《土木工程测量》第1章教案(III)

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1、第1章绪论§1.1测量学简介测量学将地表物体分为地物和地貌。⑴地物(feature)：地面上天然或人工形成的物体，它包括平原、湖泊、河流、海洋、房屋、道路、桥梁等；⑵地貌(geomorphy)：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵和平原等。地物和地貌总称为地形(landform)。测量学是研究地球的形状和大小，确定地球表面各种物体的形状、大小和空间位置的科学。其主要任务是测定和测设。⑴测定(location)：使用测量仪器和工具，通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定的符号缩小绘制成

2、地形图，供科学研究和工程建设规划设计使用。⑵测设(setting-out)：将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。测量在国民经济建设中的应用：(1)城市规划、给水排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设的测量工作1)设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供结构物的平面及竖向设计使用；2)施工阶段：将设计结构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；3)工程完工后：测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理应用，对某些重要的建筑物或构筑物在建设中和建成以后都需

3、要进行变形观测，以保证建筑物的安全。(2)铁路、公路建设的测量工作1)为了确定一条最经济合理的路线，必须预先测绘路线附近的地形图，在地形图上进行路线设计，然后将设计路线的位置标定在地面上以指导施工；2)当路线跨越河流时，必须建造桥梁，在建桥之前，要测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量和河床地形图以及桥梁轴线长度等，为桥梁设计提供必要的资料，最后将设计桥台、桥墩的位置用测量的方法在实地标定；2)当路线穿过山地需要开挖隧道时，开挖之前，必须在地形图上确定隧道的位置，根据测量数据计算隧道的

4、长度和方向；隧道施工通常是从隧道两端相向开挖，这就需要根据测量成果指示开挖方向，保证其正确贯通。学习本课程，应掌握下列有关测定和测设的基本内容：⑴地形图测绘——运用各种测量仪器和工具，通过实地测量和计算，把小范围内地面上的地物、地貌按一定的比例尺测绘成图；⑵地形图应用——在工程设计中，从地形图上获取设计所需要的资料，例如点的坐标和高程、两点间的水平距离、地块的面积、地面的坡度、地形的断面和进行地形分析等；⑶施工放样——把图上设计好的建筑物或构筑物的位置标定在实地上，作为施工的依据；⑷变形观测——

5、监测建筑物或构筑物的水平位移和垂直沉降，以便采取措施，保证建筑物的安全；⑸竣工测量。§1.2地球的形状和大小地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。测量工作是在地球表面上进行的，而地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形态，其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。应掌握重力、铅垂线、水准面、大地水准面、参考椭球面和法线的概念及关系。地球上的质点所受的万有引力与离心力的合力称为重力(gravity)，重力的方向称为铅垂线(plumbline

6、)方向。假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成一个封闭的曲面，这个封闭曲面称为水准面(levelsurface)。水准面也可以定义为：处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面(geoid)。水准面有无穷个，而大地水准面是唯一的。大地水准面是有微小起伏的、不规则的、很难用数学方程表示的复杂曲面。将地球表面上的物体投影到大地水准面上，计算起来非常困难。通常选择一个与大地水准面非常接近的、能用数学方程表示的椭球面作为投影的基准面，这个椭球面是由椭圆NESW绕

7、其短轴NS旋转而成的旋转椭球面，称为参考椭球(referenceellipsoid)，其表面称为参考椭球面。由于参考椭球的扁率很小，当测区范围不大时，可以将参考椭球看作半径为6371km的圆球。由地表任一点向参考椭球面所作的垂线称法线(normalline)，除大地原点以外，地表任一点的铅垂线和法线一般不重合，其夹角称为垂线偏差(deflectionofthevertical)。§1.3测量坐标系与地面点位的确定空间是三维的，表示地面点在某个空间坐标系中的位置需要三个参数，确定地面点位的实质就是

8、确定其在某个空间坐标系中的三维坐标。测量学将空间坐标系分为参心坐标系和地心坐标系。“参心”意指参考椭球的中心，由于参考椭球的中心一般不与地球质心重合，所以它属于非地心坐标系，表1-1中的前两个坐标系是参心坐标系。“地心”意指地球的质心，表1-1中GPS使用的WGS-84属于地心坐标系。工程测量通常使用参心坐标系。§1.3.1确定点的球面位置的坐标系测量上将空间坐标系分解成确定点的球面位置的坐标系(二维)和高程系(一维)。确定点的球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。(1)地理坐标系(