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建筑工程测量

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  1. 建筑工程测量 陈 哲 2007年3月

  2. 陈哲联系方式: 0376—6390006(O) 6390588(H) 13939703597 办公地点:L—301

  3. 0 引言 • 知识结构——掌握测量的基本理论,确定地面点位置的方法;误差的基本知识和平差技术;控制测量理论;掌握测量的基本技能;各种仪器工具的技术性能,操作方法,绘图及放样技术。

  4. 能力培养——通过课堂教学、作业、实验、实习等各种环节使学生掌握住测图和放样的基本技术,实现各种知识在实践中的基本应用,能独立进行小地区地形图测绘,并能运用所学知识,正确分析和处理工程中出现的各种技术问题,能独自独立地进行施工放样,解决工程测量的各种问题;正确贯彻测量和施工规范规程,并在各实践环节中培养出独立工作能力,组织管理能力和不断汲取新知识的能力。能力培养——通过课堂教学、作业、实验、实习等各种环节使学生掌握住测图和放样的基本技术,实现各种知识在实践中的基本应用,能独立进行小地区地形图测绘,并能运用所学知识,正确分析和处理工程中出现的各种技术问题,能独自独立地进行施工放样,解决工程测量的各种问题;正确贯彻测量和施工规范规程,并在各实践环节中培养出独立工作能力,组织管理能力和不断汲取新知识的能力。

  5. 课程内容 1、理论课(每周3学时) 2、平时实验(安排在周六、周日进行,不占用学时数) 3、暑期2周的测量教学实习(成绩单列)

  6. 成绩评定 理论课成绩(100分制,3学分)计算依据: 平时考勤10% 作业10% 实验20% 期末考试60% 实习成绩(附实习规划;五级制;1学分) 优、良、中、及格、不及格

  7. 第一章 绪论 §1.1 测量学的任务 §1.2 测量工作的基准面和基准线 §1.3 地面点位的确定 §1.4 测量工作概述

  8. 1、测量学的定义 测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面(包括空中、地下和海底)点位的科学。确定地面点在规定坐标系中的坐标值(X,Y,Z)。(平面位置和高程位置) 2、测量学的内容 测定(测绘)——是指利用测量仪器和工具,通过测量和计算,得到一系列测量数据,或把地球表面的地形缩绘成地形图,供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。 测设(放样)——是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来,作为施工的依据。

  9. [测定←→图←→测设]思考定义:高程测设? 3、测量学的分类 普通测量学—— 地形测量学—— 大地测量学—— 工程测量学——研究工程结构在设计、施工和运营各阶段的测量理论和技术。 摄影测量学—— 海洋测绘学——

  10. 4、建筑工程测量学的任务 • 建筑工程测量是运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。 • 工程建设三阶段 测量的任务 勘测设计控制,测绘地形图 施工建设施工放样,竣工测量 运营管理安全监测,变形观测

  11. 返回 5、我国测量学的发展 “测量人员被誉为工程的尖兵” “僧一行”——大变活人,以子午线赤道上1度距离为111公里 “珠峰”——8844.43米 变形观测 ——[沉降、倾斜、裂缝、平 移、旋转]

  12. 6. 地球的形状和大小 地球自然形体:是一个不规则的几何体, 海洋面积约占地球表面的71%。 陆地 高山 丘陵 海洋

  13. 大地水准面:设想处于完全静止的平均海水面向大地水准面:设想处于完全静止的平均海水面向 陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。 大地体:大地水准面所包围的代表地球形状和大小 的形体。

  14. 由于大地水准面是一个不规则的曲面,不能用数学公式表述,因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。由于大地水准面是一个不规则的曲面,不能用数学公式表述,因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。 该几何体必须满足两个条件: ① 形状接近地球自然形体; ② 可以用简单的数学公式表示。

  15. 参考椭球体及参考椭球面 参考椭球体 一个非常接近大地体,并可用数学式表示 几何形体,作为地球的参考形状和大小。 它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体, 故又称旋转椭球体。 参考椭球面 参考椭球体外表面, 是球面坐标系的基准面。 参考椭球面

  16. 旋转椭球体由长半轴a(或短半轴b)和扁率α决定。旋转椭球体由长半轴a(或短半轴b)和扁率α决定。 • 我国目前采用的参考 • 椭球体的参数为: • 长半轴 a= 6378140m • 短半轴 b= 6356755.3m • 扁 率 α= = • 测量精度要求不高时,可把地球看作 圆球,其平均半径 R =6371km

  17. 返回 • 7、测量工作的基准线和基准面 • 测量工作的基准线—铅垂线 。 • 测量工作的基准面—大地水准面。 • 测量内业计算的基准线—法线。 • 测量内业计算的基准面—参考椭球面。 O 铅垂线 大地水 准面 G

  18. B A X c b a 8、确定地面点位的方法 测量工作的实质——确定地面点位。 地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置(X,Y)及点到大地水准面的铅垂距离(H)来确定。 如地面点: A (X,Y,H) C Y

  19. 9、地面点的高程 • 地面点的高程: • 地面点沿铅垂方向到 • 大地水准面的距离。 • 注:地面点在大地水 • 准面以上,H为正; • 地面点在大地水准 • 面以下,H为负。 • 如图:HA= 166.780m • HB= - 136.680m A HA 大地水准面 HB B

  20. 绝对高程(海拔):某点沿铅垂线方向到 大地水准面的距离。如:HA、HC。 相对高程: 某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如:HA′、HC ′。 高差: 地面上两点高程之差。 如:hAC= HC– HA hAC= HC′– HA′ 当hAC为正时, C点高于A点; 当hAC为负时, C点低于A点;

  21. 10、规范——我国的高程系统: 水准原点全国高程的起算点。 1985年国家高程基准 (72.260m ) 1956年黄海高程系 (72.289m) 目前我国统一采用 1985年国家高程基准 。 水准原点 H0 验潮站 大地水准面

  22. 11、地面点的坐标 • 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或 空间直角坐标表示。 • 12、地理坐标 • 以参考椭球面为基准面,以椭球面法线为 • 基准线建立的坐标系。 • 地球表面任意一点的经度和纬度,称为该 • 点的地理坐标,可表示为 A(L,B) 。 • 如:北京 东经116º28′北纬39º54′

  23. 椭球上的基本概念 地 轴:地球的自转轴(NS),N为北极,S为南极。 子午面:过地球某点与地轴所组成的平面。 纬线 起始子午面:通过英国格林尼治天文台 的子午面NGS。 N 起始子午线 赤道平面 子午线:子午面与地球面的交线, 又叫经线。 G O 纬 线:垂直于地轴的平面与地 球面的交线。 W E 赤道 赤道平面:垂直于地轴并通过 地球中心的平面WME。 起始子午面 S 赤 道:赤道平面与地球面 的交线。

  24. 大地经度:过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成大地经度:过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成 的二面角叫做P点的大地经度,用L表示。 大地纬度:过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点 的大地纬度,用B表示。 N L取值范围: 东经0~180˚ 西经0~180˚ B取值范围: 北纬0~90˚ 南纬0~90˚ 赤道平面 起始子午面(首子午面) P M O B n L 大地经度L 大地纬度B S

  25. 13、规范——大地原点:全国统一坐标的起算点。13、规范——大地原点:全国统一坐标的起算点。 • 我国大地原点位于 • 陕省泾阳县永乐镇。 • 我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。

  26. 大地原点:全国统一坐标的起算点。 • 我国大地原点位于 • 陕省泾阳县永乐镇。 • 我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。

  27. 14、平面直角坐标(高斯—克吕格坐标系) • 由于地理坐标是球面坐标,在工程建设规 • 划、设计 、施工中,测量和计算十分不便。 • 投影:将球面坐标按一定的数学法则归算到 • 平面上。 • 即 X= F 1(L,B) • Y= F 2(L,B) • 我国采用高斯平面直角坐标,小地区范围内 • 也可采用独立平面直角坐标。

  28. 高斯平面直角坐标系 (1)、高斯投影的概念 高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss,1777~1855)提出,后经德国大地测量学家克吕格(Kruger,1857~1923)加以补充完善,故又称“高斯—克吕格投影”,简称“高斯投影”。

  29. 测量对地图投影的要求: ①测量中大量的角度观测元素,在投影前后保持不变,这样免除了大量投影计算工作; ②保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似,给识图用图带来很大方便。 ③投影能方便的按分带进行,并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。

  30. 高斯投影平面 中央子午线 赤道 (2)、高斯投影的原理 高斯投影采用分带投影。将椭球面按 一定经差分带,分别进行投影。 N 中央 子 c 午线 赤道 S

  31. 高斯投影平面 中央子午线 赤道 高斯投影必须满足: 1.高斯投影为正形投影, 即等角投影; 2.中央子午线投影后为直 线,且为投影的对称轴; 3.中央子午线投影后长度 不变。

  32. (3)、高斯投影的特性 x 1)中央子午线投影后为直线,且长度不变。 2) 除中央子午线外,其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线,并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。 3) 赤道线投影后为直线,但有长度变形。 平行圈 赤道 y O 子午线 中央子午线

  33. x 4) 除赤道外的其余纬线,投影后为凸向赤道的曲线,并以赤道为对称轴。 5)经线与纬线投影后仍然保持正交。 6) 所有长度变形的线段,其长度变形比均大于l。 7)离中央子午线愈远,长度变形愈大。 平行圈 赤道 y O 子午线 中央子午线

  34. (4)、投影带的划分 • 我国规定按经差6º和3º进行投影分带。 • 6º带自首子午线开始,按6º的经差自西向东分成60个带。 • 3º带自1.5º开始,按3º的经差自西向东分成120个带。 高斯投影带划分

  35. 6º带与3º带中央子午线之间的关系如图: • 3º带的中央子午线与6º带中央子午线及分带 • 子午线重合,减少了换带计算。 • 工程测量采用3 º带,特殊工程可采用1.5 º带 • 或任意带。

  36. 按照6º带划分的规定,第1带中央子午线的经度为3º,其余各带中央子午线经度与带号的关系是:L。=6ºN-3º(N为6º带的带号)按照6º带划分的规定,第1带中央子午线的经度为3º,其余各带中央子午线经度与带号的关系是:L。=6ºN-3º(N为6º带的带号) 例:20带中央子午线的经度为 L。=6º× 20-3º=117 º 按照3º带划分的规定,第1带中央子午线的经度为3º,其余各带中央子午线经度与带号的关系是:L。=3ºn(n为3º带的带号) 例:120带中央子午线的经度为 L。=3º× 120=360 º

  37. 若已知某点的经度为L,则该点的6º带的带号N由下式计算: N= (取整)+1 若已知某点的经度为L,则该点所在3º带的带号按下式计算: n= (四舍五入)

  38. (5)、高斯平面直角坐标系 • 坐标系的建立: • x轴—中央子午线的投影 • y轴 —赤道的投影 • 原点O —两轴的交点 x 高斯自然坐标 P (X,Y) 赤道 y O 注:X轴向北为正, y轴向东为正。 中央子午线

  39. 赤 道 世界地图 • 由于我国的位于北半球,东西横跨12个6º带,各带又独自构成直角坐标系。 • 故:X值均为正, • 而Y值则有正有负。

  40. x 国家统一坐标: o y =500000+ =+ 636780.360m =500000+ =+ 227559.720m 500km (带号) (带号)

  41. 例: 有一国家控制点的坐标: x=3102467.280m ,y=19367622.380m, 1)该点位于6˚ 带的第几带? 2)该带中央子午线经度是多少? 3)该点在中央子午线的哪一侧? 4)该点距中央子午线和赤道的距离为多少? (第19带) (L。=6º×19-3º=111˚) (先去掉带号,原来横坐标y=367622.380—500000=-132377.620m,在西侧) (距中央子午线132377.620m,距赤道3102467.280m)

  42. [例] 我国某一点P的6°带通用坐标为,问该点在哪一个6°带内,距其中央子午线距离多少,在其中央子午线以东还是以西? 解:该点在第19带内,在中央子午线以西,距离为62000m

  43. x x=Dcosα y=Dsinα Ⅳ Ⅰ p α D o y Ⅲ Ⅱ 高斯平面直角坐标系 y p D x=Dcosα y=Dsinα Ⅰ Ⅱ α o x Ⅲ Ⅳ 笛卡尔坐标系 • 高斯平面直角坐标系 • 与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 : 不同点: 1)、 x,y轴互异。 2)、 坐标象限不同。 3)、表示直线方向的方位角 定义不同。 相同点: 数学计算公式相同。

  44. 15、独立平面直角坐标 • 当测区范围较小时,可将大地水准面看作平面, • 并在平面上建立独立平面直角坐标系; • 地面点的位置可用平面直角坐标确定; • 坐标系原点一般 选在测区西南角 • (测区内X、Y均为正值); • 原点坐标值可以假定,也可 • 以采用高斯平面直角坐标; • 规定:X 轴向北为正, • Y轴向东为正。 北 X 测区 O Y

  45. 16、空间直角坐标 • 如图所示: • 原点O — 地球质心 • Z轴— 指向地球北极 • X轴— 指向首子午面 • 与赤道的交点 • Y轴— 过O点与XOZ面垂直 Z O Y X 如:A(XA,YA,ZA)

  46. 17、用水平面代替水准面的限度 (1)、对距离的影响 水准面上弧长为S,其所对圆心角为θ,地球的 半径为R。水平面上直线长为t, 其差值为ΔS。 相对差值:

  47. 上式中取R=6371km,则 结论: 在半径为10km的圆面积内进行长度的测量 时,可以不必考虑地球曲率的影响,即可把水准面 当作水平面看待。