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1、建筑工程测量第一章 绪论,第一章,课题(章、节)名 称,1 绪 论 1.1-1.3,本 次 授 课目 的 与 要 求,了解测量学的定义,任务和作用,测量工作的实质,确定地面点位的方法，测量误差，测量常用的计量单位，计算中数字的凑整规则。,本 次 授 课 重 点 与 难 点 分 析,1.测量的基准面2.坐标系的选择及其意义3.测量误差的分类,绪论,一.测量学:测量学是一门研究地球表面的形状和大小、确定地面点之间相对位置的科学。,二.主要任务:,2.测设(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。（由“图”到“地”),1.1 测量学及其应用,1.测绘（测定）:就
2、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一定比例尺缩绘成地形图，作为规划设计、经济建设、国防建设和科学研究应用的依据。（由“地”到“图”）,地形图,三.测量学的分类:1.大地测量学：在“大范围内”进行的，分为常规测量和卫星测量。2.普通测量学：在较小区域内进行的，是测量学的基础。3.摄影测量学：通过分析摄像影片来进行测量工作。4.工程测量学：勘测设计、施工和竣工使用阶段的测量工作。,测量学的应用,重点在工程建设中的应用1、勘测阶段：为设计提供地质勘察报告2、设计阶段：需要地形资料和地勘报告3、施工阶段：施工放样和给定施工标志4、竣工阶段：竣工测量和沉降变形观测学习本课
3、程的要求：“懂理论，能操作，能识图，能应用”。,测量学的发展简史和概况,1.中国古代测绘科学的发展：夏朝大禹治水时期的简单测量工具“左准绳，右规矩”,战国时期的“司南”，郑和下西洋时的航海测量等。2.国外测绘科学的发展：17世纪初开始，望远镜开始应用于天象观测；三角测量法；投影学说；摄影测量等。3.现代测绘科学的发展：电磁波测距仪、自动安平水准仪；全站仪；激光技术；GPS；全数字摄影测量等。,司南,规矩,“准”是古代用的水准器。这在汉书上就有记载。“绳”是一种测量距离、引画直线和定平用的工具，是最早的长度度量和定平工具之一。禹治水时，“左准绳”就是用“准”和“绳”来测量地势的高低，比较地势之间
4、高低的差别。“规”是校正圆形的用具。“矩”是古代画方形的用具，也就是曲尺。,现代测量工具,上图：光学经纬仪中上图：自动安平水准仪,上图：全站仪中下图：激光测距仪,铅垂线:某点的重力方向线水准面：处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。地球上自由静止的水面都是水准面。大地水准面:假设静止的平均海水面延伸穿过大陆岛屿围成的一个封闭的曲面。（与平均海水面相吻合）水平面:与水准面相切的平面 大地水准面、水平面和铅垂线是测量的基准面和基准线。,1.2 地面点位置的确定 1.2.1测量的基准线和基准面,海洋 71%陆地 29%R=6371km 由大地水准面所包围的形体叫大地体，由于地球内部物质分布不均匀，
5、引起地面各点的铅垂线方向不规则变化，所以大地水准面是一个有微小起伏的不规则曲面，不能用数学公式来表述。因此，在半径10km范围内，面积314km2内，测量工作可以用水平面来代替水准面。水平面就是通过水准面上某一点所做的切平面。,a=6378140 m b=6356755me=1/298.257,2 地面点的坐标（1）地理坐标 当研究整个地球的形状或进行大区域范围的测量工作时，常采用地理坐标来确定点的位置，点的坐标可用经度和纬度表示。经度和纬度称为点的地理坐标。地理坐标是用天文测量方法测定的。例 如，北京某点P的地理坐标为东经11628，北纬3954。,上个世纪70年代，中国决定建立自己独立的大
6、地坐标系统。通过实地考察、综合分析，最后将我国的大地原点确定在咸阳市泾阳县永乐镇石际寺村境内,起始大地点又称大地原点，该点的大地经纬度与天文经纬度一致。我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-北洪流村大地原点建立的大地坐标系，称为“1980西安坐标系”，地理坐标为东经10855，北纬3432，海拔417.2m。,大地原点,2 地面点的坐标（2）平面直角坐标 小区域的范围内，将大地水准面作水平面看待，由此而产生的误差不大时，便可以用平面直角坐标来代替球面坐标。,图1.4所示为一平面直角坐标系统。规定坐标纵轴为x轴且表示南北方向，向北为正，向南为负；规定横轴为y轴、且表示东西方向，向东为正，向西为负。为了避
7、免测区内的坐标出现负值，可将坐标原点选择在测区的西南角上。坐标象限按顺时针方向编号如图1.5所示，其编号顺序与数学上直角坐标系的象限编号顺序相反，且x、y两轴线与数学上直角坐标系的x、Y轴互换，这是为了使测量计算时可以将数学中的公式直接应用到测量中来，而无需作任何修改。,3)高斯平面坐标系,将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影于椭圆柱面。将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即为高斯投影平面。取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边
8、缘，变形逐渐增加，变形最大之处在投影带内赤道的两端。由于其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用），因此在大比例尺地形图中应用，可以满足军事上各种需要，能在图上进行精确的量测计算。,1.2.2.确定地面点位的方法:1.2.2.确定地面点位置的方法（1）地面点的高程 1.绝对高程H:地面上任意一点到大地水准面的铅垂线长度，称为该点的绝对高程(海拔，标高)。我国以青岛验潮站的黄海平均海水面为基准，建立了国家水准原点:72.260m。称为1985年国家高程基准。2.相对高程H：以假定水准面作为高程的起算面。3.建筑标高：0.00的相对高程是施工放样
9、时测设0.00位置的依据。4.高差hAB:地面两点之间的高程差。hAB=HB-HA=HB HA 正.负高差的意义:,中国人民解放军总参测绘局于1952年所建的中华人民共和国水准原点，全国各地的海拔高度皆由此点起算。世界第一高峰珠穆朗玛峰海拔高度就是从观象山的“水准原点”算起的。“原点”在屋内深井中，里面有一个价值不菲的拳头大小、浑圆的黄玛瑙，玛瑙上一个红色小点，标志着此高度是海拔72.260米，也就是我国的“水准原点”。全国各地的海拔高度就是以此水准原点为基点算起的，因此它的军事意义和科学价值极高。,2006年为宣传纪念观象山水准原点修建的国家4A级“零点公园”景区,地面点的空间位置是以投影平
10、面上的坐标（x，y）和高程H决定的，而点的坐标一般是通过水平角测量和水平距离测量来确定的，点的高程是通过测定高差来确定的。所以，测角、测距和测高差是测量的三项基本工作。,确定点位的基本要素,1.3 测量误差概述1.3.1误差及其表示方法1.误差 在测量工作中，对某量的观测值与该量的真值间存在着必然的差异，这个差异称为误差。但有时由于人为的疏忽或措施不周也会造成观测值与真值之间的较大差异，这不属于误差而是粗差。误差与粗差的根本区别在于误差是不可避免的，而粗差是有可能避免的。,1.3.2 测量误差产生的原因 通过测量实践可以发现，无论使用的测量仪器多么精密，观测多么仔细，对同一个量进行多次的观测，
11、其结果总存在着差异。例如，对两点间的高差进行重复观测，测得的高差往往不相等而有差异；观测三角形三个内角，其和往往不等于理论值180。这些现象之所以产生，是由于观测结果中存在着测量误差。,在测量中产生误差的原因一般有以下三个方面：1.仪器、工具的影响：由于仪器或工具制造不够精密，校正不可能十分完善，从而使观测结果产生误差。2.人的影响：观测人员的生理、习性，观测者感觉器官的鉴别能力有限、观测习惯各异。3.外界环境的影响：测量过程中外界自然环境，如温度、湿度、风力、阳光照射、大气折光、磁场等因素会给观测结果带来影响，而且外界条件随时发生变化，由此对观测结果的影响也随之变化。这必然会使观测结果带有误
12、差。,仪器、人本身和外界环境这三方面是引起观测误差的主要因素，总称为“观测条件”。由上述可知，观测结果不可避免地含有测量误差。测量误差越小，则测量成果的精度越高。因此，在测量工作中，必须对测量误差进行研究，以便对不同性质的误差采取不同的措施，提高观测成果的质量，满足各类工程建设的需要。,1.3.3 测量误差的分类真误差按其性质可分为系统误差和偶然误差两类。1.系统误差在相同的观测条件下，对某量进行一系列观测，如果观测误差的数值大小和正负号按一定的规律变化，或保持一个常数，这种误差称为系统误差。系统误差有下列特点：系统误差的大小(绝对值)为一常数或按一定规律变化。系统误差的符号(正、负)保持不变
13、.系统误差具有累积性。即误差大小随单一观测值的倍数累积。系统误差对测量结果的影响，可以通过分析找出规律，计算出某项系统误差的大小，然后对观测结果加以改正，或者用一定的观测程序和观测方法来消除系统误差的影响，把系统误差的影响尽量从观测结果中消除。,2.偶然误差在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，其观测误差的大小和符号都各不相同，且从表面上看没有一定的规律性，这种误差称为偶然误差。偶然误差有下列特点：在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的界限；绝对值大的误差比绝对值小的误差出现的可能性要小；绝对值相等的正误差和负误差出现的可能性相等；偶然误差的算术平均值，随着观测次数的无限增加
14、而趋向于零。实践证明，偶然误差不能用计算改正或用一定的观测方法简单地加以消除，只能根据偶然误差的特性来改进观测方法并合理地处理数据，以减少偶然误差对测量成果的影响。,偶然误差具有正态分布的特性：,1.3.4 测量错误测量过程中，有时由于人为的疏忽或措施不周可能出现错误。例如，读数错误；记录时误听、误记；计算时弄错符号、点错小数点等等。在一定的观测条件下，误差是不可避免的。而产生错误的主要原因是工作中的粗心大意造成的，显然，观测结果中不容许存在错误，并且，错误是可以避免的。如何及时发现错误，并把它从观测结果中清除掉，除了测量人员加强工作责任感，认真细致地工作外，通常还要采取各种校核措施，防止产生
15、观测错误，使在最终成果中发现并剔.,2.误差的表示方法绝对误差不考虑被观测量自身的大小，只描述该量的观测值与其真值之差大小的误差称为绝对误差（亦称为真误差）。绝对误差用下式求得：=lX式中：绝对误差；l观测值；X被观测量的真值(当真值不可求得时，用多次观测值的算术平均值作为真值的近似值)。,相对误差对某量观测的绝对误差与该量的真值(或近似值)之比称为相对误差。相对误差能够确切描述观测量的精确度。相对误差用下式求得：K=|/X式中：K相对误差相对误差一般化成分子为1的分数表示。,中误差 若对某量等精度进行了n次观测，按（1.3）式可计算出n个真误差1、2、n。将各真误差的平方和的均值再开方即为中
16、误差m：式中：m观测值的中误差=12+22+n2 n观测次数。,容许误差 容许误差亦称限差，在实际工作中，测量规范要求在观测值中不容许存在较大的误差，故常以两倍或三倍的中误差作为最大允许值。在测量中以容许误差检核观测质量，并根据观测误差是否超出容许误差而决定观测成果的舍取。,测量工作程序,从整体到局部，先控制后碎部先在测区建立控制网，确定控制点，即控制测量；然后以控制点为基准，测量周围碎部点的位置，成为碎部测量。,1.4测量常用的计量单位 在测量中，常见有长度、面积和角度三种计量单位。1.4.1 长度单位 国际通用长度单位为m（米），我国规定采用米制。1m=100cm(厘米)=1000mm（毫
17、米）1000m(米)=1km(公里)1.4.2 面积单位面积单位为m2(平方米)，大面积用km2(平方公里)。,1.4.3 角度单位测量上常用到的角度单位有二种：60进位制的度和弧度。1、60进位制的度：1圆周角=360(度)1(度)60(分)1(分)60(秒)2、弧度：角度按弧度计算等于弧长与半径之比。与半径相等的一段弧长所对的圆心角作为度量角度的单位，称为一弧度，用表示。按度分秒表示的弧度为：1圆周角2(弧度)360(度),1.5 计算中数字的凑整规则 测量计算过程中，般都存在数值取位的凑整问题。由于数值取位的取舍而引起的误称为凑整误差。为了尽量减弱凑整误差对测量成果的影响，避免凑整误差的
18、累积，在计算中通常采用如下凑整规则：若以保留数字的末位为单位，当其后被舍去的部分大干0.5时，则末位进1；当其后被舍去的部分小于0.5时，则末位不变；当其后被舍去的部分等于0.5时，则末位凑成偶数，即末位为奇数数时进1，为偶数或零时末位不变（五前单进双不进）。例如：将下列数据取舍到小数后三位。3.141593.1423.513293.5139.750509.7504.513504.5142.8545002.8541.2585011.258 上述的凑整规则对于被舍去的部分恰好等于五时凑成偶数的方法作了规定，其他情况与一般计算中的“四舍五入”规则基本相同。,小 结1定义 测量学是一门研究地球表面的
19、形状和大小、确定地面点之间相对位置的科学。2建筑工程测量的主要任务:,3基准面,4坐标轴系,5高 程 绝对高程:地面上任意一点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，简称高程。相对高程:地面点到假定水准面的铅垂距离称为该点的相对高程。建筑标高:建筑物各部位的高度以0.00作为高程起算面的相对高程，称为建筑标高。高 差:两个地面点之间的高程之差称为高差。,6误差 误 差：在测量工作中，对某量的观测值与该量的真值间存在的差异，这个差异称为误差。产生误差的原因：仪器、工具的影响；人的影响；外界环境的影响。,相对误差：对某量观测的绝对误差与该量的真值(或近似值)之比称为相对误差。中误差：若对某量等精度进行了n次观测，可计算出n个真误差，将各真误差的平方和的均值再开方即为中误差m，用下式表示：容许误差：容许误差亦称限差，是测量规范规定的误差最大允许值。系统误差：在相同的观测条件下，对某量进行一系列观测，如果观测误差的数值大小和正负号按一定的规律变化，或保持一个常数，这种误差称为系统误差。偶然误差：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，其观测误差的大小和符号都各不相同，且从表面上看没有一定的规律性，这种误差称为偶然误差。,
