《测量学自学教程1》.docVIP

第一章　绪　论 一、本章重点 地面点的定位体系。 二、本章难点 地面点的测量坐标系统。 三、课时分配 讲授2学时。 第一节　工程测量的任务和作用 一、测量学的一般概念 测量学是测定地面点的空间位置，将地球表面地形和其他地理信息测绘成图，研究并确定地球形状和大小的科学。 工程测量学——研究工程建设在勘测设计、施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科。主要内容有：工程控制网的建立、地形测绘、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测和维修养护测量等。工程测量学是一门应用科学。它是在数学、物理学等有关学科的基础上应用各种测量技术解决工程建设中实际测量问题的学科。随着激光技术、光电测距技术、工程摄影测量技术、快速高精度空间定位技术在工程测量中的应用，工程测量学的服务面愈来愈广，特别是现代大型工程的建设，大大促进了工程测量学的发展。 二、公路工程测量的任务和作用 测量在公路工程建设中占有非常重要的地位，从公路与桥梁的勘测设计，到施工放样、竣工检测无不用到测绘技术。例如公路在建设之前，为了确定一条经济合理的路线，必须进行路线勘测，绘制带状地形图和纵、横断面图，并在图上进行路线设计，然后将设计路线的位置标定在地形图上，以便进行施工。当路线跨越河流时，必须建造桥梁，在建桥之前，测绘桥址河流两岸的地形图，测量河床断面、水位、流速、流量和桥梁轴线的长度，以便设计桥台桥墩的位置，最后将设计位置测设到实地。当路线跨越高山时，为了降低路线的坡度，减少路线的长度，多采用隧道穿越高山。在隧道修建之前，应测绘隧址大比例尺地形图，测定隧道轴线、洞口、竖井等位置，为隧道设计提供必要的数据。在隧道施工过程中还需要不断地进行贯通测量以保证隧道构造物的平面位置和高程正确贯通。 为此本教材将重点讲述普通测量学和公路工程测量学的基本理论、方法、仪器和技能；适当介绍测量新技术和新仪器在公路工程建设中的应用，如全球卫星定位系统(GPS)、电子经纬仪、全站式光电速测仪在高等级公路路线测量中的应用等内容。 学完本课程之后，学生应能够： 1．完成外业测量准备工作； 2．用水准仪测量高程； 3．用光学经纬仪测量角度； 4．用视距法进行地形测量； 5．操作、使用、维护、检校常规测绘仪器； 6．操作和作用全站仪； 7．记录和计算测量成果； 8．实施大比例尺地形图的测绘和公路中线与纵、横断面测量； 9．计算并设置圆曲线和缓和曲线； 10．进行工程施工放样。 第二节　地面点的定位体系 我们知道，地面点是相对于地球定位的。如果选择一个能代表地球形状和大小且相对固定的理想曲面作为测量的基准面，就可以用地面点在基准面上的投影位置和高度来确定地面点空间位置。 一、测量的基准面 实际测量工作是在地球的自然表面上进行的，而地球自然表面是很不规则的，有陆地、海洋、高山和平原，通过长期的测绘工作和科学调查了解到，地球表面上海洋面积约占71%，陆地面积占29%。人们把地球总的形状看作是被海水包围的球体，也就是设想有一个自由平静的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，我们把这个自由平静的海水面称为水准面。水准面是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。如图1-1a)所示。 水准面在小范围内近似一个平面，而完整的水准面是被海水包围的封闭曲面。因为符合上述水准面特性的水准面有无数个，其中最接近地球形状和大小的是通过平均海水面的那个水准面，这个唯一而确定的水准面叫大地水准面，大地水准面就是测量的基准面，如图1-1b)所示。 由于地球内部质量分布不均匀，导致地面上各点的重力方向即铅垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面。如果将地面上的图形投影到这个不规则的曲面上，将无法进行测量计算和绘图，为此必须用一个和大地水准面的形状非常接近的可用数学公式表达的几何形体来代替大地水准面。在测量上是选用椭圆绕其短轴旋转而成的参考旋转椭球体面，作为测量计算的基准面，如图1-1c)所示。 图1-1　“三面”图 目前我国所采用的参考椭球体是“1980年国家大地坐标系”，其参考椭球体元素为： 长半轴 a???6?378?140m 短半轴 b ??6?356?755.3m 扁 率 (1-1) 通常把地球椭球体当作圆球看待，取其半径为6?371km。 二、地面点的测量坐标系统 地面点在投影面上的坐标，根据具体情况，可选用下列三种坐标系统中的一种来表示。 1．大地坐标系 在大地坐标系中，地面点在旋转椭球面上的投影位置用大地经度L和大地纬度B来表示。如图1-2所示。NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南极，O为椭球中心。 通过椭球中心与椭球旋转轴正交的平面称为赤道平面。赤道平面与地球表面的交线称为赤道。 通过椭球旋转轴的平面称为子午面。其中通过