工程測量學(xué)課件

工程測量學(xué)課件第一頁，共六十四頁，2022年，8月28日２.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．

第二頁，共六十四頁，2022年，8月28日３.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．第三頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖形：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?！翥U垂線——測量工作的基準(zhǔn)線第四頁，共六十四頁，2022年，8月28日

３.１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)系第五頁，共六十四頁，2022年，8月28日

３.２.地面點(diǎn)的高程

1.絕對高程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=H’B-H’A第六頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.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”。第七頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二部分水準(zhǔn)測量

１.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)示意圖第八頁，共六十四頁，2022年，8月28日２.水準(zhǔn)路線1．閉合水準(zhǔn)路線

由已知點(diǎn)BM1——已知點(diǎn)BM12．附合水準(zhǔn)路線

由已知點(diǎn)BM1——已知點(diǎn)BM23．支水準(zhǔn)路線

由已知點(diǎn)BM1——某一待定水準(zhǔn)點(diǎn)A。

第九頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖形：水準(zhǔn)路線布設(shè)形式3.支水準(zhǔn)路線BM

1

2

1BM

2

3

41.閉合水準(zhǔn)路線2.附合水準(zhǔn)路線BM1BM2

1

2

3第十頁，共六十四頁，2022年，8月28日

３.水準(zhǔn)測量的實(shí)施

３.１觀測要求

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進(jìn)方向1.1341.677TP1h1=-0.543（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第十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進(jìn)方向1.1341.677TP1h1=-0.543圖形：水準(zhǔn)測量實(shí)施與記錄對照圖123BMA1.134TP11.677-0.543TP11.444TP21.324+0.120TP21.822TP30.876+0.946第十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日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：第十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日4.2分配高差閉合差計(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)。第十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日分配原則

按與距離L或測站數(shù)n成正比原則，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。第十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日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。第十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日第一步計(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)：

第十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日例題解算第四步計(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、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。第十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日例題解算故可得：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)第十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日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．第二十頁，共六十四頁，2022年，8月28日若需要在一個(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．

第二十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日３.２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．第二十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日第四部分控制測量４.１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．第二十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.２控制測量的目的與作用１.為測圖或工程建設(shè)的測區(qū)建立統(tǒng)一的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)．２.控制誤差的積累．３.作為進(jìn)行各種細(xì)部測量的基準(zhǔn)．第二十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.３控制測量分類

１.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。２.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）３.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４.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)）第二十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日國家控制網(wǎng)

平面：國家平面控制網(wǎng)由一、二、三、四等三角網(wǎng)(triangulationnetwork)組成。高程：國家高程控制網(wǎng)是由一、二、三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)(levelingnetwork)組成。

國家控制網(wǎng)的特點(diǎn)：高級點(diǎn)逐級控制低級點(diǎn)。

第二十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖形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)第二十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.４導(dǎo)線測量

４.４.１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。第三十頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.４.２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。還有導(dǎo)線網(wǎng)，其多用于測區(qū)情況較復(fù)雜地區(qū)。第三十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖形：導(dǎo)線的布設(shè)形式

附合導(dǎo)線閉合導(dǎo)線支導(dǎo)線單結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線（導(dǎo)線網(wǎng)）第三十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.４.３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４.聯(lián)測第三十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.４.４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(gridbearing)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：第三十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日例題:方位角的推算123459513065128122123012345已知：α12=300，各觀測角β如圖，求各邊坐標(biāo)方位角α23、α34、α45、α51。解：α23=α12-β2＋1800=800

α34=α23-β3＋1800=1950

α45=2470

α51=3050

α12=300（＝３０５－９５＋１８０＝３９０＞３６０，故－３６０＝３０與題給的無誤）第三十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日２.坐標(biāo)正算公式由A、B兩點(diǎn)邊長DAB和坐標(biāo)方位角αAB，計(jì)算坐標(biāo)增量。見圖有：

DABABABXy0XABYAB其中，ΔXAB=XB-XA

ΔYAB=YB-YA

XAB=DABcosAB

YAB=DABsinAB第三十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日３.坐標(biāo)反算公式由A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)來計(jì)算αAB、DAB

DABABABXy0XABYABαAB的具體計(jì)算方法如下：

（1）計(jì)算：第三十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日（2）計(jì)算：

（3）根據(jù)ΔXAB、ΔYAB的正負(fù)號判斷αAB所在的象限。

第三十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日４.４.５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(angleclosingerror)的計(jì)算與調(diào)整。115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（1）計(jì)算角度閉合差：=測-理

=測-(n-2)180（2）計(jì)算限差：第三十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日（3）若在限差內(nèi)，則平均分配原則，計(jì)算改正數(shù)：

115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（4）計(jì)算改正后新的角值：

第四十頁，共六十四頁，2022年，8月28日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

115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006第四十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（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:

第四十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日（2）分配坐標(biāo)增量閉合差。

若K<1/2000（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。

115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006第四十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A123411222249703001051706101462412330066．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)。第四十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日K=

=<D1400012000例題：閉合導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算表點(diǎn)號轉(zhuǎn)折角

(右)

改正后轉(zhuǎn)折角

方向角

邊長

D(米)

坐標(biāo)增量(米)XY改正后增量(米)XY坐標(biāo)(米)XY點(diǎn)號A1234A19703001051706101462412330061122224+12+12+12+12+12484318

1314006206224828436123410554

484318

485.47

+0.09

-0.08x=+0.09y=0.08=

x

+y=0.120225395900理=5400000=測理=60容=405=8954000009703121051718101463612330181122236115.10100.09108.3294.3867.58+75.93-66.54-97.04+23.80+63.94+86.50+74.77-48.13-91.33-21.89-2-2-2-2-1+2+2+2+1+1612.18545.62448.56472.34415.26490.05441.94350.621234A536.27536.27328.74328.74A+75.91-66.56-97.06+23.78+63.93+86.52+74.79-48.11-91.32-21.8800第四十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日第五部分施工測量（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)第四十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日５.１道路施工測量包括１.恢復(fù)中線測量（施工前復(fù)核可能破壞的控制點(diǎn)）２.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）３.路基邊樁的測設(shè)（橫斷面上設(shè)計(jì)路基邊坡線與地面相交的點(diǎn)）４.豎曲線的測設(shè)（縱斷面上縱坡連接曲線）第四十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日５.２橋梁施工測量包括橋梁橋位處的平面放樣、墩臺基礎(chǔ)平面位置的放樣、墩身、墩帽放樣、橋臺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．

第四十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日第六部分GPS簡介６.１GPS的定義及歷史1．定義全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）,是一種可以授時(shí)和測距的空間交會定點(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。

第四十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日2．GPS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)而生第五十頁，共六十四頁，2022年，8月28日６.２GPS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。

第五十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日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1第五十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日GPS衛(wèi)星圖片2第五十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日２.地面控制部分Coloradosprings55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajalein1個(gè)主控站:Coloradosprings(科羅拉多.斯平士)。3個(gè)注入站:Ascencion(阿森松群島)、DiegoGarcia(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)。第五十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日３.用戶接收機(jī)部分GPS接收機(jī)的基