測(cè)量基本知識(shí)

項(xiàng)目1

目錄

CONTENT

1.1 建筑工程測(cè)量的任務(wù)

1.2

1.3

1.4

1.5 測(cè)量工作概述

地球的表面特征

地面點(diǎn)位置的確定

用水平面代替水準(zhǔn)面的限度

1.1

建筑工程測(cè)量的任務(wù)

建筑工程測(cè)量是研究工程建設(shè)在勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工過(guò)程和管理階段

所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的學(xué)科。

主要內(nèi)容：工程控制網(wǎng)的建立、地形測(cè)繪、施工放樣、設(shè)備安裝

測(cè)量、竣工測(cè)量、變形觀測(cè)和維修養(yǎng)護(hù)測(cè)量等。

1.1.1 測(cè)量學(xué)的定義、研究?jī)?nèi)容與作用

測(cè)量學(xué)是研究地球形狀、大小以及確定地面點(diǎn)的空

間位置的科學(xué)。

1.1 建筑工程測(cè)量的任務(wù)

1.1.2 測(cè)量學(xué)分類

? 大地測(cè)量學(xué)：大范圍整體控制、空間控制

? 攝影測(cè)量學(xué)：攝影與遙感、航空、航天

? 普通測(cè)量學(xué)：小范圍地表形狀、不考慮地球曲率

? 海洋測(cè)量學(xué)：海洋、河道、水下地形測(cè)量

? 工程測(cè)量學(xué)：研究各種工程的測(cè)量精度、保障安全

? 地圖制圖學(xué)：研究地圖制作的理論和工藝流程

1.1 建筑工程測(cè)量的任務(wù)

1.1.3 建筑工程測(cè)量的任務(wù)

建筑工程測(cè)量是運(yùn)用測(cè)量學(xué)的基本原理和方法

為各類建筑工程服務(wù)。

工程建設(shè)三階段 測(cè)量的任務(wù)

勘測(cè)設(shè)計(jì) 控制，測(cè)繪地形圖

施工建設(shè) 施工放樣，竣工測(cè)量

運(yùn)營(yíng)管理 安全監(jiān)測(cè)，變形觀測(cè)

1.1 建筑工程測(cè)量的任務(wù)

建筑工程測(cè)量的主要任務(wù)有：

1、測(cè)繪大比例尺地形圖

2、在地形圖上進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)

3、建筑物施工放樣和施工質(zhì)量檢驗(yàn)

4、對(duì)大型建筑物進(jìn)行位移和變形監(jiān)測(cè)

建筑工程測(cè)量在工程建設(shè)中占有非常重要的地位，

在建筑工程建設(shè)中，從工程建設(shè)的勘測(cè)、規(guī)劃、

設(shè)計(jì)、施工、管理到竣工檢測(cè)無(wú)不用到測(cè)繪技術(shù)。

1.1 建筑工程測(cè)量的任務(wù)

1.2

地球的表面特征

? 1.2.1地球的自然形狀和大小

? 地球自然形體：是一個(gè)不規(guī)則的幾何體， 海洋

面積約占地球表面的71%。

?

丘陵

陸地

海洋

高山

1.2 地球的表面特征

1.2 地球的表面特征

1.2.2 測(cè)量工作的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面

測(cè)量工作的基準(zhǔn)線—鉛垂線 。

測(cè)量工作的基準(zhǔn)面—大地水準(zhǔn)面。

O

G

大地水

準(zhǔn)面

鉛垂線

1.2 地球的表面特征

1.大地水準(zhǔn)面：

完整的水準(zhǔn)面是被海水包

圍的封閉曲面。這樣的水

準(zhǔn)面有無(wú)數(shù)個(gè)，其中最接

近地球形狀和大小的是通

過(guò)平均海水面的那個(gè)水準(zhǔn)

面，這個(gè)唯一而確定的水

準(zhǔn)面叫大地水準(zhǔn)面，也就

是測(cè)量的基準(zhǔn)面，如右圖

所示。

1.2 地球的表面特征

2.參考旋轉(zhuǎn)橢球體面

由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，

導(dǎo)致地面上各點(diǎn)的重力方向即鉛

垂線方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，因

而大地水準(zhǔn)面實(shí)際上是一個(gè)有微

小起伏的不規(guī)則曲面。在測(cè)量上

選用橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的參

考旋轉(zhuǎn)橢球體面，作為測(cè)量計(jì)算

的基準(zhǔn)面，如右圖所示。

1.2 地球的表面特征

目前我國(guó)所采用的參考橢球體是“2000年國(guó)家大地坐

標(biāo)系”

，其參考橢球體元素為：

長(zhǎng)半軸 a=6378137m

短半軸 b=6356752.31414m

扁率f= ( a–b )/ a =1/298.257222101

通常把地球橢球體當(dāng)作圓球看待，取其半徑為

6371km。

1.2.3大地體的形狀及表達(dá)式

1.2 地球的表面特征

表1.1旋轉(zhuǎn)橢球體參數(shù)值

坐標(biāo)系名稱 橢球體名稱 長(zhǎng)半軸a（m） 參考橢球體扁率α

推算年代和

國(guó)家

1954北京坐標(biāo)系 克拉索夫斯基 6378245 1：298.3 1940年前蘇

聯(lián)

1980西安坐標(biāo)系 IUGG-75 6378140 1：298.257

1975年國(guó)際

大地測(cè)量與

地球物理聯(lián)

合會(huì)

2000國(guó)家大地坐

標(biāo)系（GPS）

CGCS2000 6378137 1：298.257223563 2008年中國(guó)

WGS-84坐標(biāo)系

（GPS）

WGS-84 6378137 1：298.257223563 1984年美國(guó)

1.2 地球的表面特征

1.3

地面點(diǎn)位置的確定

? 1.3.1測(cè)量工作的實(shí)質(zhì)與基本問(wèn)題

? 1.測(cè)量工作的實(shí)質(zhì)

? 確定地面點(diǎn)在規(guī)定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值（X，Y，Z）。

? 2.測(cè)量工作的基本問(wèn)題

? 研究任意一點(diǎn)位置的確定問(wèn)題是測(cè)量學(xué)的基本問(wèn)題。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

? 確定地面點(diǎn)位的基本方法：

? 是數(shù)學(xué)（幾何）方法，是用空間三維坐標(biāo)表示。

“參心”坐標(biāo)：以參考橢球體的球心表示的為“參心”坐標(biāo)。

“地心”坐標(biāo)：以地球質(zhì)心為坐標(biāo)系中心的為“地心”坐標(biāo)。

大地高：地面點(diǎn)沿法線到參考橢球體面的距離稱為大地高。

高程：地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離成為高程，或絕

對(duì)高程、海拔。

1.3.2 確定地面點(diǎn)位的基本方法

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1、地理坐標(biāo)系：天文地理坐標(biāo)（λφ）和大地地理坐標(biāo)（L、B）

2、空間直角坐標(biāo)系（ X、Y、Z ）：WGS-84坐標(biāo)系、

CGCS 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系

3、高斯投影平面直角坐標(biāo)系（ X、Y） ：

4、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系（ X、Y） ：

地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)在空間直角坐標(biāo)系中用X、Y、Z表示，在地

理坐標(biāo)系和高斯投影平面直角坐標(biāo)系中，兩個(gè)量為平面坐標(biāo)，

它表示地面點(diǎn)沿著基準(zhǔn)線投影到基準(zhǔn)面上后在基準(zhǔn)面上的位置。

基準(zhǔn)線可以是鉛垂線，也可以是法線?；鶞?zhǔn)面是大地水準(zhǔn)面、

平面或者是橢球體面。第三個(gè)量是高程，表示地面點(diǎn)沿基準(zhǔn)線

到基準(zhǔn)面的距離。因此，又稱為球面坐標(biāo)。

測(cè)量上常用的坐標(biāo)系有：

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

C

A B

a b

c

X

地面點(diǎn)的空間位置可以用點(diǎn)在水準(zhǔn)面或水平面上

的位置（X，Y）及點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離

（H）來(lái)確定。

如地面點(diǎn)：A （XA，YA，HA）

O

XA

YA

HA

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3.3地面點(diǎn)的確定

1、 高程系統(tǒng)：

高程：地面點(diǎn)沿鉛垂方向

到大地水準(zhǔn)面的距離。

地面點(diǎn)在大地水面以上，H為正；

地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面以下，H為負(fù)。

如圖：HP= 266.888m

HQ= - 189.168m

P

大地水準(zhǔn)面

HP

Q

HQ

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

參考資料 ： 國(guó)家高程系統(tǒng)

– 我國(guó)有兩個(gè)國(guó)家高程系統(tǒng)。

– 1) 1956年黃海高程系

– 以青島大港驗(yàn)潮站歷年觀測(cè)的黃海平均海水面為基準(zhǔn)面。

– 于1954年在青島市觀象山建立了水準(zhǔn)原點(diǎn)，

– 通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量的方法將驗(yàn)潮站確定的高程零點(diǎn)引測(cè)到水準(zhǔn)原點(diǎn)，

– 求出水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程。

– 1956年我國(guó)采用青島大港驗(yàn)潮站1950年~1956年7年的潮汐記錄資料推算

出的大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)引測(cè)出水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.289m；

– 以這個(gè)大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)建立的高程系稱為“1956年黃海高程系” ；

– 簡(jiǎn)稱“56黃海系”。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

? 2) “1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”

? 80年代，我國(guó)又采用青島驗(yàn)潮站1953年~1977年25年的潮汐記錄資料推

算出的大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)引測(cè)出水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260m；

? 以這個(gè)大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)建立的高程系稱為“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)” ；

? 簡(jiǎn)稱“85高程基準(zhǔn)”。

? 在水準(zhǔn)原點(diǎn)，85高程基準(zhǔn)使用的大地水準(zhǔn)面比56黃海系使用的大地水

準(zhǔn)面高出0.029m。

? 如目前發(fā)布的珠穆朗瑪峰峰頂巖石面海拔高程為8844.46m，是85高程

基準(zhǔn)。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

絕對(duì)高程（海拔） ：地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離。

如：HA、HB。

相對(duì)高程： 地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到任意水準(zhǔn)面的距離。

如：HA

′、HB

′

。

高差： 地面上兩點(diǎn)高程之差。

如：hAB = HB – HA

hAB = HB

′– HA

′

當(dāng)hAB為正時(shí)， B點(diǎn)高于A點(diǎn)；

當(dāng)hAB為負(fù)時(shí)， B點(diǎn)低于A點(diǎn)；

圖1-3 高程和高差

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

水 準(zhǔn) 原 點(diǎn)

我國(guó)解放初期，采用1950～1956

年驗(yàn)潮資料,求得平均海水面位置,

進(jìn)而測(cè)得水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為

72.289m，此高程系統(tǒng)稱為1956年

黃海高程系。由于驗(yàn)潮資料時(shí)間周

期短，不甚精確。

為提高大地水準(zhǔn)面的精度，國(guó)家又根據(jù)青島驗(yàn)潮站1952-1979年的

驗(yàn)潮資料組合成了10個(gè)周期為19年的驗(yàn)潮資料，經(jīng)精確計(jì)算，于1985年

重新確定了黃海平均海水面的位置和高程原點(diǎn)的高程（72.260m），并

決定從1988年起，一律按此原點(diǎn)高程推算全國(guó)控制點(diǎn)的高程，稱為

“1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)”?？梢?jiàn)，我國(guó)的驗(yàn)潮資料也為近年來(lái)海平面上

漲提供了依據(jù)。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

? 地面點(diǎn)在球面上的位置用經(jīng)度和緯度表示的，稱

為地理坐標(biāo)。

? 按照基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線及求算坐標(biāo)方法的不同，地

理坐標(biāo)又可分為天文地理坐標(biāo)和大地地理坐標(biāo)兩

種。

S

首

子

午

線 O φ

λ 赤道

N W E

A

(a) 天文地理坐標(biāo)

格

林

尼

治

子

午

線 O

LP BP

P'

P HP

KP

(b) 大地地理坐標(biāo)圖1-4 地理坐標(biāo) S

N

2、坐標(biāo)系統(tǒng)

1）地理坐標(biāo)：

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

? 天文地理坐標(biāo)的基準(zhǔn)線是：鉛垂線，基準(zhǔn)面是：大地水準(zhǔn)面，

它表示地面點(diǎn)A在大地水準(zhǔn)面上的位置，用天文經(jīng)度λ和天文

緯度φ表示。

? 天文經(jīng)、緯度是用天文測(cè)量的方法直接測(cè)定的。如圖1-4（a）

所示。

（1）天文地理坐標(biāo)

大地地理坐標(biāo)的基準(zhǔn)是法線和參考橢球面，是表示地面點(diǎn)

在地球橢球面上的位置，用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示。

大地經(jīng)、緯度是根據(jù)大地測(cè)量所得數(shù)據(jù)推算得到的。

（2）大地地理坐標(biāo)

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

圖1-4（b）表示以O(shè)為球心的參考橢球體，N為北極、S為南極，NS為

短袖。

過(guò)中心O并與短軸垂直且與橢球相交的平面為赤道面，P為地面點(diǎn)，含

有短軸的平面為子午面。

過(guò)P點(diǎn)沿法線PKP投影到橢球體面上，得到P′點(diǎn)。NP′S是過(guò)P點(diǎn)子午

面在橢球體面上投影的子午線。

過(guò)格林尼治天文臺(tái)的子午線稱為本初子午線或首子午線。NP′S子午

面與本初子午面所夾的兩面角LP稱為P點(diǎn)的大地經(jīng)度。

法線PKP與赤道平面的交角BP稱為P點(diǎn)的大地緯度。P點(diǎn)沿法線到橢球

體面的距離PP′稱為P點(diǎn)的大地高HP。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

? 國(guó)際規(guī)定：

? 過(guò)格林尼治天文臺(tái)的子午面為零子午面，經(jīng)度為0°，以東為

東經(jīng)、以西為西經(jīng)，其值域均為0°

～180°

；

? 緯度以赤道面為基準(zhǔn)面，以北為北緯，以南為南緯，其值均為

0°

～90°

。

? 橢球體面上的大地高為零。

? 沿法線在橢球體面外為正，在橢球體面內(nèi)為負(fù)。

? 我國(guó)處于東經(jīng)74°

～135°，北緯3°

～54°

。

? 如北京位于北緯40°、東經(jīng)116°

，

? 用B＝40°N，L＝116°E表示。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

大地原點(diǎn)

起始大地點(diǎn)又稱大地原點(diǎn)，該點(diǎn)的大地

經(jīng)緯度與天文經(jīng)緯度一致。

我國(guó)以陜西省-涇陽(yáng)縣-永樂(lè)鎮(zhèn)-北流村大

地原點(diǎn)建立的大地坐標(biāo)系，稱為“1980

西安坐標(biāo)系”

，

地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°55′，北緯

34°32′，海拔417.2m。

通過(guò)與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系聯(lián)

測(cè)，經(jīng)我國(guó)東北傳算過(guò)來(lái)的坐標(biāo)系稱

“1954北京坐標(biāo)系” ，其大地原點(diǎn)位

于前蘇聯(lián)列寧格勒天文臺(tái)中央。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

? 地面點(diǎn)位也用空間直角坐標(biāo)（X，Y，Z）

表示，如GPS中使用的WGS-84系統(tǒng)，見(jiàn)圖1-5。

? WGS即World Geodetic System縮寫，它

是美國(guó)國(guó)防局為進(jìn)行GPS導(dǎo)航定位于

1984年建立的地心坐標(biāo)系。

? 該坐標(biāo)系統(tǒng)以地心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，ON即

旋轉(zhuǎn)軸為Z軸方向；格林尼治子午線與赤

道面交點(diǎn)與O的連線為X軸方向；過(guò)O點(diǎn)與XOZ面垂直，并與X、Z構(gòu)成右手坐標(biāo)

系者為Y軸方向。

? 點(diǎn)P的空間直角坐標(biāo)為（XP、YP、ZP）。 ? 它與大地坐標(biāo)B、L、H之間可用公式轉(zhuǎn)

換。 Z P圖1-5 空間直角坐標(biāo) O XP YP赤道面 Y X N

格

林

尼治子

午

線 2）空間直角坐標(biāo)系

ZP

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

高斯投影又稱橫軸橢圓柱等角投影，規(guī)定以經(jīng)差

6o

、 3°

、 1.5°或更小的經(jīng)差為準(zhǔn)來(lái)限定高斯投影的

范圍，每一投影范圍叫一個(gè)投影帶。6o帶是從0o子午

線算起，以經(jīng)度每隔6o為一帶，將整個(gè)地球劃分成60

個(gè)投影帶，并用阿拉伯?dāng)?shù)字1，2…60順次編號(hào)，叫做

高斯6o投影帶(簡(jiǎn)稱6o帶)。 3°帶是從1.5o子午線算起，

以經(jīng)度每隔3o為一帶，將整個(gè)地球劃分成120個(gè)投影

帶，其中央子午線經(jīng)度L與帶號(hào)n的關(guān)系為L(zhǎng)= 3° n。

3） 高斯平面直角坐標(biāo)系

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

N

S

c

赤道

高斯投影平面

赤道

中

央

子

午

線

（1）、高斯投影的原理

高斯投影采用分帶投影。將橢球面按

一定經(jīng)差分帶，分別進(jìn)行投影。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

高斯投影必須滿足：

1．高斯投影為正形投影，

即等角投影；

2．中央子午線投影后為直

線，且為投影的對(duì)稱軸；

3．中央子午線投影后長(zhǎng)度

不變。

高斯投影平面

赤道

中

央

子

午

線

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

（2）、高斯投影的特性

a.中央子午線投影后為直線，且長(zhǎng)度不變。

b. 除中央子午線外，其余子午線的投影均

為凹向中央子午線的曲線，并以中央子

午線為對(duì)稱軸。投影后有長(zhǎng)度變形。

c. 赤道線投影后為直線，但有長(zhǎng)度變形。

赤道

中央子午線

平行圈

子午線

O

x

y

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

d. 除赤道外的其余緯線，投影后為凸

向赤道的曲線，并以赤道為對(duì)稱軸。

e.經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交。

f. 所有長(zhǎng)度變形的線段，其長(zhǎng)度變形

比均大于1。

g.離中央子午線愈遠(yuǎn)，長(zhǎng)度變形愈大。

赤道

中央子午線

平行圈

子午線

O

x

y

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

（3）投影帶的劃分

我國(guó)規(guī)定按經(jīng)差6o和3o進(jìn)行投影分帶。

6o帶自首子午線開(kāi)始，按6o的經(jīng)差自西向東分成60

個(gè)帶。

3o帶自1.5 o開(kāi)始，按3o的經(jīng)差自西向東分成120個(gè)帶。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

6o帶與3o帶中央子午線之間的關(guān)系如圖:

3o帶的中央子午線與6o帶中央子午線及分帶

子午線重合，減少了換帶計(jì)算。

工程測(cè)量采用3 o帶，特殊工程可采用1.5 o帶

或任意帶。

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定

1.3 地面點(diǎn)位置的確定