1、工程測量的任務及作用一、工程測量的定義工程測量是研究地球的形狀、大小以及地表（包括地面、地下、海底和空間物體）的幾何形狀及其空間位置的科學。為人類了解自然、認識自然和能動地改造 自然 服務二、工程測量的內容（任務）測定（location ）:是指按照一定方法，使用測量儀器和工具，通過測量和 計算確定地面點的位置（三維坐標），或把地球表面的形狀測繪成地形圖（數字或紙質地形圖）。這些資料可供經濟建設、規劃設計、科學研究和國防建設使用，是認識自然的過程。 測設（setti ng-out）（又稱放樣）是指通過測量把圖紙上設計好的建筑物或構筑物（數據）標定于實地。作為施工的依據;地啲圖紙數撫）這是改造自

2、然的過程。測設三、工程測量分類主要分支學科大地工程測量：Geodesy （Geodetic Surveying）地形工程測量（普通工程測量）:Topographicsurveying攝影工程測量：Photogrammetry海洋工程測量：Marine Surveyi ng工程測量: EngineeringSurveying地圖制圖學:Cartography測量在工程建設中的作用工程測量是運用工程測量的基本原理和方法為各類建筑工程服務。白紙測圖數字測圖現代科技條件下的測量科學主要貢獻有激光紅外測距、衛星全天候定位（GPGlobalPositioning System）、攝影與遙感、數字化測量技術

3、及現代平差等。現代科技條件下的測繪學，是對地球整體及其表面和外層空間的物體與地理分布有關信息的采集，并賦予處理、管理、更新等過程的科學 技術。測繪學獲得的數據或圖象成為可以儲備、傳播、應用的地球空間信息地球空間信息工程學。工建扌見工1臥段圈t的任IT防員覆計刊特、見時岀_ A -j|iAit 工 it#f- 竝工列 11（tp Jk 9H詡Hq Ji J?第二節 地面點位的表示方法一、地球的形狀與大小（ 一 ） 地表狀況：（ 二 ） 測量工作的基準線和基準面二、確定地面點位的方法1、地面點的高程2、地面點的坐標 一、地球的形狀與大小（ 一 ） 地表狀況：1、地球（1）地球是南北極稍扁，赤道稍長

4、，平均半徑約為 6371km的橢球.（2）地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈現 高低起伏的形態， 珠峰8844.43m,馬里亞那海溝11022m其中海洋面積約占71%陸地面積約 占 29%. 地球自然形體：是一個不規則的幾何體， 海洋面積約占地球表面的 71%, 陸地面積約占 29%。2、地球的物理特性（1）重力與鉛垂線 重力地球上質點所受萬有引力與離心力的合力。 鉛垂線方向重力方向。（2）水準面 自由靜止的水面，稱為水準面。理想的靜止的封閉曲面 即： 受重力作用的海水分子呈靜止狀態而形成的重力等位面 , 重力等位面：物體沿該 面運動時 ,重力不做功 （如水在這個面

5、上不會流動 ） 水準面的性質： 水準面處處與其相應的垂線垂直。 潮汐影響，時刻不同水準面高度不同。水準面有無窮個。 同一水準面上各點重力位能相等。水平面 : 與水準面相切的平面 3）大地水準面： （是測量工作的基準面） 將平均靜止的海水面穿過島嶼、陸地所 形成的閉合曲面。它是特定的重力等位面，它是唯一的。由于地表起伏以及地球內部質量分布不均勻， 使鉛垂線方向產生不規則變化， 故大地水準面是一個 復雜的曲面（全球有 1 00多米的高低起伏）4）大地體： 大地水準面所包圍的地球實體。代表了地球的形狀和大小。由 于其不規則，無法用數學公式表達。提出問題：可否用一個形狀和大小非常接近于大地體，并可用數

6、學公式表示的 幾何形體來代替地球的形狀3、 參考橢球體： 非常接近于大地體，并可用數學公式表示的幾何形體（即旋轉橢球）來代替地球的形狀。旋轉橢球：它由一個橢圓 NESV繞其短軸NS旋轉而成的形體。在圖1-2中，O 是橢球中心，NS是橢球的旋轉軸，a是長半軸，b是短半軸。 橢球體的形狀和大小：橢球長半軸： a橢球短半軸： b橢球扁率：a =a-b/2參考橢球面：旋轉橢球的表面，測量的投影面之一。 旋轉橢球元素：長半徑 a （或短半徑b）和扁率 a 。我國目前采用的元素值為： 長半徑 a =6378137m ；短半徑 b =6356752m ， 扁率 a =1：298.257 。4、圓球 ：當測區

7、范圍不大時，可近似地把地球橢球作為圓球， 其半徑 R 按下式計算： R=（2a+b）/3 ，其近似值為 6 371km。（ 二 ）測量工作的基準線和基準面 測量工作的基準線鉛垂線 。 測量工作的基準面大地水準面。 測量內業計算的基準線法線。 測量內業計算的 基準面參考橢球面。二、確定地面點位的方法 測量工作的中心任務是：確定地面點的空間位置。 （測量工作的實質） 點的空間位置： 也可用地心空間三維坐標表示 （地心坐 標系 一GPS坐標系統）。三、地面點的空間位置：可以用點在水準面或水平面上的位置（X, Y）及點到大地水準面的鉛垂距離高程（H）來確定。如地面點： A （ X， Y， H） 測量工

8、作的基本任務： 確定地面點在規定坐標系 中的坐標值（ X， Y， H）。1、地面點的高程 地面點的高程：地面點沿鉛垂方向到基準面的距離。注：地面點在基準面以上，H為正；地面點在大地水準面以下，H為負。 如圖： 絕對高程（海拔） ：某點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離。如：相對高程： 某點沿鉛垂線方向到任意水準面 Ha Hc 的距離。如： （1-3 28.2） 高差： 地面上兩點高程之差。如：（1-3 28.3） （1-3 28.4）當hCA為正時，C點低于A點； 當hCA為負時，C點高于A點；兩點的絕對高程之差與相對高程之差相等。國家高程基準1. 1956年黃海高程系統（1959年全國統一采用）

9、我國以青島驗潮站 1950年至 1956年 7年間的驗潮資料推求的黃海平均海水面作為我國的高程基準面 叫“1956年黃海平均高程面”。以此建立的高程系叫“ 1956黃海高程系”。其 水準原點高程為： 72.289m；2.1985 國家高程基準： 88年開始采用 （目前我國統一采用 ） 海洋潮汐長期變化 周期為18.6年，根 據青島驗潮站19521979年中取19年的驗潮資料推求的黃 海平均海水面作為全國高程基準面稱為 1985國家高程基準。 水準原點的高程 為：72.260m。水準原點：為了維護平均海水面的高程，必須設立與驗潮站相聯 系的水準點作為高程起算點， 這個水準點叫水準原點。 水準原點

10、是全國高程的起 算點;建在青島市觀象山 . 珠穆朗瑪峰的高程測量 2005 年 5月我國再次對 珠穆朗瑪峰的高程進行了精確測定 ,算得從我國以 1985 年黃海平均海面起算的 珠峰峰頂巖石面的高程為： 8844.43 米, 誤差正負 0.21 米,雪層厚度 3.51 米。2、地面點的坐標地面點的坐標常用地理坐標、平面直角坐標或 空間直角坐標表示。1. 地理坐標 （ 球面坐標 ; 在地球橢球面上確定點位 ） 以參考橢球面 為基準面， 以橢球面法線為基準線建立的坐標系。 地球表面任意一點的經度和緯 度，稱為該點的地理坐標，可表示為 A（L,B） 。如：橢球上的基本概念 地軸：地球的自轉軸（NS），

11、N為北極，S為南極。子午面：過地球某點與地軸所組成的平面。 起始子午面：通過英國格林尼治天文臺的子午面 NGS 。 子午線：子午面與地球面的交線，又叫經線。 緯 線：垂直于地軸 的平面與地球面的交線。赤道平面：垂直于地軸并通過地球中心的平面WME赤 道：赤道平面與地球面的交線。大地經度：過P點的子午面NPS與首子午面NMS構成的二面角叫做P點的大地經度，用L表示。大地緯度：過P點的法線 Pn與赤道面的夾角叫做P點的大地緯度，用B表示。 L 取值范圍： B取值范圍：大地原點：全國統一坐標的起算點。我國大地原點 : 位于陜西省涇陽縣永樂鎮。 我國統一采用的坐標系為“ 1980 年國 家坐標系”。

12、1980 年國家大地坐標系： 選擇陜西涇陽縣永樂鎮某點為大地 原點，進行了大地定位。由此而建立起來全國統一坐標系。2、平面直角坐標由于地理坐標是球面坐標， 在工程建設規劃、 設計 、 施工中，測量和計算十分不便。 投影：將球面坐標按一定的數學法則歸算到平面 上 即 我國采用高斯平面直角坐標，小地區范圍內也可采用獨立平面 直角坐標。 高斯平面直角坐標系 適用于： 測區范圍較大， 不能將測區曲面當作 平面看待。1、高斯投影的概念高斯投影是一種等角投影。它是由德國數學家高斯（Gauss, 17771855）提出，后經德國大地工程測量家克呂格（Kruger ,18571923）加以補充完善，故又稱“高

13、 斯克呂格投影”，簡稱“高斯投影”。 測量對地圖投影的要求： 測量中 大量的角度觀測元素， 在投影前后保持不變， 這樣免除了大量投影計算工作； 保證在有限范圍內使得地圖上圖形同橢球上原形保持相似， 給識圖用圖帶來很大 方便。投影能方便的按分帶進行，并能用簡單的、統一的計算公式把各帶連成整體。2、高斯投影的原理按經差 ?L 分帶（ 、 ） 邊緣子午線（NAS NCS 中央子午線（NBS高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經差分帶，分別進行投影。3、 高斯投影的特性（1）中央子午線投影后為直線 ,且長度不變 .（2） 除中央子午線外 ,其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線 , 并以中央子午線

14、為對稱軸 , 投影后有長度變形 . （ 3）赤道線投影后為直線 , 但有長度變形（ 4）除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。（ 5）經線與緯線投影后仍然保持正交。（6） 所有長度變形的線段，其長度變形比均大于 l 。（ 7）離中央子午線愈遠，長度變形愈大。4、投影帶的劃分我國規定按經差 6度和 3度進行投影分帶。 6 度帶自首子午線開始，按 6度 的經差自西向東分成 60 個帶。 3 度帶自 1.5 度開始，按 3 度的經差自西向東 分成 120 個帶。60 帶與 30帶中央子午線之間的關系 : 330 帶的中央子午線與 60 帶中央子午線及分帶子午線重合，減少了換帶

15、計算。工程測量采用30 帶，特殊工程可采用 1.50 帶或任意帶。 2 ）已知帶號求 中央子午 線經度： 60帶： 各帶中央子午線經度 與帶號的 關系是： L0 =6o N 3 o （ N為 6o帶的帶號）例：20帶中央子午線的經度為：L°= 6oX 20- 3o= 117o3o帶：各帶中央子午線經度與帶號的關系是：L 0=3on （n為3o帶的帶號）例：120帶中央子午線的經度為：L。= 3oX 120=360o3）已知某點的經度求帶號：若已知某點的經度為L,則該點的6o帶的帶號N由下式計算：N= L/6 （取整）+1若已知某點的經度為L,則該點所在3o帶的帶號按下式計算：n= L

16、/3 （四舍五入）例：已知某點的大地經度為123o36'，則該點各在6o帶和3o帶的哪一帶？我國領地在大地坐標系中的經度位置約為： 74°135°六度帶編號 N （我國領土）:在 1323 之間0（12個帶） 三度帶編號 n （我國領土）: 在 2545 之 間0（ 21 個帶）5、高斯平面直角坐標系 坐標系的建立：x軸 一 中央子午線的投影X軸向北為正y軸 一 赤道的投影，y軸向東為正 原點o 兩軸的交點象限：按順時針順序I、 U、川、W排列。由于我國的位于北半球，東西橫跨12個60帶，各帶又獨自構成直角坐標系。故： X 值均為正，而 Y 值則有正有負。 高斯平面

17、直角坐標表示地面點位置 1） 國家統一坐標兩點規定： 為避免 Y 坐標出現負值，規定：把坐標縱軸向西平 移500km ；為區別不同投影帶的點位，規定：橫坐標值（y）前冠以帶號（兩位數）。 為了避免 Y 坐標出現負值，規定把坐標縱軸向西平移 500km ，以便 使中央子午線以西的投影帶上的 丫坐標都為正值。國家統一坐標橫坐標值前冠以帶號 高斯平面直角坐標系與數學上的笛卡爾平面直角坐標系的異同點 不同點：1 、 x， y 軸互換。2、坐標象限不同。3、3、表示直線方向的角度定義不同。 相同點：數學計算公式相同。獨立平面直角坐標 適用于：測區范圍較小， 可將測區曲面當作平面看待。投影面：用測區中心點

18、 a 的切平面作為投影平面（ 圖 1-5） 地面點的位 置可用平面直角坐標確定； 獨立平面直角坐標規定： 原點坐標值可以假定， 也可以采用高斯平面直角坐標； 規定： X 軸向北為正， 丫軸向東為正。 象 限：按順時針方向編號，x軸與y軸互換，所用數學公式與數學平面直角坐標系 相同。與高斯坐標和數學坐標的異同點相同。（一）地心空間直角坐標 如左圖所示： 原點 o 地球質心 Z 軸 指向地球北極X軸一 指向首子午面與赤道的交點丫軸 一 過O點與XOZ面垂直 女口： A（XA YA ZA ） 我國GPS定位使用 WGS-8理標系即為 空間直角坐標系 （又稱地心坐標系） 地面點在投影面上的坐標 （小結

19、） 地 面點的常用坐標（ 一） 地理坐標 A（L、 B） （ 二） 平面直角坐標 A（X、 丫）高斯平面直角坐標系 獨立平面直角坐標 （三）地心空間直角坐標 A（ X、 丫、 Z） 一講問題解答 1 、工程測量的研究對象： 研究地球的形狀、大小以及 地表的幾何形狀及其空間位置的科學。2、測定與測設的定義3、 大地水準面的定義： 將平均靜止的海水面穿過島嶼、 陸地所形成的閉合曲 面。它是特定的重力等位面，它是唯一的。 測量工作的基準線和基準面 : 測 量工作的基準線鉛垂線 。 測量工作的基準面大地水準面。 測量內業計 算的基準線法線。 測量內業計算的基準面參考橢球面。4、何謂絕對高程、 相對高程

20、兩點的絕對高程之差與相對高程之差是否相等。 絕對高程（海拔） ：某點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離。 如： HA、 HC 相 對高程： 某點沿鉛垂線方向到任意 （假定）水準面的距離。如： H'A、 H'C高差： 地面上兩點高程之差。如： hCA=HA-HC h'CA=H'A-H'C兩點的絕對高程之差與相對高程之差相等。5、 測量工作中所用的平面直角坐標與數學的異同點不同點： 1 、測量 x， y軸互換： X 軸向北為正， 丫軸向東為正。2、 坐標象限不同：測量按順時針方向編號。 3、表示直線方向的角度定義不同。 相同點：數學計算公式相同。 第三節 水平面

21、代替水準面的限度一、對距離的影響 當測區范圍較小時，可以將大地水準面近似當作水平面看 待。取前兩項，代入上式，考慮9 =D/R,則用水平面代替水準面所引起的距離差異：結論：在半徑為10k m的圓內的距離，可用切 平面代替大地水準面。二、對高程的影響 從表中可以看出，用水平面代替水準面對高 程的影響是很大的：距離為1km時，就有80mm勺高程誤差，這是不能允許的。距離為100m,有8mm勺高程誤差.普通工程水準儀DS3測量高差的誤差為 ± 3mm/km結論：對高程而言，大地水準面不能用切平面代替。 第四節 測量工作概述一、基本概念 地物：地面上的物體如河流、道路、房屋等。 地貌：地面高

22、低起伏的形態如：山嶺、山谷、陡崖等。 地形：狹義而言是地面的高低起伏，廣義來講是地物和地貌的總稱。 地物、地貌的特征點（碎部點） ： 能反映地物、地貌特征的點。 碎部測量：測量碎部點坐標的方法與過程 .（ 分為：測圖與測設 ）地形圖測量過程：先精確地測量出少數點的位置（1、26）這些點在測區中構成一個骨架，起著控 制的作用，可以將它們稱為 控制點，測量控制點的工作稱為控制測量。然后以控制點為基礎，測量 它周圍的地形，也就是測量每一控制點（如 1）周圍 各地形特征點的位置（M N、O）,這一工作稱為碎部測量。測設過程：設下圖是圖 1-14 已測繪出來的地形圖。根據需要，設計人員已經在圖紙上設計

23、出了 P、Q R三幢建筑物，可用極坐標法將它們的位置標定到實地。 測量工作的程序和原則 因為測定、測設都是在控制點上進行的測量工作程序：“從整體到局部， 先控制后碎部” （可以減少誤差積累，保證測圖精 度，還可以分幅測繪， 加快測圖進度） 測量規范規定： 測量控制網必須 “由 高級向低級” 分級布設，即：高精度控制低精度 。測量工作原則： “從整體到局部” 、“先控制后碎部” “高精度控制低精 度”前一步工作未作檢核，不進行下一步工作一一“步步有檢核”優點：減 少誤差積累； 避免錯誤發生； 提高工作效率。 三、測量的基本工作 測量工作的實質：確定地面點的位置 1、 確定地面點位的三要素 （常規測 量）： 待定點的坐標和高程一般不是直