第一章绪论 §1.1测量学的任务及其在建筑工程中的作用 教学目标:使学生了解测量学的定义和建筑工程测量的主要任务 重点难点:测量学的基本概念及在工程建设各阶段的主要任务。 教学内容: 测量学的基本概念 基本概念 测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面(包含空中、地下和海底)点 位的科学 2、测量工作分类 测量工作可分为两类:测定和测设。 测定:将地面已有的特征点位和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形 和位置信息,供工程建设的规划设计和行政管理之用。 测设:将工程建设的设计位置及土地规划利用的界址划分在实地标定,作为 施工和定界的依据。测设又称施工放样。 测量学的分类 1、大地测量学:研究地球表面广大地区的点位测定及整个地球的形状、大 小和变化及地球重力场测定的理论和方法的学科。由于人造地球卫星和空间技术 的利用,测量又分为常规大地测量和卫星大地测量两种 2、地形测量学:研究将地球表面局部地区的自然地貌、人工建筑和行政权 属界线等测绘成地形图、地籍图的基本理论和方法的学科。 3、摄影测量学:研究利用航空和航天器对地面摄影或遥感,以获取地物和 地貌的影像和光谱,并进行分析处理,从而绘制成地形图的基本理论和方法的学 科
1 第一章 绪 论 §1.1 测量学的任务及其在建筑工程中的作用 教学目标：使学生了解测量学的定义和建筑工程测量的主要任务。 重点难点：测量学的基本概念及在工程建设各阶段的主要任务。 教学内容： 一．测量学的基本概念 1、基本概念 测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面(包含空中、地下和海底）点 位的科学。 2、测量工作分类 测量工作可分为两类：测定和测设。 测定：将地面已有的特征点位和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形 和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。 测设：将工程建设的设计位置及土地规划利用的界址划分在实地标定，作为 施工和定界的依据。测设又称施工放样。 二、测量学的分类 1、大地测量学：研究地球表面广大地区的点位测定及整个地球的形状、大 小和变化及地球重力场测定的理论和方法的学科。由于人造地球卫星和空间技术 的利用，测量又分为常规大地测量和卫星大地测量两种。 2、地形测量学：研究将地球表面局部地区的自然地貌、人工建筑和行政权 属界线等测绘成地形图、地籍图的基本理论和方法的学科。 3、摄影测量学：研究利用航空和航天器对地面摄影或遥感，以获取地物和 地貌的影像和光谱，并进行分析处理，从而绘制成地形图的基本理论和方法的学 科
4、工程测量学:研究工程建设在设计、施工和管理阶段中所需要进行的测 量工作的基本理论和方法的学科。包括工程控制测量、土建施工测量、设备安装 测量、竣工测量和工程变形观测等。 三、在工程建设各阶段的主要任务 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 设一般分为勘测设计、施工建设、运营管理三个阶段,在这三个阶段中测量工作 的主要任务是: 勘测设计阶段一—控制,测绘地形图 施工建设阶段一—施工放样,竣工测量 运营管理阶段 安全监测,变形观测 四、工民建、给排水等专业的学生学习本课程的目的 要求学生达到掌握普通测量学的基本知识和基础理论;能正确使用工程水 准仪、工程经纬仪等仪器和工具:了解大比例尺地形图的成图原理和方法:在工 程设计和施工中,具有正确应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施 工测设的能力,以便能灵活应用所学测量知识为其专业工作服务。 课后作业: 1、测量学的研究对象是什么? 2、测定与测设有何区别?
2 4、工程测量学：研究工程建设在设计、施工和管理阶段中所需要进行的测 量工作的基本理论和方法的学科。包括工程控制测量、土建施工测量、设备安装 测量、竣工测量和工程变形观测等。 三、在工程建设各阶段的主要任务 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 设一般分为勘测设计、施工建设、运营管理三个阶段，在这三个阶段中测量工作 的主要任务是： 勘测设计阶段 —— 控制，测绘地形图 施工建设阶段 —— 施工放样，竣工测量 运营管理阶段 —— 安全监测，变形观测 四、工民建、给排水等专业的学生学习本课程的目的 要求学生达到掌握普通测量学的基本知识和基础理论；能正确使用工程水 准仪、工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工 程设计和施工中，具有正确应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施 工测设的能力，以便能灵活应用所学测量知识为其专业工作服务。 课后作业： 1、测量学的研究对象是什么？ 2、测定与测设有何区别？
§1.2我国测量学发展概况 教学目标:使学生了解测量学科的历史、发展现状。 重点难点:测量学科的发展现状 教学内容: .测量学的发展概况 1.我国古代测量学的成就 (1)长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图一一最早的可见的古地图 (2)北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。 (3)清朝康熙年间,1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。 2.目前测量学发展状况及展望 (1)测量室内外一体化 (2)GPS( Global positioning system)的发展。 (3)RS( Remote sense)的发展 (4)GIS( Geographic information system)的发展 (5)3S技术的结合,和数字地球的概念。 课后作业
3 §1.2 我国测量学发展概况 教学目标：使学生了解测量学科的历史、发展现状。 重点难点：测量学科的发展现状。 教学内容： 一．测量学的发展概况 1．我国古代测量学的成就 （1） 长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——最早的可见的古地图。 （2） 北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。 （3） 清朝康熙年间， 1718 年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。 2．目前测量学发展状况及展望 （1） 测量室内外一体化。 （2） GPS（Global positioning system）的发展。 （3） RS（Remote sense）的发展。 （4） GIS（Geographic information system）的发展。 （5） 3S 技术的结合,和数字地球的概念。 课后作业：
§1.3地面点位的确定 教学目标:理解各种坐标系的定义,掌握测量工作的基本概念及基本原则。 重点难点:各种坐标系的定义及异同。 教学内容: 、地球的形状和大小 1、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%。 2、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 3、大地体:大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。 4、参考椭球体及参考椭球面 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。 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
4 §1.3 地面点位的确定 教学目标：理解各种坐标系的定义，掌握测量工作的基本概念及基本原则。 重点难点：各种坐标系的定义及异同。 教学内容： 一、地球的形状和大小 1、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%。 2、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。 3、大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。 4、参考椭球体及参考椭球面 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。 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
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 k 98.257 测量精度要求不高时,可把地球看作圆球,其平均半径R=6371km 二、测量工作的基准线和基准面 测量工作的基准线一铅垂线 测量工作的基准面一大地水准面 测量内业计算的基准线一法线 测量内业计算的基准面一参考椭球面。 确定地面点位的方法 在测量工作中,我们一般用: 某点在基准面上的投影位置(x,y)和该点离基准面的高度(H)来确定 (一)地面点的高程 (1)绝对高程H(海拔)地面点到大地水准面的铅垂距离。 (2)相对高程H-—地面点到假定水准面的铅垂距离 (3)高差 hab==H'B-H'A (4)我国的高程系统 主要有: 1985国家高程系统 1956黄海高程系统
5 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。 二、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。 三、确定地面点位的方法 在测量工作中，我们一般用： 某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。 （一）地面点的高程 （1）绝对高程 H(海拔)——地面点到大地水准面的铅垂距离。 （2） 相对高程 H’——地面点到假定水准面的铅垂距离。 （3）高 差 —— hAB=HB-HA=H’B-H’A （4）我国的高程系统 主要有： 1985 国家高程系统 1956 黄海高程系统 a b a − 1 298.257
地方高程系统。如:珠江高程系统。 其中,我国的水准原点建在青岛市观象山,在1985年国家高程系统中, 其高程为72260米;在1956年黄海高程系统中的高程为72.289米 (二)地面点在投影面上的坐标 坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。 1、地理坐标(属于球面坐标系统) 适用于:在地球椭球面上确定点位。 2、平面直角坐标 适用于:测区范围较小,可将测区曲面当作平面看待。 其与数学中平面直角坐标系相比,不同点: (1)测量上取南北方向为纵轴(X轴),东西方向为横轴(Y轴) (2)角度方向顺时针度量,象限顺时针编号。 相同点:数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。 P III III 测量上的平面直角坐标 数学上的平面直角坐标 (三)高斯平面直角坐标 适用于:测区范围较大,不能将测区曲面当作平面看待。 1、6°带的划分 (1)为限制高斯投影离中央子午线愈远,长度变形愈大的缺点,从经度0°开始 将整个地球分成60个带,6°为一带 (2)公式 =6N-3 一一中央子午线经度;N—一投影带的带号。 3°带的划分 从东经1°30′开始,将整个地球分成120个带,3°为一带
6 地方高程系统。如：珠江高程系统。 其中，我国的水准原点建在青岛市观象山，在 1985 年国家高程系统中， 其高程为 72.260 米；在 1956 年黄海高程系统中的高程为 72.289 米。 （二）地面点在投影面上的坐标 坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。 1、地理坐标（属于球面坐标系统） 适用于：在地球椭球面上确定点位。 2、平面直角坐标 适用于：测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。 其与数学中平面直角坐标系相比，不同点： （1）测量上取南北方向为纵轴（X 轴），东西方向为横轴（Y 轴） （2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。 相同点：数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。 测量上的平面直角坐标 数学上的平面直角坐标 （三）高斯平面直角坐标 适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。 1、6°带的划分 （1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度 0°开始， 将整个地球分成 60 个带，6°为一带。 （2）公式： = 6N −3 ——中央子午线经度；N——投影带的带号。 2、3°带的划分 从东经 1 30 0 开始，将整个地球分成 120 个带，3°为一带
有 =3N 一一中央子午线经度;N一一投影带的带号。 3、我国高斯平面直角坐标的表示 方法:(1)为了避免坐标出现负值先将自然值的横坐标Y加上500000米; (2)再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号 如:国家投影坐标为(51000,20637680),则其所在的6°带的带号为多少? 在带号内的自然坐标为多少?(20带,51000,137680) 课后作业: 1、何谓大地水准面?它在测量工作中的作用是什么? 2、何谓绝对高程和相对高程?两点之间绝对高程之差和相对高程之 差是否相等? 3、测量工作中所用的平面直角坐标系与数学上的有哪些不同之处? 4、高斯平面直角坐标系是怎样建立的? 5、某点的经度为118°50′,试计算它所在的六度带和三度带号,相 应的六度带和三度带的中央子午线经度是多少?
7 有： = 3N ——中央子午线经度；N——投影带的带号。 3、我国高斯平面直角坐标的表示。 方法：（1）为了避免坐标出现负值先将自然值的横坐标 Y 加上 500000 米； （2）再在新的横坐标 Y 之前标以 2 位数的带号。 如：国家投影坐标为（51000，20637680），则其所在的 6°带的带号为多少？ 在带号内的自然坐标为多少？(20 带，51000，137680) 课后作业： 1、何谓大地水准面？它在测量工作中的作用是什么？ 2、何谓绝对高程和相对高程？两点之间绝对高程之差和相对高程之 差是否相等？ 3、测量工作中所用的平面直角坐标系与数学上的有哪些不同之处？ 4、高斯平面直角坐标系是怎样建立的？ 5、某点的经度为 118°50′，试计算它所在的六度带和三度带号，相 应的六度带和三度带的中央子午线经度是多少？
§1.4用水平面代替水准面的限度 教学目标:使学生了解地球曲率对距离和高程的影响。 重点难点:地球曲率对距离和高程的影响 教学内容: 、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45。 △S=AC-AB=t-S △S=3R2 相对差值: s 3 R 上式中取R=6371km,则 S/km △S/mm △S/S 1/4870000 10 18 1/1220000 20 66 1/304000 50 1027 1/48700 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
8 §1.4 用水平面代替水准面的限度 教学目标：使学生了解地球曲率对距离和高程的影响。 重点难点：地球曲率对距离和高程的影响 教学内容： 一、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： 上式中取 R=6371km，则 S/km ΔS/mm ΔS/S 5 1 1/4870000 10 8 1/1220000 20 66 1/304000 50 1027 1/48700 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。 = − = − S AC AB t S 3 2 2 1 3 1 ( ) 3 S S R S S S R = =
二、对高程的影响 用水平面代替大地水准面时,对高程的影响: Ah=OC-OB= R s/km0.050.100.20 10 △h/m0.2 3.178.57850 结论:地球曲率的影响对高差而言,即使在很短的距离也必须加 以考虑。 课后作业: 用水平面代替水准面,对距离、水平角和高程有何影响?
9 二、对高程的影响 用水平面代替大地水准面时，对高程的影响： S/km 0.05 0.10 0.20 1 10 Δh/mm 0.2 0.8 3.1 78.5 7850 结论: 地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加 以考虑。 课后作业： 用水平面代替水准面，对距离、水平角和高程有何影响？ 2 2 S h OC OB R = − =
§1.4测量工作概述 教学目标:使学生对测量工作的基本内容和基本原则有初步的认识。 重点难点:测量工作的基本内容和基本原则 教学内容: 测量工作的基本内容 测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程。待定点的坐标和 高程一般不是直接测定的,而是观测已知点和待定点之间的几何位置 关系,然后计算出待定点的坐标和高程。 基本内容: 高差测量(h)、角度测量(β、α)、距离测量(S、D) 外业工作:测定和测设 内业工作:观测数据处理和绘图 二、测量工作的基本原则 1、布局上“由整体到局部”,精度上“由高级到低级”,工作次序上“先控制 后细部”。 2、又一原则。即:“前一步工作未作检核,不进行下一步工作”。 优点:①减少误差积累;②避免错误发生;③提高工作效率。 课后作业: 1、测量工作的两个原则及其作用是什么? 2、确定地面点位的三项基本测量工作是什么?
10 §1.4 测量工作概述 教学目标：使学生对测量工作的基本内容和基本原则有初步的认识。 重点难点： 测量工作的基本内容和基本原则 教学内容： 一、测量工作的基本内容 测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程。待定点的坐标和 高程一般不是直接测定的,而是观测已知点和待定点之间的几何位置 关系，然后计算出待定点的坐标和高程。 基本内容： 高差测量（h）、角度测量（β、α）、距离测量（S、D） 外业工作：测定和测设。 内业工作：观测数据处理和绘图。 二、测量工作的基本原则 1、布局上“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，工作次序上“先控制 后细部”。 2、又一原则。即：“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。 优点：① 减少误差积累；② 避免错误发生；③ 提高工作效率。 课后作业： 1、测量工作的两个原则及其作用是什么？ 2、确定地面点位的三项基本测量工作是什么？