工程测量基础知识课件.pptx
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- 工程 测量 基础知识 课件
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1、工程测量基础知识工程测量绪论工程测量绪论水准、角度、距离测量水准、角度、距离测量工程控制测量工程控制测量测量误差测量误差地形图测量及应用地形图测量及应用市政工程测量基础市政工程测量基础测绘新技术(测绘新技术(GPS,GIS,RS)测绘工程收费简介测绘工程收费简介内容工程测量绪论工程测量绪论测量学定义发展简史地球的形状与地球椭球体测量坐标系与地面点位的确定 测量工作体系分类工程测量绪论 测绘是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础,以全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)为技术核心,将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息
2、,供工程建设的规划设计和行政管理之用。工程测量绪论 本法所称测绘,是指对自然地理要素或者地表人工设本法所称测绘,是指对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及对获取的数据、信息、成果进行处理和提供的表述以及对获取的数据、信息、成果进行处理和提供的活动。活动。 测绘法测绘法工程测量绪论 测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学。把地上地下有的东西准确反映到图纸上把地上地下有的东西准确反映到图纸上把图纸上有的内容准确反映到地上地下把图纸上有的内容准确反映到地上地下通俗理解通俗理解工程测量绪论测量
3、学的发展测量学的发展: (实质就是测量仪器与技术发展的过程 ) (1)古代古代 指南针、浑天仪、测绳、记里鼓车等机械工具(2)近代近代 17世纪,伽利略发明了望远镜光学仪器 19世纪末,照相技术摄影测量(3)现代现代 光电测距全站仪 飞机的发明航空摄影测量卫星GPS测量技术及遥感(RS)计算机技术GIS工程测量绪论工程测量绪论发展阶段测量仪器测量理论测量产品古代17世纪前 绳尺、步弓、矩尺、 简单机械式弧度测量、面积计算理论原始简单粗糙的地图近代17-20世纪中后期望远镜、经纬仪、水准仪、平板仪光学机械式三角测量、最小二乘法、地图投影测量走向精确实测的地图现代20世纪末至今电子仪器、航空摄影、
4、GPS电子智能仪器GIS、RS、GPS数字测图测量走向自动化数字地图将来数字化、自动化、小型化、智能化数字地球 大众化的数字地图工程测量绪论 认识地球 平均半径约为6371 km的不规则球体,其中29%是陆地,71%是海洋。 我们常把海水面所包围的体形看作地球的形状(最高处:8848.13 m; 最低处:-11022 m)10工程测量绪论11地球表面海洋铅垂线高密度物质大地水准面原因:地球形状不规则、密度不均匀大地水准面略有起伏不适于计算12工程测量绪论大地水准面大地水准面铅垂线: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。(它是测量工作的基准线。) 水准面:水准面:假想静
5、止不动的水面延伸穿过陆地,包围了整个地球,形成一个闭合的曲面,这个曲面称为水准面。(无数个) 大地水准面:大地水准面:在无数个水准面中,其中与平均海水面相吻合的称为大地水准面。(它是测量工作的基准面。)工程测量绪论 总椭球体总椭球体选用一个非常接近大地水准面,并可用数学表达式表示的规则几何形体来表示地球总的形状。这个数学形体就是由一个椭圆绕其短轴旋转所形成的椭球体。 长半轴 a 6378140 m 短半轴 b 6356755 m 扁 率 f = ( a - b ) / a 1 / 298.257工程测量绪论 地心坐标系:地心坐标系:A ( X,Y,Z )工程测量绪论 地理坐标系:地理坐标系:
6、A ( B,L,H )工程测量绪论平面直角坐标系平面直角坐标系: A ( X,Y )从首子午线开始,自西向东每 6 划分一带,将该带展开,近似看成平面。或是从东经 1 30 子午线开始,自西向东每3划分一带,将该带展开,近似看成平面。工程测量绪论平面直角坐标系平面直角坐标系: 我们国家的大地坐标我们国家的大地坐标系系 2000国家大地坐标系 (地心坐标系) 1980西安坐标系(参心坐标系) 1954年北京坐标系(参心坐标系)工程测量绪论工程测量绪论 Wgs-84坐标系坐标系:是美国国防部1984年研制确定的大地坐标系 长半轴:6378137 2(m) 扁 率:1:298.257223563美国
7、佬厉害工程测量绪论 独立平面直角坐标系 以某一点位置为坐标原点(一般选在测区的西南角),多以北方向为X方向。 X Y 轴方向(横轴为 Y ;纵轴为 X ) 第 I 、 II 、 III 、 IV 象限工程测量绪论 高程坐标系:高程坐标系: “ 1985 国家高程基准”的青岛国家水准基点高程 H = 72.260 m 高程:地面点到大地水准面的铅垂距离,一般用 H 表示。又称绝对高程或海拔。 高差:地面上两点高程之差,一般用 h 表示。( hAB = HB - HA ) 相对高程:地面点到假定水准面的铅垂距离。又称假定高程。 高程基准高程基准 1956年黄海高程系 水准原点设在观象山,采用195
8、01956年7年的验潮结果计算的黄海平均海水面,推得水准原点高程为72.289m。 1985国家高程基准国家高程基准 水准原点同 1956年黄海高程系,采用19521979年共28年的验潮结果,并顾及了海平面18.6年的周期变化及重力异常改正,计算的黄海平均海水面,推得水准原点高程为72.260m。工程测量绪论 吴淞高程系吴淞高程系 清咸丰十年(1860年),海关巡工司在黄浦江西岸张华浜建立信号站,设置水尺,观测水位。1951年,华东水利部规定,华东区水准测量暂时以吴淞零点为高程起算基准。上海地区吴淞高程系基面比1956年黄海高程系基面低1.6297米,远离上海的地区,同一点的两个高程值之差会
9、略有不同。 从近几十年来(1951年-2012年)无锡站水位资料(江苏省水文水资源勘测局无锡分局提供)反映,市区多年平均水位为3.14米,历史最高水位为4.88米(1991年7月2日),最低水位为2.24米(1956年2月28日)。(注:以上水位均采用吴淞高程,吴淞高程=黄海高程+1.890米) (苏南地区地区一般采用1.827,上海采用1.715)工程测量绪论工程测量绪论工程测量绪论测量工作的基本原则:测量工作的基本原则: (1)在测量布局上,“由整体到局部”; 在测量精度上,“由高级到低级”; 在测量程序上,“先控制后碎部”; 作用:a.保证精度,减少误差积累;b.加快进度。(2)在测量过
10、程中,“随时检查,杜绝错误”。 作用:防止错、漏的发生,以免影响后续工作。 先整体先整体后局部后局部随时检查随时检查杜绝错误杜绝错误工程测量绪论 工程控制测量工程控制测量 遵循“先控制后碎部先控制后碎部”的测量原则,就是先进行控制测量,测定测区内若干具有控制意义的控制点的平面位置(坐标)和高程,作为测绘地形图或施工放样的依据。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。 工程测量绪论碎部测量碎部测量 在控制测量的基础上就可以进行碎部测量。碎部测量就是以控制点为依据,测定控制点至碎部点(地形的特征点)之间的水平距离 、高差及其相对于某一已知方向的角度来确定碎部点的位置,应用碎部测量的方法,在测区内测
11、定一定数量的碎部点位置后,按一定的比例尺将这些碎部点标绘在图纸上,绘制成图。 工程测量绪论地形及地形图示意图地形及地形图示意图工程测量绪论施工放样施工放样 施工放样 (测设)是把设计图上建(构)筑物位置在实地上标定出来,作为施工的依据。施工放样同样需要遵循“先控制后碎部”的基本原则。工程控制测量、碎部测量以及施工放样的实质都是为了确定点的位置,而点位的确定都离不开距离、角度和高差这三个基本观测量。因此,测量的三项基本工作是:(1)测高;测高;(2)测角;测角;(3)测距测距 。(在后面详细介绍)工程测量绪论测量的度量单位测量的度量单位 (1)度分秒制 1圆周 = 360 ;1 = 60 ;1
12、= 60 。 (2)弧度制 = 180 / = 180 / = 57 .295 779 5 = 180 *60 / = 3 437 .746 77 3 438 = 180 *60*60 / = 206 264.806 206 265 工程测量绪论大地测量工程测量权属测绘摄影测量与遥感测绘工程体系分类测绘工程体系分类工程测量绪论海洋测量地理信息系统(GIS)地图制图测绘法律法规水准测量 原理 仪器 水准点 测量方式角度测量 原理 仪器 水平角及竖直角观测测距 知识点 钢尺量距,视距 测距仪测距水准、角度、测距水准测量的原理:水准测量的原理: 利用水准仪提供的一条水平视线,借助水准尺进行读数,测定
13、地面上两点的高差,从而由已知高程推求未知高程。 如图 2- 1。 高差法: HB = HA + hAB = HA + ( a - b ) 仪高法: Hi = HA + a HB = Hi - b 水准、角度、测距 DS3水准仪及水准点水准、角度、测距水平角测量原理水平角测量原理(一)定义: 水平角就是地面上某点到两目标的方向线铅垂投影到水平面上所成的角度,其取值范围为0 360。 (二)测角原理: 如右侧图水准、角度、测距测回法测回法 是测水平角的基本方法,用于两个目标方向之间的水平角的观测。如图,设O为测站点,A、B为观测目标,用测回法观测OA与OB两方向之间的水平角。水准、角度、测距 竖直
14、角测量原理竖直角测量原理: (一)定义 地面某点至目标的方向线与水平面之间的夹角,取值范围为 9090。 仰角为正,俯角为负。 (二)测角原理: 如图水准、角度、测距 距离距离:两标志点之间的水平直线长度。直线定线:直线定线:把多根标杆标定在已知直线的工作。方法有目估定线和经纬仪定线。钢尺量距钢尺量距 精密钢尺量距时必须对所量距离施加尺长改正、温度改正,倾斜,即用钢尺的实际长度。其实际长度用尺长方程式表示,它的一般形式为: l t = l + l + a l( t - t0 )水准、角度、测距 视距测量视距测量 利用望远镜的视距丝装置,根据几何光学原理同时测定距离和高差的方法。 视线水平时 距
15、离 D = kl 高差 h = i v斜距情况下: 距离 D = kl cos2 高差 h = ( 1 / 2 ) kl sin2+ i v 式中:l为上下丝读数之差;为竖直角;i为仪器高;v为目标高(中丝读数);k = 100 水准、角度、测距 光电测距光电测距原理: 通过测定光波在两点间传播的时间计算距离的方法。 公式:D= ( 1 / 2 )* c* t 式中:c为空气中的光速;t为光波在两点间往返的时间。 水准、角度、测距工程控制测量工程控制测量 工程控制测量概述 方向的确定 坐标正反算 导线测量 坐标计算 坐标换算换算 三四等水准测量 三角高程测量工程控制测量 工程控制测量概述工程控
16、制测量概述控制网分为平面控制网和高程控制网两种: 测定控制点平面位置(x,y)的工作,称为平面控制测量。 测定控制点高程(H)的工作,称为高程控制测量。 在全国范围内建立的控制网,称为国家控制网。是用精密测量仪器和方法依照施测精度按一、二、三、四等四个等级逐级控制建立的。 工程控制测量直接供地形测图使用的控制点,称为图根控制点,简称图根点。测定图根点位置的工作,称为图根控制测量。中小城市一般以四等网作为首级控制网。面积在5km2以下的小城镇,可用一级导线网作为首级控制。面积在0.5km2以下的测区,图根控制网可作为首级控制。厂区可布设建筑方格网。 工程控制测量 城市或厂矿地区的高程控制分为二、
17、三、四等水准测量和图根水准测量等几个等级,它是城市大比例尺测图及工程测量的高程控制。同样,应根据城市或厂矿的规模确定城市首级水准网的等级,然后再根据等级水准点测定图根点的高程。工程控制测量 标准方向的种类:标准方向的种类:(一)(一) 真子午线方向真子午线方向 通过地球表面某点的真子午线的切线方向,称为该点真子午线方向。真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。(二)磁子午线方向(二)磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下,磁针自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。(三)坐标纵轴方向(三)坐标纵轴方向(X轴)轴)我国采用高斯平面直角坐标系,每一6带或3带内
18、都以该带的中央子午线作为坐标纵轴,因此,该带内直线定向,就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。如采用假定坐标系,则用假定的坐标纵轴(X轴)作为标准方向。工程控制测量 表示方位角的几种方法:表示方位角的几种方法:(一)(一) 方位角方位角 测量工作中,常采用方位角来表示直线的方向。由标准方向的北端起,顺时针方向量到某直线的角度,称为该直线的方位角。角值由0360。(二)真方位角(二)真方位角若标准方向PN为真子午线方向,并用A表示真方位角,则A1、A2、A3、A4分别为直线P1、P2、P3、P4的真方位角。(三)磁方位角(三)磁方位角Am : 若PN为磁子午线方向,则各角分别为相应直线的磁方位角。
19、磁方位角用Am表示。(四)坐标方位角(四)坐标方位角: 若PN为坐标纵轴方向,则各角分别为相应直线的坐标方位角,用表示之。工程控制测量坐标正算(极坐标化为直角坐标)坐标正算(极坐标化为直角坐标)极坐标化为直角坐标又称坐标正算,即已知两点间的水平距离D和坐标方位角,计算两点间的坐标增量x,y: x12 = x2 - x1 = D12 cos12 y12 = y2 - y1 = D12 sin12 根据上式计算时,sin 和 cos 函数值有正、有负,因此算得的增量同样是有正、负号。坐标反算(直角坐标化为极坐标)坐标反算(直角坐标化为极坐标) 直角坐标化为极坐标又称坐标反算,即已知两点的直角坐标(
20、或坐标增量x,y),计算两点间的水平距离D和坐标方位角。D12 = ( x122 + y122 )1/212 = arc tan ( y12 / x12 )工程控制测量坐标换算坐标换算 坐标转换是空间实体的位置描述,是从一种坐标系统变换到另一种坐标系统的过程。通过建立两个坐标系统之间一一对应关系来实现。是各种比例尺地图测量和编绘中建立地图数学基础必不可少的步骤。 平面直角坐标转换:要求至少有两个共同点(求出坐标的移动距离、移动方向、转过的角度,比例因子)工程控制测量二个平移一个旋转一个比例因子坐标换算坐标换算 任意两空间坐标系的转换:由于测量坐标系和施工坐标系采用不同的标准,要进行精确转换,必
21、须知道至少3个重合点(即为在两坐标系中坐标均为已知的点,采用布尔莎模型或者其他数学模型进行求解),在GPS控制测量中会大量使用,由计算机或测量仪器直接完成。小范围内可以在小范围内可以在CAD中用中用al命令完成命令完成(包含了平移、旋转及比例因子)工程控制测量三个平移三个旋转一个比例因子 导线导线 将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线,称为导线。这些控制点称为导线点。导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角值;根据起算数据,推算各边的坐标方位角,从而求出各导线点的坐标 。工程控制测量 三、四等水准测量的主要技术三、四等水准测量的主要技术要求要求 等级水准路线一般沿道路布设,尽量避开土质松
22、软地段,水准点间的距离一般为24Km,在城市建筑区为12km。水准点应选在地基稳固,能长久保存和便于观测的地方。工程控制测量 三角高程测量三角高程测量当地形高低起伏、高差较大不便于水准测量时,可以用三角高程测量的方法测定两点间的高差,从而推算各点的高程。进行三角高程测量的先决条件为两点水平距离已知,或用电磁波测距仪测定斜距。大距离要增加地球曲率影响的改正。工程控制测量 测量中总会存在误差。产生测量误差的原因很多,概括起来有下列三个方面:(一)仪器的原因(一)仪器的原因 测量仪器的构造误差以及仪器校正不完善都会对测量结果产生影响。(二)人的原因(二)人的原因 由于观测者的感觉器官的鉴别能力存在局
23、限性,所以对仪器的各项操作,如经纬仪对中、整平、瞄准、读数等方面都会产生误差。此外,观测者的技术熟练程度也会对观测成果带来不同程度的影响。测量误差误差产生的原因 仪器 人员 环境中误差 中误差的基本概念 测距常用限差 高程 平面 管线(三)外界环境的影响三)外界环境的影响 测量时所处的外界环境的温度、风力、日光、大气折光、烟雾等客观情况时刻在变化,使测量结果产生误差。 观测条件相同的各次观测称为等精度观测。 观测条件不相同的各次观测称为不等精度观测。测量误差误差误差 中误差中误差 中误差m是按有限次观测的偶然误差(真误差)求得的标准差,即: 一般以2倍中误差作为限差。测量误差 测量误差常用精度
24、技术要求常用精度技术要求测量误差常用精度技术要求常用精度技术要求测量误差常用精度技术要求常用精度技术要求测量误差常用精度技术要求常用精度技术要求测量误差常用精度技术要求常用精度技术要求地形图测量及应用地物符号(举例)地物符号(举例)地形图符号 地物符号举例 地物地貌符号 等高线概念 比例尺地物点测设地形图识读地形图应用地形图测量及应用地物符号(界线、地貌、植被)地物符号(界线、地貌、植被)地形图测量及应用地物符号(交通设施)地物符号(交通设施)地形图测量及应用地物符号(水系设施)地物符号(水系设施)地形图测量及应用地物符号(居民点、建构筑)地物符号(居民点、建构筑)地形图测量及应用地物符号(独
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