工程測量學(xué)基礎(chǔ)

1、.,1,工程測量學(xué),1.測量學(xué)概論 2.水準(zhǔn)測量 3.角度及距離測量 4.控制測量 5.施工測量 6.GPS簡介,.,2,第一部分：測量學(xué)概論,測量學(xué)的定義 根據(jù)它的任務(wù)與作用，包括兩個(gè)方面： 測定（測繪） 測設(shè)（放樣）,.,3,.測量學(xué)的分類 測量學(xué)按照研究范圍和對象的不同,可分為如下幾個(gè)分支學(xué)科： 大地測量學(xué)：研究整個(gè)地球的形狀和大小，解決地球表面大地區(qū)控制測量和地球重力場問題的學(xué)科，分為常規(guī)大地測量和衛(wèi)星大地測量. 普通測量學(xué)：研究小范圍地球表面形狀的測繪工作的學(xué)科 攝影測量學(xué)：通過航空對地面進(jìn)行遙感獲取地物和地貌繪制成地形圖的學(xué)科 海洋測量學(xué)：研究以海洋和陸地水域?yàn)閷ο筮M(jìn)行的測量和繪圖

2、工作 工程測量學(xué)：研究工程建設(shè)在設(shè)計(jì)、施工和管理階段時(shí)的各種測量工作的學(xué)科,.,4,.地面點(diǎn)位的表示方法 測量工作的基本任務(wù)是確定地面點(diǎn)的空間位置，確定地面點(diǎn)的空間位置，通常用三個(gè)量表示：該點(diǎn)的二維球面坐標(biāo)或投影到平面上的二維平面坐標(biāo)，以及該點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面（黃海水平面）的鉛垂距離，即確定地面點(diǎn)在投影面上的坐標(biāo)和點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離,.,5,圖形：水準(zhǔn)面及大地水準(zhǔn)面圖,水準(zhǔn)面的特性處處與鉛垂線正交、封閉的重力等位曲面。 鉛垂線測量工作的基準(zhǔn)線,.,6,.地面點(diǎn)的坐標(biāo),地理坐標(biāo)系包括天文地理坐標(biāo)和大地地理坐標(biāo) 地心坐標(biāo)系 獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系 高斯平面直角坐標(biāo)系,.,7,.地面點(diǎn)的高程1.絕對高

3、程H到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。2.相對高程H到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。3.高 差hAB=HB-HA=HB-HA,.,8,.測量工作的程序和原則,布局上：由整體到局部 精度上：由高級到低級 次序上：先控制后細(xì)部,測量工作的又一原則:,“前一步工作未作檢核，不進(jìn)行下一步工作”。,.,9,第二部分水準(zhǔn)測量,.水準(zhǔn)點(diǎn) 通過水準(zhǔn)測量方法獲得其高程的高程控制點(diǎn)，稱為水準(zhǔn)點(diǎn)，一般用BM表示。有永久性和臨時(shí)性兩種。,水準(zhǔn)點(diǎn)示意圖,.,10,.水準(zhǔn)路線,1閉合水準(zhǔn)路線 由已知點(diǎn)BM1已知點(diǎn)BM1 2附合水準(zhǔn)路線 由已知點(diǎn)BM1已知點(diǎn)BM2 3支水準(zhǔn)路線 由已知點(diǎn)BM1某一待定水準(zhǔn)點(diǎn)A。,.,11,圖形：水準(zhǔn)路線布設(shè)

4、形式,.,12,.水準(zhǔn)測量的實(shí)施 .觀測要求,前進(jìn)方向,（1）水準(zhǔn)儀安置在離前、后視距離大致相等之處。 （2）為及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，通常采用“兩次儀器高法”或 “雙面尺法”。 兩次儀器高法：高差之差h-h5mm,.,13,圖形：水準(zhǔn)測量實(shí)施與記錄對照圖,.,14,4.水準(zhǔn)測量成果整理步驟,4.1計(jì)算高差閉合差,公式：,故對于閉合水準(zhǔn)路線，有：,對于附合水準(zhǔn)路線，有：,.,15,4.2分配高差閉合差,4.2.1計(jì)算高差閉合差的容許值,對于普通水準(zhǔn)測量：,式中，fh容高差閉合差限差，單位：mm； L水準(zhǔn)路線長度，單位：km ； n測站數(shù) 。,.,16,4.2.2分配原則,按與距離L或測站數(shù)n成正比原則，

5、將高差閉合差反號分配到各段高差上。,4.3計(jì)算各待定點(diǎn)高程 用改正后的高差和已知點(diǎn)的高程，來計(jì)算各待定點(diǎn)的高程。,.,17,5.水準(zhǔn)測量成果整理實(shí)例,【例】如圖按圖根水準(zhǔn)測量施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果略圖。BM-A和BM-B為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，圖中箭頭表示水準(zhǔn)測量前進(jìn)方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點(diǎn)間的高差(以m為單位)，路線下方數(shù)字為該段路線的長度(以km為單位)，試計(jì)算待定點(diǎn)1、2、3點(diǎn)的高程。,.,18,第一步計(jì)算高差閉合差：,第二步計(jì)算限差：,故可進(jìn)行閉合差分配,例題解算,第三步計(jì)算每km改正數(shù)：,.,19,例題解算,第四步計(jì)算各段高差改正數(shù)：,。 第五步計(jì)算各段改正后高差后，計(jì)算1、

6、2、3各點(diǎn)的高程。 改正后高差=改正前高差+改正數(shù)Vi,四舍五入后，使：,故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。,.,20,例題解算,故可得： H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m) H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m) H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m) HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m),.,21,第三部分 角度及距離測量,3.1角度測量 角度分為水平角和豎直角,水平角是地面上一點(diǎn)出發(fā)的兩條直線之間

7、的夾角在水平面上的投影. 豎直角是一個(gè)豎直平面內(nèi)傾斜視線與水平面間的夾角. 用經(jīng)緯儀測量水平角度一般用“測回法”,即盤左盤右各自讀取A和B的兩個(gè)水平度盤讀數(shù)，角度之差的平均值即為A和B之間的水平角,.,22,若需要在一個(gè)測站上觀察多個(gè)方向上的水平角，同理將起始方向歸為零，依次盤左觀測讀數(shù)，再盤右觀測，隨著全站儀的使用，測量水平角變的簡單可行 豎直角觀測也很簡單，盤左盤右兩種狀態(tài)下依次讀取豎盤讀數(shù)，按照公式計(jì)算豎直角但是測量前應(yīng)該弄清楚豎盤是順時(shí)針全圓標(biāo)記還是逆時(shí)針全圓標(biāo)記，這關(guān)系到豎直角的計(jì)算公式,.,23,.距離測量 距離測量的方法有鋼尺量距、視距測量、電磁波量距等 鋼尺量距很簡單，主要是保

8、證鋼尺在A 、 B兩點(diǎn)之間的直線上（定線），測量距離滿足相對誤差即可 視距測量是利用水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀中的十字絲在視距標(biāo)尺上的距離按幾何光學(xué)原理測距，電磁波量距利用電磁波放射接受，按時(shí)間及速度測距 目前普遍使用全站儀精確測距鋼尺作為輔助測距,.,24,第四部分控制測量,.控制測量的定義 控制測量是指在整個(gè)測區(qū)范圍內(nèi)，選定若干個(gè)具有控制作用的點(diǎn)（控制點(diǎn)），設(shè)想用直線連接相鄰的控制點(diǎn)，組成一定的幾何圖形（控制網(wǎng)），用精密的測量儀器和工具，進(jìn)行外業(yè)測量，并根據(jù)外業(yè)資料用準(zhǔn)確的計(jì)算方法，確定點(diǎn)的平面位置和高程的工作，它分為平面控制測量和高程控制測量,.,25,.控制測量的目的與作用 .為測圖或工程建設(shè)的測

9、區(qū)建立統(tǒng)一的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng) .控制誤差的積累 .作為進(jìn)行各種細(xì)部測量的基準(zhǔn),.,26,.控制測量分類,.按內(nèi)容分： 平面控制測量：測定各平面控制點(diǎn)的坐標(biāo)X、Y。 高程控制測量：測定各高程控制點(diǎn)的高程H。 .按精度分：一等、二等、三等、四等；一級、二級、三級（一等網(wǎng)精度最高） .按方法分：天文測量、常規(guī)測量(三角測量、導(dǎo)線測量、水準(zhǔn)測量)、衛(wèi)星定位測量 .按區(qū)域分：國家控制測量、城市控制測量、小區(qū)域工程控制測量（小于15km2以內(nèi)范圍內(nèi)的控制網(wǎng)）,.,27,國家控制網(wǎng),平面：國家平面控制網(wǎng)由一、二、三、四等三角網(wǎng)(triangulation network)組成。 高程：國家高程控制網(wǎng)是

10、由一、二、三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)(leveling network)組成。 國家控制網(wǎng)的特點(diǎn)：高級點(diǎn)逐級控制低級點(diǎn)。,.,28,圖形1：國家一、二等平面控制網(wǎng)布置形式,一等三角網(wǎng),二等三角網(wǎng),.,29,.,30,.,31,.導(dǎo)線測量,.定義及分類 1導(dǎo)線的定義：將測區(qū)內(nèi)相鄰控制點(diǎn)（導(dǎo)線點(diǎn)）連成直線而構(gòu)成的折線圖形。 2適用范圍：主要用于帶狀地區(qū) (如：公路、鐵路和水利) 、隱蔽地區(qū)、城建區(qū)、地下工程等控制點(diǎn)的測量。,.,32,.導(dǎo)線布設(shè)形式,1閉合導(dǎo)線 多用于面積較寬闊的獨(dú)立地區(qū)。 2附合導(dǎo)線 多用于帶狀地區(qū)及公路、鐵路、水利等工程的勘測與施工。 3支導(dǎo)線 支導(dǎo)線的點(diǎn)數(shù)不宜超過2個(gè)，僅作補(bǔ)點(diǎn)使用。 還

11、有導(dǎo)線網(wǎng)，其多用于測區(qū)情況較復(fù)雜地區(qū)。,.,33,圖形：導(dǎo)線的布設(shè)形式,.,34,.導(dǎo)線的外業(yè),1踏勘選點(diǎn)及建立標(biāo)志 2測水平角轉(zhuǎn)折角(左角、右角)、連接角 3.量水平邊長 .聯(lián)測,.,35,.導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo),（一）幾個(gè)基本公式 1、坐標(biāo)方位角(grid bearing)的推算,注意：若計(jì)算出的方位角360，則減去360；若為負(fù)值，則加上360。,或：,.,36,例題:方位角的推算,1,2,3,4,5,95,130,65,128,122,12,30,1,2,3,4,5,已知：12=300，各觀測角如圖，求各邊坐標(biāo)方位角23、34、45、51。,解： 23= 12-21800=

12、800 34= 23-31800=1950 45=2470 51=3050 12=300（，故與題給的無誤）,.,37,.坐標(biāo)正算公式,由A、B兩點(diǎn)邊長DAB和坐標(biāo)方位角AB，計(jì)算坐標(biāo)增量。見圖有：,其中，XAB=XB-XA YAB=YB-YA,.,38,.坐標(biāo)反算公式,由A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)來計(jì)算AB、DAB,AB的具體計(jì)算方法如下：,（1）計(jì)算：,.,39,（2）計(jì)算：,（3）根據(jù)XAB、YAB的正負(fù)號判斷AB所在的象限。,.,40,.閉合導(dǎo)線平差計(jì)算步驟,1繪制計(jì)算草圖，在圖上填寫已知數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)。 2角度閉合差(angle closing error)的計(jì)算與調(diào)整。,（1）計(jì)算角度閉合差：

13、 =測-理 = 測-(n-2)180,.,41,（3）若在限差內(nèi)，則平均分配原則，計(jì)算改正數(shù)：,（4）計(jì)算改正后新的角值：,.,42,3按新的角值，推算各邊坐標(biāo)方位角。,4按坐標(biāo)正算公式，計(jì)算各邊坐標(biāo)增量。 5坐標(biāo)增量閉合差計(jì)算與調(diào)整,.,43,（1）計(jì)算坐標(biāo)增量閉合差：,導(dǎo)線全長相對閉合差：,導(dǎo)線全長閉合差:,.,44,（2）分配坐標(biāo)增量閉合差。,若K1/2000（圖根級），則將fx、fy以相反符號，按邊長成正比分配到各坐標(biāo)增量上去。并計(jì)算改正后的坐標(biāo)增量。,.,45,6坐標(biāo)計(jì)算 根據(jù)起始點(diǎn)的已知坐標(biāo)和經(jīng)改正的新的坐標(biāo)增量，來依次計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。,.,46,例題：閉合導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算表,.,

14、47,第五部分施工測量（放樣）,以道路工程為例，施工測量主要包括：在施工現(xiàn)場找到定測時(shí)的控制點(diǎn)（交點(diǎn)樁、轉(zhuǎn)點(diǎn)樁、主要里程樁、水準(zhǔn)點(diǎn)）等等，為放樣做準(zhǔn)備，恢復(fù)路線中線位置中線確定后，一般情況下過段時(shí)間才能施工，這段時(shí)間內(nèi)部分控制樁可能被破壞或丟失，因此在施工前必須復(fù)核控制樁來確定中線位置施工中這些點(diǎn)可能被挖掉或掩埋，必須在中線附近測設(shè)施工控制樁，水準(zhǔn)點(diǎn)在施工前也應(yīng)該進(jìn)行復(fù)測，同時(shí)為方便應(yīng)該加密水準(zhǔn)點(diǎn),.,48,.道路施工測量 包括.恢復(fù)中線測量（施工前復(fù)核可能破壞的控制點(diǎn)） .施工控制樁測設(shè)（為防止中樁施工中挖掉，在不被施工破壞到且便于引測的地方測設(shè)的控制樁） .路基邊樁的測設(shè)（橫斷面上設(shè)計(jì)路基

15、邊坡線與地面相交的點(diǎn)） .豎曲線的測設(shè)（縱斷面上縱坡連接曲線）,.,49,.橋梁施工測量 包括橋梁橋位處的平面放樣、墩臺(tái)基礎(chǔ)平面位置的放樣、墩身、墩帽放樣、橋臺(tái)錐坡放樣以及高程放樣 一般小跨徑橋梁，先根據(jù)橋位樁號在道路中線上測設(shè)橋墩和橋臺(tái)的中心點(diǎn)A 、 B 、 C，同時(shí)在河兩岸測設(shè)控制樁a 、 b 、 c 、 d，在中心點(diǎn)架設(shè)全站儀利用后視a 、 b 、 c 、 d測出與中軸線垂直方向上的橋墩橋臺(tái)的控制樁e 、f 、g 大跨徑要布置橋位三角網(wǎng)進(jìn)行精密測量,.,50,第六部分GPS簡介,.GPS的定義及歷史 1定義 全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）,是一種

16、可以授時(shí)和測距的空間交會(huì)定點(diǎn)的導(dǎo)航系統(tǒng),可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息。,.,51,2GPS的產(chǎn)生與發(fā)展,利用多普勒頻移原理1964年建成子午衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(TRANSIT)。 美國從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)，1994年投入使用。經(jīng)歷20年，耗資300億美元，是繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃之后的第三項(xiàng)龐大空間計(jì)劃。 1957年10月第一顆人造地球衛(wèi)星上天，天基電子導(dǎo)航應(yīng)運(yùn)而生,.,52,.GPS的組成,GPS定位系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星空間部分、地面控制部分和用戶GPS接收機(jī)三部分組成。,.,53,1、空間部分由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星。,GPS衛(wèi)星圖片

17、1,.,54,GPS衛(wèi)星圖片2,.,55,.地面控制部分,Colorado springs,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,1個(gè)主控站:Colorado springs(科羅拉多.斯平士)。 3個(gè)注入站:Ascencion(阿森松群島)、 Diego Garcia(迭哥伽西亞)、kwajalein(卡瓦加蘭)。 5個(gè)監(jiān)控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。,.,56,.用戶接收機(jī)部分,GPS接收機(jī)的基本類型分導(dǎo)航型和大地型。 大地型接收機(jī)又分單頻型和雙頻型。,.,57,圖片：導(dǎo)航型GPS機(jī),手持型GPS機(jī),車載型GPS機(jī),.,58,

18、圖片：大地型GPS接收機(jī),單頻機(jī),雙頻機(jī),.,59,.GPS定位方法分類,.絕對/單點(diǎn)定位(point positioning)確定觀測點(diǎn)在WGS-84系中的坐標(biāo)，即絕對位置。 .相對定位(relative positioning)確定觀測點(diǎn)在國家或地方獨(dú)立坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即相對位置。,.,60,.GPS的后處理測量方法,1靜態(tài)測量(static surveying) （1）方法：將幾臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基線端點(diǎn)上，保持固定不動(dòng)，同步觀測4顆以上衛(wèi)星。可觀測數(shù)個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀測十幾分鐘至1小時(shí)左右。最后將觀測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得各點(diǎn)坐標(biāo)。,.,61,（2）用途 是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測量、控制測量、變形測量、工程測量。 （3）精度 可達(dá)到（5mm+1ppm）,.,62,2動(dòng)態(tài)測量,（1）方法：先建立一個(gè)基準(zhǔn)站，并在其上安置接收機(jī)連續(xù)觀測可見衛(wèi)星，另一臺(tái)接收機(jī)在第1點(diǎn)靜止觀測數(shù)分鐘后，在其他點(diǎn)依次觀測數(shù)秒。