王小锋工程测量说课

工程测量技术课程王小锋绪论了解工程测定与测设的基本原理；掌握水准仪、经纬仪的使用及钢尺量距的方法，了解全站仪的技术特点；能够识读工程地形图，熟练掌握常见工程结构的测设方法，了解工程测量技术进步趋势。内容：工程测量的分类，发展简史，大地水准面，坐标，高程，高斯平面坐标系，独立平面坐标系，用水平面代替水准面的限度，测量工作的基本原则。•理解：•工程测量的分类，发展简史；•熟悉：•高斯平面坐标系，独立平面坐标系，用水平面代替水准面的限度•掌握：•大地水准面，坐标，高程，测量工作的基本原则任务一水准测量•内容：水准测量原理，DS3级水准仪构造，水准尺，尺垫，水准仪的使用，水准点。水准测量外业工程程序，水准测量的校核，水准测量数据的内业处理，精密水准测量，电子水准测量，自动安平水准仪，水准测量的误差分析•理解：水准测量原理，DS3级水准仪的构造，精密水准测量，电子水准测量，自动安平水准仪•熟悉：水准测量的误差分析•掌握：水准仪的使用，水准点。水准测量外业工程程序，水准测量的校核，水准测量数据的内业处理1.1水准测量原理水准测量是用水准仪和水准尺测定两固定点间高差,进而求得待测点高程。•如图所示，在A、B两点竖立水准尺，利用水准仪提供一条水平视线，水准尺上读数分别为a、b。•若A点高程HA已知,则将A称为后视点，a为后视读数；未知高程点B为前视点，b为前视读数。则A、B两点高差为后视读数减前视读数，即：hAB=a-b=HB-HA1.1.1、高差法依据两点高差求待定点B高程，称为高差法。HB=HA+hAB1.1.2、仪高法利用视线高求高程的方法，称为仪高法。假设仪器的视线（视准轴）高程为Hi：Hi=HA+a=HB+bHB=Hi-b在同一测站上，需要观测几个前视点的高程时，用仪高法是比较方便的。1.2水准仪的使用水准仪的使用按以下五个步骤进行：安置仪器粗平瞄准精平读数粗平仪器1.2.1、安置仪器在测站安置三脚架，使其高度适中，架头大致水平。调整水准仪三个脚螺旋大致等高，用连接螺旋将其安装在架头上。1.2.2、粗平调节圆水准器气泡居中，从而视准轴粗略水平。调整步骤如图2.3-1所示，在整平过程中，气泡的移运方向与左手大拇指运动方向一致。1.2.3、瞄准首先进行目镜对光，使十字丝清晰（因人而异）；然后进行物镜对光，使水准尺清晰，并消除视差。1.2.4、精平调整微倾螺旋，使符合水准器的气泡两个半边影像符合，以使视准轴精密水平。左侧影像移动方向与右手大拇指转动的方向相同。水准管未调平时水准管调平时1.2.5、读数在视准轴精密水平时，用中丝在水准尺上读数。读数后，应立即查看符合水准器的气泡两个半边影像是否仍然符合，否则，应重新使气泡符合后再读数。读数时，先估读毫米数，然后报出全部读数。如读数为1.234米，习惯上只念“1234”四位数而不读小数点，即以毫米为单位。1.3水准测量结果检校•测量工作的基本原则之是“本步不作检核不作下一步测量”，以保证观测精度。•测量结果检核有三种常用方法：•（1）测站检核•为了避免离开测量现场后发现有不可弥补的错误，在每一个测站都必须进行测站检核。具体方法有变仪高法和双面尺法两种。•（a）变仪高法：在同一测站位置上，采用两种不同的仪器视线高度测量高差。两次仪高通常相差10cm以上。•当两次结果符合一定的误差限值时（四等水准测量，两次高差之差的绝对值不超过5mm），取平均值作为最终结果。任务2.角度测量角度测量分为水平角（horizontalangle）测量与竖直角(verticalangle)测量。常用仪器是光学经纬仪(theodolite)、电子经纬仪(electronictheodolite,简记为ET)及全站仪(totalstation,简记为TS)等。水平角测量用于求算点的平面坐标，竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离等。2.1水平角测量原理地面上一点至两目标的两条方向线在水平面上投影的夹角，称为水平角。工程测量中水平角通常用β表示，其取值范围为0°～360°。如图所示，为了测出地面上一点C与两目标A和B所夹的水平角，以过C点的铅垂线上任一点O为中心，水平地放置一个带有刻度的圆盘，通过CA、CB，各作一竖直面，设这两个竖直面在刻度盘上截取的读数分别为a和b，则所求水平角之值为β=b-a。水平角测量原理2.2DJ6级光学经纬仪经纬仪的种类繁多，如按工作原理区分，可以分成光学经纬仪和电子经纬仪。现在工程中大量使用的是光学经纬仪，但电子经纬仪发展很快，且在价格上已与同级光经纬仪相当甚至更低，具有很大的发展潜力。我国对经纬仪编制了系列标准，分为DJ07，DJ1、DJ2、DJ6等级别。其中D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音第一个字母，07，2、6等数字，表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ6表示一测回水平方向中误差不超过6″。DJ6级光学经纬仪是目前工程上使用最为广泛的经纬仪。它由基座、水平度盘和照准部三部分组成。2.2.2、读数方法读数的主要设备为读数窗内的分微尺。上面的窗格里是水平度盘及分微尺的影像，用“Hz”表示；下面的窗格里是竖直度盘和分微尺的影像，用“V”表示。水平度盘与竖直度盘上1°的分划间隔，成像后与分微尺的全长相等，分微尺分成60等分，每格表示1′，可估读到0.1′，即6″，所以，DJ6级经纬仪读到的秒值必是6″的整数倍。读数时，首先由落在分微尺上的度盘分划值读出整度数；再由分微尺读出其零线至该度盘刻划线间的整分值及估读的秒值；最后，将两者相加，即得最终读数值。图中，平盘的读数值是214°54′42″，而竖盘的读数是79°05′30″工程测量中要求分和秒的值必须写成两位，以减少错误。2.3竖直角观测2.3.1、竖直角测量原理竖直角是同一竖直面内视线与水平线间的夹角，取值范围为–90°～＋90°，视线向上倾斜，竖直角为仰角，符号为正；视线向下倾斜，竖直角为俯角，符号为负（如图所示）。竖直角测量原理竖直角与水平角一样，其角值也是度盘上两个方向读数之差。不同的是：竖直角两个方向中必有一个是水平方向。工程中常用的经纬仪，当望远镜视准轴水平时，其竖盘读数是一个固定值(90°或270°)，称为始读数。因此，在观测竖直角时，只要观测目标点一个方向并读取竖盘读数，便可求得该目标点的竖直角，而不必观测水平方向。2.3.2、竖直度盘光学经纬仪竖盘装置包括：竖盘、竖盘指标、竖盘指标水准管、竖盘指标水准管微动螺旋。2.3.3、竖直角的观测和计算以下讨论竖直角的观测方法。（1）、观测（a）、仪器安置于测站点O上，盘左使十字丝瞄准目标点M。（b）、旋转竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中（有竖盘指标自动归零装置时，本步可省略）。读取竖盘读数L=71°55′06″，记入竖直角观测手薄。（c）、盘右位测量，读取竖盘读数R=288°05′06″，记入手薄。（d）、重复以上步骤，可测量出目标点N处数据，记入手薄。任务3距离测量•内容：钢尺量距的一般方法，钢尺精密量距的方法，钢尺的检定，钢尺量距的误差分析，光电测距原理，全站仪的构造及使用；直线定向的方法，标准方向的种类，方位角，三种方位角之间的关系，罗盘仪，陀螺经纬仪。•理解：钢尺的检定，光电测距原理，全站仪的构造，三种方位角之间的关系，罗盘仪，陀螺经纬仪•熟悉：钢尺量距的误差分析•掌握：钢尺量距的一般方法，钢尺精密量距的方法，直线定向的方法，标准方向的种类，方位角。距离测量就是测量地面两点之间的水平距离。依所用仪器不同，测量方法有视距测量、钢尺量距和光电测距仪测距。由于视距测量精度低，在工程测量中应用较少，本章主要介绍钢尺量距和光电测距仪测距。前者适用于短距离测量，后者适用于长距离测量直线定向就是测量直线与标准方向（真北、磁北、坐标轴北）之间的水平夹角，为坐标推算提供条件。3.1钢尺量距的一般方法3.1.1、钢尺量距的工具（1）、钢尺：钢尺是钢制的带状尺，宽10～15mm，厚0.2～0.4mm；其长度有20m、30m、50m等几种。钢尺的基本分划为厘米，在每米及每分米处有数字注记。（2）、皮尺：皮尺是用麻布织入金属丝制成，伸缩性较大，只能用于较低精度的量距工作，皮尺有20m、30m、50m三种，全尺刻划到厘米。（3）、标杆：标杆长2～3m，直径3～4cm，杆上涂以20cm间隔的红、白油漆（故也称花杆），以便远处清晰可见，用于标定直线。（4）、测钎：测钎用粗铁丝制成，长30～40cm，一般6或11根为一组，套在一个圆环上。测钎主要用来标定尺段的起、止点和计算已量过的整尺段数。（5）、弹簧秤：用来控制钢尺的拉力。（6）、温度计：用来测定量距时的环境温度。3.2、量距方法工程测量中，钢尺量距通常仅限在平坦地面进行。丈量工作一般由两人进行，后尺手甲持钢尺零端站在起点A处，前尺手持钢尺末端沿直线方向前进，至一尺段处停下。甲指挥乙将钢尺拉在AB直线上，甲把钢尺的零端对准起点A,甲、乙两人同时用力（30m钢尺用100N拉力，50m钢尺用150N拉力）将钢尺抖直、拉紧、拉平，乙将测钎对准钢尺末端刻划垂直插入地面（在坚硬地面处，可用铅笔在地面划线作标记）。量完第一尺段后，甲、乙举尺前进，同法丈量第二尺段。依此丈量，直到最后不足一整尺段时，在钢尺上读取余长q，将丈量数据填入表中。A、B两点间的距离为：Dnlq式中：n—整尺段数；l—钢尺整尺段长度；q—不足一整尺的余长。3.2钢尺量距的精密方法用一般方法量距，精度只能达到1/3000～1/5000，当量距精度要求更高时，如1/10000～1/40000,就需要用精密的方法进行丈量。直线定线量距测量相邻桩顶高差测量结果修正任务4小地区控制测量•内容：各级控制网的概念和原理，导线控制网的建立，三、四等水准测量程序，全站仪三角高程测量。•理解：各级控制网的概念和原理•熟悉：全站仪三角高程测量的方法•掌握：导线测量的外业和内业，四等水准测量程序和数据处理方法。平面控制网示意图高程控制网示意图三角测量的特点是测角工作量大，而量边工作量小，适用于通视条件好但地形复杂，测距不便的环境。一等三角锁是国家平面控制网的骨干。二等三角网布设于一等三角锁环内，是国家平面控制网的全面基础。三、四等三角网为二等三角网的进一步加密。一等水准网是国家高程控制网的骨干。二等水准网布设于一等水准环内，是国家高程控制网的全面基础。三、四等水准网为国家高程控制网的进一步加密。建立国家高程控制网，采用精密水准测量方法。导线测量将测区内相邻控制点连成折线从而构成的线路，称为导线(traverse)。这些控制点，称为导线点。导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角值，根据起算数据，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点的坐标。用经纬仪测量转折角，用钢尺测定边长的导线，称为经纬仪导线，若用光电测距仪测定导线边长，则称为电磁波测距导线。不同类型的导线，其精度控制指标不同。（1）、闭合导线起讫于同一已知点的导线，称为闭合导线。导线从已知高级控制点B和已知方向AB出发，经过1、2、3、4点，最后仍回到起点B，形成一闭合多边形。构建闭合导线是因为它本身存在着严密的几何条件，具有检核功能。导线测量是建立小地区平面控制网惯用的方法，特别适用于城市范围内地物分布较复杂的建筑区、视线障碍较多的隐蔽区和带状地区等。根据测区的不同情况和要求，导线可布设成下列三种形式：（1）、闭合导线;（2）、附合导线;（3）、支导线任务5.大比例尺地形图的测绘和应用•内容：地形图的比例尺，地物表示，地貌表示；点位坐标和高程的确定，直线长度，方位角、坡度的确定，图形面积的确定，按一定方向绘制断面图，按指定坡度选线，确定汇水面积，GIS系统组成及其功能，电子地图的应用。•理解：GIS系统组成及其功能•熟悉：点位坐标和高程的确定，直线长度，方位角、坡度的确定，图形面积的确定，按一定方向绘制断面图，按指定坡度选线，确定汇水面积•掌握：地形图的比例尺，地物表示，地貌表示，电子地图的应用5.1地形图5.1.1、地形图比例尺地物(groundobject)是地面上天然或人工形成的