1、建筑工程測量學課程性質與要求課程性質與要求 課程性質：專業技術基礎，必修課。 考核方式：閉卷考試。 課程成績的計算辦法：考試占60，實訓、考勤和平時作業占40。 課時安排：本課程采用課堂教學與實訓相結合的方式進行教授，共48-56課時。其中教學課時36-44個，實訓課時12個。課程要求課程要求 本課程學習的目的和要求： 1、能熟練操作常用的測量儀器（能測）； 2、對觀測數據能進行精度評定和成果計算（會算）； 3、能解決土木工程設計、施工和管理過程中遇到的測量問題（應用）。教學實訓安排 每個行政班按教學名單分為n個實訓小組，每個小組46人，每個組安排組長1人，負責本小組的實訓工作。 作業與實驗報

2、告填寫名單序號。第一章 工程測量學的基本知識1、 測量學及建筑工程測量的任務與作用2、測量學的基礎知識1.測量學及建筑工程測量的任務與作用1、測量學的定義測量學的定義： 研究地球的形狀、大小以及確定地面（包含空中、地下和水下）點空間位置的科學。 2、測量學的內容測量學的內容： （1）測繪）測繪 使用測量儀器和工具，通過測量和計算得到地面點位一系列空間數據，按一定的數學方法將地表形態縮繪成地形圖，供經濟建設、規劃設計、國防建設及科學研究使用。地面地面圖紙圖紙 （2）測設（放樣）：）測設（放樣）： 用一定的測量方法方法，按照一定的精度精度，把圖紙上規劃設計好的建(構)筑物的平面位置平面位置和高程高

3、程標定在實地上，作為施工的依據。圖紙圖紙地面地面 測量學將地表形態（地形）分為地物和地貌。地形(land form)是地物和地貌總稱。 1) 地物(ground feature) ：地面上天然或人工形成的物體，它包括平原、湖泊、河流、海洋、房屋、道路、橋梁等； 2) 地貌(relief) ：地表高低起伏的形態，它包括山地、丘陵和平原等。3.測量學的學科分類 按研究范圍和對象及采用技術的不同分為： 大地測量學大地測量學：研究地球表面廣大區域點位測定的理論和方法。包括地球的大小和形狀的測定、國家基本測量控制網和地球表面的重力分布。 地形測量學：地形測量學：研究將地球表面局部地區的地貌、地物測繪成地

4、形圖和編制成地籍圖的基本理論和方法的學科。 工程測量學：工程測量學：研究工程建設領域中所進行的各種測量工作的理論和方法的學科。（城市建設、大型廠礦建筑、農田水利及道路修建等在勘測設計、施工放樣、竣工驗收和工程監測保養等方面的測繪工作。） 地籍測量學：地籍測量學：調查和測定土地機器上附著物的權屬、位置、 質量、數量和利用現狀等基本情況的學科。其為土地和房屋管理、城鄉規劃、稅收、土地整理等方面提供重要的基礎資料。 攝影測量學與遙感：攝影測量學與遙感： 研究利用航空攝影照片或電磁波傳感器獲取目標物的幾何和物理信息， 用以測定目標物的形狀、 大小、 空間位置， 判釋其性質及相互關系， 并用圖形、 圖像

5、和數字形式表達的理論和技術的學科。 地圖制圖學：地圖制圖學：研究地圖的信息傳輸、 空間認知、 投影原理、 制圖綜合和地圖的設計、 編制、 復制以及建立地圖數據庫等的理論和技術的學科。 本課程主要介紹普通測量學普通測量學及部分工程測量學部分工程測量學的內容，以便能為土木工程、工程管理、房地產開發、城鎮規劃與建筑設計等提供測量專業服務。數字高程模型數字高程模型DEM數字正射影像圖數字正射影像圖DOM數字線劃地圖數字線劃地圖DLG數字柵格地圖數字柵格地圖DRG4D地圖地圖 4. 測量學在國民經濟建設中的應用1) 城市規劃、給水排水、煤氣管道、工業廠房和高層建筑建設的測量工作 設計階段：測繪各種比例尺

6、的地形圖，供建筑物的平面及豎向設計使用； 施工階段：將設計建筑物的平面位置和高程在實地標定出來，作為施工的依據； 竣工階段：測繪竣工圖，供日后擴建、改建、維修和城市管理應用，對某些重要的建筑物或構筑物在建設中和建成以后都需要進行變形觀測，以保證建筑物的安全。2) 鐵路、公路建設的測量工作鐵路、公路建設的測量工作 為了確定一條最經濟合理的路線，需要進行路線測量。 當路線跨越河流時，必須建造橋梁，需要進行橋梁測量。 當路線穿過山地需要開挖隧道時，需要進行隧道測量。 3）通過對本課程的學習，應掌握下列有關測定和測設的基本內容（重點）：（1）地形圖測繪）地形圖測繪 （2）地形圖應用）地形圖應用（3）施

7、工放樣）施工放樣 （4）變形觀測）變形觀測（5）竣工測量）竣工測量2. 地球的形狀及地面點位置的確定（重點）2.1.1地球的形狀和大小 地球自然形體地球自然形體：是一個不規則的幾何體，海洋面積約占地球表面的71%。高山陸地 丘陵 海洋 1、幾個基本概念 鉛垂線是重力方向線，重力是萬有引力和離心力的合力。 設想以一個靜止的水面向陸地延伸，形成一個閉合的曲面包圍整個地球，稱這個閉合曲面為水準面。水準面有無數個。鉛垂線與水準面垂直水準面有無數個。鉛垂線與水準面垂直。 由于地球內部質量分布不均勻，重力的大小與方向也受其影響，故引起了鉛垂線方向的改變，致使大地水準面成為一個有微小起伏的復雜曲面（不規則）

8、。 鉛垂線水平線水準面 通過平均海水面的一個水準面稱為大地水準面。大地水準面是測量工作的基準面。由大地水準面所包圍的地球形體稱為大地體。 與參考橢球面相垂直的方向線為法線。 由于大地水準面是一個不規則的曲面，無法用數學方法表示。以地球自轉軸NS為旋轉軸，使橢圓NESW繞NS旋轉，得到的一個與大地水準面極為接近的規則曲面，稱為參考橢球面。 與參考橢球面相垂直的方向線為法線。WENSabo2、我國現用的參考橢球元素 決定參考橢球大小的元素為橢圓的長半軸a和扁率f，簡稱參考橢球元素。abaf 參考橢球體的定位： 我國以陜西省涇陽縣永樂鎮某點為大地原點建立了全國統一坐標系，即“1980年國家大地坐標系

9、”。2.1.2 地面點位的確定 測量工作的實質是確定地面點的空間位置確定地面點的空間位置，首先必須了解測量工作的參考基準即坐標系和高程系坐標系和高程系（2+1）。1、坐標系統 確定點的球面位置坐標系有地理坐標系地理坐標系和平面直角坐標系平面直角坐標系。（1 1）地理坐標（球面坐標）地理坐標（球面坐標） 天文地理坐標：表示地面點在大地水準面上的位置，用天文經度和天文緯度表示。用天文測量的方法直接測定?；鶞驶鶞适倾U垂線和大地水準面。是鉛垂線和大地水準面。 大地地理坐標：表示地面點在參考橢球面上的位置，用大地經度L和大地緯度B表示。大地經、緯度是根據起始大地點的大地坐標，按大地測量所得數據推算而得。

10、基準是參考橢球面和基準是參考橢球面和法線。法線。 S緯線NO地地 軸：軸：地球的自轉軸地球的自轉軸(NS)(NS)，NN為北極，為北極，S S為南極。為南極。子午面：子午面：過地球某點與自轉軸所組成的平面。過地球某點與自轉軸所組成的平面。子午線：子午線：子午面與大地水準面子午面與大地水準面的交的交 線，又叫經線。線，又叫經線。起始子午面：起始子午面：通過英國格林尼治通過英國格林尼治天文天文 臺的子午面臺的子午面NGSNGS 。緯緯 線：垂直于地軸的平面與地線：垂直于地軸的平面與地 球球面的交線。面的交線。赤道平面：赤道平面：垂直于地軸并通過垂直于地軸并通過 地球中心的平面地球中心的平面WMEW

11、ME。赤赤 道：道：赤道平面與地球面的交線。赤道平面與地球面的交線。WE赤道赤道赤道平面赤道平面起始子午面起始子午線G 橢球上的基本概念大地經度：大地經度：過P點的子午面NPS與首子午面NMS所構成的二面角叫做P點的大地經度，用L表示。大地緯度：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：東經0180西經0180B取值范圍：北緯090南緯090法線法線BL2 2、高斯平面直角坐標、高斯平面直角坐標 設想將一個橫圓柱體套在橢球外面，使橫圓柱的軸心通過橢球的中心，并與橢球面上某投影帶的中央子午線相切，然后將這個投影帶上的點線投影到橫圓柱面上。 再順著過南北極

12、的母線將圓柱面剪開，并展開為平面，這個平面稱為高斯投影平面。在高斯投影平面上，中央子午線和赤道的投影是兩條相互垂直的直線。高斯投影首先是將地球按經線分為若干帶，稱為投影帶。它從首子午線(零子午線)開始，自西向東每隔6劃為一帶，用表示帶號，位于各投影帶中央的子午線稱中央子午線()；也可由東經130開始，自西向東每隔3劃為一帶，用n n表示帶號，我國國土所屬范圍即帶號=l323（n =2446）。6帶中央子午線經度 =6-33帶中央子午線經度 =3n投影帶的編號為 6度帶帶號： =int(L+3)/6+0.5 3度帶帶號：n =int( L/3+0.5) 由于我國國土全部位于北半球(赤道以北)，x

13、坐標值均為正值，而y坐標值則有正有負。為了避免y坐標值出現負值，我國規定將每帶的坐標原點向西移500km。由于各投影帶上的坐標系是采用相對獨立的高斯平面直角坐標系，為了能正確區分某點所處投影帶的位置，規定在橫坐標值前面冠以投影帶帶號。WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx B點真正橫坐標yb-124625.723m 按照上述規定，y值應改寫為 yb 20(-124625.723+500000) 20375374.277mWENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx 例: B點位于6帶(20) 補充：高斯投影是正形投影，即角度保持不變的投影。其中央子午線

14、投影后長度無變形，但離中央子午線越遠長度變形越大。實踐證明，6投影帶邊緣部分的變形能滿足1：25000或更小比例尺測圖精度，當進行1：10000或更大比例尺測圖時，采用3帶投影。 3、 WGS-84坐標系WGS意指“World Geodetic System”(世界大地坐標系)，是美國國防局為進行GPS導航定位于1984年建立的地心坐標系，1985年投入使用。屬于地心坐標系。坐標系的原點位于地球質心，z軸指向BIH1984.0定義的協議地球極(CTP)方向，x軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點，y軸通過右手規則確定 4 4、獨立平面直角坐標、獨立平面直角坐標 當測量范圍較小

15、時(如半徑不大于l0km的范圍)，可以將該測區的球面看作平面，直接將地面點沿鉛垂線方向投影到水平面上。在實際測量中，一般將坐標原點選在測區的西南角，使測區內的點位坐標均為正值，并以該測區的子午線(或磁子午線)的投影為X軸，向北為正，與之相垂直的為Y軸，向東為正，由此建立了該測區的獨立平面直角坐標系。yA西y (東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AxAo(西南角)x(北) 西y (東)x (北)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAo 注意與數學坐標系的區別注意與數學坐標系的區別 2.1.3 2.1.3高程系統高程系統確定該點沿鉛垂方向到某基準面的距離。

16、ABHAHBHAHB黃海平均海水面大地水準面假定水準面hAB絕對高程（海拔）絕對高程（海拔）：指某點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離，用表示。相對高程：相對高程：某點距假定水準面的鉛垂距離。高差：高差：地面上兩點間的高程之差。 我國高程基準面如何確定，基準點的高程為多少呢？ 以青島驗潮站多年的觀測資料求得黃海平均海水黃海平均海水面面，作為我國的高程基準面，建立了“1956年黃海高程系”，并在青島市觀象山上建立了國家水準基點（72.289m）。在1987年啟用“19851985國家高程基國家高程基準準”，此時測定的國家水準基點高程72.260m72.260m。2.2 用水平面代替水準面的限度 普通

17、地面點測量的投影過程：地面（不規則）-大地水準面（不規則）-參考橢球面（規則）平面 就理論上而言，將極小部分的水準面(曲面)當作水平面是要產生變形的，必然對測量觀測值(如距離、高差等)帶來影響。 本節主要討論用水平面代替水準面對距離和高差的影響(或稱地球曲率的影響)，以便給出限制水平面代替水準面的限度。設球面(水準面)與水平面在點相切、兩點在球面上弧長為，水平距離為 ，即,tg,以水平距離代替弧長所產生的誤差為，則 （tg ）取637lkm，以不同的代入式中，得出距離誤差和相應相對誤差代入上式1、對距離的影響設球面(水準面)與水平面在點相切、兩點在球面上弧長為，水平距離為 ，即,tg,以水平距

18、離代替弧長所產生的誤差為，則 （tg ）表表1 1水平面代替水準面的距離誤差和相對誤差水平面代替水準面的距離誤差和相對誤差 距離D/km距離誤差D/mm相對誤差D/D1081/1 220 000251281/200 0005010261/49 00010082121/12 000由表1可知，在半徑為10km的范圍內（相當于面積320km2），用水平面代替水準面可以不考慮地球曲率對距離的影響。當精度要求較低時，還可以將測量范圍的半徑擴大到25km(相當于面積2000km2)。2. 對水平角產生的影響2RPP球面三角形的面積；R地球半徑；=206265當P=100KM2時，取=0.51。3、對高差的影響在圖中，、兩點在同一球面(水準面)上，其高程應相等(即高差為零)。點投影到水平面上得點。則即為水平面代替水準面產生的高差誤差。設 h，則 即 取R637lkm，則得相應的高差誤差值，如表所列。 表表2 2 水平面代替水準面的高差誤差水平面代替水準面的高