工程测量一份非常好的专业参考资料.docx
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工程测量一份非常好的专业参考资料
《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
测量坐标系
X
Y
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Y
X
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
数学坐标系
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
A
HA
H
Y
X
XA
YA
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、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
2-1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hab>0则Hb>Ha
hab<0则Hb 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 ∑d 1 1571 0739 后-5 1384 6171 0 0.8325 5号尺4787 6号尺4687 1197 0363 前-6 0551 5239 -1 374 376 后-前 0833 0932 1 -0.2 -0.2 2 2121 2196 后-6 1934 6621 0 -0.0745 1747 1821 前-5 2008 6796 -1 374 375 后-前 -0074 -0175 1 -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=∑h fh=∑h测-∑h理 限差四等±20√Lmm 三等±12√Lmm L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 Ⅲ18 0.82 0.25 +4 0.254 10.000 Ⅳ01 10.254 0.54 0.302 +3 0.305 Ⅳ02 10.559 1.24 0.472 +6 -0.466 Ⅳ03 10.093 1.4 0.1 +7 -0.093 Ⅲ18 10.000 Fh=∑h=∑a-∑b=-0.02∑h理=0 Vi=((-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求 由水平角的定义看,对仪器有哪些要求呢? 要有一个投影面→量角装置→水平度盘。 要有一个对中装置,将仪器安置在角顶上。 要有一个瞄准装置→望远镜 要有一个读数装置 若有了以上装置那么我们看 若置镜O→B→b →A→aβ=a-b 根据以上原理设计的一起叫经纬仪 (三)(三) 经纬仪的构造 1、1、 经纬仪的类型 按度盘构造分: 游标经纬仪(金属) 光学经纬仪(玻璃) 电子经纬仪(光栅) 按精度分: DJ0.7、DJ1、DJ2、DJ6 D→大地测量J→经纬仪 2、经纬仪构造: 照准部 水平度盘 基座 (1) (1) 照准部 望远镜、竖直度盘、水准器、读数设备、十字丝环 望远镜→作用同S3 竖直度盘→主要测竖直角 水准管→使竖轴铅垂 读数设备: 读取数据 十字丝环 读竖直角时用横丝 读水平角时用竖丝 除以上部件外,还有一些附件 为了竖直方向更准确地瞄准目标,有一个竖直制动和一个微动 为了水平方向更准确地瞄准目标,有一个水平制动和一个微动 为了便于使仪器在某一方向为某一读数,一起有一个度盘安置手轮 (2)、水平度盘 用光学玻璃制成的圆盘,其上按顺时针方向由0-360注记 (3)、基座: 承托仪器使水准仪与三脚架连接 (三)、读数J6仪器: 指线测微轮法 分微尺型 1、1、 指线测微轮P34 读数规律: 首先转动测微轮,使度盘在指标线精确夹主度盘上某一刻划,得整度数,不足整数部分在微尺上读取,两者之和为全部读数。 分微尺型读数规律: 那一根度盘刻划线落在测微尺上读取该读数,并以此为指标线,在分微尺上读取不足刻划值的零数上者之和即为所求读数。 J2经纬仪对经符合: 非数字式 数字式 非数字式: 首先转动测微轮使上、下指标线对齐,左正右倒相差180读左正得整度数,数格数得整10秒数,上分下秒左分右秒读不足10秒 数字式: 首先转动测微轮使上下指标线对齐,大格中为整度数、小格中为整10秒数,不足10秒在分微尺上读取。 (四)(四) 纬仪使用: 安置经纬仪 对中 整平 瞄准目标 读数 第六讲: 水平角的观测方法 一方法: A 1测回法: 适用于2个目标 2方法观测法: 适用于3以上各目标 (一)测回法(如图) 置镜o点对中、整平 盘左: 瞄准目标A读取水平度盘读数为a1 O O 瞄准目标B读取水平度盘读数为b1 B 盘右: 瞄准目标B读取水平度盘读数b2 瞄准目标A读取水平度盘读数a2 β1=a1-b1β2=a2-b2 ƒ=β1-β2≤+-40″则β=(β1+β2)/2 记录。 计算 测站 盘位 目标 读数 半测回角值 一测回角值 O 左 A 00112 571736 571742 B 571848 右 A 1800106 571748 B 2371854 (二)方向观测法 D A 置镜o对中、整平 O B C 首先选择一个成象清晰的点作为起始点(零方向)列以A为起始方向 观测步骤: 盘左: 先瞄准A点。 根据测回数安置水平度读数 瞄准A点两次符合,两次读数之差不大于3″ 半测回: 顺时针瞄准B点两次符合两次读数之差不大于3″归零差不大于8″ 顺时针瞄准C两次符合两次读数之差不大于3″ 顺时针瞄准D两次符合两次读数之差不大于3″ 顺时针瞄准A两次符合两次读数之差不大于3″ 盘右 逆时针瞄准A点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准D点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准C点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准B点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准AB点两次符合两次读数之差不大于3″ 测点 水平度盘读数 左-右2C 左+右 2 方向值 盘左 盘右 A 61-15 0/01 01 240-15 10/10 `10 -9 60-15-05 00-00-00 B 101-51 50/50 50 281-52 00 00 -10 101-51-55 41-36-50 C 171-43 19/19 19 351-43 29/28 28 -9 171-43-23 111-28-18 D 313-36 05/05 05 133-36 14/13 14 -9 313-36-10 253-21-05 A 60-15 01/01 01 240-15 07/08 08 -7 60-15-04 方向观测法的误差 两次符合读数差半测回归零差各测回同方向2e互差各测回同方向值互差 ±3″±8″±13″±10″ 竖直角测量原理及测量方法 一、一、 测量原理 对于竖直角要指定那点的竖直角 对于竖直角,由于水平线固定,故在设计度盘时将此水平线为一常数。 二、二、竖盘构造 1、注记顺时针注记 逆时针注记 2、竖盘固连在望远镜横轴上 3、指标线读数前其处于正确位置,使其处于正确位置有两种方式 指标水准管补偿器 所谓指标线处于正确位置是指视线水平时,指标线指向常数90度或270度 三、三、竖直角测量与计算 四、四、置镜A对中,整平 盘左: 瞄准P(横丝)读取P1107-01-30 盘右: 瞄准P读取读数P2252-58-20 测站 测点 竖盘读数 盘位 竖直角 平均值 A P 107-01-30 左 17-01-30 17-01-35 252-58-20 右 17-01-40 角值计算 竖直角=常数-读数或竖直角=读数-常数 竖直指标差: 当视线水平时,读数指标线应指向常数(90•或270度)若不指向常数则 产生一个差值,该差值就叫指标差 以逆时针为例说明指标差计算;盘左则α=读数-(90-x)=(读数+x)-90=(读数-90)+x 使读数减小3个x 盘右: α=(270-x)-读数=270-(读数+x)使读数小于3x α左=α+xα右=α-xα=(α左+α右)/2 x=1/2(α左-α右)=1/29((L-90)-(270-R))=1/2((L+R)-360) 若指标线偏离注字增加一方为正(使读数增加) 若指标线偏离注字减小一方为负(使读数减小) 第七讲: 经纬仪的检校 一、一、经纬仪的主要轴线: 仪器横轴HH 望远镜视准轴CC 仪器竖轴VV 水准管轴LL 圆水准轴L′L′ 二、二、主要轴线满足条件: LL⊥VV CC⊥HH HH⊥VV 十字丝竖丝垂直于横轴 三、三、检校 原则: 按顺序进行 1、1、 照准部水准管的检校 2、2、 十字丝竖丝检校 3、3、 视准轴检校 4、4、 横轴检校 5、5、 光学对中器检校 水平角测量误差分析 一、一、来源: 仪器误差 观测误差 外界条件影响 二、二、仪器误差: CC不垂直HH HH不垂直VV 照准部偏δ LL不垂直VV 1、1、 CC不垂直HH: 产生原因: 十字丝交点位置不正确 盘左: x=aa′*ρ/oa=AA′*ρ/oaAA′=c*OA/ρ ∴x=C*OA*ρ/oa=c*ρ/cosα 这是对一个方向产生的影响,对于一个角有两个方向 △β=c*(secα1-secα2) 当α=0时△β=0α1=-α2△β或α1=α2 当盘右时与盘左偏离方向相反。 测回法正倒镜各测了一次此角,取中数消除此误差 削减办法: 盘左、盘右取中数 2、2、 HH不垂直VV X=OO′*ρ/AO′=I*OO′/AO′=I*tgα△β=I*(tgα1-tgα2) α1=α2△β=0α1↗x↗ 消除办法: 盘左、盘右观测取中数 3、3、 度盘偏心 产生原因: 度盘中心与照准部旋转中心的重合正镜多读x 倒镜少读x 消除: 盘左、盘右观测取均值 4、4、 水准管轴不垂直与竖轴 无论盘左、盘右观测横轴总是一端高。 该项误差不能用盘左、盘右观测消除
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