土木工程第1章测量基本知识.pptx

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1、北京大学出版社北京大学出版社 土木工程测量(cling)主编:陈久强 刘文生 第一页，共37页。第二页，共37页。学习学习“工程工程(gngchng)测量测量”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。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。专业基础课；土木工程等专业的基本工程测量，土木工程测量。专业基础课；土木工程等专业的基本技术；工程建设的主要导向技术。技术；工程建设的主要导向技术。学习学习 理论教学、实验教学、实习教学。根据理论教学

2、需要开展实验教理论教学、实验教学、实习教学。根据理论教学需要开展实验教学，完成学，完成(wn chng)必要的作业；实习教学将作为独立课程在理论教必要的作业；实习教学将作为独立课程在理论教学之后进行。通过理论教学、实验教学、实习教学达到掌握工程测量学之后进行。通过理论教学、实验教学、实习教学达到掌握工程测量技术的目的。技术的目的。希望希望 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。服务。第三页，共37页。中国工程院院士中国工程院院士(yunsh)(yunsh)、武汉大学教授宁津生、武汉大学教授宁津生宁津生院士序言指出宁

3、津生院士序言指出三大特点三大特点 1.1.结合土木类专业，应用的结合土木类专业，应用的特色非常明显，教学内容针对性强；特色非常明显，教学内容针对性强；2.2.教材结构体系新，教材内教材结构体系新，教材内容脉络清晰，便于理解掌握容脉络清晰，便于理解掌握(zhngw)(zhngw)；3.3.引进测绘新技术，更具时引进测绘新技术，更具时代特色。代特色。第四页，共37页。第一章 绪论(xln)学习目标：学习目标：理解测量科学技术在土木工程的意义。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掌握坐标系统、高程系统的概念和应用(yngyng)。理解测量定位概念与技术过程。理解测量定

4、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。把握绪论对于学习工程测量技术的基本导向。第五页，共37页。第一节 测量学与土木工程(tm gngchng)一、测量学概念一、测量学概念(ginin)(ginin)二、测绘学的分支二、测绘学的分支学科学科三、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六页，共37页。一、测量学概念(ginin)1.1.基本概念。基本概念。测量学是一门研究测量学是一门研究(ynji)(ynji)测定地面点位置，研究测定地面点位置，研究(ynji)(ynji)确定并确定并展示地球表面形态与大小的科学。展示地球表面形态与大小的科学。2.2

5、.与人类生存息息相关的测量科学。与人类生存息息相关的测量科学。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、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。测量边界线的确定，离不开这些场所的面积以及土木工程的位置测定。测量科学正是适应人类生存、发展的需要和土木工程建设的定位技术需求而科学正是适应人类生存、发展的需要和土木工程建设的定位技术需求而发展起来。发展起来。3.3.现代科技条件下的测量科学。现代科技条件下的测量科学。主要贡献有激光红外测距、卫星全天候定位、摄影与遥感、数字化主要贡献有激光红外测距、卫星全天候定

6、位、摄影与遥感、数字化测量技术及现代平差等。现代科技条件下的测绘学，是对地球整体及其测量技术及现代平差等。现代科技条件下的测绘学，是对地球整体及其表面和外层空间的物体与地理分布有关信息的采集，并赋予处理、管理、表面和外层空间的物体与地理分布有关信息的采集，并赋予处理、管理、更新等过程的科学技术。测绘学获得的数据或图象成为可以储备、传播、更新等过程的科学技术。测绘学获得的数据或图象成为可以储备、传播、应用的地球空间信息。地球空间信息工程学应用的地球空间信息。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

7、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，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，第七页，共37页。二、测绘学的分支二、测绘学的分支(fnzh)(fnzh)学学科科大地测量学、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。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(jnxng)的测量理论与技术的学科。工程测量学是测绘科学技术在国民经济和国防建设中的直接应用。第八页，共37页。三、测绘三、测绘(chu)科学在土木工程建设中的地位科学在土木工程建设中的地位重要依据。重要依据。重要技术。重要技术。重要保证。重要保证。4.4.测量是房

8、地产管理、工程综合质量检验、重要土木工程设施安全监测量是房地产管理、工程综合质量检验、重要土木工程设施安全监视的重要手段。视的重要手段。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，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熟练掌握测量基本理论(lln)(lln)和技术原理，熟练掌握和应用工程测和技术原理，熟练掌握和应用工程测量基本理论量基本理论(lln)(lln)和方法，是进行交通土木工程技术工作的基本条和方法，是进行交通土木工程技术工作的基本条件。件。第九页，共37页。第二节 地球体的有关(yugun)概念 测量在地球上进行，必须了解有关测量在地球上进行

9、，必须了解有关地球体的概念地球体的概念(ginin)一、地球体的有关概念一、地球体的有关概念(ginin)二、参考椭球体的参数二、参考椭球体的参数第十页，共37页。一、地球体的有关一、地球体的有关(yugun)概念概念1垂线：重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。(万有引力(wn yu ynl)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。第十一页，共37页。3大地水准面：没有风浪(fnglng)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(qmin)形体称为大地体。

10、水准面、大地水准面不规则。大地体不规则。5参考椭球体：第十二页，共37页。第十三页，共37页。二、参考二、参考(cnko)椭球体的参数椭球体的参数11980年以后IAG-75参数(cnsh):R=6378140米，=，推算值 b=6356755.288米。21954年北京坐标系参数(cnsh):前苏联克拉索夫斯基参数(cnsh)，R=6378245米，=，推算值b=6356863.019米。3平均参数(cnsh):R=6371000米。第十四页，共37页。第三节 坐标系统(xtng)的概念一、大地坐标系统一、大地坐标系统二、高斯二、高斯(o s)平面直角坐标系统平面直角坐标系统三、独立平面直角

11、坐标系三、独立平面直角坐标系第十五页，共37页。一、大地坐标一、大地坐标(zubio)系统系统大地(dd)坐标系统是以参考椭球体面为基准面的球面坐标系，通常以大地(dd)经度和大地(dd)纬度表示，简称经度(L)，纬度(B)。L、B或称为大地(dd)坐标。B:293345.8036L:1195128.7441第十六页，共37页。二、高斯二、高斯(o s)平面直角坐平面直角坐标系统标系统大地坐标表示地面点的球面坐标，工程设计上需要(xyo)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。几

12、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。第十七页，共37页。沿N、S两极在参考椭球面均匀(jnyn)标出子午线(经线)和分带。按经差L分带边缘(binyun)子午线中央子午线第十八页，共37页。假想一个(y)横椭圆柱面套在参考椭球面上第十九页，共37页。地球表面投影(tuyng)到横椭圆柱面上地球(dqi)的投影 红线是投影线 取出地球(dqi)的投影-剪开-压平后第二十页，共37页。2.高斯(o s)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

13、线，长长度度(chngd)(chngd)不变。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央子子午午线线越越远投影变形越大。远投影变形越大。第二十一页，共37页。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(chdo)ABC的投影，东方为正方向；原点，即中央子午线与赤道(chdo)交点用O表示；四象限按顺时针顺序、排列第二

14、十二页，共37页。高斯平面直角坐标表示地面(dmin)点位置如x=2433586.693m，y=38514366.157m。表示的意义:(1)表示点在高斯(o s)平面上至赤道的距离;(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 第二十三页，共37页。全球全球(qunqi)高斯投影带高斯投影带高斯投影根据高斯投影根据 逐带连续进行，全球逐带连续进行，全球(qunqi)连续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(li d)带中央子午线经度 Lo=6N-3 (1-3)L=3三度带中央子午线

15、经度 Lo=3n (1-4)第二十四页，共37页。投影带的中央(zhngyng)子午线与编号L=6六度带中央子午线经度Lo=6N-3 (1-3)L=3三度带中央子午线经度Lo=3n (1-4)我国在大地(dd)坐标系中的经度位置74135六度带编号N在我国:在1323之间。三度带编号n在我国:在2545之间。第二十五页，共37页。三、独立平面三、独立平面(pngmin)(pngmin)直角坐标系直角坐标系 独立平面直角坐标系建立没有高斯平面直角坐标系那样严格的规则，主要表现(bioxin)在:1.坐标系X轴所在的中央子午线的经度不一定满足式(1-3)、式(1-4)，可按不同要求采用其他的经度，

16、具有一定的随意性；2.坐标轴X轴的正方向不一定指向北极，可根据工作需要自行确定，具有某种实用性；3.坐标系原点不一定设在赤道上，一般设在有利于工作的范围内，具有相应的区域性。第二十六页，共37页。测量(cling)平面坐标系与数学坐标系数学(shxu)上的三角公式适用于测量平面坐标系 x=scos (1-6)y=ssin (1-7)第二十七页，共37页。第四节 高程系统(xtng)的概念一、高程系统的一般概念一、高程系统的一般概念(ginin)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(ginin)第二十八页，共37页。一、高程系统的一般一、高程系统的一般(ybn)概念概

17、念地面点高程：地面点到某一高程基准面的垂直距离。地面点高程：地面点到某一高程基准面的垂直距离。大地高系统大地高系统(xtng)：以参考椭球体面为基准面的高程系统：以参考椭球体面为基准面的高程系统(xtng)。大地高，表示。大地高，表示地面点到参考椭球体面的垂直距离。地面点到参考椭球体面的垂直距离。正高系统正高系统(xtng)：以大地水准面为基准面的高程系统：以大地水准面为基准面的高程系统(xtng)。正高，表示地面点。正高，表示地面点到大地水准面的垂直距离。到大地水准面的垂直距离。正常高系统正常高系统(xtng)：以似大地水准面为基准面的高程系统：以似大地水准面为基准面的高程系统(xtng)。

18、正常高，表示。正常高，表示地面点到似大地水准面的垂直距离。地面点到似大地水准面的垂直距离。大地高、正高、正常高三者关系由差距大地高、正高、正常高三者关系由差距hm、hm参数联系起来。在要求不高时，往往参数联系起来。在要求不高时，往往忽略忽略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。第二十九页，共37页。二、实际二、实际(shj)应用中的地面点高程的概念应用中的地面点高程的概念绝对高程(gochng)：地面点沿其垂线到似大地水准面的垂直距离。相对高程(gochng)：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(gochng

19、)之差，用h表示。第三十页，共37页。第五节 地面(dmin)点定位的概念一、地面一、地面(dmin)点定位的技术过程点定位的技术过程二、地面二、地面(dmin)点定位元素点定位元素三、地面三、地面(dmin)点定位的工作原则点定位的工作原则第三十一页，共37页。一、技术一、技术(jsh)过程过程地面点定位地面点定位(dngwi)，亦即以某种技术过程确定地面点的位置。，亦即以某种技术过程确定地面点的位置。1.测绘。以测量技术手段测定地面点位置并用图象或图形和数据等测绘。以测量技术手段测定地面点位置并用图象或图形和数据等形式表示出来，这种技术过程称为测绘。形式表示出来，这种技术过程称为测绘。第三

20、十二页，共37页。2.测设。利用测量技术手段把设计上拟定的地面点测定到实地测设。利用测量技术手段把设计上拟定的地面点测定到实地上，这种技术过程上，这种技术过程(guchng)称为测设，或称为工程放样，简称为测设，或称为工程放样，简称放样。称放样。第三十三页，共37页。二、地面点定位二、地面点定位(dngwi)元素元素角度测量、距离角度测量、距离(jl)测量、高差测量是测量、高差测量是地面点定位的测量基本技术工作。地面点定位的测量基本技术工作。测量得到的角度测量得到的角度()、距离、距离(jl)(D)、高差高差(h)是地面点定位的基本元素，称为定是地面点定位的基本元素，称为定位元素。这些定位元素

21、具有独立性位元素。这些定位元素具有独立性(即某一即某一元素与其它同类元素之间不存在函数关系元素与其它同类元素之间不存在函数关系)和直接可量性和直接可量性(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，或称为直，故称之为直接观测量，或称为直接定位元素。接定位元素。第三十四页，共37页。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地面点的直接定位元素按某种规定(gudng)的法则推算得的法则推算得到，故又称地面点的定位参数到，故又称地面点的定位参数x、y、H为间接观测量，或称为

22、间接观测量，或称为间接定位元素。为间接定位元素。第三十五页，共37页。三、地面三、地面(dmin)点定位的工作原则点定位的工作原则:等级原则。等级规定是工程建设中测量技术工作成果质等级原则。等级规定是工程建设中测量技术工作成果质量量(zhling)的标准，是严格科学态度与实际测量技术水的标准，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。是不能容许的。整体原则。整体，指的是测量对象是一个个互相联系的整体原则。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个体所构

23、成的完整测量基地；指的是测定位置参数 不是孤不是孤立的，而是从属于工程建设整体对象的参数。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；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。合工程建设的整体要求。控制原则。控制，实际上是等级原则下为工程建设自身控制原则。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。以控制测量技术建立的基准设施是工程提供定位的基准。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。建设的基础，是工程建设中地面点定位的测量保证。检核原则。检核原则。测量成果准确可靠是测量工作以及所涉及的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。是不可取的。第三十六页，共37页。测量测量(cling)工作的原则工作的原则“先控制后碎部、从整体到局部，从高级到低级(dj)”“步步有检核”第三十七页，共37页。