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测量培训课件(一)上海五冶检修淮安分公司二〇一二年三月第2页共55页第一章测量的基础知识一、建筑工程测量的任务1.测量学的概念研究地球形状、大小和地表(包括地面上各种物体)的几何形状及其空间位置的科学。测量工作的基本任务:求得点在规定坐标系中的坐标值。2.建筑工程测量的主要任务(1)勘察设计阶段:地形图,提供设计依据;(2)施工阶段:施工前放线;施工中轴线(斜)控制、高程(层高)控制;竣工测量的竣工图;(3)施工及运营阶段的监测;3.建筑工程测量工作的分类二、测量工作的基准面和基准线1.地球的形状和大小海洋面积:71%;陆地面积:29%;最高处为8848.13米(我国西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰),最低处11022米(太平洋西部的马里亚纳海沟),相差此之大,但对庞大地球而言还是微不足道的,故我们可把地球看作由静止海水面包围的球体,这一球体称为大地体-代表地球形状,大地体形状是很复杂的,无法用数字模型描述,为处理数据的方便,我们用规则的旋转椭球来代替,我国采用椭球是75年国际大地测量协会推荐的地球椭球体,其元素为:地球赤道半径(a)6378.140公里;地球极半径(b)6356.755公里;地球平均半径R6371.004公里(这个数字是地心到地球表面所有各点距离的平均值)可以这样求:平均半径=(赤道半径×2+极半径)×(1/3)。a=6378140米α=1/298.257第3页共55页对于工程测量而言,顾及施工范围,α又很小,故把地球看成圆球,其半径为R=6371米.(1)地球表面起伏最大值/地球半径≈20/6371很小;如图1-1所示。(2)地球表面71%的都是水。图1-1地球的形状2.测量工作的基准面和基准线铅垂线:某点的重力方向线,可用悬挂垂球的细线方同来表示;水平线:与铅垂线正交的直线;水平面:与铅垂线正交的平面称为水平面;水准面:处处与重力方向垂直的连续曲面,任何自由静止的水面都是水准面;大地水准面:与不受风浪和潮汐影响的静止海水面相吻合的水准面。铅垂线、大地水准面是测量工作的基准线和基准面。大地水准面:简单的讲就是静止的海水面,.大地水准面就是经过多年观测得到的平均高度的海水面.即绝对高成的起算面53年—56年---黄海高程系统53年—85年---1985年国家高程基准(87年起用)青岛原点:为更方便进行水准测量工作,在青岛万象山上设置了一个点,经与验潮站标尺联测得到了它的高程。72.289米---黄海高程系统第4页共55页72.260米---1985年国家高程基准三、地面点位的确定1.确定地面点位的方法测量工作的实质:确定地面点的空间位置。点的空间位置(三维)=该点在水准面或水平面(球面或平面)的位置(二维)+该点到大地水准面的铅垂距离(一维)。如图1-2所示。图1-2三维空间2.地面点的高程绝对高程——地面点到大地水准面的铅垂距离,简称高程:用H表示,如。如图1-3所示。图1-3地面点高程3.地面点的坐标(1)地理坐标第5页共55页(2)平面直角坐标以西南角为坐标原点,纵轴为X轴,横轴为Y轴,X轴正向为正北方向,负向为正南方向,Y轴正向为正东方向,负向为正西方向(上北下南左西右东),象限以顺时针方向编号。如图1-4所示。大地原点:亦称大地基准点,是利用高斯平面直角坐标的方法建立全国统一坐标系,即现在使用的“1980国家大地坐标系”,简称“80系”。大地原点是人为界定的一个点,上个世纪70年代,中国决定建立自己独立的大地坐标系统。通过实地考察、综合分析,最后将我国的大地原点,确定在陕西省泾阳县永乐镇北横流村境内,具体位置在:北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。4.空间直角坐标空间直角坐标主要用于卫星定位。图1-4平面直角坐标象限第6页共55页四、以水平面代替水准面的限度1.在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时,可以用水平面代替水准面,而不需考虑地球曲率对距离的影响。2.就高程测量而言,即使距离很短,也应用水准面作为测量的基准面,即应顾及地球曲率对高程的影响。地球曲率的影响可用公式△h=D2/2R进行修正或用适当的测量方法消除,当水平距离为10km时,以水平面代替水准面所产生的距离误差为距离的1/1217700,现在最精密距离丈量时的容许误差为其长度1/100万五、测量工作的基本内容与基本原则1.测量工作的基本内容主要目的:确定点的坐标和高程测量工作的基本内容:高程测量、角度测量、距离测量测量工作一般分外业和内业两种。2.测量工作的基本原则“从整体到局部、先控制后碎部”——基本原则“步步有检核”六、测量误差的基本知识1.测量误差来源(1)误差来源(2)常用测量形式:按观测条件分为(3)粗差(错误)与误差不同概念,为避免粗差,一方面要认真,另一方面要有检校措施。2.测量误差的分类第7页共55页(1)系统误差产生原因:仪器、工具制造或校正不完善;特性:具有规律性、累积性的误差;影响:有些可用计算改正或用观测方向消除。(2)偶然误差产生原因:由人、仪器、外界条件等多方面因素造成。影响:误差值不大,如采用一定方法或计算消除系统误差,则偶然误差居主要地位,其值不可消除,只能随观测次数趋于无限时,误差平均值趋于零。3.衡量精度的标准用真误差直接比对,方法简单但难以操作,引入几个指标作为衡量精度的标准。(1)中误差n次等精度观测条件下,计算每次观测的真误差Δ,按下式计算中误差。(2)容许误差偶然误差的绝对值不应超过一定的限值,为容许误差(3)相对误差对于误差具有累积性的观测应用相对误差来评定。第8页共55页相对误差为绝对误差的绝对值与相应量之比。4.误差传播定律用于由直接观测值推导计算出非直接观测值(高差、内角和、视距测量等(1)一般函数的误差传播线性函数的误差传播(2)运用误差传播定律的步骤先写函数式,再求全微分,最后计算观测值函数中误差。【注】1)角度问题,必先化为弧度;2)观测值必须独立。5.等精度直接平差(1)求最终观测值时算术平均值为未知量的真值,但测量次数有限,但以算术平均值为未知量的最终观测值。(2)评定精度n次等精度观测,计算算术平均值L,计算每次观测值与L间差值的改正数V,第二章高程测量第9页共55页一、水准测量原理水准测量的基本测法是:如图3-1所示,已知A点的高程为,只要能测出A点至B点的高程之差,简称高差。图3-1水准测量原理示意图则B点的高程就可用下式计算求得:用水准测量方法测定高差。的原理如图3-1所示,在A、B两点上竖立水准尺,并在A、B两点之间安置—架可以得到水平视线的仪器即水准仪,设水准仪的水平视线截在尺上的位置分别为M、N,过A点作一水平线与过B点的竖线相交于C。因为BC的高度就是A、B两点之间的高差。所以由矩形MACH就可以得到计算的公式:综上所述要测算地面上两点间的高差或点的高程,所依据的就是一条水平视线,如果视线不水平,上述公式不成立,测算将发生错误。因此,视线必须水平,是水准测量中要牢牢记住的操作要领。第10页共55页二、水准仪及技术操作1、水准测量的仪器与工具水准测量所用的仪器为水准仪,工具有水准尺和尺垫(staffplate)。⑴微倾式水准仪通过调整水准仪使管水准气泡居中获得水平视线的水准仪称为微倾式水准仪(titlelevel);通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为自动安平水准仪(compensatorlevel)。国产微倾式水准仪的型号有:DS05、DS1、DS3、DS10,其中字母D、S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母,字母后的数字表示以mm为单位的、仪器每公里往返测高差中数的中误差。DS05、DS1、DS3、DS10水准仪每公里往返测高差中数的中误差分别为±0.5mm、±1mm、±3mm、±10mm。称DS05、DS1为精密水准仪(preciselevel),主要用于国家一、二等水准测量和精密工程测量;称DS3、DS10为普通水准仪(generallevel),主要用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。工程建设中,使用最多的普通水准仪是DS3水准仪。水准仪主要由望远镜(telescope)、水准器(bubble)和基座(tribrach)组成。1)望远镜望远镜是用来照准远处竖立的水准尺并读取水准尺上的读数,要求望远镜能看清水准尺上的分划和注记并有读数标志。根据在目镜端观察到的物体成像情况,望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜。图2-4是倒像望远镜的结构图,它由物镜、调焦透镜、十字丝分划板和目镜组成。十字丝分划板:在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝;中间的长横丝称为中丝,用于读取水准尺上分划的读数;上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝,上、下丝总称为视距丝,用来测定水准第11页共55页仪至水准尺的距离。用视距丝测量出的距离称为视距(stadia)。十字丝分划板安装在一金属圆环上,用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上。望远镜物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴(collimationaxisoftelescope),用CC表示。望远镜物镜光心的位置是固定的,调整固定十字丝分划板的四颗校正螺丝,在较小的范围内移动十字丝分划板可以调整望远镜的视准轴。2)水准器水准器用于置平仪器。水准器有管水准器(bubbletube)和圆水准器(circularbubble)两种。①管水准器管水准器由玻璃圆管制成,其内壁磨成一定半径R的圆弧,如图2-7所示。将管内注满酒精或乙醚,加热封闭冷却后,管内形成的空隙部分充满了液体的蒸汽,称为水准气泡。因为蒸汽的比重小于液体,所以,水准气泡总是位于内圆弧的最高点。②圆水准器圆水准器由玻璃圆柱管制成,其顶面内壁是磨成一定半径R的球面,中央刻有小圆圈,其圆心O是圆水准器的零点;过零点O的球面法线为圆水准器轴(circularbubbleaxis);当圆水准气泡居中时,圆水准器轴处于竖直位置;当气泡不居中,气泡偏移零点2mm时,轴线所倾斜的角度值,称为圆水准器的分划值。一般为8′~10′。第12页共55页圆水准器用于粗略整平仪器。制造水准仪时,使圆水准器轴平行于仪器竖轴。旋转基座上的三个脚螺旋使圆水准气泡居中时,圆水准器轴处于竖直位置,从而使仪器竖轴也处于竖直位置。3)基座基座的作用是支承仪器的上部,用中心螺旋将基座连接到三脚架上。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。(2)水准尺和尺垫水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成,长度从2m~5m不等。水准尺分为直尺、塔尺和折尺,其中直尺又分单面分划和双面分划两种。塔尺和折尺常用于图根水准测量,尺面上的最小分划为1cm或0.5cm,在每1米和每1分米处均有注记。双面水准尺多用于三、四等水准测量,以两把尺为一对使用。尺的两面均有分划,一面为黑白相间称黑面尺;另一面为红白相间称红面尺,两面的最小分划均为1cm,只在分米处有注记。两把尺的黑面均由零开始分划和注记。红面的分划和注记,一把尺由4.687m开始分划和注记,另一把尺由4.787m开始分划和注记,两把尺红面注记的零点差为0.1m。尺垫是在转点处放置水准尺用的,它是用生铁铸成的三角形板座,尺垫中央有一凸起的半球体以便于放置水准尺,下有三个尖足便于将其踩入土中,以固稳防动。第13页共55页3)微倾式水准仪的使用按观测者的身高调节好三脚架的高度,为便于整平仪器,还要求使三脚架的架头面大致水平,并将三脚架的三个脚尖踩入土中,使脚架稳定。然后从仪器箱内取出水准仪,放在三脚架的架头面,并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内,以防止仪器从三脚架头上摔下来。水准仪的技术操作按以下四个步骤进行:粗平—照准—精平—读数。①粗平粗平就是通过调整脚螺旋,将圆水准气泡居中,使仪器竖轴处于铅垂位置,视线概略水平。具体做法是:用两手同时以相对方向分别转动任意两个脚螺旋,此时气泡移动的方向和左手大拇指旋转方向相同,然后再转动第三个脚螺旋使气泡居中,如此反复进行,直至在任何位置水准气泡均位于分划圆圈内为止。图3-2左手原则在操作熟练后,不必将气泡的移动分解为两步,视气泡的具体位置而转动任两个脚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