工程测量基础知识讲座

=(a1 － b1)+(a2 － b2 )+ … = ∑a－∑b
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h1 a1b1
h2a2b2
h3 a3b3
h4 a4 b4
a2
a1
b1
h1 A
a3 b2
h2
a4 b3 h3
过A点的水准面
b4 B
h4
hAB
水 准 仪 与 水 准 尺
全 站 仪
5. GPS-RTK
全球定位系统GPS （ Global Position System ）, 是一 种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统, 可向全球用 户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间 信息。全球定位系统，根据静态、快速静态定位原理，建 立测量控制网（简称（GPS）控制网）。
N
高
N
平 行
斯
光
|
W
E
克
吕
格 投
S
投影的基本条件：
S
1、中央子午线的投影为直线而且是投影的对称轴。
影 2、投影后没有角度变形。又称是正形投影。
3、中央子午线上没有长度变形。
（2）投影分带的规定
高 斯
1、6°分带法：从格林尼治零度经线起每6°为一个投影带，
全球共分60个投影带 1:1万的地图)
L0=6N-3(在我国一般用于小于
（3）精度:可达到（ 2-5mm +1ppm ） • 2、动态相对定位
（1）方法 先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可 见卫星，另一台接收机在第 1 点静止观测数分钟后，在其他点依次 观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。动 态相对定位的作业范围一般不能超过 15km 。
174°180°-174°-168°
影
120 1 2 3 4 5 6
24 25 26 27 28 29 30 31 32
58 59 60 61 62 63 64
①高斯平面直角坐标系
高 斯 平 面 直 角 坐 标
• 中央子午线投影后的
X
直线为X轴、向北为 正，以赤道投影后的 Ⅳ
直线为Y轴,向东为正，
• 静态定位，即在定位过程中，接收机天线（观测站）的位置相 对于周围地面点而言，处于静止状态；而动态定位则正好相反， 即在定位过程中，接收机天线处于运动状态，定位结果是连续 变化的。
• 绝对定位亦称单点定位，是利用 GPS 独立确定用户接收机天 线（观测站）在 WGS-84 坐标系中的绝对位置。相对定位则 是在 WGS-84 坐标系中确定收机天线（观测站）与某一地面 参考点之间的相对位置，或两观测站之间相对位置的方法。
工程测量基础知识讲座
目录
• 第一章 ：绪 论 • 第二章 ：坐标系统的选择 • 第三章 ：控制测量 • 第四章 ：测量精度要求 • 第五章 ：地形图测量的内容和要求 • 第六章 ：线路测量要求
第一章 ：绪 论
• 测量学的分类 • 测量的基准面与基准线 • 地面点位置的表示方法 • 测量的基本工作和仪器 • 测量工作的原则
❖ 角度测量（水平角、竖直角） ❖ 高程测量（ hPA hAB ） A hPA
P
hAB B
x
αPA
a
yp
DPA β DAB
b
测距工具、仪器
一、所用主要工具 ：钢尺、皮尺
皮尺
钢尺
二、测距仪的构造
各型号的大致相同。 主要由：
❖照准头 ❖控制器 ❖反光镜 等组成。
ND3000/2000红外测距仪
水平角测量原理
1、测量学分类
大地测量学
测
地形测量学
量
学 的
摄影测量与遥感
分
类
工程测量学
地图制图学
工程测量学
工程测量学是研究在工程建设和自 然资源开发的勘测、设计、施工、管理 各个阶段进行测量的理论和技术的学科。
工程测量学包含控制测量、地形测 绘、施工放样、变形监测及建立相应信 息系统等内容。
例如：大坝安全检测、高层建筑物沉降监测
（2）用途适用于精度要求不高的碎部测量。 （3）精度可达到（10-20mm +1ppm ）
GPS定位原理
• （2）GPS 相对定位，亦 称差分GPS 定位，是目前 GPS 定位中精度最高的一种 定位方法。其基本定位原理 为：如右图 所示，用两台 GPS 用户接收机分别安置在 基线的两端，并同步观测相 同的GPS 卫星，以确定基线 端点（测站点）在WGS84 坐标系中的相对位置或称 基线向量。
坐 • 若投影带为20带，则通用坐标
Ⅲ
Ⅱ
标
xA’通=493275.6m yA’通=20745863.7m
平面直角坐标（xA , yA) （任意坐标系）
x A（315.6，269.8）
(269.8) A
Ⅳ
Ⅰ
o
Ⅲ
Ⅱ
(315.6)
y
我国目前使用的坐标系
1、世界大地坐标系
WGS-84是一个世界大地坐标系，建立的目的是在世 界上建立一个统一的坐标系。
• 地面上两相 交直线的夹 角在水平面 上的投影 （两条直线 的方位角之 差值）
m n O
A B
β= n － m
水平面
β
竖直角
地面上的直线与其水平投影线（水 平视线）间的夹角。
➢ 仰角：倾斜视线在水平视线以上时的竖直角 ➢ 俯角：倾斜视线在水平视线以下时的竖直角
▪经纬仪：用于测定水平角和竖直角的仪器。 有光学经纬仪和电子经纬仪之分。
投影。
➢将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度
相等，其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变 形愈大。随远离中央经线，面积变形也愈大。若采用分带投 影的方法，可使投影边缘的变形不致过大。我国各种大、中 比例尺地形图采用了不同的高斯-克吕格投影带。其中大于 1∶1万的地形图采用3°带；1∶2.5万至1∶50万的地形图采用 6°带。
E
大地水准面
3、地面上点位的表示方法
▪ 坐标
▪ 高程
➢地理坐标(N,E)
➢绝对高程
➢高斯平面直角坐标(x,y) ➢相对高程
➢平面直角坐标 (x,y)
高斯投影
➢ 是一种解决曲面不可展的投影方法。
➢ 由德国数学家高斯拟定，又经德国大地测量学家克吕格补充
完善，又称高斯----克吕格投影。
➢ 大多数国家将此种投影作为比例尺大于百万分之一的地形图
2、测量的基准线和基准面
外业：铅垂线和大地水准面
内业：法线和参考椭球面
N
P地球表面
P0
大地水准面：指与平均海水R面重合 并延伸到大陆内部的水准面。是正 高的基准面。W在测量工作中，均以 大地水准面为依据。因地球表面起 伏不平和地球内部质量分布不匀， 故大地水准面是一个略有起伏的不 规则曲面。
S
参考椭球面
我国目前使用的坐标系
2、国家大地坐标系
（3）独立坐标系：在我国许多城市测量和工程测量中， 若直接采用国家坐标系下的高斯直角坐标，则可能由于远 离中央子午线，或由于测区平均高程较大，而导致长度投 影变性较大，难以满足工程上或实用上的精度要求。
3、2000国家大地坐标系
CGCS2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的 整个地球的质量中心，属于地心坐标系。
GPS定位原理
（1）GPS 进行绝对定位的基本原理为：以GPS 卫星与用 户接收机天线之间的几何距离观测量为基础，并根据卫星的瞬 时坐标（XS ,YS ,ZS ），以确定用户接收机天线所对应的点位， 即观测站的位置。设接收机天线的相位中心坐标为（X,Y,Z ）， 则有：
卫星的瞬时坐标 XS ,YS ,ZS可 根据导航电文获得，所以式中 只有 X 、Y 、Z 三个未知量， 只要同时接收3 颗 GPS卫星，就 能解出测站点坐标（X,Y,Z ）。 可以看出，GPS 单点定位的实 质就是空间距离的后方交会。
目前工程中，广泛应用定位模式
• 1、静态相对定位 （1）方法:将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，
同步观测 4 颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至1 小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。
（2）用途:是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测 量、变形测量、工程测量。
▪常用的光学经纬仪：DJ07 DJ1 DJ2 DJ6 DJ15
高程测量
原 地理 面： 点水是间准利的用高测能差提 ，量供 从的水 而平 推基视 算线 高本的 程原仪的器一理，种测方定法
a A
b B
hAB
HA（已知）
HB=？
大地水准面
hAB = a－b HB= HA+ hAB
连续中间水准测量
hAB= ∑h =h1+h2 + …
RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是 一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动 态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而 RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法， 它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里 程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带 来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
“大沽零点高程”、“渤海高程”、“波罗的海高程”、“大连 零点高程”、“废黄河零点高程”、“坎门零点高程”和“安 庆高程系”
等。不同高程系间的差值因地区而异，各高程系存在一定的的换
我国现在常用的高程系统：
1985黄海高程系统 原点：青岛观象山 H=72.260米
4、测量的基本工作和使用的仪器
❖ 距离测量(平距、斜距)
我国常用的高程系统：
2）“1985国家高程基准” 由于“1956年黄海高程”计算基 面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等 原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛 验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，叫“1985 国家高程基准”，并用精密水准测量位于青岛的中华人民共和 国水准原点。1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用， 1956年黄海高程系同时废止。1985国家高程系统的水准原点的 高程是72.260。 3）“吴凇高程基准” 、“珠江高程基准”在我国的不同历 史时期和不同地区曾采用过多个高程系统，如“广州高程基 准”、
国家高程基准是根据验潮资料确定的水准原点高程及其 起算面。目前我国常见的高程系统主要包括“1956年黄海 高程”、“1985国家高程基准”、“吴凇高程基准”和 “珠江高程基准”等四种。
（1）“1956年黄海高程” 我国于1956年规定以黄海(青 岛)的多年平均海平面作为统一基面，叫“1956年黄海高程” 系统，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系 统繁杂的局面。该高程系以青岛验潮站1950—1956年验潮 资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观 象山。1956黄海高程水准原点的高程是72.289米。
2、国家大地坐标系
（1）北京54坐标系：是将我国大地控制网与前苏联 1942年普尔科沃大地坐标系相连结建立的我国过渡性坐标 系，属于参心坐标系，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球 体。
（2）西安80坐标系：1978年，我国决定建立新的国 家大地坐标系统，并且在新的坐标系统中进行全国天文大 地网的整体平差，就是1980年西安坐标系统，属于参心坐 标系，采用了1975国际椭球体。
高程
绝对高程或海拔:地 面点到大地水准面的 铅垂距离
假定高程或相对高程: 从某点到假定水准面 的垂直距离
高差:两点间的高程 之差 hAB=HA-HB
A
HA’
HA
B hAB
HB’
HB
假定水准面
大地水准面
我国常用的高程系统：
高程基准是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的 起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。
GPS的组成
1、空间卫星部分。 由 21 颗工作卫星和3 颗备用卫星。
2、地面控制部分。 由 1 个主控站，5 个 监控站和3 个注入站 组成。
3、用户接收机部分。 GPS 接收机的基本类 型分导航型和大地型。
大地型接收机又分单 频型（L1 ）和双频型 （L1 ，L2 ）
GPS定位方法分类
• GPS 的定位方法，若按用户接收机天线在测量中所处的状态来 分，可分为静态定位和动态定位；若按定位的结果来分，可分 为绝对定位和相对定位。
它们的交点为坐标原
O
点。坐标象限自纵轴
北方向顺时针顺序编 Ⅲ 号。
Ⅰ Ⅱ
Y
②通用坐标
高 假设A点对真原点坐标
X
X
斯 xA=493275.6m
平
yA=245863.7m
500KM
Ⅳ
Ⅰ
A
面
• 那么A点对假原点坐标（为了保证 所有点的Y坐标为正值，认为规定
直
向西移动500Km）
O’
O
YY
角
xA’=493275.6m yA’=745863.7m
2、3°分带法：从东经1°30′起，每3°为一个投影带，全球
|
共分120个投影带 L0’=3N’ (用于大于1:1万的地图)
克
3° 9° 15°
75° 81°87°93°
177°-177°-171°
吕
格
123
13 14 15 16
30 31 32
投
0° 6° 12° 18°
72° 78° 84° 90° 96°