工程测量培训教材

《工程测量》课程教案石家庄铁路职业技术学院第一讲绪论一、一、工程测量的实质工程测量的实质就是定位，即确定点为之间的关系。对于点为之间的关系的确定通常有两种情况：一种情况是：已知点位在地面上的位置，不知其与其它点位之间的具体关系，通常测量出这些点位的坐标（X，Y，H）或将这些点用图表示，这个过程就叫测绘；另一种情况：是点位的坐标已知，或在图上的位置已知，但在地面上的位置未知，将这些点位在地面上的位置测量出来，这个过程就叫测设（或施工放样）。在测量中，由于点位要求的精度不同，采用的方法不同测量学又分为：大地测量学：在广大区域布设高精度的控制点，顾及地球曲率的影响。地形测量学：在小区域测量大比例尺地形图，不顾及地球曲率的影响。摄影测量与遥感：研究用各种传感器所获得的影象绘制地形图。工程测量学：研究各种工程在勘测设计、施工及运营等阶段中测量工作。二、二、测量坐标系测量坐标系与数学坐标系不同XYYX测量坐标系数学坐标系ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ三、三、地面上点位的表示方法地面上的点位是空间点位对其表示用三个量表示平面坐标（X，Y）和高程H四、四、测量内、外业遵循的原则测量过程是带有误差的，误差是传递的，若从一点出发，一直测下去将会引起很大的误差，为了减小误差的积累，在外业测量中应遵循以下原则：先控制，后碎部（或先整体，后局部）的原则为了保证计算的正确性内业计算应遵循以下原则：步步有检核，一人计算，另一人检核。五、五、测量的基本工作测量的实质就是定位也就是确定点位的（X，Y，H），要想将这三个量求出来必须进行以下四项基本工作：高程测量角度测量距离测量方向测量六、在工程建设中的测量工作设计部门：收集资料（各种比例尺地形图、DOM等）初测（导线测量、水准测量、1:2000大比例尺地形测量）图纸定线定测（放线、直线测量、曲线测量、纵、横断面测量）施工单位：交接桩复测（导线测量、水准测量、直线测量、曲线测量、纵横断面测量）施工测量竣工测量运营部门：定时复测维修线路第二讲水准测量AHAXHYYAXA2-1高程测量的概念一、方法1水准测量（几何法）2三角高程测量3摄影测量应用最多的是水准测量和三角高程测量，精度最高的是水准测量。三角高程测量主要用在大比例尺地形测量中，本章主要介绍水准测量。二、地球的形状陆地1.49亿平方千米占29%地球总面积5.1亿平方千米海洋3.61亿平方千米71%由此可把地球看作是由水包围的水球.地球表面情况:高山、湖泊、海洋。最高处为8848.13米,最低处11022米.相差虽如此之大,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:a=6378140米α=1/298.257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.三.几个概念水准面:静止的水面特点:处处与法线方向垂直.水准面无限扩展为曲面.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72.260米---1985年国家高程基准高程(标高)地面点沿铅垂线方向到高程起算面的距离,起算面的同高程可分为绝对高程大地水准面;相对高程假定水准面.高差:两点高程之差用h表示(与高程起算面无关)hab=Hb-Ha国家水准点原则:先控制,后碎部.从青岛原点出发,沿河流,道路由先控制,后碎部.原则布设的水准点.铁路、公路水准点：为道路勘测,施工,养护使用的水准点.四.水准测量的原理hab=Hb-Ha只要求出AB两点高差即可.由上图我们看出是指的那一段,如何得到的?假如我们在AB两点分别安放带有分划的标尺,并且在AB之间置一台能建立水平视线的仪器分别读取标尺上的读数a和b,则h=a-b,Ha已知,则Hb=Ha+hab.由此可见,水准测量主要是高差测量,高差有正负,在施测时要明确施测方向,是A→B若A点高程已知则A点是后视点,其读数是后视读数a则B点是前视点,其读数是前视读数b对高差来讲用文字表示为:高差=后视读数-前视读数要注意:前读数不一定能后视读数大若hab0则HbHahab0则HbHa在水准测量中用以下式子Hb=Ha+hab,Ha已知,由高差求取高程→高差法若将上式变成Hb=(Ha+a)-b由此式求取高程→仪高法五.水准仪,水准尺水准仪作用:迅速建立一条水平视线种类:按精度分:DS0.5¸、DS1¸、DS3、¸DS10按结构:微倾水准仪,自动安平水准仪,数字水准仪.以微倾水准仪为例说明构造.水准仪构造:大概分三部分:望远镜,水准器,基座望远镜:由物镜、目镜、对光螺旋、十字丝板。物镜：提供视线、瞄准目标、读数用目镜：放大物象对光螺旋：使不同距离的目标成象清晰十字丝板：提供水平视线。明确一个概念：视距轴（视线）：十字丝交点与物镜光心连线。要注意它不是望远镜镜筒的中心线。②水准器管水准器、圆水准器。水准管轴：过零点的切线，水准仪就是凭水准气泡居中来建立水平视线。这样仪器要保证视准轴平行于水准管轴。为了准确的使用水准管气泡居中，仪器安装了复合水准器（有一系列棱镜组成调节微倾螺旋，使影象窗可看到影象由图1变成图2）只要气泡居中则说明视线水平圆水准器：粗略量平用圆水准轴：过零点的球面法线。基座：承托水准仪，通过中心螺旋使水准仪与脚架连接，粗平仪器。另外，为了准确瞄准望远镜还有一个制动、微动装置。2．水准尺塔尺5米双面水准尺、3米、2.5米、4687、4787六.水准仪的使用安置水准仪水准仪概略置平瞄准目标①调目镜使十字丝清晰②调对光螺旋使尺象清晰③检查是否有视差眼睛上下移动,若读数变化,说明有误差产生原因：象与十字丝影象不重合쿽。第三讲三、四等水准测量一,水准测量的精度国家测绘局对全国的水准测量作了统一规定,按不同的要求定了四个等级一等水准测量二等水准测量三等水准测量四等水准测量二,水准路线的拟定内容包括:1,水准路线的选择2,水准点位置的确定3,施测计划的编制人员仪器设备经费作业进度三,水准测量的施测1,水准路线的种类附和水准路线支水准路线路线长度一般不超过4Km闭合水准路线2,仪器工具DS3水准仪一台,双面尺一对,R垫一对3,施测程序:1将水准尺立于已知高程水准点上作为后视,2水准仪置于施测路线附近合适的位置,3在施测前进方向上,取仪器置后视大致相等的距离放量尺垫,在尺垫上竖立水准尺作为前视.读数顺序(三等)：1,照准后视标尺黑面,读取下,上,中,三次读数.2,照准前视标尺黑面,读取,下,上,中,三次读数3,照准前视标尺红面,读取中丝读数.4,照准后视标尺红面,读取中丝读数.这样的顺序简称后一前一前一后(黑黑红红)四等水准的顺序为后一后一前一前(黑红黑红)4、三四等水准技术要求等级仪器类型标准视线长前后视距差前后视距累计差黑红面读数(mm)黑红面所测高差之差三DS375米2.0米5.0米2.03.0四DS3100米3.0米10.0米3.05.0三、四等水准测量应进行往返观测,每一测段的往测与返测测站应为偶数,由往测转向返测时,必须重新安置仪器两水准尺应互换位置.5,记录测站编号后尺下丝前尺下丝方向及尺号标尺读数K+黑减红高差中数备注上丝上丝后视距前视距黑面红面视距差d∑d115710739后-51384617100.83255号尺47876号尺468711970363前-605515239-1374376后-前083309321-0.2-0.2221212196后-6193466210-0.074517471821前-520086796-1374375后-前-0074-01751-0.1-0.3(1)(5)后(3)(4)(9)(2)(6)前(7)(8)(10)(12)(13)(16)(17)(11)(14)(15)(1)(1)测站上的计算与较核1,高差部分(9)=(3)+K-(4)(10)=(7)+K-(8)(11)=(9)-(10)2,视距部分(12)=(1)-(2)(13)=(5)-(6)(15)=本站(14)-前站的(15)(16)=(3)-(7)(17)=(4)-(8)(11)=(16)±100-(17)(2)(2)观测结果后的计算较核1,高差部分∑(3)-∑(7)=∑(16)=h黑∑(3)-∑(4)=∑(9)∑(4)-∑(8)=∑(17)=h红∑(7)-∑(8)=∑(10)h中=1/2(h黑+h红)2视距部分末站(15)=∑(12)-∑(13)总视距=∑(12)+∑(13)6,内业计算(1)(1)复查外业观测记录(2)(2)闭核差计算fh=∑h往+∑h返fh=∑hfh=∑h测-∑h理限差四等±20√Lmm三等±12√LmmL一符合或闭合路线长度,以Km计.(3)(3)高程误差配赋计算高程误差配赋表点号距离Km高差中数改正数mm改后高差改后高程正负Ⅲ180.820.25+40.25410.000Ⅳ0110.2540.540.302+30.305Ⅳ0210.5591.240.472+6-0.466Ⅳ0310.0931.40.1+7-0.093Ⅲ1810.000Fh=∑h=∑a-∑b=-0.02∑h理=0Vi=((-fn)/∑S)*Si第四讲：水准仪的检验及水准测量误差分析一、一、水准仪的检验1、1、水准仪应忙足的条件主要条件：水准管轴平行于视准轴望远镜的视准轴应随调整而变动次要条件：圆水准轴平行于仪器竖轴十字丝横丝垂直于仪器竖轴2、2、水准仪的轴系水准管轴LL视准轴CC仪器竖轴VV圆水准轴L′L′3、3、水准仪检校检校原则：前面的检校项目不受后面检校项目的影响。检校按下面顺序进行不能颠倒。（1）、圆水准仪检校目的：L′L′∥VV方法：先进行粗平，然后转1800，若气泡居中说明条件满足原理（2）、十字丝横丝检校目的：十字丝横丝⊥竖轴方法：先使横丝一端照准一点，转动微动轮若目标始终在横丝上移动则说明条件满足，否则要矫正（3）、水准管的检校目的：CC∥LL方法：在平坦地面上选A、B两点，相距60-100米在两点上打入木桩或用尺垫代替，先将水准仪置于AB中间测AB两点高差h1=a1-b1,然后将仪器置于A、B任意点附近再次测A、B两点高差h2=a2-b2若h1-h2≦4mm则说明条件满足，否则校正。原理：校正：转动微动螺旋使十字丝读数a2变或a2’然后再调整水准管气泡，使其符合例：调整使读数从1483变到1420，然后再使其符合二、二、水准测量误差分析1、1、产生原因：仪器、观测者、外界因素2、2、仪器误差（1）、LL∥CC削减：s1=s2→前后视距相等（2）对光时透镜沿着轴移动（调焦引起的视准轴误差）削减：前后视距相等（3）尺子误差刻划不均匀削减：对尺子进行检验3、3、观测误差（1）、读数误差仪器放大倍率，人眼分辨能力，视差削减：观测认真，消除视差（2）、水准管气泡居中误差削减：操作认真、使气泡居中（3）、尺子不垂直使读数增大削减：水准尺上加气泡，摇尺法（前、后）使该数最小4、外界因素影响（1）、仪器下沉、水准尺下沉仪器下沉使前后读数变小高差变大削减：选择土质坚硬处、提高观测速度水准尺下沉使后视读素变大，从而引起高差变大削减：选择土质坚硬处，加尺垫（2）、地球曲率与大气折射光影响（3）、其他：风、温度等选择最佳观测时间第五讲：角度测量一、一、角度测量的原理（一）（一）角度的概念在我们测量中，所涉及的角度测量是水平角测量和竖直角测量1、1、水平角：从一点出发的两条射线所夹角在水平面上的投影竖直角：一条射线在铅垂面内与水平线间夹角。二者并同点不相同点：水平角两射线不固定，竖直角一射线固定。相同点：都是两个方向夹角。（二）（二）先解决（水平角）测量原理及对仪器的要