測量技術 教學PPT課件

測量技術 教學PPT課件,測量技術,教學PPT課件,測量,技術,教學,PPT,課件 模塊一 基礎知識CONTENTS任務二 測量誤差概述任務一 測量的基礎知識目錄01測量的基礎知識一、測量學的任務及其作用根據(jù)研究的范圍和對象不同,迄今測量學的發(fā)展已經形成以下幾個分支學科:(1)普通測量學:研究地球表面小范圍測繪的基本理論、技術和方法,不顧及地球曲率的影響,把地球局部表面當作平面看待,是測量學的基礎。(2)大地測量學:研究整個地球的形狀和大小,解決大地區(qū)控制測量和地球重力場問題的學科。大地測量必須考慮地球曲率的影響。大地測量學又可分為常規(guī)大地測量學和衛(wèi)星大地測量學。(3)攝影測量與遙感學:研究利用攝影或遙感技術獲取被測物體的形狀、大小和空間位置(影像或數(shù)字形式),進行分析處理,繪制地形圖或獲得數(shù)字化信息的理論和方法的學科?？煞譃榈孛鏀z影測量學、航空攝影測量學、水下攝影測量學和航天攝影測量學。(4)地圖制圖學:研究利用測量的成果來繪制各種地圖的理論、工藝和方法的學科,稱為地圖制圖學。其內容包括地圖編制及電子地圖制作與應用等。(5)海洋測繪學:是以海洋水體和海底為對象,研究海洋定位、測定海洋大地水準面和平均海水面、海底和海面地形、海洋環(huán)境等自然和社會信息的地理分布及編制各種海圖的理論和技術的學科。內容包括海洋大地測量、海道測量、海底地形測量和海圖編制。(6)工程測量學:研究有關城市建設、礦山工廠、水利水電、農林牧漁、道路交通、地質礦產等領域各種工程的勘測設計、建設施工、竣工驗收、生產經營、變形監(jiān)測等方面的測繪工作。可分為建筑工程測量、園林工程測量、線路工程測量、橋隧工程測量等。本教材主要屬于普通測量學的范疇,也包括一般工程測量的方法,其任務有以下兩個方面:(1)測圖(測定):使用測量儀器和工具,對小區(qū)域的地形進行測量,并按一定的比例尺繪制成圖,供規(guī)劃設計使用。(2)測設(放樣):將圖上已規(guī)劃設計好的工程或建筑物的位置和高程,準確地測設到實地上,作為施工依據(jù)。測量的基礎知識測量學在國民經濟、國防建設和科學研究等各個方面都有著重要作用。(1)在國民經濟建設中,諸如城鄉(xiāng)建設、資源調查、能源開發(fā)、環(huán)境保護、江河治理、交通運輸、道路管線等工程的勘測設計與施工,都離不開測量技術、地形圖和其他測繪資料。(2)在國防建設方面,地形圖和電子地圖被稱為“軍事指揮員的眼睛”,一切戰(zhàn)略部署、戰(zhàn)役指揮、戰(zhàn)術進攻和各項國防工程的設計與施工等,均需測繪技術作保障。(3)在科學研究方面,研究地球的形狀和大小、地震預測預報、地殼升降、海陸變遷、土地資源的利用與監(jiān)測、航天技術的研究等,更需要高科技含量的測繪技術與方法。測量的基礎知識(4)在農林業(yè)科學中,測量學也處處大顯身手,如森林和土地資源清查、農林業(yè)區(qū)劃、農田基本建設;作物產量和病蟲害的預測預報;荒山荒地調查、宜林地的造林設計、苗圃的布局與建立;農田防護林、水土保持林的營造;小流域綜合開發(fā)、退耕還林和風沙源治理;農業(yè)科技示范園、森林公園及園林工程和果園的規(guī)劃設計、施工;森林旅游的開展,林區(qū)道路和排灌渠道勘測及設計等等,都需要測圖和用圖,測量學發(fā)揮著其他學科不可替代的重要作用。二、地球的形狀和大小測量工作是在地球表面上進行的,其表面是一個高低不平、極其復雜的自然表面,陸地最高的珠穆朗瑪峰高達8844.43m,最低的馬里亞納海溝深達11022m,但這樣的高低起伏相對于半徑為6371km 的龐大地球而言是可以忽略不計的。由于海洋約占地球表面面積的71%,陸地僅占29%,因此,地球總的形狀可以認為是被海水包圍的球體。可以假想將靜止的海水面延伸到大陸內部,形成一個封閉曲面,這個靜止的海水面稱為水準面。海水有潮汐變化,時高時低,所以水準面有無數(shù)多個,其中與平均海水面重合的封閉曲面稱為大地水準面,它所包圍的形體稱為大地體。三、地面點位的確定測量工作的實質就是測定地面點的位置,而地面點的位置是用三維坐標(即平面位置和高程)表示的。下面介紹幾種用以確定地面點位的坐標系。(一)測量坐標系1.地理坐標系地理坐標系屬球面坐標系,依據(jù)采用的投影面不同,又分為天文地理坐標系和大地地理坐標系。地理坐標指用“大地經度”和“大地緯度”來表示地面點在球面上的位置。過地面上任一點P 的鉛垂線與地球旋轉軸NS所組成的平面稱為該點的子午面,子午面與地球表面的交線稱為子午線,也稱經線。通過英國格林尼治天文臺G 的子午面為首子午面。過P 點的子午面與首子午面所夾的二面角稱為P 點的經度。在首子午面以東0180稱為東經,以西0180稱為西經。2.獨立平面直角坐標當測量區(qū)域較小時(半徑小于10km 的范圍),用經緯度表示點的平面位置則十分不方便。這時,我們可以用測區(qū)中心點的切平面代替橢球面作為基準面,在切平面上建立獨立平面直角5坐標系,則點的平面位置可以用該點的直角坐標(x,y)表示。為避免坐標出現(xiàn)負值,因此通常將坐標原點選在測區(qū)的西南角。測量學上的高斯平面直角坐標系與數(shù)學上的笛卡兒平面直角坐標系的不同點可歸納為:(1)坐標軸不同:高斯坐標系的縱坐標為x,正方向指向北,橫坐標軸為y,正方向指向東,而笛卡兒坐標系的坐標軸x 為橫坐標,y 為縱坐標。(2)坐標象限不同:高斯坐標系以北東區(qū)(NE)為第一象限,順時針劃分為四個象限,代號為、。笛卡兒坐標也是以北東區(qū)(NE)為第一象限,但逆時針劃分為四個象限。(3)表示直線方向的方位角 起算基準不同:高斯坐標是以縱軸x 的北端起算,順時針計值。笛卡兒坐標系以橫軸x 東端起算,逆時針計值(圖0-4,圖0-5)。(二)測量高程系地面點至大地水準面的垂直距離稱為絕對高程或海拔,簡稱高程,如圖0 6中的HA、HB。為使我國的高程系統(tǒng)達到統(tǒng)一,規(guī)定采用以青島驗潮站19501956年測定的黃海平均海水面作為全國統(tǒng)一高程基準面,凡由該基準面起算的高程,統(tǒng)稱為“1956年黃海高程系”,該高程系的青島水準原點的高程為72.289m。由于觀測數(shù)據(jù)的積累,我國從1987年起,決定采用青島驗潮站19531979年潮汐觀測資料計算出的平均海水面,重新推算出水準原點的高程為72.260m,并命名為“1985國家高程基準”,同時“1956年黃海高程系”即相應廢止。若遠離國家高程控制點或為便于施工,在局部地區(qū)亦可建立假定高程系統(tǒng)。地面點到假定水準面的垂直距離,稱為相對高程或假定高程。如圖0 6所示,A、B 兩點的相對高程分別為HA、HB。兩點高程6 之差稱為高差,以h 表示。(三)水平面代替水準面的限度在普通測量中,由于測區(qū)小,工程對測量精度要求較低,簡化一些復雜的投影計算,不會影響工程質量。這時可視橢球面為球面,不考慮橢球曲率的變化,甚至可視大地水準面為水平面,不考慮地球曲率的影響,直接把地面點沿鉛垂線投影到水平面上,以確定其位置。但是,以水平面代替水準面是有一定限度的。本部分主要討論地球曲率對測量工作的影響,從中我們可以看出用水平面代替水準面的限度。1.水準面曲率對距離的影響設AB 為水準面一段弧長D,所對圓心角為,地球半徑為R,另自A 點作切地球曲率的影響線AB,設長為D。若將切于A 點的水平面代替水準面的圓弧,則在距離上將產生誤差D取R=6371km,D 值見表0-1。由該表可知,當D=10km時,D/D=1122萬,小于目前精密的距離測量誤差,即使在D=20km時,D/D=130萬,實際上將水準面當作水平面,即沿圓弧丈量的距離作為水平距離,其誤差可忽略不計。2.水準面曲率對高差的影響由圖0-7可知,A、B 兩點在同一水準面上,高程相等,若以水平面代替水準面,則B 點移到B點,高差誤差為h,可知不同D 值的h 仍列于表0 1中。當D=1km 時,h 也有8cm 的誤差?？梢姷厍蚯蕦Ω卟畹挠绊?即使在很短距離內也必須考慮。四、測量工作概述(一)測量的基本問題測量工作的服務領域雖然十分廣泛,內容也很繁雜,但其中心工作是確定一點的空間位置,一方面將地面上點的位置在圖紙上表示出來,稱之為測繪;另一方面將圖紙上設計的點標圖0-8 測定點位的基本測量工作定到地面上,稱之為測設或放樣。如圖0-8所示,設A、B 兩點為已知點,即已知其(x,y,H),欲確定1號點點位,只要知道1 角和距離A1,即可得到1號點的位置,另外還需測量A 點和1點的高差hA1,才能知道1號點的高程,H1=HA+hA1。因此,為了確定一點的空間位置,需要測角1、測距A1 和測高差h,所以高程測量、距離測量和角度測量是測量的基本工作,觀測、計算和繪圖是測量工作的基本技能。普通測量學的任務之一就是測定地球表面的地形并繪制成圖。而地形是錯綜復雜的,在測量時可將其分為地物和地貌兩大類,地物就是地表面的固定性物體,如居民地、道路、水系、獨立地物等。地貌是指地球表面各種起伏的形態(tài),如高山峻嶺、丘陵盆地等。地面上的地物和地貌是千差萬別的,那么從何處入手對它們進行測繪呢?根據(jù)點、線的幾何關系可知,地物的輪廓線是由直線和曲線組成的,曲線又可視為許多短直線段所組成,如圖0-9中是一棟房子的平面圖形,它是由表示房屋輪廓的一些折線所組成的。測量時只要確定四個屋角1、2、3、4各轉折點在圖上的位置,把相鄰點連接起來,房屋在圖上的位置就確定了。圖0-10為一山坡地形,其地形變化情況可用坡度變換點1、2、3、4各點所組成的線段表示。因為相鄰點內的坡度認為是一致的,因此,只要把1、2、3、4各點的高程和平面位置確定后,地形變化的情況也就基本反映出來了。上述兩例中的1、2、3、4點,分別稱為地物特征點和地貌特征點。綜上所述,地物和地貌的形狀總是由自身的特征點構成的,只要在實地測繪出這些特征點的位置,它們的形狀和大小就能在圖上得到正確反映。因此,測量的基本問題就是測定地面點的平面位置和高程。(二)測量的基本工作為了確定地面點的位置,需要進行哪些測量工作呢?如圖0-11所示,設A、B 為地面上的兩點,投影到水平面上的位置分別為a、b。若A 點的位置已知,要確定B 點的位置,除丈量出A、B 的水平距離DAB 之外,還需知道B 點在A 點的哪一方向。圖上a、b 的方向可用過a 點的指北方向與ab的水平夾角 表示,角稱為方位角。有了DAB 和,B 點在圖上的位置b 就可確定。如果還需確定C 點在圖上的位置,需丈量BC 的水平距離DBC 與B 點上相鄰兩邊的水平角。因此為了確定地面點的平面位置,必須測定水平距離和水平角。在圖中還可以看出,A、B、C 三點不是等高的,要完全確定它們在三維空間內的位置,還需要測量其高程HA,HB,Hc 或高差hAB,hBC。由此可見,距離、角度和高程是確定地面點位置的三個基本幾何要素,距離測量、角度測量誤差積累對測圖的影響與高程測量是測量的基本工作。(三)測量的基本原則測繪地形圖時,一般情況下,要在一個測站點上將該測區(qū)的所有地物和地貌測繪出來是不可能的。如圖0-12所示,一開始就在測區(qū)內的第一點起連續(xù)進行測量,即在測完A 站附近的地形之后,測定第二測站B的位置。然后將儀器搬到B 站測繪,繼而又測定C 站位置。又在C 站繼續(xù)測繪,如此將一幅圖測完,是不可行的。由于測定每一測站均有誤差存在,且前一站的誤差傳遞給后一站,使誤差逐站積累。如圖0-12所示,測定B 點時有誤差1及d1,使其位置移至B,測C 點時,由于前站B 誤差的影響,C 點位置移至C,又因測定C 點時的誤差2與d2,致使它的位置移至C,由此所測的房屋,從正確位置5、6、7、8移至5、6、7、8。測站愈多,誤差積累愈大,就不可能得到一張符合精度要求的地形圖。一幅圖如此,就整個測區(qū)而言,就更難保證精度,因此不能采用這種方法測量。五、幾種常見的圖 平面圖原理測量成果之一是以圖的形式表示。根據(jù)成圖要求、測區(qū)面積大小、內容表示的特點和制圖方法的不同,又可分為平面圖、地形圖、地圖、影像地圖和斷面圖等。02測量誤差概述一、觀測誤差及其分類測量實踐證明,不論采用的儀器多么精密,觀測多么仔細,對某一物理量進行多次觀測則會發(fā)現(xiàn),各觀測值之間總存在差異。例如對地面上某一距離往返丈量若干次,每次觀測結果之間都可能存在差值,這說明觀測值中存在誤差。觀測誤差來源于儀器誤差、人的感官能力限制和外界環(huán)境(如溫度、濕度、風力、大氣折光等)的影響,這三方面的客觀條件統(tǒng)稱觀測條件。因為任何測量工作都離不開觀測條件,所以觀測誤差的產生是不可避免的。按觀測誤差對觀測結果影響性質的不同,可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。1.系統(tǒng)誤差在相同的觀測條件下,對某量進行一系列觀測,若誤差的出現(xiàn)在數(shù)值大小和符號上均相同,或按一定的規(guī)律變化,這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。如某30m 鋼尺與標準尺比較短1cm,用該尺丈量300m 的距離就會產生10cm 誤差,量距越長,則誤差積累越多。故系統(tǒng)誤差具有積累性,但又有一定規(guī)律,因而可設法加以消除或減弱。2.偶然誤差在相同的觀測條件下,對某量作一系列觀測,若誤差出現(xiàn)的符號和數(shù)值大小均不一致,從表面上看單個誤差無任何規(guī)律性,這種誤差稱為偶然誤差。例如用刻度至1mm 的鋼尺量距,最多能估讀到1/10mm。且每次估讀又不能絕對正確,但在相同的觀測條件下重復多次觀測某量后,在大量的偶然誤差中也具有一定的統(tǒng)計規(guī)律性,觀測次數(shù)愈多,這種規(guī)律性愈明顯。3.粗差粗差也稱錯誤,是由于觀測者使用儀器不正確或疏忽大意,如測錯、讀錯、聽錯、算錯等造成的錯誤,或因外界條件發(fā)生意外的顯著變動引起的差錯。粗差的數(shù)值往往偏大,使觀測結果顯著偏離真值。因此,一旦發(fā)現(xiàn)含有粗差的觀測值,應將其從觀測結果中剔除出去。一般來講,只要嚴格遵守測量規(guī)范,工作中仔細謹慎,并對觀測結果作必要的檢核,粗差是可以避免和發(fā)現(xiàn)的。二、評定觀測值精度的標準為了衡量測量結果的精度,必須有統(tǒng)一的衡量精度的標準,才能進行比較鑒別。1.中誤差在相同的觀測條件下,假設對某一量進行了n 次觀測,其結果為L1,L2,Ln,每個觀測值的真誤差為1,2,n。則取各個真誤差的平方總和的平均數(shù)的平方根,稱為觀測值的中誤差,以“m”表示。即2.容許誤差容許誤差又稱極限誤差。根據(jù)誤差理論及實踐證明,在大量同精度觀測的一組誤差中,絕對值大于2倍中誤差的偶然誤差,其出現(xiàn)的可能性約為5%;大于3倍中誤差的偶然誤差,其出現(xiàn)的可能性僅有0.3%,且認為是不大可能出現(xiàn)的。因此一般取3倍中誤差作為偶然誤差極限誤差。容=3m (0-6)有時對精度要求較嚴,也可采用容=2m 作為容許誤差。3.相對誤差在某些測量工作中,有時用中誤差還不能完全反映測量精度,例如測量某兩段距離,一段長200m,另一段長1000m,它們的中誤差均為0.2m,但因量距誤差與長度有關,則不能認為兩者的精度一樣。為此,用觀測值的中誤差與觀測值之比,并將其分子化為1,即用1/K 形式表示,稱為相對誤差。本例前者為0.2/200=1/1000,后者為0.2/1000=1/5000,可見后者的精度高于前者。THANK YOU謝謝！