工程测量教案

1《工程测量教案》三峡大学2第一章绪论1-1测量学的任务及其在工程建设中的作用1.测量学的任务：研究地球的形状和大小以及确定地面点的点位，包括测定和测设两个方面的内容。2.测量学的分类：大地测量学；摄影测量与遥感学；工程测量学3.测量学在工程建设中的作用（1）在建筑工程中的作用（2）在水电工程中的作用（3）在输电线路工程中的作用（4）在航天工程中的作用1-2测量学的发展概况1.公元前二十七世纪建设的埃及金字塔，其形状非常规则，这说明当时就有了测量的工具和方法。2.二十世纪七十年代出土的长沙马王堆三号墓，在墓的陪葬品中发现了公元前一百六十八年古长沙国的地图，图上标注有山脉、河流、居民地、道路等要素。3.清代康熙年间进行了全国范围的测绘工作。4.中华人民共和国成立以后，我国的测绘事业有了很大的发展。建立和统一了全国的坐标系统和高程系统，建立了国家大地控制网、国家水准网、GPS基准站，完成了国家基本图的测绘工作。在仪器制造方面，我们国家能够自主生产光学经纬仪、光学水准仪、光电测距仪、全站仪、激光水准仪、激光准直仪等仪器，为国家经济建设发挥了重要作用。5.测量机器人。6.超全站仪。1-3地面点位的确定一、地球的形状和大小1.水准面：2.水平面：3.水准面得特性：（1）是一个处处与重力方向相垂直的连续曲面（2）是一个不规则的曲面。（3）水准面就有无数个。4.大地水准面：（测量的基准面）5.旋转椭球面：二、地面上点位的表示方法（一）坐标1.地理坐标以经度和纬度表示地面点在投影面上的位置，称为地理坐标。（1）地轴：（2）子午面：（3）子午线（经线）：（4）起始子午面（首子午面）：（5）起始子午线（首子午线）：3（6）赤道面：（7）赤道：（8）经度：（9）纬度：2.平面直角坐标（1）独立平面直角坐标平面直角坐标系的建立（X，Y及坐标象限，与数学上的直角坐标系的区别）（2）高斯平面直角坐标1）高斯投影的概念2）高斯平面直角坐标的建立①6o带每一带中央子午线的经度06oN-3o②高斯平面直角坐标的建立③3o带每一带中央子午线的经度/03o/N（二）高程1.绝对高程：（1）1956年黄海高程系（2）1985年国家高程基准（3）吴淞高程系2.相对高程：3.高差：1-4用水平面代替大地水准面的限度一、对距离的影响二、对高程的影响1-5测量工作概述1.地物：2.地貌：3.地形：4.地形测量的实质5.测量工作应遵循的原则：先控制后碎部，从整体到局部。6.测量的基本工作：水平角测量、距离测量、高差测量。7.确定地面点相对位置的三个基本几何要素：水平角、距离、高差。4第二章水准测量1.高程测量的定义：测定地面点高程的工作。2.高程测量的方法：水准测量法、三角高程测量法及GPS测量法。2-1水准测量原理1.水准测量的定义：2.水准测量的原理：3.计算高程的方法（1）由高差计算高程（2）由水平视线的高程计算高程2-2水准测量的仪器和工具1.水准测量的仪器：水准仪2.水准测量的工具：水准尺和尺垫3.水准仪的分类（1）按精度分：DS05、DS1、DS3、DS10（（2）按材料分：光学水准仪和电子水准仪一、微倾式DS3水准仪的构造微倾式DS3水准仪由望远镜、水准器及基座三大部分组成。（一）望远镜1.望远镜的作用：瞄准远方的目标。2.望远镜的构造：物镜、目镜、对光透镜、十字丝分划板等部分组成。3.视准轴（视线）：物镜光心与十字丝分划板中十字丝中心的连线。4.望远镜的成像原理5.望远镜的放大率：倒立的虚像对人眼张成的角度与目标对人眼张成的角度之比。DS3水准仪望远镜的放大率为28~30。（二）水准器1.水准器的作用：指示水准仪的视线是否水平或水准仪的竖轴是否竖直。2.水准器的分类：管水准器和圆水准器。（1）管水准器（长水准管；水准管）①水准管的分划值：水准管园弧中每2毫米弧长所对的圆心角；对于DS3水准仪，其τ值一般为20″/2mm。②水准管零点：水准管圆弧的中点。③水准管轴：过水准管零点的切线。④管水准器气泡居中：水准管气泡的中心与水准管零点重合。当气泡居中时，水准管轴就处于水平位置。如果视准轴与水准管轴平行，则当水准管的气泡居中时，视准轴就处于水平位置。⑤符合水准管：（2）园水准器①园水准器的分划值：圆水准器的分划值一般为8//2mm。②圆水准器零点：小圆圈的中心。③圆水准轴：圆水准器零点与球心的连线。④圆水准器气泡居中：圆水准器气泡的中心与圆水准器零点重合。当圆水准器气泡居中以后，圆水准轴就处于铅垂位置。如果竖轴与圆水准轴平行，则当圆水5准器气泡居中以后，竖轴就处于铅垂位置。（三）基座基座用于支承仪器的上部，它由轴座、脚螺旋、底板和三角压板等部件组成。水准仪通过基座与三脚架相连。一、水准尺和尺垫1.水准尺2.尺垫2-3水准仪的使用一、安置水准仪二、粗略整平仪器三、瞄准目标四、消除视差1.视差的定义：当人眼在目镜旁上下微微晃动时，如果尺像与十字丝有相对移动的现象，称为视差。2.产生视差的原因：尺像没有落在十字丝平面上。3.消除视差的方法：仔细调节目镜调焦螺旋和对光螺旋，使十字丝和尺像清晰，直到眼睛在目镜旁上下微微晃动，不再出现尺像和十字丝有相对移动的现象为止。五、精确整平仪器六、读数2-4水准测量的外业观测一、水准测量的实施二、水准测量的检核（一）计算检核（二）测站检核1.改变仪器高度法2.双面尺法（三）路线检核1.闭合水准路线闭合水准路线的高差闭合差hfh高差闭合差的允许值平原地区：允hf=L40mm山区：允hf=n10mmL单位为km2.附合水准路线)(12BMBMhHHhf附合水准路线的高差闭合差)(12BMBMhHHhf63.支水准路线支水准路线的高差闭合差返往hhfh2-5水准测量的内业计算1.高差闭合差的计算2.高差闭合差的调整高差改正数平原地区：ihiLLfv山区：ihinnfv3.改正后高差的计算4.高程的计算2-6微倾式水准仪的检验与校正一、水准仪的几何轴线及其应满足的条件水准仪的几何轴线有圆水准轴L/L/、竖轴VV、水准管轴LL、视准轴CC，为了保证水准测量成果的质量，进行水准测量时，水准仪的几何轴线应该满足如下条件：（1）圆水准轴L/L/应平行于仪器的竖轴VV（2）十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴VV（3）水准管轴LL应平行于视准轴CC二、水准仪的检验与校正（一）圆水准轴平行于仪器竖轴的检验校正1.检验方法2.校正方法（二）十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验校正1.检验方法2.校正方法（三）水准管轴平行于视准轴的检验校正1.检验方法2.校正方法2-7水准测量的误差分析一、仪器误差（一）视准轴与水准管轴不平行的残余误差（二）调焦引起的误差（三）水准尺的误差二、观测误差（一）水准管气泡居中误差7由水准管气泡居中误差引起的读数误差为Dm075.0（二）读数误差读数误差通常计算为VDmv60（三）水准尺倾斜误差三、外界条件的影响（一）仪器下沉的误差（二）尺垫下沉的误差（三）地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光对读数的综合影响f由下式求出：RDrcf243.0其中：RDc22；RDr142（四）温度的影响2-8自动安平水准仪2-9精密水准仪与电子水准仪一、精密水准仪二、电子水准仪8第三章角度测量3-1水平角的测量原理1.水平角的定义：地面上两方向线在水平面上投影的夹角。2.水平角测量的原理3-2DJ6型光学经纬仪经纬仪的分类按精度分：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6按制造材料分：游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪一、DJ6型光学经纬仪的构造(一)照准部(二)水平度盘(三)基座二、DJ6型光学经纬仪读数装置与读数方法（一）分微尺测微器及其读数方法（二）单平板玻璃测微器及其读数方法三、经纬仪的使用（一）对中1.对中的目的2．对中的方法（1）垂球对中（2）光学对点器对中（二）整平1.整平的目的2．整平的方法（三）瞄准（四）读数3-3DJ2型光学经纬仪一、DJ2型光学经纬仪的构造和读数方法二、DJ2型光学纬仪的使用DJ2型光学经纬仪的使用与DJ6型光学经纬仪的使用相同。3-4水平角的测量方法一、测回法（一）测回法的适用范围（二）测回法的观测方法1.盘左（正镜）观测2.盘右（倒镜）观测3.一测回水平角的计算94.各测回平均水平角的计算二、方向观测法（一）方向观测法的适用范围（二）方向观测法的观测方法1.观测方法（1）盘左观测（2）盘右观测2.成果计算（1）两倍照准误差（2）各方向的平均值（3）归零后的方向值（4）各测回归零后方向值的平均值（5）水平角的计算3-5竖直角测量方法一、竖直角1.竖直角的定义：竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线间的夹角，其角值范围为-9O°～90°2.竖直角的测量原理二、竖直度盘三、竖直角的计算公式盘左位置的竖直角：LL090盘右位置的竖直角：0270RR一测回竖直角：2RL四、竖直角的观测和计算3-6经纬仪的检验与校正经纬仪的主要几何轴线：水准管轴(LL)，竖轴(VV)，视准轴(CC)，横轴(HH)，望远镜的十字丝。经纬仪的主要几何轴线应满足的基本条件（1）水准管轴垂直于竖轴(LL⊥VV)；（2）视准轴垂直于横轴(CC⊥HH)；（3）横轴垂直于竖轴(HH⊥VV)；（4）十字丝竖丝垂直于横轴。一、照准部水准管轴垂直于竖轴的检验与校正（一）检验方法（二）校正方法二、十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正（一）检验方法（二）校正方法10三、视准轴垂直于横轴的检验与校正（一）检验方法（二）校正方法四、横轴垂直于竖轴的检验与校正（一）检验方法（二）校正方法五、竖盘指标差及其检验校正（一）检验方法（二）校正方法3-7水平角测量的误差分析及注意事项一、水平角测量的误差来源（一）仪器误差1．视准轴误差2．横轴误差3．竖轴倾斜误差4.度盘偏心误差5.水平度盘刻划不均匀的误差（二）观测误差1．对中误差2.目标偏心误差3．照准误差4．读数误差（三）外界条件的影响二、水平角测量的注意事项3-8电子经纬仪11第四章距离测量与直线定向4-1钢尺量距一、钢尺量距的工具1.主要工具：钢尺2.辅助工具：测钎、花杆、垂球、弹簧秤和温度计二、直线定线(一)目测定线法(二)经纬仪定线三、钢尺量距的一般方法（一）平坦地面的距离丈量qnlD量距地相对误差：返往平均平均返往DDDDDDK1相对误差一般不应大于1／3000；在量距较困难的地区，其相对误差不应大于1／1000。（二）倾斜地面的距离丈量1.平量法2.斜量法四、钢尺量距的精密方法(一)精密量距的外业工作1.清理场地2.经纬仪定线3.测量高差4.精密丈量（二）精密量距的内业工作1.尺长改正dl2.温度改正tl3.倾斜改正hl4.全长计算htdlllLD4-2电磁波测距仪测距一、电磁波测距仪的测距原理12ctD211.脉冲法测距tncDg202.相位法测距二、全站仪简介4-3直线定向直线定向的定义：确定直线与标准方向之间的水平角度一、标准方向的种类1.真子午线方向2.磁子午线方向3.坐标纵轴方向二、方位角1.方位角的定义：从直线起点的标准方向的北端起，沿顺时针方向量至直线的水平角度。（测量上直线有方向）2.真方位角A3．磁方位角Am4.坐标方位角α三、三种方位角之间的关系A=Am+δ(40-20)A=α+γ(40-21)α=Am+δ-γδ：磁偏角；γ：子午线收敛角四、坐标方位角的推算13第五章测量误差的基本知识5-1概述一、测量与观测值二、观测值的分类（一）等精度观测和不等精度观测观测条件：观测者、观测仪器和外界条件（二）直接观测和间接观测（三）独立观测和非独立观测三、测量误差及其来源（一）测量误差的定义：＝l-X（二）测量误差的反映（三）测量误差的来源1.测量仪器2.观测者3.外界条件5-2测量误差的种类一、粗差二、系统误差（一）系统误差的定义（二）产生系统误差的原因1.仪器制造或装配有误差2.外界条件不理想（三）消除或削弱系统误差的方法1.对观测结果加改正数2.采用一定的