《测量学讲义》.doc

第一章　绪论 第一节　测量学的任务及其在工程建设中的作用 测量学的任务： ①研究地球的形状和大小。 ②确定地球表面（包括空中、地面和海底）点位关系。 ③对这些空间位置信息进行处理、存储和管理。 测量学的分类：大地测量学、普通测量学、摄影测量学、地图制图学、海洋测量学、工程测量学。 本教材介绍的内容：地形测图，即测定施工放样，即测设另外还包括一些变形监测的内容。 测量学在工程建设中的重要性：在工农业建设、各类土木工程建设中，从勘测设计阶段到施工、竣工阶段，以及大型建筑物的后期管理都需要进行大量的测绘工作，测绘工作贯穿于工程建设的各个阶段。 第二节　地球的形状和大小 地球表面的构成：71％是海洋，29％是陆地，最高峰是珠穆朗玛峰，8844.43m，海洋最深处是太平洋西北的马里亚纳海沟，11022m。 水准面：设想有一个静止的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，曲面上每一点的法线方向和铅垂线方向重合，这个静止的海水面称为水准面。 大地水准面：平均高度的水准面称为大地水准面，测量工作中常以这个面作为点位投影和计算点位高度的基准面。 旋转椭球体：由于地球内部质量分布不均匀，地面上各点所受的引力大小不同，从而使得地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化，因此大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面。在实际工作中，常选用一个能用数学方程表示并与大地水准面很接近的规则曲面，这样一个规则曲面就是旋转椭球面。如图1－1 图1－1　旋转椭球体 图1－2　大地水准面和旋转椭球体 参考椭球体：如图1—2所示，在适当地面上选定一点P（P点称为大地原点），令P点的铅垂线与椭球面上相应P0点的法线重合，并使该点的椭球面与大地水准面相切，而且使本国范围内的椭球面与大地水准面尽量接近。这项工作称为参考椭球体的定位。 我国坐标系的建立：1954年建立了北京坐标系，后通过重新计算，将坐标原点定在设在陕西省泾阳县境内，根据该原点推算而得的坐标，称为“1980年国家大地坐标系”。 第三节　地面点位的确定一、坐标 1、地理坐标 地面点在球面上的位置用经纬度表示，称为地理坐标。 2、高斯平面直角坐标 高斯平面直角坐标是采用横圆柱投影的方法将球面坐标和平面坐标相互联系的坐标系。 横圆柱投影方法：设想把一个平面卷成一个横圆柱，套在圆球外面，使横圆柱的轴心球的中心，并使横圆柱与球面上的一根中央子午线NOS相切（如图1—4），将球面上的图形投影到横圆柱面上，然后将横圆柱面沿南北极的TT′和KK′切开并展开成平面，即可得投影到平面上相应的图形。此时，中央子午线长度保持不变，赤道与中央子午线为相互垂直的直线（如图1—3）。 图1－3　横圆柱投影 图1－4　高斯投影展开图 投影带：根据投影宽度的不同，分为6°投影带和3°投影带。6°带是从格林威治子午线算起，格林威治子午线的经度为0°，自西向东，经度每6°为一带，中间的一条子午线，即是该带的中央子午线。依此类推，把地球分成60个投影带。而3°带是从东经1°30′开始，每隔3°为一带，第一带的中央子午线是3°，依此类推，把地球分成120个3°带。 高斯——克吕格坐标：每一带中央子午线的投影为平面直角坐标系的纵轴x，所以也把中央子午线称为轴子午线，向上为正，向下为负；赤道的投影为平面直角坐标系的横轴y，向东为正，向西为负，两轴的交点O为坐标原点。 我国坐标的规定：规定将每一带的坐标原点西移500km（图1—5），即每带的坐标原点x＝0，y＝500km，同时将该点所在的投影带带号加在横坐标前。 图1－5　坐标纵轴西移 3、平面直角坐标 当测区范围较小时（半径不超过10km），可把该部分球面视作平面，即直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上。平面直角坐标规定见图1－6。 图1—6　平面直角坐标 二、高程 1、绝对高程：地面点沿铅垂线方向至大地水准面的距离称为该点的绝对高程或海拔，以H表示。 2、相对高程：地面点沿铅垂线方向至某一假定水准面的距离称为该点的相对高程，亦称假定高程。以H′表示。 图1－7　高程示意图 我国高程基准：1956年黄海高程系统，1985年国家高程基准。 第四节　用水平面代替水准面的限度一、地球曲率对水平距离的影响 结论：在半径为10km的范围内，地球曲率对水平距离的影响可以忽略不计，即可把该部分球面当作水平面。 二、地球曲率对高程的影响 结论：尽管距离很短，地球曲率对高程的影响是必须予以考虑的。 第五节　测量工作的基本原则 实际测量工作中常遵循“从整体到局部”的原则，采用“先控制后碎部”的测量程序。“从整体到局部”的原则是指测量工作的布局而言；而“先控制后碎部”的程序是指测量工作的先后顺序。 高程测量、水平角测量和距离测量是测量学的基本内容，测高程、测角和测距是测量的基本工作，观测、计算和绘图是测量工作的基本技能。 第六节