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土木工程测量 2 第一章绪论 返回 3 测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学 测定 测设两部分内容 一 测量学的概念 第一节测量学的任务及其应用 4 1 地球的自然表面2 地球的物理表面 水准面3 地球的数学表面 旋转椭球体面 第二节地球的形状和大小 5 铅垂线 重力的方向线称为铅垂线 基准线 水准面 任何一点都与重力方向相垂直的面 或水在静止时的表面 与水准面相切的平面 水平面 6 大地水准面 与平均海水面相吻合并向大陆岛屿延伸而形成的封闭曲面称为大地水准面 测量基准面 所包围的形体称为大地体 地球椭球体 椭圆绕其短轴旋转而成的旋转椭球体 又称地球椭球体 7 第三节地面点位的确定 返回 地面点的空间位置须由三个参数来确定 即该点在大地水准面上的投影位置 x y 和该点的高程H 8 测量坐标系与数学坐标系的区别 坐标轴不同 象限旋转顺序不同 xoy 9 2 地面点的高程 1 绝对高程 地面点到大地水准面的铅垂距离 称为该点的绝对高程 简称高程 用H表示 2 相对高程 地面点到假定水准面的铅垂距离 称为该点的相对高程或假定高程 3 高差 地面两点间的高程之差 称为高差 用h表示 高差有方向和正负 10 平面坐标 半径10km范围内高程 影响大 一般超过200m即需改正 第四节用水平面代替水准面的限度 11 第五节测量工作概述 12 测量工作的原则 1 在布局上遵循 由整体到局部 的原则 在精度遵循 由高级到低级 的原则 在程序上遵循 先控制后碎部 的原则2 在测量过程中 遵循 随时检查 杜绝错误 的原则 1 控制测量 2 碎部测量 测量工作的程序 13 测距离 角度 高差是测量的基本工作距离 水平角 高差称测量三要素观测 计算 绘图是测量工作的基本技能 测量的基本工作 14 第二章水准测量 15 一 水准测量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线 借助于带有分划的水准尺 直接测定地面上两点间的高差 然后根据已知点高程和测得的高差 推算出未知点高程 第一节水准测量原理 16 a b hAB A B两点间高差hAB为 前进方向 高差等于后视读数减去前视读数 17 二 计算未知点高程 1 高差法 大地水准面 HA HB 18 2 视线高法 Hi 19 第二节DS3水准仪及其操作 水准测量所使用的仪器为水准仪 工具有水准尺和尺垫 20 一 DS3微倾式水准仪的构造 水准器 望远镜 基座 21 视准轴CC 十字丝交点与物镜光心的连线 过零点与内表面相切的直线CC LL 构造满足的主要条件 水准管轴LL 圆水准器轴L L 过零点的球面法线 L L VV 22 三 水准仪的操作 1 安置仪器 2 粗略整平 3 瞄准水准尺 4 精确整平 5 读数 23 视差 水准尺的尺像与十字丝平面不重合 仔细地转动物镜对光螺旋 直至尺像与十字丝平面重合 眼睛在目镜端上下移动 有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动的现象 产生的原因 消除的方法 24 第三节普通水准测量及其成果整理 25 一 水准点 用水准测量的方法测定的高程控制点 称为水准点 26 相邻两水准点间的路线称为测段 二 水准路线 在水准点间进行水准测量所经过的路线 称为水准路线 27 在一般的工程测量中 水准路线布设形式主要有以下三种形式 1 附合水准路线 2 闭合水准路线 3 支水准路线 28 1 测站检核 变仪器高法和双面尺法2 计算检核 a b h 2 h平均 2 H终 H起 3 成果检核 附合水准路线 h理 H终 H始闭合水准路线 h理 0支水准路线 h往理 h返理 0 三 普通水准测量方法 29 回内业计算 35 636 18 334 11 434 6 900 3 450 a b 18 334 11 434 6 900 a b 2 3 450 h 6 900 h 2 3 450 HC HA 3 450 30 四 水准测量成果整理 目的 求各点高程 fh h观 h理 高差改正数 高差闭合差的计算 关键步骤 31 一 附合水准路线的计算 已知HA 65 376m HB 68 623m 1 2 3为待定高程的水准点 32 成果合格 33 二 闭合水准路线成果计算 BMA 1 2 3 h1 1 575m h2 2 036m h3 1 742m h4 1 349 n1 8L1 1 0km n2 12L2 1 2km n3 14L3 1 4km n4 16L4 2 2km HA 65 376m 34 闭合水准路线成果计算 5 8 50 0 068 成果合格 68 12 14 16 26 66 963 64 941 66 699 0 1 587 2 022 1 758 1 323 35 第四节DS3型水准仪的检验与校正 36 1 L L VV 2 十字丝的中丝 VV 3 LL CC 一 水准仪应满足的几何条件 37 二 水准仪的检验与校正 38 1 圆水准器的检校 检校目的 L L VV 检验方法整平圆气泡 转180 若气泡仍居中 条件满足 否则 需校正 校正方法校正螺丝校一半 脚螺旋调一半 39 2 十字丝中丝的检校 检校目的 十字丝中丝 VV 校正方法 转动十字丝环 直至中丝水平 检验方法瞄准一固定点 转动望远镜 若该点始终沿中丝移动 说明条件满足 否则需校正 40 3 水准管的检校 检校目的 LL CC 3 计算 检验方法 1 水准仪在A B中点测出正确高差hAB 2 水准仪在B点附近 得A尺应有读数 若i 20 校正 41 校正方法 转动微倾螺旋 使十字丝的中丝对准A点尺上应读读数a2 此时视准轴处于水平位置 而水准管气泡不居中 用校正针先拨松水准管一端左 右校正螺钉 再拨动上 下两个校正螺钉 使偏离的气泡重新居中 最后要将校正螺钉旋紧 42 第三章角度测量 43 一 水平角测量原理 水平角 地面上某点到两目标的方向线铅垂投影在水平面上所成的角度 用 表示 0 360 第一节角度测量原理 b a 44 竖直角 在同一竖直面内 地面某点至目标方向线与水平视线间的夹角 又称倾角 0 90 视线在水平线的上方 为仰角 符号为正 视线在水平线的下方 为俯角 符号为负 二 竖直角测量原理 测量原理 视线水平时的竖盘读数为一常数 90 的倍数 45 第二节DJ6光学经纬仪及其操作 46 一 DJ6型光学经纬仪的构造 基座 照准部 水平读盘 47 三 DJ6光学经纬仪的基本操作 安置仪器 瞄准目标 读数 48 1 对中目的 仪器中心与测站点位于同一铅垂线上 方法 垂球 误差 3mm光学 误差 1mm 1 安置仪器 2 整平 目的 使仪器竖轴处于铅垂位置 水平度盘处于水平位置 方法 升降脚架使圆气泡大致居中 转脚螺旋 使长气泡居中 49 第三节水平角的观测 测回法 方向观测法 50 1 测回法的观测方法 1 在测站点O安置经纬仪 2 盘左位置 顺时针转动照准部观测 3 盘右位置 逆时针转动照准部观测 51 测回法观测手簿 O 左 A 00130 B 982048 981918 右 B 2782112 A 1800142 981930 981924 第一测回 O第二测回 左 A 900106 B 1882036 右 B A 82036 2700054 981930 981942 981936 981930 52 2 方向观测法的观测方法 1 在测站点O安置经纬仪 2 盘左位置 顺时针转动照准部观测 3 盘右位置 逆时针转动照准部观测 53 全圆方向观测法 O 1 2 ABCDA ABCDA 002123744151102904150145100218 1800208 3301443 10 00213 8 2902852 2174405 1800200 10 12 12 1501447 1102858 374410 00206 00210 0000037420011026481501237 900330127453420030242401557900325 2700318 601549 7 8 203018 6 900322 2401553 2003021 3074528 6 1274531 2700322 8 900326 900324 0000037420711026571501229 0000037420411026521501233 A B C D O 54 第四节竖直角观测 55 竖直角计算公式 0 90 180 270 0 90 180 270 盘左位置 盘右位置 一测回竖直角 56 竖盘指标偏离正确位置的差值x角 称为竖盘指标差 竖盘指标差 57 竖直角观测 1 在测站点O安置经纬仪 2 盘左位置 3 盘右位置 58 竖直角观测手簿 O A 左 952200 右 2643648 52200 52312 36 52236 O B 左 右 811236 2784554 84724 84554 45 84639 59 第五节经纬仪的检验与校正 60 一 经纬仪的轴线及各轴线间应满足的几何条件 经纬仪的主要轴线有 竖轴VV 横轴HH 视准轴CC 水准管轴LL 经纬仪各轴线之间应满足以下几何条件 1 LL VV 2 十字丝竖丝 HH 3 CC HH 4 HH VV 5 竖盘指标指在正确的位置 61 二 经纬仪的检验与校正 62 1 照准部水准管轴的检校 1 检校目的 LL VV 大致整平 水准管平行于一对脚螺旋的连线 整平 转180 气泡偏一格以上 需校正 校正螺丝校一半 脚螺旋改一半 2 检验方法 3 校正方法 63 2 十字丝竖丝的检校 1 检校目的 竖丝 HH 瞄准一固定点 转动望远镜 若该点始终沿竖丝移动 说明条件满足 否则需校正 慢慢转动十字丝分划板座 2 检验方法 3 校正方法 64 3 视准轴的检校 1 检校目的 CC HH 对于DJ6经纬仪 如果C 60 则需要校正 拨左右两校正螺丝 直至影象与十字丝交点重合 2 检验方法 二分之一法 盘左盘右读数法 3 校正方法 65 4 横轴检校 1 检校目的 HH VV 2 检验方法 盘左瞄准墙上高处P点 放平望远镜在墙上定A 盘右瞄准P点 放平望远镜在墙上定B 同时测P点竖直角 量AB距离 计算 3 校正方法 i 20 需校正 瞄准AB中点M 抬高望远镜 拨支架上的偏心轴承 使十字丝交点对准P点 66 5 竖盘指标差的检验 1 检校目的 竖盘指标指在正确位置 2 检验方法 67 第六节角度测量误差与注意事项 68 一 仪器误差 1 CC不 HH横轴 视准轴误差 盘左 盘右观测取平均值 69 2 HH不 VV 横轴误差 盘左 盘右观测取平均值 70 3 水平度盘的偏心差 盘左 盘右观测取平均值 71 4 水平度盘刻划不均匀误差 多测回观测 按180 n变换水平度盘位置 5 仪器竖轴倾斜误差 无法采用一定的观测方法加以消除 在经纬仪使用之前应严格检校仪器竖轴与水准管轴的垂直关系 72 二 观测误差 1 仪器对中误差 73 2 目标偏心误差 74 第四章距离测量 距离 两点间的水平长度 75 第一节钢尺量距 76 二 直线定线 在两点的连线上标定出若干个点 这项工作称为直线定线 按精度要求的不同 直线定线分为 目估定线 经纬仪定线 77 相对误差K应化为分子为 的分数形式 78 第二节视距测量 79 视线倾斜时水平距离的计算公式为 视线倾斜时高差的计算公式为 80 第五章测量误差的基本知识 81 一 测量误差的来源 仪器观测者外界环境 观测条件 称非等精度观测 称等精度观测 相同 不相同 第一节测量误差概述 82 二 测量误差的分类 系统误差 偶然误差 83 1 系统误差 定义 在相同观测条件下 对某量进行一系列观测 如果误差出现的符号和大小均相同 或按一定的规律变化 这种误差称为系统误差 特性 累积性 消除或削减措施 2 选择适当的观测方法 1 进行计算改正 84 2 偶然误差 在相同的观测条件下 对某量进行一系列的观测 如果观测误差的符号和大小都不一致 表面上没有任何规律性 这种误差称为偶然误差 85 三 偶然误差的统计特性 1 在一定的观测条件下 偶然误差的绝对值有一定的限值 范围 2 绝对值较小的误差比绝对值较大的误差出现的概率大 大小 3 绝对值相等的正 负误差出现的概率相同 符号 4 同一量的等精度观测 其偶然误差的算术平均值 随观测次数n的无限增加而趋于零 抵偿性 偶然误差的数学期望等于零 86 测量中可用 作为衡量精度指标的一个标准 目的 求观测值的最可靠值 并衡量其精度 指导实际 87 第二节评定精度的标准 精度 指误差分布的密集或离散的程度 即离散度的大小 衡量精度的指标 能够反映误差离散度大小的数字 88 在测量工作中 常采用以下几种标准评定测量成果的精度 中误差 相对中误差 极限误差 89 Z F x1 x2 xn 90 第六章小地区控制测量 91 第二节直线定向 确定直线与标准方向之间的水平角度 称为直线定向 92 一 标准方向 1 真子午线方向 过地球表面某点的真子午线的切线方向 称为该点的真子午线方向 2 磁子午线方向 磁子午线方向是在地球磁场作用下 磁针在某点自由静止时其轴线所指的方向 3 坐标纵轴方向 在高斯平面直角坐标系中 坐标纵轴线方向就是地面点所在投影带的中央子午线方向 93 二 表示直线方向的方法 方位角 从直线起点的标准方向北端起 顺时针方向量至该直线的水平夹角 取值范围 0 360 O 1 标准方向 N ON为真子午线方向 真方位角AON为磁子午线方向 磁方位角AmON为坐标纵轴方向 坐标方位角 94 1 2 N N x 12 A12 Am12 三 几种方位角之间的关系 95 五 坐标方位角的推算 四 正 反坐标方位角 96 六 象限角 1 象限角 某直线与x轴北南方向所夹的锐角 0 90 再冠以象限符号 称为该直线的象限角R x N y E O RO1 1 S W 2 RO2 3 RO3 4 RO4 NE SE SW NW 97 2 坐标方位角与象限角的换算关系 在第 象限 在第 象限 在第 象限 在第 象限 98 1 坐标正算 极坐标化为直角坐标 2 坐标反算 直角坐标化为极坐标 第三节坐标正算与坐标反算 99 第四节导线测量 100 测定各导线边的长度和各转折角 根据起算数据 推算出各边的坐标方位角 从而求出各导线点的坐标 称为导线测量 将测区内相邻控制点用直线连接而构成的折线图形 称为导线 构成导线的控制点 称为导线点 101 一 导线的布设形式 1 闭合导线 2 附合导线 3 支导线 102 1 闭合导线 A B 1 2 3 4 x 求 1 2 3 4点坐标 已知 AB xB yB观测 各内角 各连接边 103 2 附合导线 A B x 1 2 3 C D x 已知 AB xB yB CD xC yC 观测 左角或右角 各连接边 求 1 2 3点坐标 104 3 支导线 A B x 1 2 已知 AB xB yB观测 左角或右角 各连接边 求 1 2点坐标 105 二 导线测量的外业工作 1 踏勘选点 2 建立标志 3 导线边长测量 4 转折角测量 5 连接测量 106 三 导线测量的内业计算 目的 求各点坐标 关键 1 角度闭合差的计算和分配 2 坐标增量闭合差的计算和分配 107 角度检核条件 闭合导线 附合导线 108 坐标增量检核条件 闭合导线 附合导线 109 1 闭合导线的坐标计算 263 40m 201 60m 231 40m 200 40m 241 00m 1 2 3 4 x 5 110 1 2 3 4 5 1 2 1 2 3 4 5 1 闭合导线坐标计算表 111 三 附合导线坐标计算 A B 1 2 3 4 C D 112 附合导线坐标计算表 113 第七节高程控制测量 114 三角高程测量原理 i v D hAB 大地水准面 HA HB 对向观测 其较差不应大于0 4D m 115 第七章地形图的测绘 116 第一节地形图的基本知识 117 地面上有明显轮廓的 天然形成或人工建造的各种固定物体称为地物 地球表面的高低起伏状态称为地貌 地形图 按一定的比例尺 用规定的符号表示地物 地貌平面位置和高程的正射投影图 118 一 地形图的比例尺 1 地形图比例尺的概念 地形图上任一线段的长度与它所代表的实地水平距离之比 称为地形图比例尺 2 比例尺的表示方法 数字比例尺 图示比例尺 119 3 比例尺精度 地形图上0 1mm的长度所代表的实地水平距离 称为比例尺精度 用 表示 即 几种常用地形图的比例尺精度 120 用途 1 确定测图时的量距精度 2 可确定测图的比例尺 121 二 地形图的分幅和编号 梯形分幅 国际分幅 按经纬线矩形分幅 按坐标格网编号 图幅西南角坐标公里数编号x y 122 三 地形图的图框外注记 1 地形图的图名 2 图号 3 图廓和接合图表 123 地形图上表示地物类别 形状 大小及位置的符号称为地物符号 比例符号 非比例符号 半比例符号 地物注记 四 地物符号 124 五 地貌符号 等高线 125 1 等高线的概念 地面上高程相同的相邻各点连成的闭合曲线 称为等高线 2 等高距和等高线平距 相邻等高线之间的高差称为等高距 也称为等高线间隔 用h表示 相邻等高线之间的水平距离称为等高线平距 用d表示 126 3 几种基本地貌的等高线 1 山头和洼地的等高线 2 山脊与山谷的等高线 3 鞍部的等高线 4 陡崖和悬崖的表示方法 127 4 等高线的分类 1 首曲线 2 计曲线 3 间曲线 4 助曲线 128 5 等高线的特性 1 同一条等高线上各点的高程相同 2 等高线必定是闭合曲线 如不在本图幅内闭合 则必在相邻的图幅内闭合 3 除在悬崖 陡崖处外 不同高程的等高线不能相交 5 山脊 山谷的等高线与山脊线 山谷线正交 4 等高线平距小 表示坡度陡 平距大表示坡度缓 平距相等则坡度相等 129 第三节碎部测量的方法 130 在地形图测绘中 决定地物 地貌位置的特征点称为地形特征点 也称碎部点 一 碎部点的测定方法 131 第八章地形图的应用 132 第一节地形图的识读 一 一般性识读1 图外注记识读 2 地物识读 3 地貌识读 133 坐标系统 高程系统 等高距 1米图式 测图单位 测图日期 1 图外注记识读 10 020 0 12 020 0 12 022 0 10 022 0 134 第二节地形图的基本应用 135 一 在图上确定某点的坐标 二 在图上确定两点间的水平距离 三 在图上确定某一直线的坐标方位角 四 在图上确定任意一点的高程 五 在图上确定某一直线的坡度 136 第九章测设的基本工作 137 第一节已知水平距离 水平角和高程的测设 138 一 已知水平距离的测设 根据给定的起点 直线的方向和两点间的水平距离 将另一端点在地面上标定出来 A B D 1 139 钢尺测设 用钢尺直接丈量两次 相对误差在1 3000 1 5000内取平均 A DAB B1 B2 B 140 二 已知水平角的测设 根据已知水平角和一个已知方向 将另一方向在地面上标定出来 A B D 1 141 1 在O点安置经纬仪 盘左位置瞄准A点 使水平度盘读数为 1 一般方法 盘左 盘右分中法 A O B B1 B2 2 转动照准部 使水平度盘读数恰好为 值 在此视线上定出B1点 3 盘右位置 同法定出B2点 4 取中点B 则 AOB就是要测设的 角 142 2 精确方法 A O B B1 1 1 先用一般方法测设出B1点 2 用测回法对 AOB1观测若干个测回 求出平均值 1 并计算出 1 3 量取OB1的水平距离 4 计算改正距离 5 自B1点沿OB1的垂直方向量出距离BB1 定出B点 则 AOB就是要测设的角度 143 三 已知高程的测设 已知高程的测设 是利用水准测量的方法 根据已知水准点 将设计高程测设到现场作业面上 144 1 在地面上测设已知高程 某建筑物的室内地坪设计高程为45 000m 附近有一水准点BM 3 其高程为H3 44 680m 现在要求把该建筑物的室内地坪高程测设到木桩A上 作为施工时控制高程的依据 大地水准面 145 大地水准面 1 BM 3和A之间安置水准仪 在BM 3立水准尺 测得后视读数为1 556m 此时视线高程为 2 计算A点水准尺尺底为室内地坪高程时的前视读数 146 大地水准面 0 000 3 上下移动竖立在木桩A侧面的水准尺 直至水准仪的水平视线的读数为1 236m时 紧靠尺底在木桩上画一水平线 其高程即为45 000m 147 第二节点的平面位置的测设方法 148 一 直角坐标法 直角坐标法是根据直角坐标原理 利用纵横坐标之差 测设点的平面位置 149 x 600 00m y