土木工程測量第一章緒論

土木工程丈量程見Q330735699Ⅰ教學(xué)目的和重要性本課程是土木工程類專業(yè)學(xué)生的學(xué)科根底必修課程，是一門實(shí)際性強(qiáng)，實(shí)際和實(shí)際嚴(yán)密結(jié)合的課程。本課程的義務(wù)主要是處理在各類土木工程建立中需掌握的丈量根底實(shí)際、根本方法和根本技藝，培育動(dòng)手、實(shí)際和創(chuàng)新才干，掌握常用丈量儀器和工具的運(yùn)用和維護(hù)方法，掌握大比例尺地形圖的測繪，具備土木工程施工放樣的才干，培育仔細(xì)細(xì)致的任務(wù)作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和從事土木工程勘測、設(shè)計(jì)、施工任務(wù)奠定必要的根底。Ⅱ?qū)W習(xí)方法和要求本課程為64學(xué)時(shí),其中實(shí)際學(xué)時(shí)為40,實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為24。學(xué)習(xí)要求:本課程是一門實(shí)際性很強(qiáng)的課程，必需堅(jiān)持實(shí)際與實(shí)際并重，講練結(jié)合的原那么。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必需做到訓(xùn)練仔細(xì)，要求嚴(yán)厲，在觀測、記錄和計(jì)算等方面遭到嚴(yán)厲的訓(xùn)練，真正到達(dá)培育實(shí)踐動(dòng)手才干的目的。Ⅲ課程結(jié)業(yè)方式和成果評(píng)定

本課程為考試課程，最終成果由：考試成果〔50%〕、實(shí)驗(yàn)成果〔30%〕、平常成果〔20%〕三部分組成。Ⅳ學(xué)時(shí)分配第一章緒論2學(xué)時(shí)第二章水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)丈量8學(xué)時(shí)第三章經(jīng)緯儀及角度丈量8學(xué)時(shí)第四章直線定向及間隔丈量6學(xué)時(shí)第五章小地域控制丈量6學(xué)時(shí)第六章丈量誤差及根本知識(shí)2學(xué)時(shí)第八章大比例尺地形圖的測繪6學(xué)時(shí)第九章建筑施工丈量2學(xué)時(shí)第一章緒論1.1土木工程丈量學(xué)的義務(wù)1.2地面點(diǎn)位確實(shí)定1.3測繪任務(wù)的根本原那么1.4用程度面替代水準(zhǔn)面的限制小節(jié)第一章緒論內(nèi)容：掌握工程丈量的根本概念、義務(wù)與作用；了解水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系、高斯平面直角坐標(biāo)系、絕對高程、相對高程和高差的概念；了解用程度面替代水準(zhǔn)面的限制。重點(diǎn)：丈量基準(zhǔn)面的概念、丈量坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)難點(diǎn):高斯坐標(biāo)系中橫坐標(biāo)通用值與代號(hào)的關(guān)系1.1工程丈量學(xué)的義務(wù)1.丈量學(xué)的定義測繪學(xué)是研討地球的外形和大小、地球重力場以及確定地球外表〔包含空中、地下和海底〕物體的空間位置，以及對空間位置信息進(jìn)展采集、處置、儲(chǔ)存、管理的科學(xué)。根據(jù)它的義務(wù)與作用，包括兩個(gè)部分：測定〔測繪〕——由地面到圖形。測設(shè)〔放樣〕——由圖形到地面。指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來，作為施工的根據(jù)。2.丈量學(xué)的分類〔了解〕普通丈量學(xué)－小范圍不顧及地球曲率的影響大地丈量學(xué)－研討地球大小、外形、重力場攝影丈量學(xué)－運(yùn)用攝影或遙感技術(shù)海洋丈量學(xué)工程丈量學(xué)地圖制圖學(xué)GPS衛(wèi)星丈量2.丈量學(xué)的分類普通丈量學(xué)－〔根底〕在不顧及地球曲率影響情況下，研討地球自然外表部分區(qū)域的地形、確定地面點(diǎn)位的根底實(shí)際、根本技術(shù)方法與運(yùn)用的學(xué)科。工程丈量學(xué)－研討各類工程在規(guī)劃、勘測設(shè)計(jì)、施工、開工驗(yàn)收和運(yùn)營管理等各階段的丈量實(shí)際、技術(shù)和方法的學(xué)科。主要內(nèi)容包括控制丈量、地形丈量、施工丈量、安裝丈量、開工丈量等。2.丈量學(xué)的分類隨著遙感(RS)、衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)等新技術(shù)的不斷開展，新的丈量分支學(xué)科將不斷涌現(xiàn)。2.丈量學(xué)的分類2.丈量學(xué)的分類2.丈量學(xué)的分類2.丈量學(xué)的分類2.丈量學(xué)的分類〔航測〕2.丈量學(xué)的分類〔航測〕2丈量學(xué)的分類2丈量學(xué)的分類1.2地面點(diǎn)位確實(shí)定回想：空間點(diǎn)位如何確定?如何確定點(diǎn)位？1．有坐標(biāo)的面〔點(diǎn)投影后位置獨(dú)一確定〕丈量基準(zhǔn)面①面如何確定？②面上坐標(biāo)如何確定？２．一定的投影方式鉛垂1.2.1地球的外形和大小1．地球的外形和大小1．地球的外形和大小從整個(gè)地球來看：地球大致像一個(gè)橢球體，其外表極不規(guī)那么，不便于用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)。地球高低起伏的外形：最高海拔8844.43m〔我國西藏與尼泊爾交界處的珠穆朗瑪峰〕；最低海拔11022m〔太平洋西部的馬里亞納海溝〕，但地球的半徑大約是6371000m。海洋面積：71%陸地面積：29%——可以以為地球是被靜止的海水面所包圍的球體。2.關(guān)于水準(zhǔn)面的幾個(gè)根本概念把地球總的外形看作是被海水包圍的球體，也就是想象有一個(gè)靜止的海水面，向陸地延伸而構(gòu)成一個(gè)封鎖的曲面。重力----地球引力與離心力的合力。鉛垂線〔重力作用線〕——丈量任務(wù)基準(zhǔn)線2.關(guān)于水準(zhǔn)面的幾個(gè)根本概念水準(zhǔn)面——由自在靜止的海水面向陸地延伸，并包含整個(gè)地球，構(gòu)成一個(gè)封鎖的曲面來替代地球外表〔重力等位面〕，是一個(gè)處處與重力方向垂直的延續(xù)曲面。大地水準(zhǔn)面——與平均海水面吻合并向大陸、島嶼內(nèi)延伸所構(gòu)成的閉合曲面。——丈量任務(wù)基準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面實(shí)踐上是一個(gè)有微小起伏的不規(guī)那么曲面〔緣由？〕大地體——大地水準(zhǔn)面所包圍的地球形體。2.關(guān)于水準(zhǔn)面的幾個(gè)根本概念旋轉(zhuǎn)橢球面——〔丈量計(jì)算基準(zhǔn)面〕為了計(jì)算方便，通常用一個(gè)非常接近于大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)式來表示的幾何體來替代地球的外形，這就產(chǎn)生了“旋轉(zhuǎn)橢球〞的概念。長半徑a=6378m短半徑b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.2572.關(guān)于水準(zhǔn)面的幾個(gè)根本概念1.2.2地面點(diǎn)位確實(shí)定丈量任務(wù)的本質(zhì)：確定地面點(diǎn)的空間位置，即：在丈量基準(zhǔn)面上用3個(gè)量〔該點(diǎn)的平面或球面坐標(biāo)與該點(diǎn)的高程〕來表示。要確定地面點(diǎn)位必需建立丈量坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。1.2.2.1坐標(biāo)系統(tǒng)定義：坐標(biāo)系統(tǒng)用來確定地面點(diǎn)在地球橢球面或投影平面上的位置。常用的有：1.大地坐標(biāo)系2.高斯－克呂格爾平面直角坐標(biāo)系〔重點(diǎn)〕3.獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系〔重點(diǎn)〕1.大地坐標(biāo)系1、大地地理坐標(biāo)〔大地坐標(biāo)〕〔屬于球面坐標(biāo)系統(tǒng)〕——用經(jīng)度和緯度來表示地面點(diǎn)。適用于：在地球橢球面上確定點(diǎn)位。2.關(guān)于地理坐標(biāo)的幾個(gè)概念地軸：地球北極N與南極S的連線子午面：過地面點(diǎn)P和地軸的平面子午線：子午面與地球外表的交線首子午面：經(jīng)過英國倫敦格林威治天文臺(tái)的子午面，相應(yīng)的子午線為首子午線〔零子午線〕，經(jīng)度為0°。我國目前運(yùn)用的大地坐標(biāo)系為：1980年國家大地坐標(biāo)系。2.高斯平面直角坐標(biāo)系適用于：測區(qū)范圍較大，不能將測區(qū)曲面當(dāng)作平面對待。當(dāng)測區(qū)范圍較大，假設(shè)將曲面當(dāng)作平面來對待，那么把地球橢球面上的圖形展繪到平面上來，必然產(chǎn)生變形，為減小變形，必需采用適當(dāng)?shù)姆椒▉硖幚?。丈量上常采用的方法是高斯投影方法。高斯投影方法是將地球劃分成假設(shè)干帶，然后將每帶投影到平面上。高斯投影是等角橫切橢圓柱投影。等角投影就是正形投影。所謂，正形投影，就是在極小的區(qū)域內(nèi)橢球面上的圖形投影后堅(jiān)持外形類似。即投影后角度不變形。圖形：高斯投影方法圖一

(1)高斯投影的表達(dá)—橫圓柱描畫法

把地球看作一個(gè)圓球，想象把一個(gè)平面卷成一個(gè)橫圓柱，把它套在圓球外面，使橫圓柱的中心軸線經(jīng)過圓球的中心，把圓球面上一根子午線與橫圓柱相切，即這條子午線與橫圓柱重合。以此子午線為中心將其左右一定帶寬范圍內(nèi)的球面用正形投影〔等角投影即高斯投影〕的方法投影至圓柱面上。

圖形：高斯投影方法圖二投影剪開展平總結(jié)：高斯投影特點(diǎn)1中央子午線與赤道呈直線，長度不變，且二者正交2角度不變形，長度變形3離中央子午線越遠(yuǎn)，長度變形越大(2).投影分帶為控制投影變形，這種投影方法把地球分成假設(shè)干范圍不大的帶進(jìn)展投影，帶的寬度普通分為經(jīng)差6o、3o和1.5o幾種，簡稱6o帶、3o帶和1.5o帶，中心的子午線為中央子午線，其經(jīng)度的計(jì)算方法如下。6o帶：〔6N-3〕o3o帶：〔3n〕oN，n－帶號(hào)①.6°帶劃分方法：從首子午線自西向東每隔6°劃分一帶，稱6°帶。

位于各帶中央的子午線稱中央子午線。②.3°帶劃分：從經(jīng)度1°30′自西向東按3°度劃分，帶號(hào)用n表示，依次編號(hào)1～120(3).六度帶、三度帶計(jì)算六度帶各帶中央子午線經(jīng)度計(jì)算為：三度帶各帶中央子午線經(jīng)度計(jì)算為：

例1：某點(diǎn)經(jīng)度116°28′，屬于6°帶的帶號(hào)為：_______,中央子午線經(jīng)度為_______,3°帶帶號(hào)為______，

中央子午線經(jīng)度為：_________。(4).坐標(biāo)建立以各帶中央子午線為縱軸〔x軸〕，北方向?yàn)檎?，赤道為橫軸〔y軸〕，東方向?yàn)檎?；其交點(diǎn)為原點(diǎn)，即建立起各投影帶的高斯－克呂格爾平面直角坐標(biāo)系。(5)橫坐標(biāo)通用值目的：防止我國y坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)值1〕X坐標(biāo)不變；2〕Y坐標(biāo)先加500km，再在其之前冠以該投影帶的帶號(hào)。[例題]：國家高斯平面點(diǎn)P〔3032586.48，20648680.54〕，請指出其所在的帶號(hào)及自然坐標(biāo)為多少？(1)點(diǎn)P至赤道的間隔：X=3032586.48m(2)其投影帶的帶號(hào)為20、P點(diǎn)離20帶的縱軸X軸的實(shí)踐間隔：Y=648680.54-500000=148680.54m3.獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系〔1〕定義：當(dāng)丈量區(qū)域較小(如在半徑小于10km的范圍內(nèi))時(shí)，可以將其當(dāng)做平面來對待。在這種情況下，地面點(diǎn)的位置可用平面直角坐標(biāo)表示。右圖為丈量任務(wù)中采用的坐標(biāo)系。規(guī)定南北方向?yàn)榭v軸，記為x軸，x軸向北為正；以東西方向?yàn)闄M軸，記為y軸，y軸向東為正?！?〕.獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系的區(qū)別數(shù)學(xué)上的平面直角坐標(biāo)丈量上的平面直角坐標(biāo)〔2〕.獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系的區(qū)別其與數(shù)學(xué)中平面直角坐標(biāo)系相比，不同點(diǎn)：〔1〕丈量上取南北方向?yàn)榭v軸〔X軸〕，東西方向?yàn)闄M軸〔Y軸〕〔2〕角度方向順時(shí)針度量，象限順時(shí)針編號(hào)。一樣點(diǎn)：數(shù)學(xué)中的三角公式在丈量計(jì)算中可直接運(yùn)用。1.2.2.2高程系統(tǒng)1.根本概念：高程，絕對高程，相對高程，高差高程：地面點(diǎn)至某一高程基準(zhǔn)面的垂直間隔絕對高程：又稱高程或海拔，指地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂間隔——H相對高程〔假定高程〕：地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂間隔——H′高差:地面上兩點(diǎn)之間的高程之差。我國的水準(zhǔn)原點(diǎn)建在青島市，在1985年國家高程系統(tǒng)中中其高程為72.260米地面點(diǎn)的高程(Elevation)高程〔絕對高程、海拔〕-----地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂間隔。假定〔相對〕高程-----地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂間隔。高差-----兩點(diǎn)間的高程之差。假定水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面高差2.高程系統(tǒng)表示圖12.高程系統(tǒng)表示圖21.3測繪任務(wù)的根本原那么1.3.1測繪的根本任務(wù)1、地面點(diǎn)定位元素地面點(diǎn)間的間隔D、相關(guān)角度β、高程H因此，丈量的根本任務(wù)為：高程丈量〔水準(zhǔn)丈量〕、角度丈量、間隔丈量2、工程丈量學(xué)的義務(wù)①.測圖－運(yùn)用各種測繪儀器和工具，在地球外表部分區(qū)域內(nèi)，測定地物和地貌的特征點(diǎn)或棱角點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)部分區(qū)域地圖投影實(shí)際，將丈量資料按比例繪制成圖或制造電子圖。既能表示地物平面位置又能表示地貌變化的圖為地形圖.②.用圖－與成圖相反，在圖上丈量以獲取所需資料，或?qū)D上數(shù)據(jù)反算成實(shí)地相應(yīng)的丈量數(shù)據(jù)，以處理設(shè)計(jì)和施工中的實(shí)踐問題。1.1.2工程丈量學(xué)的義務(wù)③.放圖－施工放樣，根據(jù)設(shè)計(jì)圖提供的數(shù)據(jù)，按照設(shè)計(jì)精度要求，經(jīng)過丈量手段將建〔構(gòu)〕筑物的特征點(diǎn)、線、面等標(biāo)定到實(shí)踐任務(wù)面上，為施工提供正確位置，指點(diǎn)施工。④.變形丈量－位移觀測、變形觀測等。因此，丈量學(xué)貫穿于工程建立的全過程.1.3.2測繪的根本原那么1.丈量程序逐級(jí)進(jìn)展，即：先進(jìn)展控制丈量，后進(jìn)展碎部丈量和與工程建立相關(guān)的丈量?？刂普闪浚嚎刂泣c(diǎn)的丈量碎部丈量：以控制點(diǎn)為根據(jù)，在測區(qū)內(nèi)用低一級(jí)精度測定周圍部分范圍內(nèi)地物、地貌特征點(diǎn)的定位元素相關(guān)丈量：2.丈量原那么〔重點(diǎn)〕整體性原那么——從整體到部分控制性原那么——先控制后碎部等級(jí)性原那么——由高級(jí)到低級(jí)檢核性原那么——前一步任務(wù)未經(jīng)檢核不得進(jìn)展下一步任務(wù)1.4用程度面替代水準(zhǔn)面的限制對間隔影響？對高程影響？對角度影響？1.4.1地球曲率對程度間隔的影響1.4.1地球曲率對間隔的影響結(jié)論：在半徑為10km的圓面積內(nèi)進(jìn)展長度的丈量任務(wù)時(shí)，可以把水準(zhǔn)面當(dāng)作程度面對待，普通建筑工地的范圍可以擴(kuò)展到20km。1.4.2地球曲率對高程的影響1.4.2地球曲率對高程的影響D＝0.2km時(shí)，△h＝3.1mm，故：即使間隔D很小，假設(shè)以程度面替代水準(zhǔn)面，地球曲率對高程的影響也是不允許的。高程丈量應(yīng)根據(jù)丈量精度要求和間隔大小予以思索其影響。1.4.3地球曲率對角度的影響在測區(qū)面積不大于100k㎡時(shí)，程度角度丈量可