工程测量学东南大学交通学院测绘工程系 翁永玲手机:13813889788邮箱:mgwylyahoo.com.cn工程测量的地位、作用本课程是一门专业基础课，与专 业课密切相关。它的任务是学习测量基 本理论和基本技能，并进行测量基本功 训练，为工程建设培养合格人才。通过本课程的学习，为今后专业学 习及工作中所需的测量知识与技术打下 牢固的基础。工程测量特点 （1）实质上就是一门几何学，是平面和高程 分开计算的几何。 （2）根据已知点的坐标（及测量的角度和距 离）计算未知点的坐标；根据已知点的高程 （及测量的高差）计算未知点的高程。 （3）不同点：起始方向不同；角度值不同； 必要的检核条件。工程测量的学习要点 1. 掌握测量学的基本理论； 2. 掌握常规和当代精密测量仪器、工具的使 用方法； 3. 能较熟练地使用各种测量仪器和工具进行 各种基本的测量工作。 4.了解路线测量的方法和技能，了解测量技术 在道路勘测、设计和施工中的应用； 关键：基本的测量原理，测量仪器原理和使 用，测量方法，测量数据处理，绘制地图 。工程测量的课程要求 （1）课堂笔记一本； （2）作业本一本； （3）计算器一个：带科学计算功能。 （4）班长分组：23人，每组4-5人，分5组 ，配备组长1名。每个人记住组号、组长。 （5）第二堂课程安排实习，每人缴纳14元 给班长购买测量实习指导书一本。 地点：土木交通实验楼测量实验室。 说明：内容多，课时少，上课进度很快。 上课注意力集中，当堂理解，课后巩固。 操作认真，学以致用。 计算认真、仔细，不得有误，而且是考试的重点。工程测量 第一章 绪论 第二章 水准测量第三章 角度测量 第四章 距离测量 第五章 测量误差基本知识 第六章 小地区控制测量 第七章 地形图的测绘 第八章 地形图的应用第九章 测设的基本工作第十章 建筑施工测量第十一章 道路桥梁和隧道施工测量第十二章 测绘新技术简介 1.1 测量学的任务及作用 1.2 地球的形状和大小 1.3 地面点位的确定 1.4 水平面代替水准面的限度 1.5 测量工作概述第一章 绪论1-1 测量学的任务与作用生产、生活的需要建筑、农田、水利建设等 交通运输的需要旅行、航海等 军事的需要 一、测量学的产生二、测量学的定义1.传统的定义： 研究地球的形状和大小以及确定 地面点位的科学。 2.现今的定义： 研究和确定三维空间中各种物体 的形 状、大小、位置、方向和其分 布等信息的科学。三、测量学的基本任务测定测设1.测定（地面 图纸） 测定的成果： (1)数据：坐标(球面坐标、平面坐标) 、高程、角度、距离、地面直线的方位角、坡度、面积等。 (2)图件：地形图、平面图、 地籍图、断面 图、沉降图，工程图等。测定地面现状的位置。将图纸上设计的建筑物、构筑物 的平面位置和高程，标定于实地，作 为施工的依据。也叫施工放样。测设的成果：体现设计的平面位置和高程的现场 标志。2.测设（图纸 地面）四、测量学科的组成1.天文测量学 研究测定恒星的坐标，以及利用恒 星确定观测点的坐标（经度、纬度等 ）的学科。 2.大地测量学 研究测定地球的形状和大小及地球 表面较大地区的点位测定与计算的有 关理论、方法的学科。3.物理大地测量学研究地球的重力场的测量方法、重 力分布情况及其应用的学科。 4.地图制图学 研究地图制图的理论和方法。6.摄影测量学与遥感 研究利用航天、航空、地面的摄影 和遥感信息，进行测量的方法和理论 的学科。5.测量仪器学 研究测量仪器的制造、改进和创新的 学科。2.5m7.工程测量学研究测量、制图的理论与技术， 在工程建设中的应用。8.地形测量学 研究将地球表面局部地区的地貌、 地物测绘成地形图和编制地形图的基 本理论和方法。五、测量学的特点和要求（1）特点实践性强，责任性要求高，必须遵照测量的规范和规则。内容多：测量学基本原理、误差理论、仪器使用、作业方法、基本计算等。学会和掌握测量的基本作业方法：角度测量、距离测量、高程测量（仪器的基本操作、作业程序、记录、成果整理）掌握测量仪器的检验和校正方法（测量仪器的轴线关系、检验和校正的作业方法）学会控制测量、地形测量、施工放样的基本作业方法（外业测量、内业计算与绘图）建立测量误差的基本概念（掌握测量误差的基本理论和测量误差的计算）（2）学习要求：野外作业：严格按照规定的作业和操作程序。记 录：字迹清晰、端正，不得任意涂改（按规定方式改数）。计 算：按平差规则、作计算检核、保证计算精度（小数取位）。正 负 号：在以下数据前，加“+、-”号：高差、竖直角、指标差、坐标增量、所有的闭合差、改正数。其它要求测量学在军事、国土管理、地籍测 量与房产测量、资源勘察与开发、 工程建设中是一项基础性、前期和 超前期的工作，直接为工程建设项 目的设计与施工服务。六、测量学的作用 测量学在工程建设中的作用1勘测设计阶段 测制地形图。 2施工阶段 把线路和各种建筑物正确 地测设到地面上。3竣工测量 对建筑物进行竣工测量。 4运营阶段 为改建、扩建而进行的各种测量。5变形观测 为安全运营，防止灾害进行变形测量。现代的测量学： 能采集和表示各种地物、地貌的形状 、大小、位置等几何信息； 能把设计的建筑物、设备等按设计的 形状、大小和位置准确地在实地标定出 来。 因此，在各种工程建设中的应用愈来 愈广泛。认识地球是人类探索的目标之一， 也是测量学 的任务之一。绝大多数测量工作是在地球上进行 ，或用地球作为参考系。1-2 地球的形状和大小一、地球的自然形体高低起伏，极其复杂 最高处：8844.43 m（喜马拉雅山脉的珠穆朗玛峰） 最低处：-11022 m（太平洋底的马里亚纳海沟） 局部特点：1、近似一个两极略扁的椭球；2、无法用数学公式描述；3、可视为水球（海71 %，陆29%）。 整体特点：静止的液体表面，称为水准面。特性q 处处与铅垂线正交二、水准面q 是不规则的表面，有无穷多q 水准面与铅垂线可作为野外测量的基准面和基准线铅垂线：离心力和地心引力的 合力称为重力，重力的 作用线即为铅垂线。三、大地水准面液体受重力而形成的静止表面称 为水准面。n同一水准面上的重力位处处相等 ；它是重力等位面。即物体沿该面 运动时，重力不做功（如水在这个 面上是不会流动的）。 n同一水准面上任一点的铅垂线都 与水准面相正交。与平静的平均海 水面相重合、并 延伸穿过陆地而 形成的封闭曲面 称为大地水准面 。大地水准面（续）由于地表起伏以及地球内质量分布 不均匀，所以大地水准面是个复杂 的曲面野外观测的基准面水准面 基准线铅垂线大地水准面（续）由于大地水准面是不规则曲面，无法 准确描述和计算。也难以在其面上处理测 量成果。四、旋转椭球体 因此，用一非常接近大地水准面的数学面旋转椭球面代替大地水准面，用旋转椭球 体描述地球。IAG-75地球椭球参数:长半径 a=6378 140m短半径 b=6356 755m扁率f=(a-b)/b=1/298.257 （1980国家大地坐标系)当范围较小时，可以把地球看成圆 球，其半径R=（2a+b）/3=6371kmPP经度与纬度子午面-地球上任一点的铅垂线与地轴所组成 的平面。经度-所在的子午面与首子午面（过英国格林 尼治天文台）的夹角L纬度-所在点的铅垂线与赤道平 面之间的夹角。1-3 地面点位的确定一、地理坐标（球面坐标）（一）天文地理坐标系（二）大地地理坐标系（一）天文地理坐标系q外业测量天文经纬 度以铅垂线为准q大地水准面和铅垂线是 天文地理坐标系的基准面 和线q地面点的坐标:是它沿铅 垂线在大地水准面上投影 点的经度和纬度（二）大地地理坐标系大地地理坐标系是建立在地球椭球面 上的坐标系地球椭球面和法线是大地地理坐标系 的主要面和线地面点的大地坐标是它沿法线在地球 椭球面上投影点的经度L、纬度B以及大 地高H。大地地理坐标系NSMP格林尼治 天 文 台n 大地经度(L) n 大地纬度(B)n 大地高(H) LBH过地面点的子午面与起 始子午面之间的夹角过地面点的法线与赤道 面之间的夹角地面点沿法线至参考椭 球面的距离G二、地图投影 平面坐标系 为了简化计算，要将（椭）球面上的元素归算（投影）到平面上。所谓投影就是建立起（椭）球面上的点与平面上的点一一对应的数学关系。地图投影学就是研究这个问题的学科，是数学、也是地理学的一个分支学科。测量平面直角坐标系OYX象限 象限象限 象限(1) 测量平面直角坐标系及点的坐标：测量平面直角坐标系如右图，所有平面三角学公式都同样能在测量坐标系计算中应用。注意：左手系，象限的排列PXpYp采用高斯投影的方法，将旋转椭球体面投影到平面上表示。（一）高斯平面直角坐标系（一）高斯平面直角坐标系高斯投影方法：将椭球面投影到平面上。在椭球面上划分投影带逐带投影到圆柱面上展开圆柱面成平面直角坐标系；（2）高斯平面直角坐标系的建立 使投影带的中央子午线与圆柱体相切，投影时其长度不变，展开后为X轴，向北为正； 赤道与中央子午线正 交，展开后为Y轴向东为正。 特点：采用正形投影（即保角变换、保角影射）高斯投影示意图(3) 高斯平面直角坐标的表示a）将以中央子午线为X轴的横坐标加上500000米；（纵坐标不变）b）为区分各坐标带，再在各点横坐标之前加上坐标带的带号。 例：设第21投影带内A、B投影的横坐标分别为： ya=+ 224567m Yb=-245678m 则：ya =500000+224567=724567myb =500000-245678=254322m即： ya=21724567myb=21254322m为使用方便，X值不出现负值，将X轴向西移500km(3) 高斯平面直角坐标的表示（二）独立平面直角坐标系（二）独立平面直角坐标系独立独立平面直角坐标系（地平坐标系） 以当地的水平面为主要面(不需要 投影)通常以当地的北方向为坐标轴的正方 向，通常原点选在测区的西南角。平面直角坐标系只用于小的局部地区子午线三、空间三维坐标系地心坐标系是以地球 质心为坐标原点，以 地轴为Z轴，正向指 向北极；XY平面与赤 道面重合，X轴指向起始子午面 。（一）地心坐标系（二）参心坐标系参心坐标系是以参考 椭球体的中心为坐标 原点，以椭球短轴为Z轴，正向指向北极； XY平面与赤道面重合 ，X轴指向起始子午面 。四、地面点的高程高程（绝对高程、海拔） ： 地面点到大地水准面的铅 垂距离。一般用 H 表示。 假定（相对）高程： 地面点到假定水准面的铅 垂距离。 高差： 两点间的高程之差。一般 用 h 表示。我国国家高程系统：黄海高程系 我国国家高程基准： 1985年国家高程基准我国取青岛附近黄海平均海水面为大地水准面；人为而定，相对稳定(我国1956年取前6年的平均潮位作为大地水准面；1985年取1953年1979年共26年观测的平均潮位作为大地水准面)； 水准原点建在青岛市内，作为我国的国家高程基准。1956年高程基准的高程为72.289米， 1985年高程基准的高程为72.260米。u上海地区高程系统：吴淞高程系高程系统与高程基准高程基准：是推算国家统一高程控制网中所有水准高程 的起算依据；它包括一个水准基面和一个永久性 水准原点。水准基面：黄海平均海平面，即零高程面。 水准原点的高程：用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平 均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高 程控制网的起算高程。 1-4 水平面代替水准面的限度D=R，=D/RD=R tanD=D-D=R(tan-)=D3/3R