工程测量(教材)教学内容.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。工程测量(教材)-第一章绪论内容：掌握工程测量的基本概念、任务与作用；理解水准面、大地水准面、地理坐标系（大地、天文）、独立平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、绝对高程、相对高程和高差的概念；了解用水平面代替水准面的限度、测量工作的组织原则和程序及本课程的学习方法。重点：测量上平面直角坐标系与数学上笛卡尔平面直角坐标系的异同；测量工作的组织原则和程序。难点：大地水准面、高斯平面直角坐标系的概念；地面上点位的确定方法。1.1测量学的发展、学习意义及要求一、测量学的发展概况1、我国古代测量学的成就我国是世界

2、文明古国,由于生活和生产的需要,测量工作开始得很早，在测量方面也取得了辉煌的成就。现举出以下几例。（1）长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图世界上发现的最早的军用地图。注：世界上现存最古老的地图是在古巴比伦北部的加苏古巴城（今伊拉克境内）发掘的刻在陶片上的地图。图上绘有古巴比伦城、底格里斯河和幼发拉底河。大约是公元前2500年刻制的，距今大约四千余年了。（2）北宋时沈括的梦溪笔谈中记载了磁偏角的发现。（3）清朝康熙年间，1718年完成了世界上最早的地形图之一皇与全图。在清朝康、雍、乾三位皇帝的先后主持下，自康熙十七年至乾隆二十五年，即1708年至1760年的五十余年间，是中国大地测量工作取

3、得辉煌成就，绘制全国地图、省区地图和各项专门地图最多的兴盛时期，亦是世界测绘史上首创中外人士合作先例，在一千余万平方公里的中国大陆上完成了大规模三角测量的宏伟业绩。2、目前测量学发展状况及展望（1）全站仪的测量室内外一体化。（2）全球定位系统GPS（Globalpositioningsystem）的发展。（3）遥感RS（Remotesense）的发展。（4）地理信息系统GIS（Geographicinformationsystem）的发展。（5）3S技术的结合,和数字地球（digitalearth）的概念。3、本课程的意义及要求学习本课程的意义：（1）土木工程（包括公路、建筑、市政）的设计、施

4、工、竣工、扩建维修及变形监测均要进行测量工作。（2）从高职专业的特点，更要学好测量。高职教育是培养高等级专门应用性人才，高职专业更加注重动手能力的培养，而测量课程是培养动手能力的重要途径之一。掌握好本课程的要求：认真听课，做好笔记；独立完成作业；实验课认真对待。4、测量学科的分类测量学的定义：测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和海底）点位的科学。根据它的任务与作用，包括两个部分：测定（测绘）由地面到图形。指使用测量仪器，通过测量和计算，得一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图。测设（放样）由图形到地面。指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作

5、为施工的依据。测量学科的分类：测量学科按照研究范围和对象的不同，产生了许多分支科学。一般分为：普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学和制图学。工程测量是指工程建设和资源开发的勘测设计、施工、竣工、变形观测和运营管理各阶段中进行的各种测量工作的总称。1.2地面点位的确定地面点位的确定，一般需要三个量。在测量工作中，我们一般用某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。一、测量基准面1、测量工作基准面水准面、大地水准面。测量工作是在地球表面进行的，而海洋占整个地球表面的71%，故最能代表地球表面的是海水面，人们将海水面所包围的地球形体看作地球的形状。测量工作基准面自

6、然选择海水面。水准面静止海水面所形成的封闭的曲面。大地水准面其中通过平均海水面的那个水准面。水准面的特性处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。铅垂线测量工作的基准线。水准面和大地水准面图2、测量计算基准面旋转椭球由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面，无法在这个曲面上进行测量数据的处理。为了计算方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式来表示的几何体来代替地球的形状，这就产生了“旋转椭球”的概念。旋转椭球：由一椭圆（长半轴a，短半轴b）绕其短半轴b旋转而成的椭球体。二、地面点的坐标坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。

7、1、地理坐标（属于球面坐标系统）用经度和纬度来表示。适用于：在地球椭球面上确定点位。2、平面直角坐标用坐标（x，y）来表示。适用于：测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：（1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）（2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。相同点：数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。数学上的平面直角坐标测量上的平面直角坐标3、高斯平面直角坐标适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。当测区范围较大，若将曲面当作平面来看待，则把地球椭球面上的图形展绘到平面上来，必然产生变形，为减小变形，必须采用适当的方法来解决。

8、测量上常采用的方法是高斯投影方法。高斯投影方法是将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。（1）6带的划分1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0开始，将整个地球分成60个带，6为一带。2）公式：中央子午线经度；N投影带的带号。（2）3带的划分从东经开始，将整个地球分成120个带，3为一带。有：中央子午线经度；N投影带的带号。4、我国高斯平面直角坐标的表示。方法：（1）先将自然值的横坐标Y加上500000米；（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。例题：国家高斯平面点P（3032586.48，20648680.54），请指出其所在的带号及自然坐标为多少？(1)点P

9、至赤道的距离：X=3032586.48m(2)其投影带的带号为20、P点离20带的纵轴X轴的实际距离：Y=648680.54-500000=148680.54m三、地面点的高程1、绝对高程H(海拔)地面点到大地水准面的铅垂距离。2、相对高程H地面点到假定水准面的铅垂距离。3、高差hAB=HB-HA=HB-HA五、我国的高程系统主要有：（1）1985国家高程系统（2）1956黄海高程系统（3）地方高程系统。如：珠江高程系统。其中，我国的水准原点建在青岛市观象山，在1985年国家高程系统中，其高程为72.260米；在1956年黄海高程系统中的高程为72.289米。1.3测量工作概述一、测量的基本工

10、作由于地面点间的相互位置关系，是以水平角（方向）、距离和高差来确定的，故测角、量距、测高程是测量基本工作，观测、计算和绘图是测量工作的基本技能。二、测量工作中用水平面代替水准面的限度用水平面来代替水准面，可以使测量和绘图工作大为减化，下面来讨论由此引起的影响。1、对水平角、距离的影响在面积约320平方km内，可忽略不计。2、对高程的影响即使距离很短也要顾及地球曲率的影响。三、测量工作的基本原则1、布局上“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，工作次序上“先控制后细部”。2、又一原则。即：“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。第二章水准测量内容：理解水准测量的基本原理；掌握DS3型微倾式水

11、准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。难点：水准仪的检验与校正。2.1高程测量（HeightMeasurement）的概念测量地面上各点高程的工作,称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为：（1）水准测量(leveling)（2）三角高程测量(trigonometricleveling)（3）气压高程测量(airpressurelevelin

12、g)（4）GPS测量(GPSleveling)2.2水准测量原理一、基本原理水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。a后视读数A后视点b前视读数B前视点1、A、B两点间高差：2、测得两点间高差后，若已知A点高程，则可得B点的高程：。3、视线高程：4、转点TP(turningpoint)的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。二、连续水准测量如图所示，在实际水准测量中，A、B两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿A、B

13、的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到A、B两点间的高差值，有：h1=a1b1h2=a2b2则：hAB=h1+h2+hn=h=ab结论：A、B两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。2.3水准仪和水准尺一、水准仪(level)如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。DS3微倾式水准仪自动安平水准仪1、望远镜(telescope)由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。2、水准器(bubble)有两种：圆水准器(circularbubble)精度低，用于粗略整平；水准管(b

14、ubbletube)精度高，用于精平。特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。3、基座(tribrach)二、水准尺(levelingstaff)水准尺主要有：单面尺、双面尺和塔尺。1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。三、尺垫(staffplate)放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。四、水准仪的使用操作程序：粗平瞄准精平读数（一）粗平调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1、方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至1、2方向的中间转动脚螺旋3，使气泡居中。2、规律：气泡移动方向与左手大拇指

15、运动的方向一致。（二）瞄准1、方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2、视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。（三）精平1、方法：如图所示微倾式水准仪(tiltlevel)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。2、说明：若使用自动安平水准仪（compensatorlevel），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。（四）读数精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1、方法：从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2、规律：读数在尺面上由小到大的方

16、向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。如图所示，从小向大读四位数为0.725米。2.4水准测量的实施与成果整理一、水准点(BenchMark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用BM表示，有永久性和临时性两种。（见图）二、水准路线(levelingline)水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：1、闭合水准路线(closedlevelingline)。由已知点BM1已知点BM12、附合水准路线(annexedlevelingline)。由已知点BM1已知点BM23、支水准路线(spurlevelingline)。

17、由已知点BM1某一待定水准点A。4、水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。三、水准测量的实施（外业）1、观测要求如图，有：（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。两次仪器高法：高差之差h-h5mm；双面尺法，红黑面读数差3mmh黑-h红60；J2：2c30时，则需校正。（2）校正：拨动十字丝左右两个校正螺丝，使十字丝交点由B2点移至BB2中点B3。4、横轴的检验与校正（1）检验：如图，在2030m处的墙上选一仰角大于30的目标点P，先用盘左瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出P1点；再用盘右瞄准P点，放平望远镜，在

18、墙上定出P2点。对J6经纬仪：i20时，则需校正。（2）校正：用十字丝交点瞄准P1P2的中点M，抬高望远镜，并打开横轴一端的护盖，调整支承横轴的偏心轴环，抬高或降低横轴一端，直至交点瞄准P点。此项校正一般由仪器检修人员进行。5、指标差的检校（1）检验：用盘左、盘右先后瞄准同一目标，计算指标差x=(L+R-360)/2。对J6经纬仪：x1；J2经纬仪：x30时，要进行校正。（2）校正：用指标水准管微动螺旋使中丝对准（R-x）位置，再有拨针使指标气泡居中。6、光学对中器的检校（1）检验：精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔120投下一点，若三点不重合，则需校正。（2）校正

19、：用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。7、圆水准器的检校(次要)（1）检验：精平（水准管气泡居中）后，若圆水准气泡不居中，则需校正。（2）校正：用圆水准气泡校正螺丝使其居中。3.6水平角观测的误差分析一、仪器构造误差（一）视准轴误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。（二）横轴不水平误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。（三）纵轴误差的影响(1)纵轴误差的影响不仅随观测目标的垂直角的增大而增大，而且与横轴所处的方向有关；(2)盘左盘右取平均不能消除该项误差。（四）照准部偏心差的影响在度盘对径方向上读取读数而取平均值的方法及盘左、盘右读数的平均值都可消除该项误差的影响。（五）

20、其他仪器误差的影响度盘刻划不均匀误差，竖盘指标差。二、与观测者有关的误差（1）仪器对中误差（2）目标偏心误差（3）照准误差（4）读数误差三、与外界条件有关的误差（1）温度的变化（2）大风的影响（3）大气折光（4）大气透明度（5）地面稳定性四、角度测量的注意事项：1、观测前应检校仪器。2、安置仪器要稳定，应仔细对中和整平。一测回内不得再对中整平。3、目标应竖直，尽可能瞄准目标低部。4、严格遵守各项操作规定和限差要求。5、当对一水平角进行m个测回观测，各测回应配度盘，每测回观测度盘起始读数变动值为180/m6、观测时尽量用十字丝中间部分。水平角用竖丝，竖直角用横丝。7、读数应果断、准确。特别应注意

21、估读数。当场计算，如有错误或超限，应立即重测。8、选择有利的观测时间和避开不利的外界条件。3.7电子经纬仪60年代以来，随着近代光学、电子学的发展，使角度测量向自动化记录方向改进有了技术基础，从而出现了电子经纬仪等自动化测角仪器。电子经纬仪在结构及外现上和光学经纬仪相类似，主要不同点在于读数系统，它采用光电扫描和电子元件进行自动读数和液晶显示。电子测角虽然仍旧是采用度盘来进行，但不是按度盘上的刻划，用光学续数法读取角度值，而是以度盘上取得电信号，再将电信号转换成角度值。电子测角的度盘主要有编码度盘、光栅度盘和动态测角度盘三种形式。因此，电子测角也就有编码度盘测角，光栅度盘测角和编码度盘结合测角

22、，以及动态测角等四种形式。如瑞士克恩()厂的1型和2型电子经纬仪采用光栅度盘，德国于1978年生产的-2型电子速测仪，采用的是编码度盘，而现在主流速测仪的测角系统大多用的是动态测角系统，测角精度可达0.5。从90年代起，国内厂家如北京光学仪器厂、南方测绘仪器公司生产的电子经纬仪测角精度均在在5左右。以下是北京和苏州生产的两款电子经纬仪。第四章距离测量(distancemeasure)与直线定向(lineorientation)内容：理解距离的概念、了解距离测量的仪器和工具，掌握钢尺普通量距、精密量距的实施及成果三项改正、精度评定方法；掌握电磁波测距的基本原理和使用；掌握直线定位、方位角的概念及

23、方位角的计算；了解磁偏角和子午线收敛角的含义及用罗盘仪测定磁方位角的方法。重点：钢尺量距、电磁波测距的方法；方位角的概念及计算方法。难点：精密量距的三项改正；磁偏角和子午线收敛角的含义。距离测量的方法,主要有以下几种：电磁波测距EDM(electro-magneticdistancemeasuring)钢尺量距(steeltapemeasuring)视距法测距(stadiameasurement)4.1钢尺量距(steeltapemeasuring)一、量距工具有：钢尺(steeltape)、标杆(measuringbar)、垂球(plumbbob)、测钎(measuringrod)、温度计(thermometer)、弹簧秤(springbalance)。二、钢尺量距钢尺量距最基本的要求平、准、直按精度分：一般量距和精密量距（一）一般量距步骤1、定线(linealignment)。按精度分：目估法和经纬仪法。2、丈量。（1）喊“预备”、“好”前后尺手同时读数。（2）在山区丈量时，可采用平量法、斜量法。目估法直线定线图平量法示意图斜量法示意图3、内业成果整理。丈量精度用“相对误差”来衡量：要求：一般量距1/3000(平坦)，1/1000（山区）。（二）