土木工程测量学复习知识点

土木工程测量学复习知识点1.1土木工程测量学的任务一、测量学的概念：测量学是研究如何测量地球或地球局部区域的形状并把测量结果用数据或图形表示出来的科学。测量学研究的对象是地球。二、测量学的分类：按照测量的对象和任务不同，测量学主要分为以下几种：（1）大地测量学：主要是建立国家级大范围的控制网.（2）普通测量学：主要是建立小范围的控制网，在小地区内进行一些测量可以不考虑地球曲率的影响。（3）工程测量学（4）摄影测量学：利用摄影来进行测图，主要研究对象是利用各种仪器所获得的图像信息，经过室内分析及处理投摄的影像转换成正投影图。（5）海洋测量学：属于水下测量，其测量方法和手段和陆地截然不同。（6）地图制图学：是研究各种地图的制作理论、工艺技术和应用的学科。三、工程测量的主要任务：（1）工程控制网的建立（2）地形测绘（3）施工放样（4）设备安装（5）竣工测量（6）变形观测1.2地面点位的确定大地水准面的概念：（1）水准面：处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。重力：地球吸引力与地球自转产生的离心力这两个力的合力称为重力。（2）大地水准面：我们设想把平均静止的海水面向陆地延伸而形成的封闭曲面，称为大地水准面。（3）大地水准面的有关说明：a大地水准面是一个略有起伏的不规则曲面。b大地水准面上处处与铅垂线方向垂直。c大地水准面所包围的球体可以代表整个地球形状d大地水准面是测量学的基准面，铅垂线是测量学的基准线。（4）水平面：与水准面相切的平面称为水平面。确定地面点位的方法：1、确定地面点位的要素：a点到大地水准面的铅垂距离，即绝对高程。b点在大地水准面上的投影位置,即坐标。2、地面点的高程：分为绝对高程和相对高程两种。（1）绝对高程：点到大地水准面的铅垂距离，称为绝对高程。用H表示，今后提到的高程一般指绝对高程。（2）相对高程：地面点到任一高程基准面的铅垂距离，称为相对高程。（3）我国的高程基准：称为“1985年国家高程基准”，即根据青岛验潮站1952年—1979年搜集的统计资料计算出的平均海水面作为高程零点，由此测得青岛水准原点高程为72.260米，称为1985年国家高程基准。地面点的平面位置（1）地理坐标：即经度和纬度。（2）高斯平面直角坐标系。（3）独立坐标系。高斯平面直角坐标系建立高斯平面坐标系的步骤：（1）分带：沿赤道一圈每隔6度或3度分一带，共分60带或120带。（2）投影：中央子午线：每一带最中间的那根子午线，称为该带的中央子午线。用一个大圆柱去套地球，要求大圆柱要和中央子午线相切，假设在地心放一个点光源，把地球表面的每一带投影到圆柱面上。投影后，再把圆柱面展开铺平，中央子午线作为坐标纵轴即x，赤道作为横轴即y轴，交点为坐标原点O。为了使地面上的点位和坐标建立起一一对应关系，规定在横坐标值即y值前面加上带号。注：我国的高斯平面坐标系：我国处在北半球即赤道以北，所以x坐标均为正值，但y坐标有正有付，为了使y坐标均为正值，规定x轴向西平移500公里。独立的平面直角坐标系当测区范围较小，且测量结果不与国家、地区控制网对应，可采用独立的平面直角坐标系，规定x轴为纵轴，指向北，y轴为横轴，为了使整个测区各个点的坐标不出现负值，通常把原点选在测区的西南角。1.3用水平面代替水准面的限度一、对水平距离的影响：当距离为10km时，用水平面代替水准面所产生的距离误差为0.82cm，相对误差为1：220000，误差可以忽略不计。因此，在半径为10km的范围内进行距离测量工作时，用水平面代替水准面所产生的误差可以忽略不计。二、对水平角的影响：对于面积为100km2范围内的多边形，用水平面代替水准面时，在一般测量工作中，对角度的影响可以忽略不计。三、对高程的影响：进行高程测量中，即使在很短的距离内也必须考虑地球曲率的影响。1.4测绘工作的基本原则一、测量工作的基本内容：高差测量、水平角测量、水平距离测量是测量工作的三项基本内容。又称为三项基本测量工作。二、测量工作的基本原则：1、从整体到局部，先控制后碎部，由高级到低级。2、前一步测量工作未作检核，绝不进行下一步测量工作。三、测定和测设的概念：1、测定：把地面上原有的点、建筑物的平面位置在地形图上标定出来，这一过程称为测定。2、测设：把地形图上设计好的点、建筑物的平面位置和高程在地面上标定出来，这一过程称为测设。2水准仪及水准测量水准测量的目的：通过测量地面上两点之间的高差h，根据已知点的高程求算未知点的高程。2.1水准测量的原理一、水准测量原理：水准测量是利用水准仪所提供的水平视线测定两点间高差的一种方法。二、水准测量的有关专业术语：注：水准测量具有方向性，若测AB之间的高差，一定是从A侧到B。（1）后视点A，前视点B（2）后视读数a，前视读数b（3）视线高程Hi（4）测站：安置仪器的地方称为测站。2.2水准仪的基本构造及使用水准测量的仪器为：水准仪，工具有：水准尺和尺垫。我国生产的水准仪有很多种，我们只介绍DS3型微倾水准仪，也是比较常用的一种水准仪，其中D和S分别是大地测量和水准仪的汉语拼音的第一个字母，下标3表示仪器的精度等级，数字越小，精度越高。一、DS3型微倾水准仪的构造：水准仪由望远镜、水准器、基座三部分构成1、望远镜：作用：瞄准水准尺，并对水准尺进行读数。构成：物镜、对光透镜、物镜对光螺旋、十字丝分划板、目镜、目镜对光螺旋视准轴：十字丝交点和物镜光心的连线，称为视准轴。物镜：由一组透镜组组成作用：把远处目标的像反映到望远镜的镜筒内。目镜：也是由一组透镜组成作用：是将物镜所成的实像放大成为虚像，DS3型微倾水准仪放大率一般不小于28倍。十字丝分划板：是安装在目镜筒内的一块平板玻璃，上面刻有两条垂直的长丝，称为十字丝，分别叫做竖丝、横丝（也叫中丝），水准仪读数一般为中丝读数。在中丝的上下还刻有两条对称的短丝，称为视距丝，作用可以读取距离。对光透镜和物镜对光螺旋：两者的主要作用是通过调节物镜对光螺旋从而使对光透镜移动，从而使目标的像落在十字丝分划板上。水准仪由望远镜、水准器、基座三部分构成。2、水准器：水准器是水准仪上一个重要部件，主要是用来整平仪器和视准轴是否处于水平位置。水准器有圆水准器和管水准器两种。（1）圆水准器：a构造：圆水准器是一个密封的玻璃圆盒，盒内装有乙醇和乙醚的混合液，加热熔封而成，冷却后留有圆形气泡。b圆水准器零点：圆水准器的对称中心，称为圆水准器零点。c圆水准器轴：过零点的球面法线称为圆水准器轴。作用：圆水准器气泡居中是仪器粗略整平的标志。（2）管水准器：a构造：是一个玻璃管，内壁磨成具有一定半径的圆弧，管内装有乙醇和乙醚的混合液，加热熔封而成，冷却后留有气泡。b管水准器零点：管水准器上表面的对称中心，称为管水准器零点。c管水准器轴：过零点的球面切线，称为管水准器轴。d符合水准器：在管水准器上安装有一组棱镜，通过棱镜的反射，将气泡两端的影像同时反映到目镜旁的观察窗内，若两端的影像符合时，则表示气泡居中，反之，则不居中，这种设有棱镜组的水准器，称为符合水准器。作用：符合水准器气泡居中是仪器精确整平的标志。水准仪由望远镜、水准器、基座三部分构成。3、基座：基座由轴座、脚螺旋、连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，脚螺旋用来调节圆水准器使圆气泡居中。整个仪器通过连接板连接螺旋与三脚架相连接。4、水准仪上各种螺旋的名称及其作用：共有六种螺旋，分别是物镜对光螺旋：使远处目标的像清晰。目镜对光螺旋：使十字丝清晰。脚螺旋：使圆水准器气泡居中。制动螺旋：固定或松开望远镜。微动螺旋：使望远镜左右微微摆动。微倾螺旋：使管水准器气泡居中。二、水准尺：水准尺有塔尺和双面尺两种。用优质的木材、铝合金或玻璃钢制成。1、塔尺：用优质木材制成，由两或三节套接而成，尺的底部为零点，尺上刻有黑白相间的分划，每分划为1厘米。2、双面尺：又称红黑面尺，尺长3米，两根为一对，尺子两面均有分划，黑面分划为基本分划，底部起点为零，红面分划为辅助分划，底部起点不为零。三、水准仪的使用：主要讲使用步骤：共分五步。安置仪器，粗略整平，瞄准水准尺，精确整平，读数1、安置仪器：把水准仪安置在脚架上并拧紧连接螺旋。三点要求：（1）要双手抱仪器（2）脚架高度要适中（3）架台要大致水平2、粗略整平：（1）概念：调节脚螺旋，使圆水准器气泡居中。（2）方法：记住一句话，气泡移动方向始终与转动脚螺旋的左手大拇指移动方向一致。3、瞄准水准尺：（1）目镜对光：转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。（2）初步瞄准：松开制动螺旋，转动望远镜，利用望远镜上的准星、照门瞄准水准尺，然后拧紧制动螺旋。（3）物镜对光：转动物镜对光螺旋，使水准尺成像清晰。（4）精确瞄准：转动微动螺旋，使水准尺影像处在视场中央。（5）消除视差：视差：物镜对光后，眼睛在目镜端上下微微地移动，若发现十字丝和水准尺影像有相对移动的现象，则称为视差。产生原因：水准尺没用恰好成像于十字丝分划板上。消除方法：反复调节目镜和物镜对光螺旋，直至视差消除。4、精确整平：调节微倾螺旋，是管水准器气泡居中，即豆芽瓣重合。5、读数：读取中丝读数。要求：直接读出米、分米、厘米、估计到毫米。2.3水准测量一般方法及计算一、水准点：1、定义：用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点，有BM表示。2、种类：永久性水准点和临时性水准点两种。二、水准测量的施测方法：利用转点进行测量，但测量结果不一定正确。三、水准测量的实施路线：1、符合水准路线2、闭合水准路线3、支水准路线四、水准测量的检核方法：1、计算校核2、测站检核：在同一测站测得的结果是否一致，称为测站检核。常用的有两种方法。（1）双仪器高法：对于普通水准测量，两次测得高差之差的绝对值应小于6mm.（2）双面尺法：3、成果检核：计算检核只能发现计算是否有误，测站检核只能检验一个测站上是否存在错误或误差是否超限，但对于一条水准路线来说，测站检核不足以说明测量全过程的精度是否符合要求：如仪器本身误差。只有通过成果检核才能知道。（1）符合水准路线：（2）闭合水准路线：五、水准测量的内业计算：包括闭合水准路线的计算和符合水准路线的计算：计算过程：（1）列表，把已知数据填入表中；（2）计算高差闭合差fh，对于闭合水准路线，fh=∑h测对于符合水准路线，fh=∑h测－∑h理（3）计算高差容许闭合差fh容fh容=±12√nfh容=±40√L若fh＜fh容，说明测量结果符合要求。（4）调整高差闭合差：调整原则：将闭合差以相反的符号，按与测站数或距离成正比的原则分配到各段中去。(5)计算改正后的高差：实测高差＋改正数(6)计算待定点的高程。2.4水准仪的检验方法一、水准仪在使用之前应进行一般性检查：望远镜成像是否清晰制动螺旋、微动螺旋、微倾螺旋和对光螺旋是否有效脚螺旋是否灵活脚架固定螺旋是否可靠二、水准仪应满足的几何条件：圆水准器轴应平行于仪器竖轴；视准轴应平行于水准管轴十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴三、水准仪的检验方法：圆水准器轴应平行于仪器竖轴的检验方法：转动脚螺旋，使圆水准器气泡居中，然后将仪器转动180，若气泡仍然居中，则此条件满足，否则需进行校正。2.5水准测量误差及注意事项一、水准测量的误差来源：（一）仪器误差：1、仪器校正不完善的误差，如水准管轴与视准轴不平行产生的误差。2、水准尺误差，如分划不准确，尺身弯曲产生的误差，水准尺零点误差。（二）观测误差：1、水准管气泡居中误差。2、读数误差3、视差影响4、水准尺倾斜误差（三）外界条件的影响1、仪器下沉2、大气折光影响3、温度变化的影响二、水准测量时取前后视距相等可以消除以下误差：1、视准轴不平行于水准管轴产生的误差。2、大气折光的影响产生的误差。3、地球曲率的影响产生的误差。3经纬仪及角度测量3.1角度测量原理一、角度的种类及概念：种类：水平角和竖直角水平角：空间相交的两条直线在水平面上的投影所夹得角度称为水平角。用β表示竖直角：视线方向与水平方向所夹得角度称为竖直角。用α表示，分为仰角和俯角，仰角为正，俯角为负。二、水平角测量原理：在角顶点的上方装有一水平圆盘，圆盘中心和角的顶点处在同