第十三章工程測量第一節工程測量基本概念工程測量主要任務測量學包括大地測量、工程測量、攝影測量與遙感、地圖制圖、測繪儀器等分支學科。工程測量是研究工程建筑在設計、施工和管理階段中所進行測量工作的理論和方法的學科。工程建筑在設計階段需要測繪地形圖，在施工階段需要將設計的建筑物的位置在實地放樣出來，前者稱為“測繪”，后者稱為“測設”，是工程測量的主要任務。另外，工程建筑物在施工和運營管理階段需要監測其主要點位的空間位置的變化，稱為“變形觀測”。本章主要討論工程建設所需要的測繪、測設和變形觀測。二、地球的形狀和大小測量工作是在地球表面上進行的，地球的形狀大小與測量問題有關。地球自然表面有高山、平原、海洋等起伏變化的形態，但就整個地球表面積而言，陸地約占29%，海洋約占71%，地球大部分地區為水面所包圍。設想任一靜止的水面無限延展，穿過陸地，包圍整個地球，形成一個近似于圓球的閉合曲面，稱為水準面。水準面是作為流體的水受地球重力影響而形成的重力等勢面，它的主要特征是面上任意一點的鉛垂線都垂直于該點處的曲面。水面高低不一，因此符合這個特征的水準面有無數個，其中與平均海水面相吻合的水準面稱為“大地水準面”，它可以代表地球的實際形狀和大小。由于地球內部物質的質量分布不均勻，重力受其影響，致使大地水準面形成一個不規則的、復雜的曲面。如果將地球表面上的圖形投影到這個復雜的曲面上，計算是很困難的。為了解決這個問題，選用一個非常接近大地水準面、并可用數學式表示的幾何形體來代表地球的形狀大小。這個數學形體是由橢圓PEP1Q繞其短軸PP1旋轉一周而形成的“旋轉橢球體”，見圖13-1-1，其旋轉軸與地球自轉軸重合，長軸旋轉形成的平面與地球赤道平面重合，因此又稱為“地球橢球體”。決定地球橢球體形狀大小的參數為橢圓的長半徑a、短半徑b，由此可以算出另一個參數，扁率f：隨著科學技術的進步，可以越來越精確地測定地球橢球體的參數。到目前為止，已知其精確數值為：由于地球的扁率很小，當測區面積不大時，計算上可以把地球作為圓球看待，其半徑R可按下式計算：其近似值為6371km。三、地面點位的確定（一）確定點位的坐標系測量工作的基本任務是確定（測量或測設）地面點位的空間位置。確定點位有以下幾種方式：（1）空間直角坐標系——以赤道平面為基準面，以地球質心為坐標原點的地心坐標系，如圖13-1-2所示；（2）球面坐標系——又稱地理坐標系，以赤道平面和首子午面為基準面，以大地經度L和大地緯度B確定點位的球面坐標系，如圖13-1-3所示；（3）平面直角坐標系―利用空間直角坐標系或球面坐標系，將地面點位投影到某平面上的直角坐標系。對于工程建設而言，僅涉及地球表面的局部地區，采用平面直角坐標系無論對于工程建筑的規劃、設計和施工都是較為合適和方便的。（二）地面點的平面位置峰地球橢球饑體是一個婦不可展的犁曲面，把季地球表面鈔上的點化圓算到平面聯上稱為地翅圖投影，言我國采像用再“山高斯投圓影襪”愁的方法。選將地球表證面按經線乞劃分成投周影帶，從熊首子午線育起，每隔榴經胖度搞6三°踏（雷或茄3雀°煮）劃為一翼帶，如賄圖哀13-寄1-4版瞇所示，自桿西向東將乓地球表面績劃分擊為呢60蟲述（層或脾120馳蝕）個帶，殿依次編號說。位于各大帶中央的爬子午線稱材為該帶的懶中央子午梅線。對易于啞6福°撕帶，第一首個中央子男午線的經懇度成（庸λ筆0忙）題為找3扛°捎，其后任織一個帶的段中央子午陵線的經度堅按下供式計算（疼式蛋中魚N怕喂為投影帶逆號級）惱:弊高斯投影省的基本理在論是：設索想取一個篇空心橢圓咐柱體使與玩地球橢球克體的中央孤子午線相取切，在球懼面圖形與坐柱面圖形瞇保持等角痰的條件下郵，將球面筆上的圖形板投影到柱花面上，稱稻為等角投搏影。柱面廣是一個可三展曲面，都將它沿著脂通過南極奴、北極的甩母線切開板，并展開隸成為平面魄，如舟圖鞏13-廊1-5范防所示。投妥影后，中涼央子午線萬與赤道成紐為互相垂晚直的直線處，旦以中央子歲午線為縱既坐標冰軸擦x容浩，以赤道蔬為橫坐標錢軸咱y然撿，組成每失一個投影揉帶的平面燙直角坐標守系遼。在該坐成標系內，滔規諒定柏x飽徑軸方向向器北為正食，康Y鮮昂軸方向向謠東為正。塌我國位于犯北半球仰，喉x倉翁坐標值總誼為正值宅，接y趁亡坐標值位替于中央子最午線以東箏為正，以純西為負（貞例如胳圖臨13-住1-5盈奴中竿B半昨點的橫坐胖標）。為同了避免負距值，一般懲將著X榆慣軸向西通移襯500漁km隸雅，使橫坐糊標也均為紀正值。另怠外，在橫午坐標值之址前再冠以張投影帶的鉗帶號，以旱區別于其依他投影帶劉。抬高斯平面靈直角坐標懸系在我國潔全國范圍筒內是統一桂采用的，臨也適用于促城市和工藍程建設。扎高斯平面孟直角坐標準系通過分東帶，可以搞在大范圍遭內統一應悄用，故又乖稱迫“德大地坐標神系北”獸。當測區乘范圍很小響，不能與坊統一的大失地坐標系瓜取得聯系跳時，也可脖以把測區享地面的一做小塊球面同當作平面冷，任意選幻定坐標原予點，以測絹區的正北揉方向鉗為波X姥旦軸方向，匯建立該地倆區的獨立姜平面直角在坐標系。籃在某些建議筑設計或副建筑施工斷中，采用掌以建筑物戴的主軸線未方向秋為憑X變魚軸方向的鏡獨立平面雖直角坐標夾系，稱為卻建筑坐標列系。內大退地坐標系哭進行連測味的獨立坐既標系，可柔以進行兩秩者之間的關坐標換算姥。例如，悅建筑坐標茶系與大地賢坐標系的趙坐標換算柳。妻（三）地令面點的高蘋程用地面點到柳大地水準愧面的鉛垂方距離稱為浩該點艙的帶“奔絕對高圾程惱”配，又窮稱辜“警海歉拔是”頭，司圖期13-錫1-6憶吧中六A破敬、巨B倚繭兩點的絕漁對高程分性別紡為惹H萌A條，狹H河B蒼。大地水洋準面是平菠均海水面偏的抽象延旁伸，其確蹈定方法是約在一個國婚家選擇地對基穩固的否海邊設立少驗潮站，配對海水面測的漲落進不行長期觀謀測，求得聚海水面的煙平均高度謎（平均海豐水面）作罷為高程零賴點，即大正地水準面配通過的點妻。珠在局部地調區如果無龍法知道絕仍對高程時趟，也可以徐假定一個喊水準面作遼為喜“麻大地水準航面磨”甲（高程零罩點），地烏面點到假闊定大地水教準面的鉛被垂距離稱釘為恥“繁假定高號程倦”本，或球稱掘“澤相對高爺程渣”打。濕圖葬13開-1擺-6安綢中胞A灘傲、雞B傳轎點的相對窯高程分別彩為迫H蹦A干‘鄭、懷H裁B忙’廢兩地面點香之間的絕獎對高程或豎相對高程逮之差稱細為桂“趣高維差敲”霉，一般啦用差h柱才表示薪。叮A辛事、暈B睬未兩點間的深高差為耗四、工程籠測量的工重作程序及筆主要內容刑（一）測漏量工作的托基本原則殊地球表面扛的地形是愿復雜多樣沾的，在測覺繪工作中楚將其分為輛兩大類：解地面自然喬形成的高唱低起伏等感變化，例拿如山、谷避、平原、套河流等稱才為腦“覆地餡貌東”灣；地面上溉由人工建莊造的固定啊建筑物、企構筑物，慘例如房屋憶、道路、悉橋梁等稱狂為慧“胃地千物辮”陽。黃地物和地汗貌統稱剝為庸“疼地蹄形貍”灑。測繪地傭形圖時，爆要在某一暈個測站上程用測量儀騾器測繪該抓測區內所先有的地物壩和地貌是導不可能的是。同樣，湖在某一工依程施工中小對整個工視程建筑的蔥放樣也不暫可能在一潤個測站上今完成。測彎圖與放樣科均需要在極若干個測丟站上分別則施測，最紛后才能拼桑接成一幅起完整的地她形圖或完液成整個工搶程建筑的蠻施工放樣砌。因此，耗對于某一茶測區的測窩量與測設亂工作，首踏先要用較京嚴密的方猾法與較精景密的儀器趕，測定分均布在全區敘的少量控鳥制點的點翁位用作測擔站，作為袖測圖或放超樣的骨架腹，以保證豪其整體性微和精確性絕，這種工半作稱恢為只“例控制測哀量醋”壤。然后在席每個控制剪點上分別硬以較低的例精度測定停周圍局部補地區的地饑形細部，剛或施工放幣樣建、構握筑駁物的詳細崇點位，這理種工作稱扮為嗎“火細部測挨量賄”懇或漢“忍細部測紐設驢”贏。楚因此，起測繪工作鳳在布局上拍是譯“鞏從整體到趕局晚部逐”課，在測量頭次序上益是助“架先控制后梯細弦部傍”嚼，在測量站精度上農是華“始從高級到熊低嗚級顫”猾這就是測朋繪工作應短遵循的基象本原則。奇（二）控蝕制測量寨控制測量敗分半為平面控灰制測量和捎高程控制謝測量他，由一系記列控制點黎構成控制封網，控制茅點的坐標網和高程需閃要精確測陰定。曾平面控制根網以連續旬的三角形慮構成，測控定其角度充和（或）擁邊長，稱爬為三角網屈、三邊網廚或邊角網嘆，其頂點桂稱為三角比點駐，如桃圖赤13怒-1班-7檔繳（動所示核。平面控源制網以連奪續的折線簽形式布設駕的稱為導鈴線，如船圖遞13-松1-7碗剝（現b更急）所示，備或構成多絮邊形格網烘的稱為導素線網，如例圖防13陷-1迷-7皂還（開于c茶）所示。傲其轉折點嬸稱為導線詞點，兩點努間的水平丈連線稱為戰導線邊，松相鄰兩邊圈間的水平塊夾角稱為經導線轉折循角，導線偽測量就是隊測定這些所轉折角和躁邊長。通辟過平面控掘制測量，支可以計算必出這些平桐面控制點哪的平面直員角坐標。銅高程控制曾測量為由顆一系列水憲準點構成坡水準路線蹤和水準網拴，用水準鋸測量或三蘆角高程測涉量測定水嘩準點間的墨高差，以住計算水準細點的高程凡。鋤水準點屬笑于高程控黃制點。禿平面控制矛點用水準杜測量或三練角高程測錘量測定其股高程的稱扔為平高控墾制點。夢用全球定庭位系統貧（防GPS療唐一良Glo傾bal廚Posi色tion痰ing哲Syst燈em銳險）中的相訴對定位方姥法測定控刷制點的平蓋面位置和嗽高程的稱晝為棋GPS才顫點，是最帶先進的和蠟精確的測薦定點位的符方法。睡由勢GPS斷根點構成的罪平高控制班網稱留為封GPS孔授控制網，蔬其形式相夕似于三角忙網和導線臥網的組合昨。化（三）細贊部測量．部在控制測顆量的基礎獄上進行詳匙細的地形挪圖測繪或下建筑工程宵的施工放喂樣稱為細平部測量。聯例如膚圖赤13賊-1提-8狠炸所示為地樓物細部測躬量：圖男中蜜A據法、眉B盜斃為已知平輸面坐標和留高程的控射制點扔，寇1刮犬、痛2乎蜻、搜掌3桑為待測定貨其點位的錘房角點（市地物細部其點），茶在復A錯捐點安置測四量儀器，炭先瞄特準別B旅智點進行定屆向，然后針依次瞄渾準班1菠妙、舍2魯簡、繩3再迷點，測定免這些點的役坐標和高暫程。在完菠成測區內帳所有地物托細部點的葵測定后，膽即可用各駛種成圖方懇法（包括導計算機輔把助成圖）薯繪制成地園形圖。湖在山區和堅丘陵地區還，地面有脅明顯高低榴起伏，除美了測定地奮物細部點顛以外，還闖需要測定攝一系列地將形特征點呆的坐標和維高程，胸據此可以聲繪制出用腿等高線表肅示的地貌脆，如箱圖余13絹-1套-9競造所示，注鐘于等高線丟上的數字但為地面的皂高程。實等時動態定宿位戀（伐RK涼兇）凳的早GPS衡折測量是細肆部測量中蹈最先進的并方法，可腹以同時測垮定細部點夜的平面位陜置和高程括。延（四）基區本觀測量窄（郵1腥梢）距和離皇艷A剩艷、生B齒擋、蒜C嗚僚不位于同撥一水平面勻內地，速B蒜A綿、漸BC瘡拍的連線長年度為傾斜烈距離（斜菠距侮）姐S隱BA杯,S鳥BC雪。如果沒將卵A糊邀、干C腳體點