《水利工程测量》学习指导

-1-《水利工程测量》学习指导第一章工程测量基本知识一、本章学习目标通过本章的学习理解测量学的概念和水利工程测量的任务；掌握测量工作的基准面和基准线；掌握水准面、大地水准面、绝对高程、相对高程、高差的概念；掌握地面点平面位置的表示方法；初步掌握测量的三项基本工作和测量工作的基本原则。二、学习指导1、测量学概念测量学是研究地球形状和大小以及确定地面点位置的科学。测量学的内容包括测定和测设两部分。2、水利工程测量的主要任务（1）测绘大比例尺地形图通过实地测量和计算获得观测数据，利用地形图图式，把地球表面的地物和地貌按一定比例尺缩绘成地形图，为水利工程勘测、设计提供所需的测绘资料。（2）施工放样施工阶段要将图上设计好的建筑物按其位置、大小测设于实地，以便据此施工。（3）水工建筑物的变形观测在施工过程中及工程建成后的运行管理阶段，需要对建筑物的稳定性及变化情况进行监测，确保工程安全运行。3、测量工作的基准面和基准线（1）基准面是大地水准面（2）基准线是铅垂线4、大地水准面设想有一个完全处于静止、平衡状态的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，这个静止的海水面称为水准面。海水有潮汐，时高时低，所以水准面有无数个，而其中通过平均海水面的一个称为大地水准面。5、地面点的高程（1）绝对高程地面点到大地水准面的铅垂距离称为绝对高程，又叫海拔，用H表示。我国现行的“1985国家高程基准”是以青岛验潮站1953年～1979年的黄海平均海水面作为大地水准面，水准原点设在青岛，其绝对高程为72.2604m。（2）相对高程地面点到假定大地水准面的铅垂距离称为相对高程，叫假定高程，通常用H表-2-示。（3）高差高差是指两地面点间的高程差，用h表示。B点相对于A点的高差为ABh，其与高程的关系为：ABBAhHH显然，当AB0h时，表明B点高于A点，反之B点低于A点。当AB0h时，表明A、B两点同高。而A点相对于B点的高差可表示为BAh，它与高程的关系为：BAABhHH显然ABh与BAh的绝对值相等、符号相反。6、地面点的平面位置（1）高斯平面直角坐标采用了高斯分带（63和）投影，以各带中央子午线的投影为纵坐标X轴，以赤道的投影为横坐标Y轴，以中央子午线与赤道的交点为各投影带坐标原点，纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正。我国规定各投影带坐标纵轴西移500km当作起始轴,带内各点的横坐标值均加500km后表示，若横坐标值小于500km时则在带中央子午线西侧。此外，为了区分坐标系是属于哪一带的，则要求横坐标表示时前两位注为带号，如某点A3648245mX，21654674mAY，实际A点是属于高斯投影第21带内，离赤道3648245m，离21带中央子午线东侧154674m处。（2）测量学平面直角坐标当测区较小时，可用水平面代替参考椭球面（大地水准面），用平面直角坐标表示点的平面位置，测量学中的平面直角坐标系和数学中的平面直角坐标系有二处不同：一是坐标轴，纵轴为X轴，X轴正向为正北方向，横轴为Y轴，Y轴正向为正东方向；二是象限按顺时针方向编号。7、测量的基本工作（1）将地面点间的水平距离、水平角和高差称为确定地面点位的三个基本要素。（2）测量的三项基本工作为：高差测量、水平角测量和水平距离测量。8、测量工作的基本原则在进行测量工作时，为了避免测量误差积累，应遵循测量工作的基本原则“先整体后局部，先控制后碎部”。三、练习题-3-(一)、名词解释：1、水准面：2、大地水准面：3、绝对高程：4、相对高程：5、高差:（二）、填空题：1、水利工程测量的任务是、、。2、测量学上的基准线是基准面是在工程测量中用来代替。3、确定地面点的三个要素是、、。工程测量的三项基本工作是、、。4、测量工作的组织原则是，。5、测得一地面点的相对高程为105.476m，与其对应的假定大地水准面的绝对高程为89.764m，则该点的绝对高程是。6、根据1956年黄海高程系统测得得A点的高程为165.718m，若改用1985年国家高程基准，则A点的高程是。（三）、选择题：1、目前中国采用统一的测量高程系是指()。A．渤海高程系B．1956高程系C．1985国家高程基准D．黄海高程系2、目前我国的1980国家大地坐标系的原点称为中华人民共和国大地原点，位于（）。A．山西B．北京C．陕西D．四川3、从测量平面直角坐标系的规定可知()。A．象限与数学坐标象限编号顺序方向一致B．X轴为纵坐标轴，Y轴为横坐标轴C．方位角由横坐标轴逆时针量测D．东西方向为X轴，南北方向为Y轴-4-4、“1985国家高程基准”水准原点的高程为（）。A．72.2604mB．72.289mC．72.301mD．72.2702m（四）、计算题:已知A点的高程为51.533m，B点的高程为42.224m，试计算B点相对A点的高差hAB，高差的符号说明了什么问题?第二章水准测量一、本章学习目标通过本章的学习要求掌握水准测量的基本原理；初步掌握水准仪的构造；掌握水准尺的读数和水准仪的使用方法；掌握水准测量的外业工作、记录计算和检核方法；掌握水准测量的内业计算过程和普通水准测量的限差；了解水准测量的误差来源、注意事项及消除方法；掌握水准仪的主要轴线和应满足的几何条件；了解水准仪检验与校正的方法。二、学习指导测定地面点高程的测量工作，称为高程测量，高程测量是测量的三项基本工作之一。水准测量是精确测定地面点高程的一种主要方法，在国家控制测量、工程勘测及施工测量中被广泛采用。1、水准测量原理是利用水准仪提供一条水平线，借助竖立在地面点的水准尺，直接测定地面上各点间的高差，然后根据其中一点的已知高程，推算其他各点的高程。2、水准测量所用的仪器和工具有水准仪、水准尺和尺垫。DS3型微倾水准仪由望远镜、水准器和基座等部件构成。望远镜是用来照准目标、提供水平视线并在水准尺上进行读数的装置，其中，物镜的作用是通过转动物镜调焦螺旋通过调焦透镜将远处的目标(如水准尺)在十字丝分划板平面上形成缩小而明亮的实像；目镜的作用是将物镜在十字丝分划板上所成的实像(如水准尺倒立的影像)与十字丝一起放大成虚像。水准仪器分为圆水准器和管水准器，圆水准器用来粗略整平，管水准器主要用来精确整平。水准尺有双面水准尺和塔尺两种，其中，双面尺的红面与黑面尺底不是从同一数开始，一般相差4.687m或4.787m，这样的两根水准尺组成一对使用，其目的是为了检核水准测量作业时读数的正确性。尺垫用于转点,防止水准尺的下沉和位移。3、使用微倾水准仪的基本操作程序为：安置仪器、粗略整平(简称粗平)、调焦和照准、精确整平(简称精平)和读数。-5-粗平的目的是借助圆水准器气泡的居中，使仪器竖轴大致竖直；精平的目的是借助管水准器符合气泡的吻合，使望远镜视准轴精确水平。照准目标大致按目镜调焦、粗略瞄准、物镜调焦、精确照准的步骤进行，应注意消除视差的影响。读数时应注意对管水准器的精确整平。4、水准测量通常是从某一已知高程的水准点开始，引测其它点的高程。在一般的工程测量中，水准路线主要有三种形式：闭合水准路线，附合水准路线和支线水准路线。5、水准测量成果计算时，要先检查野外观测手簿，计算各点间高差，经检核无误，则根据野外观测高差计算高差闭合差。从理论上讲，闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，附合水准路线各段实测高差的代数和值应等于两端水准点间的已知高差值，支线水准路线本身没有检核条件，可以用往、返测量方法进行成果的检核，往测高差与返测高差，应大小相等，符号相反。若闭合差符合规定的精度要求，则调整闭合差，最后计算各点的高程。根据误差理论，高差闭合差的调整原则是：将闭合差fh以相反的符号，按与测段长度(或测站数)成正比的原则分配到各段高差中去。6、微倾水准仪有四条轴线，即望远镜的视准轴CC、水准管轴LL、圆水准器轴''LL和仪器的竖轴VV，以及十字丝横丝，轴线应满足的条件有：圆水准器轴''LL平行仪器竖轴VV、十字丝横丝垂直仪器竖轴VV和水准管轴LL平行视准轴CC。其中水准管轴LL平行视准轴CC是主要条件。7、水准测量误差包括：仪器误差、水准尺误差、水准管气泡居中误差、读数误差、水准尺倾斜误差、仪器和尺垫下沉、地球曲率和大气折射的影响、温度的影响等。在观测时，保持前、后视距离相等可以消除或削弱由于水准仪水准管轴不平行于视准轴造成的误差以及地球曲率和大气折射的影响。三、练习题(一)、名词解释：1、视线高：2、视准轴：3、圆水准器轴：4、水准管轴：(二)、填空题：1．设A点为后视点，B点为前视点，A点高程为87.452m。当后视读数为1.231m，前视读数为1.540m，则A.B两点的高差是，B点的高程是，视线高是。2．微倾水准仪上有、、、-6-等几条轴线，水准仪应满足的主要条件是。3．水准测量时，若前后视距相等，能消除，等误差。4．转点在水准测量中起作用，在转点上为了防止水准尺的沉降和位移应该。5．微倾式水准仪的各轴线之间应满足下列几何条件：（1）圆水准器轴竖轴；（2）望远镜十字丝中丝竖轴；（3）视准轴管水准器轴。6．DS3型水准仪主要由、和三部分组成。(三)、选择题：1．水准测量是利用水准仪提供()求得两点高差，并通过其中一已知点的高程，推算出未知点的高程。A．铅垂线B．视准轴C．水准管轴线D．水平视线2．水准仪有DS0.5、DSl、DS3等多种型号，其下标数字0.5、1、3等代表水准仪的精度，为水准测量每公里往返高差中数的中误差值，单位为()。A．kmB．mC．cmD．mm3．用望远镜观测中，当眼睛晃动时，如目标影像与十字丝之间有相互移动现象称为视差，产生的原因是()。A.目标成像平面与十字丝平面不重合B．仪器轴系未满足几何条件C．人的视力不适应D．目标亮度不够4．应用水准仪时，使圆水准器和水准管气泡居中，作用分别是判断()。A．视线严格水平和竖轴铅直B．精确水平和粗略水平C．竖轴铅直和视线严格水平D．粗略水平和横丝水平5．水准测量中要求前后视距离大致相等的作用在于削弱()影响，还可削弱地球曲率和大气折光的影响。A．圆水准轴与竖轴不平行的误差B．十字丝横丝不垂直竖轴的误差C．读数误差D．水准管轴与视准轴不平行的误差6．进行往返路线水准测量时，从理论上说∑h往与∑h返之间应具备的关系是（）。A．符号相反，绝对值不等B．符号相同，绝对值相同C．符号相反，绝对值相等D．符号相同，绝对值不等7．闭合水准测量中，计算∑h=∑a－∑b和∑h=H终－H始，可校核()。A．水准点高程B．转点高程-7-C．高程计算或高差计算D．视线高计算(四)、简答题：1、简述微倾水准仪使用的步骤。2、何为视差?产生视差的原因是什么?怎样消除视差?3、设仪器安置在A、B两尺等距离处，测得A尺读数=1．482m，B尺读数=l.873m。把仪器搬至B点附近，测得A尺读数=1.143m，B尺读数=1.520m。问水准管轴是否平行于视准轴?如要校正，A尺上的正确读数应为多少?4、单一水准路线有哪几种形式？各种形式水准路线的高差闭合差公式如何？(五)、计算题：1、调整表中附合水准路线等外水准测量观测成果，并求出各点高程。点号测站数（km）观测高差(m)改正数(mm)改正后高差(m)高程(m)A8+1.57565.376112+2.036214-1.742316+1.446B68.623Σ辅助计算fh=fh容＝±12n=-8-2、调整下图所示闭合水准路线的观测成果，并求出各点高程。第三章角度测量一、本章学习目标通过本章的学习要求掌握水平角、竖直角测量的原理；初步掌握光学经纬仪的构造；掌握光学经纬仪的读数、使用和测回法施测水平角的操作、记录及计算；了解方向观测法施测水平角的操作；掌握竖直角测量的操作、记录及计算并能够计算指标差；了解角度测量误差的产生原因及注意事项，能够在测量过程中遵循正确的操作程序进行操作；了解光学经纬仪检验的操作步骤；了解电子经纬仪和全站仪的构造和使用方法。二、学习指导角度测量包括水平角测量和竖直角测量。水平角用于确定地面点的平面位置，竖直角用于间接确定地面点的高程。经纬仪是进行角度测量的主要仪器。1