测绘学概论第五讲工程测量与海洋测绘.ppt

工程测量与海洋测绘,思考题:谈谈你对工程测量的认识及其应用,一、学科地位和研究应用领域,1、学科定义 工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。2、学科地位 测绘科学和技术是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。该学科的二级学科划分如下:大地测量学（天文大地测量、几何大地测量、物理大地测量、空间大地测量、卫星大地测量、海洋大地测量）；工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量）；航空摄影测量与遥感学；地图制图学；不动产地籍与土地整理。,3、研究应用领域 可按勘测设计、施工和运行管理三个阶段划分;也有按行业划分：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量等。工程测量可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障,满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。,工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪-将逐渐被电子全站仪、电子水准仪所替代。（一）通用仪器,二、工程测量仪器的发展,NT1光学经纬仪,1、角度测量仪器,T2光学经纬仪,光学经纬仪,激光电子经纬仪,J2-1光学经纬仪,光学经纬仪,水准仪,2、高程测量仪器,NA28水准仪,AL20自动安平水准仪,3、全站仪系列 电脑型全站仪配合丰富的软件,向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，可广泛用于变形监测和施工测量。,自动安平水准仪,全站仪,GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器,在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的三维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。,超站仪,在距离测量方面，包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。,测距仪,测距仪,全站仪,（二）工程测量专用仪器,激光准直仪,可产生四个激光平面（一个水平面、三个正交铅垂面）和一个激光下对点；激光面可在墙面上投下明亮的激光线，得到一条水平线和三条垂直线；三个垂直面在天顶相交产生定点。,激光投线仪,通过垂直向上和向下发射的激光束，可以将参考点位高精度地引到其正上方或者正下方。,高精度激光垂准仪,激光扫平仪 ML-21/22,工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。,北京正负电子对撞机的精密控制网,精度达0.3mm。设备定位精度优于0.2mm,200m直线段漂移管直线精度达0.1mm。大亚湾核电站控制网精度达2mm,秦山核电站的环型安装测量控制网精度达0.1mm。,三、大型特种精密工程测量,露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统(德国)。大型挖煤机长140m,高65m,自重8000t,其挖斗轮的直径17.8m,每天挖煤量可达10多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量,在其上安置了3台GPS接收机,根据3台接收机的坐标,按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面,可计算出采煤量,经对比试验,其精度达7%4%。,四、工程测量学的发展展望,1.测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大;2.在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合,解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。3.工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量;4.多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用。,5.GPS、GIS技术将紧密结合工程项目,在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。6.大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。7.数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。,数字线划地图（DLG）数字线划地图（Digital Line Graphic 简称DLG）是现有地形图上基础地理要素的矢量数据集，且保存要素间空间关系和相关的属性信息。,五、四D产品介绍,功能：分析叠加信息 提取属性数据 根据矢量对象查询属性 根据属性查询矢量对象 易于更新、编辑创建专题属性，绘制专业地图,数字高程模型（DEM）数字高程模型（Digital Elevation Model 简称DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标及其高程的数据集。DEM的水平间距可随地貌类型不同而改变。,DEM主要功能：高程分析 精度分析 量测坐标、距离、面积、体积（挖填方）坡度、坡向分析 通视性分析 剖面图生成 等高线生成 叠加相关矢量数据和影像数据,数字正射影像图（DOM）数字正射影像图（Digital Orthophoto Map 简称DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片/遥感相片，经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌，根据图幅范围裁剪生成的影像数据。,数字栅格地图（DRG）数字栅格地图（Digital Raster Graphic 简称DRG）是纸质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。,功能：查询偏角信息/查询原数据信息/查询点位坐标/根据坐标定位目标点/量算任意折线距离/计算任意多边形面积/行程测算/坡度量测/可重采样/图幅拼接与裁切处理/统计图幅中各种颜色所占比例,赵州桥又称安济桥，是世界桥梁史上第一座敞肩拱石桥，建于隋代开皇年间（公元581601年），距今已有1400年的历史。此桥全长64.40米，拱顶宽9米，两端宽9.6米，跨径37.38米，拱矢高7.23米。这座桥建得精巧新奇，造型优美，通体为巨大花岗岩石块组成，28道独立石拱纵向并列砌筑组成单孔孤形大桥。,六、精密工程实例,埃及最大的金字塔是吉萨的胡夫金字塔，高达149.59米（现在已侵蚀为137米），底成正方形，边长230.35米，大约用230万块，每块重约2.5吨的石块叠砌而成，缝隙密合。其东西角与南北角的高度差仅为1.27厘米，即使现代建筑也望尘莫及。,世界上最长的跨海大桥杭州湾跨海大桥 杭州湾跨海大桥北起浙江嘉兴海盐郑家埭（di），南至宁波慈溪水路湾，全长36公里，双向六车道，设计时速100公里，设计使用寿命100年以上，是目前世界上最长的跨海大桥。,润扬大桥,布达拉宫,东方明珠塔位于上海黄浦江畔、浦东陆家嘴嘴尖上，1991年7月30日动工，1994年10月1日建成，塔高468米，与外滩的万国建筑博览群隔江相望，列亚洲第一，世界第三高塔。下球顶高118米，设有观光环廊和梦幻太空城等；上球顶高295米，有旋转茶室、餐厅和可容纳1600人的观光平台。,正在进行数字化测图,六、其它,半自动方法提取建筑物的三维景观,大地原点,中华人民共和国大地原点，位于陕西省泾阳县永乐镇，距西安36公里，1977年动工，1978年建成，它是新中国测绘事业独立自主的象征。原点标石用整块花岗岩凿成，重7吨。原点在正中央一块边长约0.5米的正方体红色大理石上方中心部位。这里嵌装有一块直径10厘米的红色玛瑙石，石正中有一半球突起，半球上刻一“十”字，十字的中心即中华人民共和国大地原点。,用全站仪进行测图,测量人员野外作业,五、海洋测绘,1、海洋测绘概述 海洋面积占地球面积的70%，海洋是人类的生命摇蓝、现代社会的交通要道，也是地球上的资源宝库。随着人口急增，环境恶化，陆上资源加速枯竭，今天海洋已成为人类生存和发展的重要空间。我国也是一个海洋大国，我国东、南面有长达1.8万公里的海岸线，与之相邻有渤海、黄海、东海和南海，这一水域东西横越经度32，南北竖跨纬度44。按照联合国海洋法公约，应归我国管辖的的内水、邻海、大陆架、专属经济区的面积约有300多万平方公里。岛屿6500个，还拥有许多优良港湾。,海洋测绘定义 海洋测绘是对整个海洋空间，包括海面水体和海底进行全方位、多要素的综合测量，获取包括大气（气温、风、雨、云、雾等），水文（海水温度、盐度、密度、潮汐、波浪、海流等）以及海底地形、地貌、底质、重力、磁力、海底扩张等各种信息和数据,并绘制成不同目的和用途的专题图件。为经济、军事和科学服务。,2、海洋测绘的特点及高新技术的运用 海洋测绘与陆地测绘的有关理论和方法关系密切。海洋测绘大多数时候是在不断运动的海面和海水里进行，使其使用的仪器、设备和数据处理方法有别于陆上测量。由于测量工作是动态条件下进行，而且同一观测要素也无法进行多次观测，更要求不同观测要素必须同步进行观测，这一特点使海洋测量在通常技术条件下，其测量精度比陆地测量精度要低，然而，近十多年来，高新技术在海洋测量中的应用已在改变这一状况，海洋测量的技术水平有了迅速提高。当前高新技术在海洋测量中的发展和应用主要有：,1.卫星定位技术 2.水深测量技术 3.卫星测高技术 4.GIS（地理信息系统）技术,3、海洋测绘学科内容,3.1 海洋大地测量 1.建立海洋控制网 海洋控制网包括海岸控制网、岛岛、陆岛控制网及海底控制网。为水面、水中、水底定位提供已知位置的控制点。采用的技术手段有：GPS、三角测量、支导线、水下声学定位2.确定地球形状和精化大地水准面 进行海洋重力测量，求出重力异常，进而计算出大地水准面差距。大地水准面差距对确定大地测量基准和研究地球形状有着重要的意义。,3.2 海道测量 海道测量就是为保证航行安全为目的而对海洋水体和水下地形进行测量和调查的工作。主要内容为：测绘海图，包括航海图，如供航行和港口管理的航道系列图、港口图、港区图等等；单要素专题图，如海底地貌扫描图、港口海底数字影像图，海区重要航行障碍物分布图、港口潮汐类型图等；海道测量还要为突发事件作应急反应服务，如对沉船、船舶污染等提供应急探测信息，并且还提供水文信息服务，如实时潮位和潮位预报。,3.3 海洋重力测量 海洋重力测量可归属于海洋大地测量。它为研究地球形状，精化大地水准面提供重力异常数据。为地球物理和地质方面的研究提供重力资料。在军事方面，可为空间飞行器的轨道计算和惯性导航服务，提高远程导弹的命中率。,3.4 海洋磁力测量 海洋磁力测量为航行安全提供海域磁场信息，为海洋资源勘探提供参考数据。,海洋磁力仪,温度、盐度、深度传感器,3.5 海洋水文测量 海洋水文测量，就是对海洋水文要素进行测量。海洋水文测量为水下地形测量、水深测量以及定位提供必要的海水物理、化学特性参数。,3.6 海底地形测量 测量海底起伏形态和地物的工作。是陆地地形测量在海域的延伸。按测量区域可分为海岸带、大陆架和大洋三种海底地形测量。主要工作是测量海水的深度，测绘海底地形图。,多波速测深仪和GPS测出的水下地形图,3.7 海洋工程测量 以海洋定位，测深各种手段和方法为基础，在各种不同海洋工程的勘测设计，施工和管理阶段所进行的测量工作，例如，海上钻井的钻头归位，港口、码头的施工放样，等等。,3.8 海图学 海洋地图,以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图，其描绘对象的主体是海洋，海图内容的主要要素为海岸，海底地貌，航行障碍物，助航标志，水文及各种界线。海图学研究各种海图的编绘。现在研究方向是建立海图数据库，机助制图，及建立海洋地理信息系统，提供各种数字海图。,船上的电子海图设备,海底地形三维立体图,