矿山测量学.pptx
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1、绪论 11 测量学的发展及内容测量学的发展及内容12 地面点位的确定地面点位的确定13 测量工作概述测量工作概述11 测量学的发展及内容测量学的发展及内容 测量学是一古老的地球科学,它自于希腊测量学是一古老的地球科学,它自于希腊文的文的“土地划分土地划分”。而近代的测量学已经发展为。而近代的测量学已经发展为一门多方面的综合科学,通常叫做测绘科学。一门多方面的综合科学,通常叫做测绘科学。测量学的发展概况测量学的发展概况 本课程的意义及要求本课程的意义及要求 测量学科的分类测量学科的分类一、测量学的发展概况1我国古代测量学的成就我国古代测量学的成就 大约是公元前大约是公元前2200年,夏禹治水时,
2、使用年,夏禹治水时,使用“左准绳,右规矩左准绳,右规矩”的测量工具和方法。的测量工具和方法。长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图地图世界上现发现的最早的军用地图世界上现发现的最早的军用地图北宋时沈括的北宋时沈括的梦溪笔谈梦溪笔谈中记载了中记载了磁偏角的发现。磁偏角的发现。清朝康熙年间,清朝康熙年间,1718年完成了世界年完成了世界上最早的地形图之一上最早的地形图之一皇兴全图皇兴全图。注:世界上现存最古老的地图是在古巴比注: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。掘的刻在
3、陶片上的地图。2近代测量学的发展近代测量学的发展 望远镜普遍用于测量仪器望远镜普遍用于测量仪器 最小二乘法理论奠定了测量平差的基础最小二乘法理论奠定了测量平差的基础 电磁波测距仪的问世电磁波测距仪的问世 20世纪自动安平水准仪及数字水准仪研世纪自动安平水准仪及数字水准仪研制成功制成功 电子经纬仪产生,陀螺经纬仪与激光经电子经纬仪产生,陀螺经纬仪与激光经纬仪应用于定向工作。纬仪应用于定向工作。1966年开始进行人卫大地测量。年开始进行人卫大地测量。3测量学发展状况及展望测量学发展状况及展望 测量室内外一体化。测量室内外一体化。GPS(Global positioning system)RS(Re
4、mote sense)GIS(Geographic information system)3S技术的结合技术的结合 数字地球数字地球(Digital Earth)的概念。的概念。二本课程的意义及要求二本课程的意义及要求1学习本课程的意义学习本课程的意义 城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路等的修建农田水利及道路等的修建 勘测设计、施工放样、竣工验收和工勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测程监测2学习好本课程的要求学习好本课程的要求 认真听课,做好笔记;认真听课,做好笔记;独立完成作业,注意总结;独立完成作业,注意总结;重实践,认真对待课堂实验;重
5、实践,认真对待课堂实验;认真完成集中实习,积累经验。认真完成集中实习,积累经验。测设测设:图纸图纸 地面地面测定测定:地面地面 图纸图纸三测量学定义及学科分类三测量学定义及学科分类1测量学测量学(surveying)的定义的定义 根据它的任务与作用,包括两个方面:根据它的任务与作用,包括两个方面:测定(测绘)测定(测绘)(location)测设(放样)测设(放样)(seting-out)2测量学科的分类测量学科的分类普通测量学普通测量学大地测量学大地测量学摄影测量学摄影测量学工程测量学工程测量学制图学制图学12 地面点位的确定 确定地面点的空间位置需用三个量确定地面点的空间位置需用三个量:u某
6、点在水平面上投影位置(某点在水平面上投影位置(x,yx,y)u该点离某水平面高度(该点离某水平面高度(H H)1.1.测量基准面测量基准面2.2.地面点的平面位置地面点的平面位置3.3.地面点的高程地面点的高程一测量基准面一测量基准面1测量工作基准面测量工作基准面大地水准面。大地水准面。水准面水准面静止海水面所形成的封闭曲面。静止海水面所形成的封闭曲面。大地水准面大地水准面其中通过平均海水面的那个其中通过平均海水面的那个水准面。水准面。2.大地水准面的特点大地水准面的特点水准面的特点水准面的特点 不规则曲面有无数个不规则曲面有无数个 处处与铅垂线正交、封闭的重力等势面处处与铅垂线正交、封闭的重
7、力等势面大地水准面的特点大地水准面的特点 唯一的不规则曲面唯一的不规则曲面 处处与铅垂线正交、封闭的重力等势面处处与铅垂线正交、封闭的重力等势面测量工作的基准面测量工作的基准面大地水准面大地水准面 测量工作的基准线测量工作的基准线铅垂线铅垂线旋转椭球旋转椭球 由椭圆(长半轴由椭圆(长半轴a a,短半轴,短半轴b b)绕)绕b b轴旋轴旋转而成的椭球体。可用数学式表示的转而成的椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。光滑曲面。二、地面点的平面位置二、地面点的平面位置(一一)地理坐标(属于球面坐标系统)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。分为:适用于:在地球椭球面上确定点位。分为
8、:1.天文地理坐标天文地理坐标(天文天文经度经度 ,天文,天文纬度纬度 )2.大地地理坐标大地地理坐标(大地大地经度经度B B,大地,大地纬度纬度L L)地理坐标系(二二)平面直角坐标平面直角坐标 适用于:研究范围较小。适用于:研究范围较小。数学平面直角坐标系数学平面直角坐标系测量平面直角坐标系测量平面直角坐标系 坐标系的异同:坐标系的异同:u不同点:不同点:1 1测量上北方向为测量上北方向为X X轴正向,轴正向,东方向为东方向为Y Y轴正向。轴正向。2 2角度方向顺时针度量;角度方向顺时针度量;象限顺时针编号。象限顺时针编号。u相同点相同点:数学中的三角公式在测量中可直接应用。数学中的三角公
9、式在测量中可直接应用。(三)高斯平面直角坐标(三)高斯平面直角坐标适用于:研究范围较大。适用于:研究范围较大。高斯投影方法:高斯投影方法:目的是将椭球面投影到目的是将椭球面投影到平面上。使投影带的中央子午线与椭平面上。使投影带的中央子午线与椭圆柱体相切,展开后为圆柱体相切,展开后为X X轴,向北为正;轴,向北为正;展开后为展开后为Y Y轴,向东为正。轴,向东为正。高斯平面投影高斯平面投影投影投影剪开剪开展展平平16带的划分带的划分u为限制高斯投影离中央子午线愈远,为限制高斯投影离中央子午线愈远,长度变形愈大的缺点,从经度长度变形愈大的缺点,从经度0开始,开始,将整个地球分成将整个地球分成60个
10、带,个带,6为一带。为一带。u计算公式:计算公式:=6N-3中央子午线经度中央子午线经度,N投影带号。投影带号。方法:方法:(1)先将自然值的横坐)先将自然值的横坐标标Y加上加上500000米;米;(2)再在新的横坐标)再在新的横坐标Y之前标以之前标以2位数的带号位数的带号。2.我国高斯平面直角坐标的表示方法我国高斯平面直角坐标的表示方法例:国家高斯平面点例:国家高斯平面点P P(2433586.6932433586.693,2222514366.157514366.157)所表示的意义)所表示的意义:(1)(1)表示点表示点P P在高斯平面上至赤道的距离在高斯平面上至赤道的距离;X=X=24
11、33586.693m2433586.693m(2)(2)其投影带的带号为其投影带的带号为2222 、P P点离点离3838带的带的纵轴纵轴X X轴的实际坐标轴的实际坐标Y=Y=514366.157-514366.157-500000=500000=-14366.157m-14366.157m三.地面点的高程1.1.绝对高程绝对高程H H到大地水准面的铅垂距离。到大地水准面的铅垂距离。2.2.相对高程相对高程H H到假定水准面的铅垂距离。到假定水准面的铅垂距离。3.3.高高 差差h hABAB=H=HB B-H-HA A=H=HB B-H-HA A4.我国的高程系统我国的高程系统主要有:主要有:
12、(1)1985国家高程系统国家高程系统(2)1956黄海高程系统黄海高程系统(3)地方高程系统。如:珠江高程系统。)地方高程系统。如:珠江高程系统。注:水准原点:青岛市观象山注:水准原点:青岛市观象山H H0 0=72.260m=72.260m(8585黄海系)黄海系)=72.289m=72.289m(5656黄海系)黄海系)1.3 测量工作概述一测量的基本工作一测量的基本工作 测角、量边、测高差测角、量边、测高差二测量工作中用水平面代替水准面的限度二测量工作中用水平面代替水准面的限度1 1对水平角、距离的影响对水平角、距离的影响在面积约在面积约320km320km2 2内,可忽略不计。内,可
13、忽略不计。2 2对高程的影响对高程的影响即使距离很短也要顾即使距离很短也要顾及地球曲率的影响。及地球曲率的影响。三测量工作的基本原则三测量工作的基本原则布局上:由整体到局部布局上:由整体到局部 精度上:由高级到低级精度上:由高级到低级次序上:先控制后细部次序上:先控制后细部测量工作的又一原则:步步检核四、常用单位及换算1、距离单位 1km=1000m=1000*10mm2、面积单位 1亩=666.66673、角度单位 1弧度=206265第二章第二章 水准测量水准测量21 高程测量概述高程测量概述22 水准测量原理水准测量原理23 水准仪和水准尺水准仪和水准尺24 水准测量的方法及成果整理水准
14、测量的方法及成果整理25 水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正u高程测量高程测量 (Height Measurement)根据已知点高程,测定该点与未知点的高根据已知点高程,测定该点与未知点的高差,然后计算出未知点的高程的方法。差,然后计算出未知点的高程的方法。21 高程测量概述高程测量概述u高程测量的方法高程测量的方法1、水准测量、水准测量(leveling)一、二、三、四等及等外水准测量一、二、三、四等及等外水准测量2、三角高程测量、三角高程测量(trigonometric leveling)3、气压高程测量、气压高程测量(air pressure leveling)4、GPS测量。测量。
15、(GPS leveling)22 水准测量原理水准测量原理一一.基本原理基本原理 利用水准仪提利用水准仪提供的供的“水平视线水平视线”,测量两点间,测量两点间高差,从而由已高差,从而由已知点高程推算出知点高程推算出未知点高程。未知点高程。大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向A后视点后视点 a后视读数后视读数B前视点前视点 b前视读数前视读数大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向1 1、A A、B B两点间高差两点间高差2.B2.B点的高程
16、点的高程3.3.视线高程视线高程4.转点转点TP(turning point)的概念的概念 若若A A、B B 两点间布设一些过渡点两点间布设一些过渡点(转点)(转点)1 1、2 2、3 3,将其分为,将其分为n n段,段,则用水准仪分别测得各段高差为则用水准仪分别测得各段高差为h h1 1,h h2 2 h hn n,则有:,则有:hAB=h1+h2+hn =(a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n)=a-a-b b二、水准面曲率对水准测量的影响二、水准面曲率对水准测量的影响其中:其中:hAB为地球曲率为地球曲率的影响的影响 若S
17、a=Sb,则hAB=0,说明当前、后视距的距离相等时,地球曲率对一个测站的高差没有影响。hAB=(Sa+Sb)()(Sa+Sb)/2R23 水准仪与水准尺水准仪与水准尺一、水准仪一、水准仪(level)组成组成1、望远镜、望远镜(telescope)uu物镜物镜uu目镜目镜uu十字丝(上、中、下丝)十字丝(上、中、下丝)三个部分组成。三个部分组成。视线视线视准轴,十字丝交点与物镜光视准轴,十字丝交点与物镜光心连线。心连线。2、水准器、水准器(bubble)u圆水准器圆水准器(circular bubble):用于整:用于整平。平。u水准管水准管(bubble tube):用于精平。用于精平。特
18、性:气泡始终向高处移动。特性:气泡始终向高处移动。3、基座、基座(tribrach)二、水准尺二、水准尺(leveling staff)主要有单面尺、双面尺和塔尺。主要有单面尺、双面尺和塔尺。1 1、尺面分划为、尺面分划为1cm1cm,每,每10cm10cm处(处(E E字形刻划字形刻划的尖端)注有阿拉伯数字。的尖端)注有阿拉伯数字。2 2、双面尺的红面尺底刻划:一把为、双面尺的红面尺底刻划:一把为4687mm4687mm,另一把为另一把为4787mm4787mm。(三)尺垫(三)尺垫(staff plate)放在转点上,以防水准尺下沉。放在转点上,以防水准尺下沉。三、水准仪的使用三、水准仪的
19、使用操作程序:操作程序:粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数(一)粗平(一)粗平 调节脚螺旋,使圆水准气泡居中。调节脚螺旋,使圆水准气泡居中。1方法:方法:对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋1 1、2 2使气泡移至使气泡移至1 1、2 2方方向中间向中间转动脚螺旋转动脚螺旋3 3,使气泡居中。,使气泡居中。a a123b b312c c3122 2规律:规律:气泡总是处在最高处。气泡总是处在最高处。(二)(二)瞄准瞄准1 1方法:方法:先用准星器粗瞄,再用微动螺旋精瞄。先用准星器粗瞄,再用微动螺旋精瞄。2 2视差:视差:概念:概念:眼睛在目镜端上下移动时,十字丝与目标眼睛在目镜端上下移动时,十字丝与目标
20、像有相对运动。像有相对运动。产生原因:产生原因:目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法:消除方法:反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。(三)精平(三)精平1、方法:、方法:如图所示,调节微倾螺旋,使水准如图所示,调节微倾螺旋,使水准管气泡成像抛物线符合。管气泡成像抛物线符合。2、说明:、说明:自动安平水准仪(自动安平水准仪(compensator compensator levellevel),不需进行精平。),不需进行精平。(四)读数(四)读数 精平后,用十字丝的中丝在水准尺上读数。精平后,用十字丝的中丝在水准尺上读数。1 1方法:方
21、法:米、分米看尺面上的注记,厘米数米、分米看尺面上的注记,厘米数尺面上的格数,毫米估读。尺面上的格数,毫米估读。2 2规律:规律:读数在尺面上由小到大的方向读。读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的,从上往下读;若成正像,故仪器若成倒像的,从上往下读;若成正像,即从下往上读。即从下往上读。4.4.水准仪读数实例水准仪读数实例 bc a07250725625262521477147724 水准测量的方法及成果整理水准测量的方法及成果整理一、水准点(Bench Mark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点,称为通过水准测量方法获得其高程的高程控制点,称为水准点,一般用水准点,一般用BM
22、表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。水准点示意图水准点示意图水准点示意图水准点示意图二、水准路线(leveling line)1 1闭合水准路线闭合水准路线(closed leveling line)(closed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM1BM12 2附合水准路线附合水准路线(annexed leveling line)(annexed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM2BM23 3支水准路线支水准路线(spur leveling line)(spur leveling line)由已
23、知点由已知点BM1BM1某一待定水准点某一待定水准点A A。水准路线布设形式水准路线布设形式3.3.支水准路线支水准路线BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.闭合水准路线闭合水准路线2.2.附合水准路线附合水准路线BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3三、水准测量的实施(外业)三、水准测量的实施(外业)1 1、观测要求、观测要求(1 1)水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。)水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。)水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。)水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。(2 2)为及时发现错误,通常采用)为及时发现错误
24、,通常采用)为及时发现错误,通常采用)为及时发现错误,通常采用“两次仪器高法两次仪器高法两次仪器高法两次仪器高法”或或或或 “双面尺法双面尺法双面尺法双面尺法”。两次仪器高法:高差之差两次仪器高法:高差之差h-h 5mm BMABMB1134113416771677TP1h h1 1=-0.543=-0.5431444144413241324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201822182208760876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461820182014351435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851422142213041304h h5 5=+0.1
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