时大规模平整地基和定街道与建筑轴线的措施，当时也需要有原始的测量手段。1101102222第22页/共71页工程的竣工和变形监测 为了保障建筑物的施工和运行时的安全，需要

8、测量工作者以技术上可行的最高精度，监测建筑物的变形量和变形的发展情况。经常需要在一段时间内进行连续观测，为此要使用自动化的监测和记录的测量仪器，在各种工程建设中的应用愈来愈广泛。1101102323第23页/共71页四、建筑工程测量的任务四、建筑工程测量的任务 建筑工程测量是运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。工程建设三阶段 测量的任务 勘测设计 控制，测绘地形图控制，测绘地形图 施工建设 施工放样，竣工测量施工放样，竣工测量 运营管理 安全监测，变形观测安全监测，变形观测 第24页/共71页第25页/共71页第26页/共71页第27页/共71页五、测量工作分类 测量工作包括测定和测

9、设两部分。测定 是指使用测量仪器和工具，通过测量 和计算，测定点的坐标，或把地球表 面的地形按比例缩绘成地形图。测设 是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物等的位置在地面上标定出来，作为 施工的依据。返回第28页/共71页一一.地球的形状和大小地球的形状和大小 1地球自然形体：是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。高山陆地 丘陵 海洋第29页/共71页地球的制高点地球的制高点 珠穆朗玛峰珠穆朗玛峰海拔高程海拔高程 8844.43m8844.43m1101103030第30页/共71页 马里亚纳海沟马里亚纳海沟 斐查兹海渊剖面图斐查兹海渊剖面图1101103131地球海面下最深处地

10、球海面下最深处高程为高程为 11000 m11000 m第31页/共71页大地水准面大地水准面 与平静的平均海水面相重合，并延伸通过陆地而形成的封闭曲面称为“大地水准面”1101103232液体受重力而形成的静止表面称为水准面第32页/共71页大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小 的形体。大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向 陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。第33页/共71页 由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。该几何体必须满足两个条件：形状接近地球自然形体；可以用简单的数学公式表示。第34页/共71页2参考椭球

11、体及参考椭球面参考椭球体 一个非常接近大地体，并可用数学式表示 几何形体，作为地球的参考形状和大小。它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。参考椭球面参考椭球面参考椭球面 参考椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。第35页/共71页 旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。我国目前采用的参考 椭球体的参数为：长半轴 a=6378140m 短半轴 b=6356755.3m 扁 率 =测量精度要求不高时，可把地球看作 圆球，其平均半径 R=6371km第36页/共71页二、测量工作的基准线和基准面 测量工作的基准线铅垂线。测量工作的基准面大地水准面。测量内业计算的基准线法线。测

12、量内业计算的基准面参考椭球面。O OG G 大地水 准面铅垂线返回第37页/共71页三、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置（X，Y）及点到大地水准面的铅垂距离（H）来确定。如地面点：A（X，Y，H）CYABabcX第38页/共71页四、地面点的高程 地面点的高程：地面点沿铅垂方向到 大地水准面的距离。注：地面点在大地水 准面以上，H为正；地面点在大地水准 面以下，H为负。如图：HA=166.780m HB=-136.680mA 大地水准面HABHB第39页/共71页绝对高程（海拔）：某点沿铅垂线方向到 大地水准面的距离。如：HA、HC。相对高程：某点沿铅垂线方

13、向到任意水准面的距离。如：HA、HC。高差：地面上两点高程之差。如：hAC=HC HA hAC=HC HA当hAC为正时，C点高于A点；当hAC为负时，C点低于A点；第40页/共71页我国的高程系统：水准原点 全国高程的起算点。1985年国家高程基准（72.260m）1956年黄海高程系 （72.289m）目前我国统一采用1985年国家高程基准。水准原点H0验潮站大地水准面第41页/共71页五、地面点的坐标 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或 空间直角坐标表示。（一）地理坐标 以参考椭球面为基准面，以椭球面法线为 基准线建立的坐标系。地球表面任意一点的经度和纬度，称为该 点的地理坐标，可

14、表示为 A(L,B)。如：北京 东经11628北纬3954第42页/共71页S纬线NO地地 轴：轴：地球的自转轴地球的自转轴(NS)(NS)，NN为北极，为北极，S S为南极。为南极。子午面：子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。过地球某点与地轴所组成的平面。子午线：子午线：子午面与地球面的交线，子午面与地球面的交线，又叫经线。又叫经线。起始子午面：起始子午面：通过英国格林尼治天文台通过英国格林尼治天文台 的子午面的子午面NGSNGS。纬纬 线：线：垂直于地轴的平面与地垂直于地轴的平面与地 球面的交线。球面的交线。赤道平面：赤道平面：垂直于地轴并通过垂直于地轴并通过 地球中心的平面地球中心的平

15、面WMEWME。赤赤 道：道：赤道平面与地球面赤道平面与地球面 的交线。的交线。WE赤道赤道赤道平面赤道平面起始子午面起始子午线G 椭球上的基本概念第43页/共71页大地经度：大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成 的二面角叫做P点的大地经度，用L表示。大地纬度：大地纬度：过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点 的大地纬度，用B表示。赤道平面OPM大地经度L大地纬度BnLB起始子午面（首子午面）SNL取值范围：东经0180西经0180B取值范围：北纬090南纬090第44页/共71页我国大地原点我国大地原点位于 陕省泾阳县永乐镇。我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。

16、大地原点：全国统一坐标的起算点。第45页/共71页我国大地原点我国大地原点位于 陕省泾阳县永乐镇。我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。大地原点：全国统一坐标的起算点。第46页/共71页（二）平面直角坐标 由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规 划、设计、施工中，测量和计算十分不便。投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到 平面上。即 X=F 1（L，B）Y=F 2（L，B）我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。第47页/共71页 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系1 1、高斯投影的概念、高斯投影的概念 高斯投影是一种高斯投影是一种等角投影等角投影。它是由德

17、国数。它是由德国数学家高斯学家高斯(Gauss(Gauss，17771855)17771855)提出，后经德提出，后经德国大地测量学家克吕格国大地测量学家克吕格(Kruger(Kruger，185718571923)1923)加以补充完善，故又称加以补充完善，故又称“高斯高斯克吕格投影克吕格投影”，简称，简称“高斯投影高斯投影”。第48页/共71页测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样免除了大量投影计算工作；保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给识图用图带来很大方便。投影能方便的按分带进行，并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。测量对地图投影的要求：第49页/

18、共71页NSc中中中中央央央央子子子子午午午午线线线线赤道赤道高斯投影平面赤道中央子午线2 2、高斯投影的原理、高斯投影的原理 高斯投影高斯投影采用分带投影。将椭球面按采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。一定经差分带，分别进行投影。第50页/共71页高斯投影必须满足：高斯投影必须满足：1 1高斯投影为正形投影，高斯投影为正形投影，即等角投影；即等角投影；2 2中央子午线投影后为直中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；线，且为投影的对称轴；3 3中央子午线投影后长度中央子午线投影后长度 不变。不变。高斯投影平面赤道中央子午线第51页/共71页3 3、高斯投影的特性、高斯投影

19、的特性（1 1）中央子午线中央子午线投影后为直投影后为直线，且长度不变。线，且长度不变。（2 2）除中央子午线外，除中央子午线外，其其余子午线余子午线的投影均为凹向的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线的曲线，并以中央子午线为中央子午线为对称轴对称轴。投。投影后有长度变形。影后有长度变形。（3 3）赤道线赤道线投影后为直线，投影后为直线，但有长度变形。但有长度变形。赤道赤道中央子午线中央子午线平行圈平行圈子午线子午线O Ox xy y第52页/共71页（4 4）除赤道外的其余纬线，除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。并以赤道为对称轴。（

20、5 5）经线与纬线投影后仍）经线与纬线投影后仍然保持正交。然保持正交。（6 6）所有长度变形的线段，所有长度变形的线段，其长度变形比均大于其长度变形比均大于l l。（7 7）离中央子午线愈远，离中央子午线愈远，长度变形愈大。长度变形愈大。赤道赤道中央子午线中央子午线平行圈平行圈子午线子午线O Ox xy y第53页/共71页4 4、投影带的划分、投影带的划分 我国规定按经差我国规定按经差6 6和和3 3进行投影分带。进行投影分带。6 6带带自自首子午线首子午线开始，开始，按按6 6的经差自西向东分成的经差自西向东分成6060个带个带。3带带自自1.5 开始，按开始，按3的经差自西向东分成的经差

21、自西向东分成120个带个带。高斯投影带划分第54页/共71页 6带与3带中央子午线之间的关系如图:3带的中央子午线与6带中央子午线及分带 子午线重合，减少了换带计算。工程测量采用3 带，特殊工程可采用1.5 带 或任意带。第55页/共71页 按照按照6 6带带划分的规定，第划分的规定，第1 1带中央子午线的经带中央子午线的经度为度为3 3，其余各带中央子午线经度与带号的关系，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：是：L L。=6=6NN3 3 （NN为为6 6带的带号）带的带号）例：例：2020带中央子午线的经度为带中央子午线的经度为 L L。6 6 20 203 3117 117 按照按照3

22、带带划分的规定，第划分的规定，第1带中央子午线的经带中央子午线的经度为度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：是：L。=3n （n为为3带的带号）带的带号）例：例：120带中央子午线的经度为带中央子午线的经度为 L。3 120360 第56页/共71页 若已知某点的经度为若已知某点的经度为L L，则该点的，则该点的6 6带的带号带的带号NN由下式计算：由下式计算：NN （取整）（取整）+1+1 若已知某点的经度为若已知某点的经度为L L，则该点所在，则该点所在3 3带的带号按下式计算：带的带号按下式计算：n n （四舍五入）（四舍五入）第57页/共71

23、页5 5、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系坐标系的建立：坐标系的建立：x x轴轴 中央子午线的投影中央子午线的投影y y轴轴 赤道的投影赤道的投影原点原点O O 两轴的交点两轴的交点OxyP（X，Y）高斯自然坐标注：注：X轴向轴向北北为为正正，y轴向轴向东东为为正正。赤道赤道中央子午线中央子午线第58页/共71页 由于我国的位于由于我国的位于北半球，东西横跨北半球，东西横跨1212个个6 6带，各带又独自带，各带又独自构成直角坐标系。构成直角坐标系。故：故：X X值均为正值均为正，而而Y Y值则有正有负值则有正有负。世界地图世界地图赤 道第59页/共71页xyo500km =500000

24、+=+636780.360m =500000+=+227559.720m国家统一坐标：国家统一坐标：（带号）（带号）第60页/共71页例：例：有一国家控制点的坐标有一国家控制点的坐标:x=3102467.280m,y=19367622x=3102467.280m,y=19367622380m380m，（1 1）该点位于）该点位于6 6 带的第几带？带的第几带？（2 2）该带中央子午线经度是多少？）该带中央子午线经度是多少？（3 3）该点在中央子午线的哪一侧？）该点在中央子午线的哪一侧？（4 4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？（第19带）（L。=619

25、-19-3=111）（先去掉带号，原来横坐标y367622.380500000-132377.620m，在西侧）（距中央子午线132377.620m，距赤道3102467.280m）第61页/共71页不同点：不同点：1 1、x x，y y轴互异。轴互异。2 2、坐标象限不同。坐标象限不同。3 3、表示直线方向的方位角、表示直线方向的方位角 定义不同。定义不同。相同点：相同点：数学计算公式相同。数学计算公式相同。高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 ：高斯平面直角坐标系笛卡尔坐标系ooyyxxppx=Dcosy=Dsi

26、ny=Dsinx=Dcosy=Dsiny=DsinDD第62页/共71页 独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面，并在平面上建立独立平面直角坐标系；地面点的位置可用平面直角坐标确定；坐标系原点一般 选在测区西南角 （测区内X、Y均为正值）；原点坐标值可以假定，也可 以采用高斯平面直角坐标；规定：X 轴向北为正，Y轴向东为正。OXY 测区北第63页/共71页（三）空间直角坐标如图所示：原点O 地球质心 Z轴 指向地球北极 X轴 指向首子午面 与赤道的交点 Y轴 过O点与XOZ面垂直如：A（XA，YA，ZA）XZYO第64页/共71页用水平面代替水准面的限度1、对距离的影响水准

27、面上弧长为S，其所对圆心角为，地球的半径为R。水平面上直线长为t，其差值为S。相对差值：相对差值：第65页/共71页上式中取R=6371km，则 结论：在半径为10km的圆面积内进行长度的测量 时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。S/km S/mm S/S 5 1 1/4870000 10 8 1/1220000 20 66 1/304000 50 1027 1/48700第66页/共71页2、对高程的影响 用水平面代替大地水准面时，对 高程的影响：结论:地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。h S/km 0.05 0.10 0.20 1 10 h/

28、mm 0.2 0.8 3.1 78.5 7850返回第67页/共71页一、测量工作的基本内容一、测量工作的基本内容 测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程。待定点的坐标和高程一般不是直接测定的。ABabcD1D2hAChBC如图：A、B为已知点C为待定点投影平面投影平面C第68页/共71页基本内容：高差测量（h）角度测量（、）距离测量（S、D）（X0 Y0 H0）（X Y H）（X0 Y0 H0）与（X Y H）几何关系外业工作：测定和测设。内业工作：观测数据处理和绘图。第69页/共71页 二、测量工作的基本原则二、测量工作的基本原则 1 1、从整体到局部从整体到局部；2 2、先控制后碎部先控制后碎部 ；3 3、复测复算、步步检核复测复算、步步检核。优点：优点：减少误差积累；减少误差积累；避免错误发生；避免错误发生；提高工作效率。提高工作效率。返回第70页/共71页感谢您的观看！第71页/共71页