測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)

測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)主講人：尹文亭測(cè)量學(xué)：是研究地球形狀、大小以及確定地面點(diǎn)位的科學(xué)。根據(jù)研究的對(duì)象、范圍和技術(shù)不同，測(cè)量學(xué)大致可以分為：大地測(cè)量學(xué)、地形測(cè)量學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、工程測(cè)量學(xué)、海洋測(cè)量學(xué)、地圖制圖學(xué)、測(cè)繪儀器學(xué)。測(cè)量學(xué)與建筑工程測(cè)量建筑工程測(cè)量屬于工程測(cè)量學(xué)的范疇，其主要任務(wù)包括三部分，測(cè)定、測(cè)設(shè)和變形觀測(cè)。測(cè)定是指使用各種測(cè)量?jī)x器，通過(guò)測(cè)量技術(shù)和計(jì)算，得到一系列測(cè)量數(shù)據(jù)或成果，將地球表面按照一定比例尺縮繪成地形圖，供工程建設(shè)使用。

測(cè)定現(xiàn)有地面地形圖測(cè)設(shè)（放樣）是指用一定的測(cè)量?jī)x器和方法，把設(shè)計(jì)圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的工程和建筑物的平面位置和高程標(biāo)定在實(shí)地上，作為施工的依據(jù)。測(cè)設(shè)設(shè)計(jì)圖建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)是指在工程建設(shè)施工和竣工后的運(yùn)營(yíng)期間，使用一定的測(cè)量?jī)x器和方法對(duì)建設(shè)過(guò)程和建筑物進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視觀測(cè)。Q’bcMNPQXYHN’abaA建筑工程測(cè)量需要使用多種儀器設(shè)備，目前較常用測(cè)量?jī)x器有：水準(zhǔn)儀經(jīng)緯儀全站儀GPS（RTK）測(cè)量?jī)x器設(shè)備地球是一個(gè)表面起伏較大的橢球，表面最高的珠穆朗瑪峰8848.86m，海洋底部最深的馬里亞納海溝11022.00m，地球表面最大高差近20km，地球平均半徑6371km。地球又是一個(gè)近似光滑的水球，大陸面積占29%，海洋面積占71%。地球形狀和大小水準(zhǔn)面：設(shè)想以一個(gè)靜止不動(dòng)的海水面延伸穿越陸地，形成一個(gè)閉合的曲面包圍整個(gè)地球，這個(gè)閉合曲面稱為水準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面的特點(diǎn)是水準(zhǔn)面上任意一點(diǎn)的鉛垂線都垂直于該點(diǎn)的曲面。水準(zhǔn)面地球表面大地水準(zhǔn)面：靜止平衡狀態(tài)下的平均海水面,向大陸島嶼延伸而形成的閉合水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是一個(gè)唯一的不規(guī)則等位面，由大地水準(zhǔn)面包圍的不規(guī)則球體稱為大地體。測(cè)量野外工作的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線：大地水準(zhǔn)面和鉛垂線。靜止平均海水面陸地大地水準(zhǔn)面地球橢球體：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期精密的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)大地體十分接近于一個(gè)兩極稍扁的旋轉(zhuǎn)橢球體，這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體稱為地球橢球體，在實(shí)際中常用它來(lái)代替地球的形狀。測(cè)量工作的實(shí)質(zhì)是確定地面點(diǎn)的位置，因?yàn)榈匚锖偷孛驳男螤羁梢哉J(rèn)為是由點(diǎn)、線、面構(gòu)成的，其中點(diǎn)是最基本的單元，合理選擇一些點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，就可以準(zhǔn)確地表示出地物和地貌的位置、形狀和大小。地面點(diǎn)的位置通常需要用三個(gè)量來(lái)表示，即該點(diǎn)的平面（或球面）坐標(biāo)以及該點(diǎn)的高程，因此，我們必須首先了解測(cè)量的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。地面點(diǎn)位的確定坐標(biāo)系統(tǒng)是用來(lái)確定地面點(diǎn)在地球橢球面或投影在水平面上的位置。通常有以下四種坐標(biāo)系統(tǒng)：1）地理坐標(biāo)系2）獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系3）高斯平面直角坐標(biāo)系4）空間直角坐標(biāo)系一、坐標(biāo)系統(tǒng)地面點(diǎn)在橢球面上的位置用經(jīng)度和緯度表示的坐標(biāo)系稱為地理坐標(biāo)系。目前地理坐標(biāo)系有：1）1954年北京坐標(biāo)系；2）1980國(guó)家大地坐標(biāo)系；3）WGS-84世界大地坐標(biāo)系；4）CGCS2000國(guó)家坐標(biāo)系。當(dāng)測(cè)量范圍較小時(shí)（如半徑不大于10km的范圍），將測(cè)區(qū)球面看作平面，地面點(diǎn)沿鉛垂線方向投影到水平面上，用平面直角坐標(biāo)來(lái)表示該點(diǎn)的投影位置，這種坐標(biāo)系叫獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系。利用高斯投影法建立的平面直角坐標(biāo)系，稱為高斯平面直角坐標(biāo)系。高斯投影又稱為高斯—克呂格投影，目的是在保證精度下將地球劃分成若干帶，每帶投影到平面上。投影后中央子午線（X軸）和赤道（Y軸）成相互垂直的直線，中央子午線長(zhǎng)度不變，離中央子午線越遠(yuǎn)變形越大。OSN赤道面中央子午線M我國(guó)6度帶帶號(hào)N=13～23，3度帶帶號(hào)n=24～45地面點(diǎn)在高斯平面坐標(biāo)系的位置用X、Y來(lái)表示，我國(guó)位于北半球，X坐標(biāo)為正，Y坐標(biāo)則有正有負(fù)。為避免Y坐標(biāo)為負(fù)，規(guī)定將每帶的坐標(biāo)原點(diǎn)向西移500km，Y值前冠以投影帶帶號(hào)。以地心為坐標(biāo)原點(diǎn)，指向首子午線方向?yàn)閄軸，橢球旋轉(zhuǎn)軸的北方向?yàn)閆軸，構(gòu)成右手坐標(biāo)系，以X、Y、Z三個(gè)量來(lái)表示空間點(diǎn)的位置稱為空間直角坐標(biāo)系。我國(guó)以黃海平均海水面為高程基準(zhǔn)面建立了國(guó)家高程系統(tǒng)，水準(zhǔn)原點(diǎn)位于青島觀象山。1956黃海高程系：H。=72.289m1985國(guó)家高程基準(zhǔn)：H。=72.260m兩者相差29mm青島觀象山水準(zhǔn)原點(diǎn)二、高程系統(tǒng)地面點(diǎn)的高程分為絕對(duì)高程和相對(duì)高程。絕對(duì)高程H（海拔）是地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離，相對(duì)高程H＇是地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到任意水準(zhǔn)面的距離，地面兩點(diǎn)高程之差稱為高差h。水平面代替水準(zhǔn)面的限度：1）在半徑為10km的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不必考慮地球曲率對(duì)距離的影響。2）在面積為100km2內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不必考慮地球曲率對(duì)水平角的影響。3）在進(jìn)行高程測(cè)量時(shí)，即使很短的距離也必須考慮地球曲率對(duì)高差的影響。水平面代替水準(zhǔn)面的限度測(cè)量觀測(cè)不可避免會(huì)存在誤差，測(cè)量誤差分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和粗差三類。系統(tǒng)誤差按規(guī)律性變化，偶然誤差表面上沒有任何規(guī)律，粗差認(rèn)為是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。測(cè)量工作中，用偶然誤差來(lái)計(jì)算中誤差作為衡量觀測(cè)值精度的標(biāo)準(zhǔn)。其中：Δ為觀測(cè)誤差，n為觀測(cè)次數(shù)，m為中誤差。測(cè)量誤差根據(jù)誤差理論及實(shí)踐證明，偶然誤差出現(xiàn)在一倍、二倍、三倍中誤差區(qū)間內(nèi)的概率分別為：

P(||m)=0.683=68.3P(||2m)=0.954=95.4P(||3m)=0.997=99.7測(cè)量中一般取兩倍或三倍中誤差作為