1、,主讲：杨晓波 机械与电子工程系 讲师 2015.09,工程测量,教学内容,第一章：绪论 第二章：水准测量 第三章：角度测量 第四章：距离测量与直线定向 第五章：测量误差的基本知识 第六章：控制测量 第七章：地形图的基本知识及应用 第八章：工程测量的基本方法 第九章：建筑工程测量,工程测量的地位、作用本课程是一门专业基础课，与专业课密切相关。它的任务是学习测量基本理论和基本技能，并进行测量基本功训练，为工程建设培养合格人才。通过本课程的学习，为今后专业学习及工作中所需的测量知识与技术打下牢固的基础。,工程测量的学习要点 1、掌握测量学的基本理论； 2、掌握常规测量仪器、工具的基本原理和使用方法
2、； 3、能较熟练地使用各种测量仪器和工具进行各种基本的测量工作（三大基本测量工作）。 4、具有较强的内业计算及误差分析的能力； 5、了解测量技术在工程中的应用。 关键：基本的测量原理，测量仪器原理和使用，测量数据处理，误差分析。,本课程的教学：“理论+实践”，即课堂教学与动手操作相结合。“学习理论，帮助实践顺利进行；通过实践，更加深刻认识理论。”,本课程的学习要求：（1）笔记本：随堂记录提纲及重要知识点；（2）作业本：按时完成作业（教学课时*20%）；（3）课堂点名。以上均作为平时成绩的一部分。,考核方式： 考查：土木工程本科专业（3学分）、交通运输本科专业（2.5学分）、建筑工程技术专业。
3、考试：工程管理本科专业(2学分)、水利工程本科专业（2.5学分）。课程成绩包括平时成绩和期末考核成绩： 平时成绩占30-40%左右： 1.课堂表现、出勤 2.作业情况（土木、建筑8次；水利6次；交通5次） 3.实验成绩） 期末考查（考试）成绩占60-70%左右。,1.1 测量学科的发展1.2 测量学简介1.3 地面点位的确定1.4 用水平面代替水准面的限度1.5 测量工作概述,第一章 绪论,1.1 测量学科的发展,测量学是一门非常古老的科学。古代的测绘技术起源于水利和农业。 如：古埃及尼罗河每年洪水泛滥后，需要重新划定土地界线，开始有测量工作。公元前21世纪，中国夏禹治水就使用简单测量工具测量
4、距离和高低。史记夏本纪中有“左准绳，右规矩”的记载。准：古代测量水平的仪器；木受绳则直；圆曰规，方曰矩；说明当时已经有了“平”、“直”、“方”、“圆”的概念，已经有了原始的测量仪器，这也是世界最早的测量记载。,长沙国南部驻军图,长沙国南部驻军图摹本,另一方面，随着人类在军事、交通运输等方面的需要，在客观上也推动了测绘学的发展。长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图，是世界上发现的最早的军用地图，距今约2100年。,世界上现存最古老的地图是在古巴比伦北部的加苏古巴城（今伊拉克境内）发掘的刻在陶片上的地图。,图上绘有古巴比伦城、底格里斯河和幼发拉底河。 大约是公元前2500年刻制的，距今大约四千
5、余年了。,世界最早的测量仪器：公元前3世纪，中国四大发明之一：司南，即指南针。司南，战国时期发明，用于辨别方向的一种仪器。用天然磁铁矿石琢成一个杓形的东西，放在一个光滑的盘上，盘上刻着方位，利用磁铁指南的作用，可以辨别方向，是现在所用指南针的始祖。,地球分为磁北极和磁南极，指南针静止时指向磁南北极，以前认为，指南针指的南北极即为地球的南北极，但真正南北极与指南针所指的磁南北极有一夹角（磁偏角），在北宋时期已发现。,北宋时沈括的梦溪笔谈中记载了磁偏角的发现。在历史上第一个指出了地磁场存在磁偏角。即磁针所指“常微偏东，不全南也”。,公元前3世纪古希腊埃拉托色尼的两部代表著作中，即地球大小的修正和地
6、理学概论二书，是世界最早的地图论著。地球大小的修正论述了地球的形状，并以地球圆周计算为著名。他创立了精确测算地球圆周的科学方法，其精确程度令人为之惊叹。埃拉托色尼天才的将天文学与测地学结合起来，第一个提出设想在夏至日（北半球的白昼最长 ）那天，分别在两地同时观察太阳的位置，并根据地物阴影的长度之差异，加以研究分析，从而总结出计算地球圆周的科学方法。,地理学概论是有人类居住世界部分的地图及其描述。在该书中，他系统地提出了采用经纬网格编绘世界地图的方法。并以精确的测量为依据，将得到的所有天文学和测地学的成果尽量结合起来，因而他所编绘的世界地图不仅在当时具有权威性，而且成为其后一切古代地图的基础。,
7、世界最早的天文测量仪器：浑天仪。浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。它们是我国东汉天文学家张衡所制的。,裴秀，中国传统地图学的奠基人，约在泰始四年至七年(268271年) ，主编完成禹贡地域图18篇，它是中国目前有文献可考的最早的历史地图集，并在序言中提出了绘制地图的6项原则，即著名的“制图六体”，为中国传统地图(平面测量绘制的地图)奠定了理论基础，也是世界最早的地图制图规范。,德国人墨卡托，于1568年制成著名航海地图“世界平面图”，该图采用墨卡托设计的等角投影，被称为“墨卡托投影”，是世界最早的地球投影。这种投影可使航海者用等角航线（
8、即地球表面上与经线相交成相同角度的曲线 ）导航，并且第一次将世界完整地表现在地图上，1630年以后普遍被采用，对世界性的航海、贸易、探险等有重要作用，至今仍为最常用的海图投影。,1608年，荷兰的米德尔堡眼镜师，汉斯利伯希造出了世界上第一架望远镜。汉斯利伯希，为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线，通过透镜看过去，发现远处的教堂塔尖好象变大拉近了，于是在无意中发现了望远镜的秘密。世界最早的近代测量工作：1617年，荷兰人斯纳尔在世界首次进行三角测量。世界最早的地球椭球论： 1672年，法国人里歇通过观测钟摆周期的实验，推论地球是椭球；1687年，英国牛顿在自然哲学的数学原理
9、书中根据万有引力定律证明了地球是旋转椭球的理论。,高斯（C.F.Gauss，17771855年），德国著名的数学家、物理学家、天文学家。世界近代测量史的杰出代表，现代测绘科学的奠基人。1822年，创立高斯投影理论，1912年由德国大地测量学家克吕格补充完善，正式建立高斯-克吕格投影和高斯-克吕格平面直角坐标系，简称高斯平面直角坐标系。1828年，提出平均海水面概念，为全球建立大地水准面作为高程基准面打下基础。,测量学的发展现状望远镜的发明，推动了光学测量仪器（如光学水准仪、经纬仪）的发展和广泛使用。1859年第一台地形摄影机在法国制造，洛斯达开创了地面摄影测量方法。1903年飞机的发明，191
10、5年第一台自动连续航空摄影机在德国研制成功，使航空摄影测量成为现实。1947年瑞典生产第一台光电测距仪，世界从此进入电子测量时代。随后相继出现了微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪等。,光学水准仪(光学元件组成) 自动安平水准仪(利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数 ) 电子水准仪（以自动安平水准仪为基础，在光路中增加了读书器和条码标尺等元件 ） 数字水准仪(应用影像相关技术测取标尺读数 ),光学水准仪,自动安平水准仪,电子水准仪,数字水准仪,游标经纬仪(罗盘仪、度盘、游标尺、水准管等构成 ), 光学经纬仪（凸凹透镜成像原理、度盘，水准管等组成） 电子经纬仪（利用光电技术测角,带有角度数字显
11、示和进行数据自动归算及存储装置的经纬仪 ）,游标经纬仪,光学经纬仪,电子经纬仪, 电子全站仪（电子经纬仪+光电测距仪+计算机）,全站仪自动监测隧道,通过线缆接通电脑，可通过电脑控制仪器自动测量,全球定位系统 GPS （ Global positioning system ）的发展。GPS是一个全球性、全天候、高精度的导航定位和时间传递系统。由三大部分组成：空间部分、地面控制系统、用户设备部分。空间部分由24颗卫星组成，分布在6条轨道上,可以很好的保证进行移动定位。它分别提供军用、民用两个等级的服务。,遥感技术 RS （ Remote sense ）是20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电
12、磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。目前，利用人造卫星每隔18天就可送回一套全球的图像资料。利用遥感技术，可以高速度、高质量地测绘地图。,香港维港RS影像图片,地理信息系统 GIS （ Geographic information system ）的发展。 GIS系统处于计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的交叉地带，它是以地理空间数据库为基础，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为政府、企业提供决策信息服务的计算机技术系统。全站仪、GPS、RS主要用于定位，为GIS提供数据源，G
13、IS对这些数据进行管理、分析、决策。,我国测量事业的发展建立和统一了全国坐标系统和高程系统。建立了全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网、完成了大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作。已完成全国GPS 大地控制网和GIS基础框架。进行了珠穆朗玛峰和南极长城站的地理位置和高程的测量。制定了各种测绘技术规范（规程）和法规，统一了技术规格和精度指标。如：工程测量规范(GB50026-2007) 测绘仪器生产发展迅速，不仅生产出各等级的经纬仪、水准仪、平板仪，而且还能批量生产电子经纬仪、电磁波测距仪、自动安平水准仪、全站仪、GPS接收机、解析测图仪（计算机实时解析计算，进行立体量测的测
14、图仪）等。,在海拔6120米测量珠穆朗玛峰高程,在南极长城站进行控制测量,1.2 测量学简介,1.定义： 测量学是研究地球形状和大小，确定地球表面各种自然和人工物体的形态及其变化，对各种地物和地貌的空间位置与属性等信息进行采集、处理、描绘和管理的一门科学与技术。,1) 地物地面上天然或人工形成的物体。 包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。 2) 地貌地表高低起伏的形态。 包括山地、丘陵与平原等。 地形地物、地貌的总称。,2.主要内容：测绘地形图：就是用各种测量仪器和工具，通过实地测量和计算，将地表的地物地貌位置按定比例尺绘成地形图作为规划设计、经济建设、国防建设和科学研究应用的依据。测设
15、(施工放样)：将设计图上的建(构)筑物位置按设计要求在地面上标定出来作为施工的依据。,3.测量学的分类：大地测量学（Geodesy )：是研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。其基本任务是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程测量提供基础起算数据；为空间科学、军事科学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料。按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量学、卫星大地测量学及物理大地测量学等。,工程测量学（engineering surveying ） ：研究工程建设与自然资源开发中在规划、勘测设计、
16、施工与管理各个阶段进行的测量工作。按工程种类分为建筑工程测量、线路测量、桥梁测量、隧道测量、矿山测量、城市测量、水利工程测量等。一般工程测量的主要任务包括：测绘大比例尺地形图建筑物或构筑物的施工放样绘制竣工总平面图对建筑物的安全性进行位移和变形监测。,地图制图学（Cartography)是研究地图及其编制和应用的一门学科。它研究用地图图形反映自然界和人类社会各种现象的空间分布，相互联系及其动态变化，具有区域性学科和技术性学科的两重性。亦称地图学。 摄影测量与遥感（Photogrammetry and remote sensing) 是研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提取信息，并用
17、图形、图像和数字形式表达的学科。其基本任务是通过对影像或遥感图像进行处理、量测、解译，以测定物体的形状、大小和位置进而制作成图。,地形测量学：是研究如何将地球表面局部区域内的地物、地貌及其它有关信息测绘成地形图的理论、方法和技术的学科。,天文测量学：研究测定恒星的坐标，以及利用恒星确定观测点的坐标（经度、纬度等）的学科。测量仪器学：研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。,浑天仪,4. 测量在国民经济建设中的应用 1) 城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房、高层建筑建设 设计阶段测绘各种比例尺地形图，供结构物平面与竖向设计使用 施工阶段将设计建筑物的平面位置、 高程在实地标定出来，作为施工的依据
18、 工程完工测绘竣工图，供日后扩建、 改建、维修和城市管理使用。对某些重要建构筑物在建设中、建成后进行变形观测，保证建筑物安全。,2) 铁路、公路建设的测量工作 测绘路线附近地形图在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。 建桥前，测绘河流两岸的地形图测定河流的水位、流速、流量与河床地形图、桥梁轴线长度，为桥梁设计提供资料。将设计桥台、桥墩位置标定到实地。 开挖隧道前，在地形图上确定隧道位置计算隧道长度与方向，指示隧道开挖方向，保证隧道正确贯通 。,一、地球形状和大小1. 地球是一个表面起伏较大的椭球，地球表面最大高差近20km ，因此，无法用数学公式描述。地球表面最高峰： 珠穆朗玛峰（位于我国和尼泊尔交界的喜马拉雅山脉之上 ）8848.13m(1975年观测)我国测绘局2005年10月公告珠穆朗玛峰新数据：峰顶岩石面海拔高程8844.43米（精度0.21米；冰雪深度3.50米）。,1.3 地面点位的确定,珠穆朗玛峰,海洋底部最深处:马里亚纳海沟位于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋底， 亚洲大陆和澳大利亚之间。最大水深在斐查兹海渊，为海拔-10,911米（日本探测艇海沟号（Kaiko）于1995年3月测得），是地球的最深点。有一种说法认为，亚洲与大洋洲的海上分界线就是马里亚纳海沟。但事实上，亚洲和大洋洲之间的界限至今都未被确定。,马里亚纳海沟,
