建筑工程测量基础知识
本章小结
本章主要介绍了平面坐标系和高程系的建立过程,测量工作的基本原则,基本要求和工作特点,测量误差的来源和衡量精度的指标.
地球的表面极不规则,为了在地球的表面进行测量和计算,人们就把地球总的形状看做是被海水包围的球体.设想有一个静止的,没有潮汐风浪等影响的海洋表面,向陆地延伸并处处保持与铅垂线方向正交的封闭曲面,称为大地水准面.大地水准面所包围的形体称为大地体,大地体就代表地球的形状和大小.在小范围内,为计算方便,可把地球视为圆球,其半径只为6371km. 由于地球内部质量分布不均匀,大地水准面实际上是一个有微小起伏,不规则的,很难用数学方程式表示的复杂曲面.为了解决投影计算问题,人们选择了一个与大地体形状和大小较为接近的,能用数学方程式表示的旋转椭球来代替大地体,通过定位使旋转椭球与大地体的相对位置固定下来,我们称这个旋转椭球为参考椭球.参考椭球的表面是一个规则的数学曲面,它是测量计算和投影制图所依据的面.
地面点的空间位置都与一定的坐标系统相对应.在高低起伏的地球自然表面上,地面点的位置通常以坐标和高程来表示.用大地经度L和大地纬度B表示地面点在参考椭球面上投影位置的坐标,称为大地坐标.大地坐标是球面坐标,用它表示地面点的位置形象,直观,但其观测和计算都比较复杂.地球是一个不可展的曲面,在局部工程建设的规划,设计与施工中,更多的则是需要把它投影到某个平面上来,使测量计算与绘图变得容易.我国采用的是高斯一克吕格正形投影,高斯正形投影是将地球按经线划分成带,称为投影带.投影带是从起始子午线开始,每隔经度6°划分为一带,自西向东将整个地球划分为60个带.在由高斯投影而成的平面上,中央子午线和赤道均为直线,两者互相垂直.以中央子午线为坐标系纵轴上,以赤道为横轴y,其交点为O,便构成此带的高斯平面直角坐标系.中国位于北半球,x坐标均为正值,而y坐标则有正有负,对于6°带高斯平面直角坐标系,最大的y坐标负值为-365km.为避免y坐标出现负值,规定把x轴向西平移500km.
地面某直线的水平距离投影到高斯平面上需要两次投影.第一次是从地面投影 到参考椭球面上,第二次则是从参考椭球面投影到高斯平面上.在投影精度要求较高时,可以把投影带划分得再小一些,例如采用3°分带,如果投影精度要求更高,还可以采用1.5°分带.中国所处的概略经度范围是东经73°27′～135°09′,含有11个6°带,即从13～23带;21个3°带,从25～45带.在中国的6°带和3°带的投影带号是不重复的. 《城市测量规范》(CJJ8--1999)规定,面积小于25km2的城镇,可以将水平面作为投影面,地面点在水平面上的投影位置可以用平面直角坐标表示.如果坐标系的原点是任意假设的,则称为独立的平面直角坐标系.为了不使坐标出现负值,对于独立测区,往往把坐标原点选在西南角以外的适当位置.
地面点沿铅垂线方向至大地水准面的距离称为绝对高程,亦称为海拔.地面点沿铅垂线方向至任意假定水准面的距离称为该点的相对高程,亦称为假定高程.两点高程之差称为高差,测量工作中,一般采用绝对高程,只有在偏僻地区,没有已知的绝对高程点可以引测时,才采用相对高程.
中国规定以黄海平均海水面作为大地水准面.在青岛观象山上建立了"中华人民共和国水准原点",作为全国推算高程的依据.并分别于1956年确定水准原点的高程为72.289m,按这个原点高程为基准去推算全国的高程,称为"1956年黄海高程系";后又根据多年的潮汐水位观测资料,进一步确定了黄海平均海水面的精确位置,再次测得水准原点的高程为72.2604m,并命名为"1985国家高程基准".
综上所述,确定地面点的位置要进行三项基本测量工作,即角度测量,距离测量和高程测量.
当测区范围较小时,可以用水平面代替水准面,即以平面代替曲面.即当测区范围的半径在10km以内时,如测量水平距离,可不考虑地球的曲率,用水平面代替球面,但在高程测量时,即使距离很短,也必须考虑地球曲率的影响
观测误差是客观存在,不可避免的.产生误差的原因有属于观测者方面的因素;有属于测量的仪器和工具方面的因素;也有外界条件的影响,如温度,湿度,风力,大气折光等等.这三个方面综合起来称观测条件.研究误差的目的在于确定最可靠的结果,评定成果的优劣,预先估计测量精度,以便拟定合理的工作方案.
测量误差按其性质可分为系统误差和偶然误差两类.在相同观测条件下,对某量进行一系列的观测,如果观测误差的大小和符号表现出一致性倾向,这种误差就称为系统误差.在相同观测条件下,对某量进行一系列的观测,如果误差的大小及符号都没有表现出一致性的倾向,表面上看没有任何规律,这种误差称为偶然误差.在观测中,系统误差和偶然误差通常总是同时产生的.当系统误差设法消除和减弱后,决定观测精度的关键就是偶然误差.因此,在测量误差理论中主要是讨论偶然误差.偶然误差具有四个特性:有限性,聚中性,对称性,抵消性.

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