工程測量第一章緒論2

2023/5/221第一章 緒論2023/5/222第一章 緒論第一節(jié) 概述第二節(jié) 地面上點位的確定第三節(jié) 用水平面代替水準面的限度第四節(jié) 測繪工作的基本原則第五節(jié) 工程測量現(xiàn)代進展★2023/5/223第一節(jié)概述一、測繪學介紹（一）定義測繪學是研究地球形狀和大小、確定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物體的空間位置，以及對于這些空間位置信息進行處理、儲存、管理的科學。它包括測量和制圖兩項主要內(nèi)容。測繪學按照研究對象及采用技術(shù)的不同，又可分為下列學科：1、大地測量學2、攝影測量學3、工程測量學4、海洋測量學5、地圖制圖學2023/5/224第一節(jié)概述一、測繪學介紹（二）應用主要應用在：城鄉(xiāng)建設規(guī)劃；國土資源的合理利用；農(nóng)林牧漁業(yè)的發(fā)展；環(huán)境保護以及地籍管理等工作中所進行的土地測量；測繪各種類型、各種比例尺的地圖；控制測量、礦山測量和線路測量等第一節(jié)概述二、工程測量學介紹工程測量學是研究地球空間（地面、地下、水下、空中）中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現(xiàn)的理論方法和技術(shù)的一門應用性學科。（一）發(fā)展歷史中國漢代司馬遷的《史記》中關于夏禹治水(公元前21世紀)時的勘測情況的記載。1973年從長沙馬王堆漢墓出土的地圖是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最早的地圖。在國外，公元前二十七世紀建設的埃及大金字塔的精確建立說明當時就已有了放樣的工具和方法。公元前十四世紀，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進行過土地邊界的劃分測量。二十世紀初，以核子、電子和空間技術(shù)為標志的第三次技術(shù)革命，使工程測量學獲得了迅速的發(fā)展。20世紀50年代，世界各國在建設大型水工建筑物、長隧道、城市地鐵中，對工程測量提出了一系列要求，形成了施工測量

的內(nèi)容；20世紀60年代，空間技術(shù)的發(fā)展和導彈發(fā)射場建設促使工程測量進

一步發(fā)展；20世紀70年代以來，高能物理、天體物理、人造衛(wèi)星、宇宙飛行、遠程武器發(fā)射等所需建設的各種巨型實驗室，就是高精度工程測量。二十世紀末，測量對象深入到地下、水域、空間和宇宙，如核電站、摩天大樓、海底隧道、跨海大橋、大型正負電子對撞機等。從工程測量學的發(fā)展歷史可以看出，它的發(fā)展經(jīng)歷了一條從簡單到復雜、從手工操作到測量自動化、從常規(guī)測量到精密測量的發(fā)展道路，它的發(fā)展始終與當時的生產(chǎn)力水平相同步，并且能夠滿足大型特種精密工程中對測量所提出的愈來愈高的需求。2023/5/22

52023/5/226第一節(jié)概述二、工程測量學介紹（二）研究內(nèi)容工程測量的主要內(nèi)容包括：提供模擬或數(shù)字的地形資料；進行測量及其有關信息的采集和處理；建筑物的施工放樣；大型精密設備的安裝和調(diào)試測量；工業(yè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢測和控制；各類工程建設物、礦山和地質(zhì)病害區(qū)域的變形監(jiān)測、機理解釋和預報；工程測量專用儀器的研制與應用；與研究對象有關的信息系統(tǒng)的建立和應用等。2023/5/22

7第一節(jié)概述地形圖測繪一般工程使用1:1萬至1:10萬的國家地形圖系列。大型工程：采用航空攝影測量，用模擬法、解析法或全數(shù)字化法測圖。1:2000～1:5000的局部性或帶狀地形圖：采用地面測量方法用模擬的白紙成圖或數(shù)字化機助成圖法進行測繪?？刂凭W(wǎng)布設建立平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，目的是為工程建筑物的施工放樣、驗收及其他測量工作提供依據(jù)。首級平面控制網(wǎng)布網(wǎng)形式：高精度測角網(wǎng)、邊角網(wǎng)或電磁波導線等，再以插網(wǎng)、插點或?qū)Ь€加密；或可采用GPS建立平面施工控制網(wǎng)以及施工放樣工作。高程控制網(wǎng)：高精度的水準網(wǎng)。建筑物施工放樣施工放樣：將設計的抽象的幾何實體放樣（或稱測設）到實地上去，成為具體幾何實體所采用的測量方法和技術(shù)。放樣方法：方向交會法、距離交會法、方向距離交會法、極坐標法、坐標法、偏角法、偏距法、投點法等。儀器：光學、電子經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀以及GPS技術(shù)等。第一節(jié)概述建筑物竣工測量竣工測量：工程建設項目竣工驗收時所進行的測量工作。目的：根據(jù)控制網(wǎng)點測定已有建筑物的實際位置以及部分建筑物的幾何形體，以檢驗施工質(zhì)量，為工程的驗收、決算、維護等工作提供依據(jù)?？⒐y量的成果主要包括：竣工總平面圖、分類圖、輔助圖、斷面圖以及道路曲線元素、細部點坐標、高程明細表等。建筑物變形監(jiān)測工程建筑物及與工程有關的變形的監(jiān)測、分析和預報是工程測量學的重要研究內(nèi)容。變形分析和預報除了需要對變形觀測數(shù)據(jù)進行處理外，還涉及到工程、地質(zhì)、水文、應用數(shù)學、系統(tǒng)論和控制論等學科，屬于多學科的交叉領域。變形監(jiān)測技術(shù)幾乎包括了全部的工程測量技術(shù)，除常規(guī)的儀器和方法外，還大量的使用各種傳感器和專用儀器。2023/5/22

82023/5/229第一章 緒論第一節(jié) 概述第二節(jié) 地面上點位的確定第三節(jié) 用水平面代替水準面的限度第四節(jié) 測繪工作的基本原則第五節(jié) 工程測量現(xiàn)代進展★第二節(jié)地面上點位的確定一、地球的形狀和大?。ㄒ唬┐蟮厮疁拭婕傧胗幸粋€靜止的海水面，向陸地延伸形成一個封閉的曲面，這個曲面稱為水準面。平均高度的海水面，稱為大地水準面。大地

水準面所包圍的形體稱為大地體，它代表地

球的一般形狀。圖1-1

大地水準面和參考橢球面（二）參考橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面所包含的形體稱為旋轉(zhuǎn)橢球體，同大地水準面最為接近的橢球面稱為平均地球橢球面。旋轉(zhuǎn)橢球體是由橢球面NWSE繞其短軸NS旋轉(zhuǎn)而成的形體（見圖1-1），其形狀和大小取決于長半軸a、短半軸b和扁率α=(a-b)/a。如圖1-1所示，地面上選一點P，令P點的鉛垂線和橢球面上相應點P0的法線重合，并使P0點的橢球面與大地水準面相切。這里的P點稱為大地原點，旋轉(zhuǎn)后的橢球面稱為參考橢球面，其包圍的形體稱為參考橢球體。大地水準面和鉛垂線是測量外業(yè)所依據(jù)的基準面和基準線，參考橢球面及其法線是測量計算所依據(jù)的基準面和基準線。2023/7/28

102023/7/2811橢球名稱長半軸a(m)短半軸b(m)扁率α推算年代和國家白塞爾637739763565641:299.21841年德國克拉克637824963565151:293.51880年英國德福特637838863569121:297.01909年美國克拉索夫斯基637824563568631:298.31940年前蘇聯(lián)IUGG-7563781406356755.31:298.2571979年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會WGS-84637813763567521:298.2572235631984年美國第二節(jié)地面上點位的確定表1-1

地球橢球參數(shù)2023/7/2812第二節(jié)地面上點位的確定圖1-2

大地坐標系圖1-3

WGS-84坐標系二、地面點位置的確定在測繪工作中，常用的坐標系統(tǒng)有大地坐標系、高斯投影平面直角坐標系、獨立平面直角坐標系等。（一）大地坐標系如圖1-2所示，地心空間直角坐標系(X，Y，Z)的Z軸與地球平均自轉(zhuǎn)軸重合，與Z軸垂直的平赤道面構(gòu)

成XY平面；XZ平面是包含平均自轉(zhuǎn)軸和格林威治平

均天文臺的平面；Y軸的指向使該坐標系成為右手坐標系。橢球的短軸與地心空間直角坐標系的Z軸重合，起始子午面和赤道面分別與該坐標系的XZ平面和XY平面重合。P點沿橢球面法線到橢球面上的投影是Q，PQ=H，稱為P點的大地高程，過P點的大地子午面和首子午面所夾的兩面角稱P點的大地經(jīng)度L；過P點的法線與赤道面的夾角稱P點的大地緯度B。P點的大地坐標（L，B，H）和地心空間直角坐標(X，Y，Z)之間存在著嚴密的數(shù)字關系，可以互相換算。目前，我國常用的大地坐標系統(tǒng)有：（1）1954年北京坐標系（2）

1980年國家大地坐標系（3）

WGS-84坐標系(圖1-3

WGS-84坐標系)2023/7/2813第二節(jié)地面上點位的確定（二）高斯平面直角坐標系根據(jù)高斯-克呂格爾投影所建立的平面坐標系稱高斯平面直角坐標系。高斯－克呂格爾投影屬于橫軸切圓柱正形投影?？梢栽O想將截面為橢圓的一個圓柱體面套在地球橢球的外面（見圖1-4），圓柱的中心軸EE1在赤道面內(nèi)，圓柱面同橢球面相切在中央子午線上。按正形條件將中央子午線東、西各一定經(jīng)度范圍內(nèi)的地區(qū)投影到圓柱面上，然后將該圓柱面展開成一平面，就得出中央子午線兩側(cè)的一部分地區(qū)在平面上的投影（見圖1-5）。地球橢球赤道的投影也是直線，且與中央子午線正交，以前者為橫軸，即y軸，東向為正；后者為縱軸，即x軸，北向為正；兩者的交點O為原點，這就形成了高斯平面直角坐標系。圖1-4

高斯－克呂格爾投影圖1-5

高斯－克呂格爾投影展開2023/7/2814第二節(jié)地面上點位的確定高斯－克呂格爾將地球橢球面按子午線劃分成適當個數(shù)的投影帶，帶寬一般分為6°、3°和1.5°等3種。每一投影帶采用各自獨立的高斯平面坐標系(見圖1-6)，并規(guī)定y坐標加上500公里，以避免出現(xiàn)負值。為了表示任一點所在的投影帶，又規(guī)定y坐標值前加上二位數(shù)，以表示投影帶號。x坐標值無論在哪一投影帶內(nèi)都是由赤道起算的實際值。圖1-6

高斯－克呂格爾投影分帶2023/7/2815第二節(jié)地面上點位的確定地球表面上一點所在分帶的中央子午線的經(jīng)度值可用下式計算：6°分帶： （1-1）3°分帶： （1-2）式中

N——投影帶帶號。（三）高程系統(tǒng)地面點到某一高程基準面的垂直距離稱為地面點的高程。常用的高程基準面有參考橢球體面和大地水準面，其相應的高稱為大地高和海拔高。地面上任意兩點之間的高程之差稱為高差。1980年以前，我國主要采用“1956年黃海高程系”，它利用青島驗潮站1950~1956年觀測的潮位成果求得的黃海平均海水面作為高程的零點，因觀測時間短，準確性較差。后改用1953~1979年的觀測資料重新進行計算，并將計算結(jié)果命名為“1985年國家高程系統(tǒng)”（1987年5月26日正式公布使用）。由于高程基準面發(fā)生了變化，因此，這兩個高程系統(tǒng)存在一定的差異，它們的關系如下：H85=H56-0.029

（1-3）202淋3/倆5/睬18江16第一道章柴緒論知第一節(jié)愿:概述第二節(jié)腔:地面革上點瘡位的揭確定★第三節(jié)半散用水袖平面句代替擦水準電面的旋限度第四節(jié)暑價測繪熱工作晴的基揮本原員則第五節(jié)唯襖工程吳測量瓜現(xiàn)代鎖進展202廁3/笨5/句18柳17第三節(jié)畫否用水吉平面型代替見水準冠面的敵限度用水平丑面覽代替際水準學面的碧限度革即在述該限似度內(nèi)粥，將便橢球塑面作袖為平匆面所霞產(chǎn)生捕的誤截差不比能超煤過工程明地辣形圖責和施擴工放希樣的較精度營要求。艱圖1-7心用水毒平面映代替拴水準展面一、地它球牌曲率閣對水駝平距猴離的候影響如圖1-7校所示露，設拴地面掃上有A′、B′兩點沒，在岡水準奴面上怖的投摸影分冊別為A、B，在潔水平面洋上衡的投球影為A、C。若現(xiàn)以平茄面上論的距彎離AC（設為證t）代起替水偵準面椒上的衡距離侵（設雙為

d），湯其誤撇差為：虛（1-4鵲）式中R—持—地球更半徑，恩R=興63役71業(yè)km；α—伙—弧長d所對稍的圓心欣角跌。將tgα窗用級叔數(shù)展乏開，形并取汗其前恨兩項賓可得：告因為，所以可塘得：202擋3/澆5/航18院18第三節(jié)唐導用水飯平面作代替陳水準犁面的羅限度距離d距離誤差Δd（mm）距離相對誤差Δd/d高程誤差Δh（mm）100m0.0000081/1250000萬0.81km0.0081/12500萬78.510km8.21/120萬7850.025km128.31/19萬49050.0以不同喇的d值代錯入上之式，坦求得蹲相應匹的Δd列于吉表1-2批。從餡表中劑可以準看出繼，當類距離為托10隊km時，斃用水枕平面雜代替侍水準另面產(chǎn)汽生的宮距離蘇相對忽誤差府為1/典120盞萬，

這央個興誤差鞋小于擦目前喂精密呈量距戶的允抖許誤覆差（1/醬100五萬）系。因球此，現(xiàn)在半統(tǒng)徑小咳于10桃km的區(qū)慈域內(nèi)待，地歲球曲認率對墨水平東距離施的影孕響可妄以忽贈略不拋計，楚可以用見水杰平面祥代替漸水準托面。表1-2等地球潮曲率據(jù)對水肥平距耍離和腳高程講的影響拴202搶3/汁5/贏18監(jiān)19第三節(jié)惕南用水縱平面挎代替塔水準多面的邀限度二、地拿球燭曲率萬對高衫程的拋影響如圖1-7胡所示筋，地兄面點B′在球慮面和屢水平蔽面上匪的投主影分瘡別為B和C，并螺設這宵兩點搖的高倚差為Δh，從舞圖中盼可以六看出亮，∠CA霞B=α涼/2錦，因滲該角肉很小緒，若都以弧輝度表蘆示，費則有蔬：以州得：僚得相來應的Δh列因為,所（1-6鉤）以不同槳的d代入江上式僅，算 于表亭1-2汽中。玻由表噸中數(shù)歌據(jù)可戚知，擱對高滔程測量吊來框說，把即使征距離鎖很短北，也扣不能段忽視控地球頭曲率育對高蓄程的仿影響怨。202倡3/禮5/刪18搜20第一滑章塌緒論備第一節(jié)尾:概述第二節(jié)矩:地面性上點分位的壞確定第三節(jié)授祥用水搏平面侵代替筋水準掃面的受限度★第四節(jié)鞠卸測繪閘工作拖的基翅本原欲則第五節(jié)和獵工程者測量腹現(xiàn)代沒進展202烈3/浙5/婆18拒21第四誼節(jié)肢測繪固工作訊的基截本原經(jīng)則一、測廚繪泉的基屠本工愛作測繪工戴作合的主共要任閥務是壺確定熔地面撐點與寸點之謹間的吼平面銅和高遮程位鄙置的幻玉關系，摩也步可將普其分鞋成測鈴定和飲測設損兩大踐部份咳。測曾定是內(nèi)將地歷物和書地貌路按一抄定的呀比例啊尺縮者小繪遲制成軍地形帽圖，茅測設狼是將它在圖聚紙上蓄設計川好的番建筑希物和落構(gòu)筑抱物的皺位置獄在實鋒地標脊定出卡來。圖1-8廢測繪擋工作泊和原杠則示鬧意圖水平角犧、由水平效距離擦和高含差是確雀定地辰面點剝位置勸關系的骨三個盈基義本幾騎何要膛素，袍測量怒地面澆點的茅水平巖角、司水平念距離和麗高門差是寧測量周的基混本工璃作202義3/譜5/輩18扮22第四節(jié)客水測繪謠工作砍的基裂本原內(nèi)則二、測象繪頃的基鎮(zhèn)本原輛則由于一嫂般紀測量底工作債的范交圍都配比較玩大，貞測量新工作柔在一蒜個控鄙制點首上通混常是幅難以脊完成地的，

如篩圖1-8給中工驚廠區(qū)路在控勤制點A上就核無法定測到徑。以協(xié)及圖1-9巧中，祥由于狐建筑斗物多摔且通宋視條件謠限初制，醋在點A上也喬不能碌完成腎所有陽控制鏡工作致，所榨以需診再增輛加點異。這巖就是“耍從愧整體節(jié)到局這部”子的原舌則。圖1-9塑建筑瞧物測孟設示腥意圖202學3/朽5/哭18姑23第一章維掙緒陳論第一節(jié)蜂:概述第二節(jié)憶:地面康上點村位的忙確定第三節(jié)仁罩用水飛平面掘代替痛水準別面的共限度第四節(jié)器苗測繪司工作判的基避本原者則★第五節(jié)俘燃工程漫測量銷現(xiàn)代馬進展202旦3/戶5/字18鼻24第五爽節(jié)崗工程灰測量轎現(xiàn)代情進展“廣義工斯程切測量撲學”原，即“君一透切不紋屬于村地球纖測量默，不迫屬于拔國家辱地圖搶集的族陸地遞測量個和不鞏屬于襯公務易測量鋒的應庸用測局量，銀都屬戲于工華程測殖量”。貧工程測段量左的發(fā)租展可愿概括吹為“杰四化”深和“翼十伸六字”崖，爸前者擱即工潔程測筑量內(nèi)鞏外業(yè)忘一體殃化；銷數(shù)據(jù)耍獲取亦及處協(xié)理自組動化版；測方量過每程控敢制

和稻系統(tǒng)雹行為顫的智莖能化做；測蘆量成靜果和斃產(chǎn)品沫的數(shù)千字化谷。后炕者為擇連續(xù)杜、動芬態(tài)、理遙測諷、實仿時、穿精確希、可戲靠、恢快速岔、簡塌便。202轎3/猴5/缸18欠25第五完節(jié)補工程揮測量遲現(xiàn)代絹進展一、現(xiàn)豬代逝工程鑼測量引技術(shù)（一）朗GPS淡應用么技術(shù)在工程呈測圍量中角，應長用GPS離單點連定位屆的情豬形較廚少，栽相對定蟻

位確是其膊主要靈模式煌。包積括靜酷態(tài)、汪快速貸靜態(tài)來、往間返式被重復倡設站膏、準招動態(tài)遷、動飄態(tài)、竟實時盜動態(tài)（矮RTK汽）、漂主動孔控制奏模式詢等。欲由GPS死、GIS欲、RS技術(shù)陜集成企或綜華合的“械3S”襖技術(shù)哭，拓財寬了瞧信息擇采集來與處救理功慰能，浪保持掩了信爛息的蘿現(xiàn)勢魂性與湊可靠雕性。GPS齒實時叮動態(tài)萌測量(R常TK)撥技術(shù)伍，廣楊泛應突用于牢石油緊勘探蹈、數(shù)蠻字測挑圖、巾施工向放樣社、管詢線測合量等壓領域踐。202頑3/唯5/滴18洋26第五節(jié)阻映工程驚測量舊現(xiàn)代席進展一、現(xiàn)族代誤工程車測量沿技術(shù)（二）尺全屋站儀凝應用色技術(shù)全站儀托是徑一種曠集光講電、期計算資機、測微電把子通莖訊、精敗密征機械疫加工尸等高草精尖繼技術(shù)替于一己體的略先進暑測量汪儀器稿。特點：貓同納時具韻備電長子經(jīng)老緯儀焦測角慰和測碼距兩茂種功渴能；

由爹電躲子計蒼算機液控制裹、采售集、慨處理判和儲講存觀混測數(shù)稅據(jù)，錯使測伸圖數(shù)兼字化遮、后祖處理匪全自懂動化。掀應用：危常蓄規(guī)的最控制集測量睜、地殲形測親量和檢工程飄測量念，地柔表與脊地表量構(gòu)筑坦物的拆變形桌測量縣，如夕地面籍沉降、累深刊基坑傅開挖午引起生的環(huán)浴境變牙形、省大壩話變形勿以及工羽業(yè)鏡目標途的定句位與滅變形計測量肺等方熱面。免棱鏡羞全棉站儀輕是高屋性能腰全站布儀的雪典型給代表碎之一樹，它話把免禍棱鏡舍測距詳技術(shù)活與傳丑統(tǒng)的繪全站節(jié)儀結(jié)索合在蹲一起警，給貪測量噴工作夏帶來哨了很衡大方上便。圖1-詢10熄Lei駐ca倒杠TC準A2們003鍵全站儀章202劑3/鼓5/架18收27第五陡節(jié)善工程筋測量訂現(xiàn)代販進展一、現(xiàn)熊代胳工程泉測量象技術(shù)（三）唉電不子水縱準儀淺應用顏技術(shù)電子數(shù)將字榴水準胞儀是仗集電陡子光懇學、扭圖像挨處理慰、計庫算機悶技術(shù)無于一岸體的轉(zhuǎn)當代區(qū)最先將進的暖水準壺測量商儀器,它具夏有速卵度快球、精詳度高征、使趕用方虎便、桌勞動涼強度泊低及剪便于卸用電繼子手司簿實現(xiàn)霸內(nèi)概外業(yè)方一體飄化的頁優(yōu)點,代表濕了當悶代水袋準儀賴的發(fā)日展方農(nóng)向。目前，營世垮界上困僅有干少數(shù)答廠家坑生產(chǎn)國電子械數(shù)字與水準楚儀。脂常見廣的有郵以下頸幾種鑰，如棚圖1-樓11所示。駛徠卡DN號A03繳/霜10索佳SD帥L2蔡司DIN抓I先10

拓普康而DL牛101伍/適102哲圖1-塞11電子橫水準亮儀202督3/騾5/告18瞧28第五彎節(jié)器工程躺測量蟻現(xiàn)代列進展一、現(xiàn)鴉代碧工程胡測量衰技術(shù)（四）腔激各光三份維掃襯描測氧量系面統(tǒng)三維軍激光陳掃描兼系統(tǒng)趣主要叢由三總維激禾光掃陜描儀密和系站統(tǒng)軟章件組良成，拋其工愧作目客標就糖是快誼速、意方便認、準嗎確地滅獲取堵近距胖離靜低態(tài)物鳥體的銹空間欺三維志模型駕，以次便對走模型舟進行意進一己步的該分析價和數(shù)柿據(jù)處獨理。征三維銅激光矮影像隊掃描篩儀是敗一種幟集成趨了多老種高娘新技算術(shù)的古新型善測繪移儀器橫，采母用非接擇觸狹式高晴速激脹光測隙量方汪式，驚以點概云形耀式獲撿取地駕形及鹽復雜劑物體紅的二建維表乳面的聞列陣任式幾庭何圖廁形數(shù)皂據(jù)。圖1-呢12刃Cyr赴a三維慚激光蘿掃描此系統(tǒng)圖1-困13對清暈華大牽學校的門掃掏描所末建立伴的模儉型圖202饑3/委5/憑18共29第五節(jié)毛適工程卻測量羽現(xiàn)代鑄進展圖1-呢14三維霧坐標凳測量傳機一、現(xiàn)汁代遺工程遭測量旅技術(shù)（五）歐三壇維工店業(yè)測修量系統(tǒng)獄三維工義業(yè)屑測量鹽系統(tǒng)鳴是以沾電子宮經(jīng)緯塊儀或烏自動全據(jù)站絨儀等浙多個控傳