1、建筑工程測(cè)量學(xué)課程性質(zhì)與要求 課程性質(zhì)：專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，必修課。考核方式：閉卷考試。課程成績的計(jì)算辦法：考試占60，實(shí)訓(xùn)、考勤和平時(shí)作業(yè)占40。課時(shí)安排：本課程采用課堂教學(xué)與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的方式進(jìn)行教授，共48-56課時(shí)。其中教學(xué)課時(shí)36-44個(gè)，實(shí)訓(xùn)課時(shí)12個(gè)。課程要求 本課程學(xué)習(xí)的目的和要求： 1、能熟練操作常用的測(cè)量儀器（能測(cè)）； 2、對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)能進(jìn)行精度評(píng)定和成果計(jì)算（會(huì)算）； 3、能解決土木工程設(shè)計(jì)、施工和管理過程中遇到的測(cè)量問題（應(yīng)用）。教學(xué)實(shí)訓(xùn)安排 每個(gè)行政班按教學(xué)名單分為n個(gè)實(shí)訓(xùn)小組，每個(gè)小組46人，每個(gè)組安排組長1人，負(fù)責(zé)本小組的實(shí)訓(xùn)工作。 作業(yè)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫名單序號(hào)。第一章 工程

2、測(cè)量學(xué)的基本知識(shí)1、 測(cè)量學(xué)及建筑工程測(cè)量的任務(wù)與作用2、測(cè)量學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)1.測(cè)量學(xué)及建筑工程測(cè)量的任務(wù)與作用1、測(cè)量學(xué)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(diǎn)空間位置的科學(xué)。 2、測(cè)量學(xué)的內(nèi)容： （1）測(cè)繪 使用測(cè)量儀器和工具，通過測(cè)量和計(jì)算得到地面點(diǎn)位一系列空間數(shù)據(jù)，按一定的數(shù)學(xué)方法將地表形態(tài)縮繪成地形圖，供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、國防建設(shè)及科學(xué)研究使用。地面圖紙 （2）測(cè)設(shè)（放樣）： 用一定的測(cè)量方法，按照一定的精度，把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建(構(gòu))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)。圖紙地面 測(cè)量學(xué)將地表形態(tài)（地形）分為地物和地貌。地形(land fo

3、rm)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(tài)，它包括山地、丘陵和平原等。3.測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類 按研究范圍和對(duì)象及采用技術(shù)的不同分為：大地測(cè)量學(xué)：研究地球表面廣大區(qū)域點(diǎn)位測(cè)定的理論和方法。包括地球的大小和形狀的測(cè)定、國家基本測(cè)量控制網(wǎng)和地球表面的重力分布。 地形測(cè)量學(xué)：研究將地球表面局部地區(qū)的地貌、地物測(cè)繪成地形圖和編制成地籍圖的基本理論和方法的學(xué)科。工程測(cè)量學(xué)：研究工程建設(shè)領(lǐng)域中所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的理論和方法的學(xué)科。（城市建設(shè)、大型廠礦建

4、筑、農(nóng)田水利及道路修建等在勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工放樣、竣工驗(yàn)收和工程監(jiān)測(cè)保養(yǎng)等方面的測(cè)繪工作。） 地籍測(cè)量學(xué)：調(diào)查和測(cè)定土地機(jī)器上附著物的權(quán)屬、位置、 質(zhì)量、數(shù)量和利用現(xiàn)狀等基本情況的學(xué)科。其為土地和房屋管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、稅收、土地整理等方面提供重要的基礎(chǔ)資料。 攝影測(cè)量學(xué)與遙感： 研究利用航空攝影照片或電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的幾何和物理信息， 用以測(cè)定目標(biāo)物的形狀、 大小、 空間位置， 判釋其性質(zhì)及相互關(guān)系， 并用圖形、 圖像和數(shù)字形式表達(dá)的理論和技術(shù)的學(xué)科。地圖制圖學(xué)：研究地圖的信息傳輸、 空間認(rèn)知、 投影原理、 制圖綜合和地圖的設(shè)計(jì)、 編制、 復(fù)制以及建立地圖數(shù)據(jù)庫等的理論和技術(shù)的學(xué)科。本課程主要

5、介紹普通測(cè)量學(xué)及部分工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容，以便能為土木工程、工程管理、房地產(chǎn)開發(fā)、城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)等提供測(cè)量專業(yè)服務(wù)。數(shù)字高程模型DEM數(shù)字正射影像圖DOM數(shù)字線劃地圖DLG數(shù)字柵格地圖DRG4D地圖 4. 測(cè)量學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用1) 城市規(guī)劃、給水排水、煤氣管道、工業(yè)廠房和高層建筑建設(shè)的測(cè)量工作 設(shè)計(jì)階段：測(cè)繪各種比例尺的地形圖，供建筑物的平面及豎向設(shè)計(jì)使用； 施工階段：將設(shè)計(jì)建筑物的平面位置和高程在實(shí)地標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)； 竣工階段：測(cè)繪竣工圖，供日后擴(kuò)建、改建、維修和城市管理應(yīng)用，對(duì)某些重要的建筑物或構(gòu)筑物在建設(shè)中和建成以后都需要進(jìn)行變形觀測(cè)，以保證建筑物的安全。2) 鐵路、公

6、路建設(shè)的測(cè)量工作 為了確定一條最經(jīng)濟(jì)合理的路線，需要進(jìn)行路線測(cè)量。 當(dāng)路線跨越河流時(shí)，必須建造橋梁，需要進(jìn)行橋梁測(cè)量。 當(dāng)路線穿過山地需要開挖隧道時(shí)，需要進(jìn)行隧道測(cè)量。 3）通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握下列有關(guān)測(cè)定和測(cè)設(shè)的基本內(nèi)容（重點(diǎn)）：（1）地形圖測(cè)繪 （2）地形圖應(yīng)用（3）施工放樣 （4）變形觀測(cè)（5）竣工測(cè)量2. 地球的形狀及地面點(diǎn)位置的確定（重點(diǎn)）2.1.1地球的形狀和大小地球自然形體：是一個(gè)不規(guī)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(gè)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(shè)想以一個(gè)靜止的水面向陸地延伸，形成一個(gè)閉合的曲面包圍整個(gè)

7、地球，稱這個(gè)閉合曲面為水準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)。鉛垂線與水準(zhǔn)面垂直。 由于地球內(nèi)部質(zhì)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(zhǔn)面成為一個(gè)有微小起伏的復(fù)雜曲面（不規(guī)則）。 鉛垂線水平線水準(zhǔn)面 通過平均海水面的一個(gè)水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是測(cè)量工作的基準(zhǔn)面。由大地水準(zhǔn)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(zhǔn)面是一個(gè)不規(guī)則的曲面，無法用數(shù)學(xué)方法表示。以地球自轉(zhuǎn)軸NS為旋轉(zhuǎn)軸，使橢圓NESW繞NS旋轉(zhuǎn)，得到的一個(gè)與大地水準(zhǔn)面極為接近的規(guī)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(xiàn)

8、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。 參考橢球體的定位： 我國以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點(diǎn)為大地原點(diǎn)建立了全國統(tǒng)一坐標(biāo)系，即“1980年國家大地坐標(biāo)系”。2.1.2 地面點(diǎn)位的確定 測(cè)量工作的實(shí)質(zhì)是確定地面點(diǎn)的空間位置，首先必須了解測(cè)量工作的參考基準(zhǔn)即坐標(biāo)系和高程系（2+1）。1、坐標(biāo)系統(tǒng) 確定點(diǎn)的球面位置坐標(biāo)系有地理坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系。（1）地理坐標(biāo)（球面坐標(biāo)） 天文地理坐標(biāo)：表示地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面上的位置，用天文經(jīng)度和天文緯度表示。用天文測(cè)量的方法直接測(cè)定。基準(zhǔn)是鉛垂線和大地水準(zhǔn)面。 大地地理坐標(biāo)：表示地面點(diǎn)在參考橢球面上的位置，用大地經(jīng)度L

9、和大地緯度B表示。大地經(jīng)、緯度是根據(jù)起始大地點(diǎn)的大地坐標(biāo)，按大地測(cè)量所得數(shù)據(jù)推算而得。基準(zhǔn)是參考橢球面和法線。 S緯線NO地 軸：地球的自轉(zhuǎn)軸(NS)，N為北極，S為南極。子午面：過地球某點(diǎn)與自轉(zhuǎn)軸所組成的平面。子午線：子午面與大地水準(zhǔn)面的交 線，又叫經(jīng)線。起始子午面：通過英國格林尼治天文 臺(tái)的子午面NGS 。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。WE赤道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(jīng)度：過P點(diǎn)的子午面NPS與首子午面NMS所構(gòu)成的二面角叫做P點(diǎn)的大地經(jīng)度，用L表示。大地緯度：過P點(diǎn)的

10、法線 Pn與赤道面的夾角叫做P點(diǎn)的大地緯度，用B表示。L取值范圍：東經(jīng)0180西經(jīng)0180B取值范圍：北緯090南緯090法線BL2、高斯平面直角坐標(biāo) 設(shè)想將一個(gè)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(gè)投影帶上的點(diǎn)線投影到橫圓柱面上。 再順著過南北極的母線將圓柱面剪開，并展開為平面，這個(gè)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(jīng)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(hào)，位于各投影帶中央的子午線稱中央子午線()；也可由東經(jīng)

11、130開始，自西向東每隔3劃為一帶，用n表示帶號(hào)，我國國土所屬范圍即帶號(hào)=l323（n =2446）。6帶中央子午線經(jīng)度 =6-33帶中央子午線經(jīng)度 =3n投影帶的編號(hào)為 6度帶帶號(hào)： =int(L+3)/6+0.5 3度帶帶號(hào)：n =int( L/3+0.5) 由于我國國土全部位于北半球(赤道以北)，x坐標(biāo)值均為正值，而y坐標(biāo)值則有正有負(fù)。為了避免y坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)值，我國規(guī)定將每帶的坐標(biāo)原點(diǎn)向西移500km。由于各投影帶上的坐標(biāo)系是采用相對(duì)獨(dú)立的高斯平面直角坐標(biāo)系，為了能正確區(qū)分某點(diǎn)所處投影帶的位置，規(guī)定在橫坐標(biāo)值前面冠以投影帶帶號(hào)。WENSABoybyayxWENSABoybya500kmy

12、x B點(diǎn)真正橫坐標(biāo)yb-124625.723m 按照上述規(guī)定，y值應(yīng)改寫為 yb 20(-124625.723+500000) 20375374.277mWENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx 例: B點(diǎn)位于6帶(20) 補(bǔ)充：高斯投影是正形投影，即角度保持不變的投影。其中央子午線投影后長度無變形，但離中央子午線越遠(yuǎn)長度變形越大。實(shí)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(cè)圖精度，當(dāng)進(jìn)行1：10000或更大比例尺測(cè)圖時(shí)，采用3帶投影。 3、 WGS-84坐標(biāo)系WGS意指“World Geodetic System”(世界大地坐標(biāo)系)，是美國國防局為

13、進(jìn)行GPS導(dǎo)航定位于1984年建立的地心坐標(biāo)系，1985年投入使用。屬于地心坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)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(diǎn)，y軸通過右手規(guī)則確定 4、獨(dú)立平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測(cè)量范圍較小時(shí)(如半徑不大于l0km的范圍)，可以將該測(cè)區(qū)的球面看作平面，直接將地面點(diǎn)沿鉛垂線方向投影到水平面上。在實(shí)際測(cè)量中，一般將坐標(biāo)原點(diǎn)選在測(cè)區(qū)的西南角，使測(cè)區(qū)內(nèi)的點(diǎn)位坐標(biāo)均為正值，并以該測(cè)區(qū)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(cè)區(qū)的獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系。yA西y (東)

14、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(shù)學(xué)坐標(biāo)系的區(qū)別 2.1.3高程系統(tǒng)確定該點(diǎn)沿鉛垂方向到某基準(zhǔn)面的距離。ABHAHBHAHB黃海平均海水面大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面hAB絕對(duì)高程（海拔）：指某點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離，用表示。相對(duì)高程：某點(diǎn)距假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。高差：地面上兩點(diǎn)間的高程之差。 我國高程基準(zhǔn)面如何確定，基準(zhǔn)點(diǎn)的高程為多少呢？ 以青島驗(yàn)潮站多年的觀測(cè)資料求得黃海平均海水面，作為我國的高程基準(zhǔn)面，建立了“1956年黃海高程系”，并在青島市觀象山

15、上建立了國家水準(zhǔn)基點(diǎn)（72.289m）。在1987年啟用“1985國家高程基準(zhǔn)”，此時(shí)測(cè)定的國家水準(zhǔn)基點(diǎn)高程72.260m。2.2 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度 普通地面點(diǎn)測(cè)量的投影過程：地面（不規(guī)則）-大地水準(zhǔn)面（不規(guī)則）-參考橢球面（規(guī)則）平面 就理論上而言，將極小部分的水準(zhǔn)面(曲面)當(dāng)作水平面是要產(chǎn)生變形的，必然對(duì)測(cè)量觀測(cè)值(如距離、高差等)帶來影響。 本節(jié)主要討論用水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)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(zhǔn)面的限度。設(shè)球面(水準(zhǔn)面)與水平面在點(diǎn)相切、兩點(diǎn)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(chǎn)生的誤差為，則 （tg ）取637

16、lkm，以不同的代入式中，得出距離誤差和相應(yīng)相對(duì)誤差代入上式1、對(duì)距離的影響設(shè)球面(水準(zhǔn)面)與水平面在點(diǎn)相切、兩點(diǎn)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(chǎn)生的誤差為，則 （tg ）表1水平面代替水準(zhǔn)面的距離誤差和相對(duì)誤差 距離D/km距離誤差D/mm相對(duì)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(nèi)（相當(dāng)于面積320km2），用水平面代替水準(zhǔn)面可以不考慮地球曲率對(duì)距離的影響。當(dāng)精度要求較低時(shí)，還可以將測(cè)量范圍的半徑擴(kuò)大到25km(相當(dāng)于面積2000km2)。2

17、. 對(duì)水平角產(chǎn)生的影響P球面三角形的面積；R地球半徑；=206265當(dāng)P=100KM2時(shí)，取=0.51。3、對(duì)高差的影響在圖中，、兩點(diǎn)在同一球面(水準(zhǔn)面)上，其高程應(yīng)相等(即高差為零)。點(diǎn)投影到水平面上得點(diǎn)。則即為水平面代替水準(zhǔn)面產(chǎn)生的高差誤差。設(shè) h，則 即 取R637lkm，則得相應(yīng)的高差誤差值，如表所列。 表2 水平面代替水準(zhǔn)面的高差誤差由表2可知，在進(jìn)行水準(zhǔn)(高程)測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)用水準(zhǔn)面作為測(cè)量的基準(zhǔn)面。距離D/km0.l0.20.30.40.512510h /mm 0.837132078314196278482.3測(cè)量工作概述1.測(cè)量的三項(xiàng)基本工作xyABDaAB水平角度、水平距離和高差是確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素。2.測(cè)量工作的組織原則與程序 要測(cè)繪地形圖，首先要在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻布置一些點(diǎn)，并測(cè)量計(jì)算出它們的x、y、H三維坐標(biāo)。測(cè)量上將這些點(diǎn)稱為控制點(diǎn)，測(cè)量與計(jì)算控制點(diǎn)坐標(biāo)的