工程测量培训.ppt

1 1工程测量的任务 1 2测量工作的基准面和基准线 1 3地面点位的确定 1 4测量工作概述 第一章绪论 一 测量学的概念测量学是研究地球的形状 大小以及地表 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 确定地面点在规定坐标系中的坐标值 X Y Z 二 工程测量的任务工程测量是运用测量学的基本原理和方法为各类工程服务 工程建设三阶段测量的任务勘测设计控制 测绘地形图施工建设施工放样 竣工测量运营管理安全监测 变形观测 三 测量工作分类测量工作包括测定和测设两部分 测定是指使用测量仪器和工具 通过测量和计算 测定点的坐标 或把地球表面的地形按比例缩绘成地形图 测设是指把图纸上规划设计好的建筑物 构筑物等的位置在地面上标定出来 作为施工的依据 一 地球的形状和大小1 地球自然形体 是一个不规则的几何体 海洋面积约占地球表面的71 高山 陆地 丘陵 海洋 大地体 大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体 大地水准面 设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面 由于大地水准面是一个不规则的曲面 不能用数学公式表述 因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小 该几何体必须满足两个条件 形状接近地球自然形体 可以用简单的数学公式表示 2 参考椭球体及参考椭球面参考椭球体一个非常接近大地体 并可用数学式表示几何形体 作为地球的参考形状和大小 它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体 故又称旋转椭球体 参考椭球面 参考椭球面参考椭球体外表面 是球面坐标系的基准面 旋转椭球体由长半轴a 或短半轴b 和扁率 决定 我国目前采用的参考椭球体的参数为 长半轴a 6378140m短半轴b 6356755 3m扁率 测量精度要求不高时 可把地球看作圆球 其平均半径R 6371km 二 测量工作的基准线和基准面测量工作的基准线 铅垂线 测量工作的基准面 大地水准面 测量内业计算的基准线 法线 测量内业计算的基准面 参考椭球面 O G 大地水准面 铅垂线 一 确定地面点位的方法地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置 X Y 及点到大地水准面的铅垂距离 H 来确定 如地面点 A X Y H C Y 二 地面点的高程地面点的高程 地面点沿铅垂方向到大地水准面的距离 注 地面点在大地水准面以上 H为正 地面点在大地水准面以下 H为负 如图 HA 166 780mHB 136 680m A 大地水准面 HA B HB 绝对高程 海拔 某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离 如 HA HC 相对高程 某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离 如 HA HC 高差 地面上两点高程之差 如 hAC HC HAhAC HC HA 当hAC为正时 C点高于A点 当hAC为负时 C点低于A点 我国的高程系统 水准原点全国高程的起算点 1985年国家高程基准 72 260m 1956年黄海高程系 72 289m 目前我国统一采用1985年国家高程基准 水准原点 H0 验潮站 大地水准面 三 地面点的坐标地面点的坐标常用地理坐标 平面直角坐标或空间直角坐标表示 一 地理坐标以参考椭球面为基准面 以椭球面法线为基准线建立的坐标系 地球表面任意一点的经度和纬度 称为该点的地理坐标 可表示为A L B 如 北京东经116 28 北纬39 54 S 纬线 N O 地轴 地球的自转轴 NS N为北极 S为南极 子午面 过地球某点与地轴所组成的平面 子午线 子午面与地球面的交线 又叫经线 起始子午面 通过英国格林尼治天文台的子午面NGS 纬线 垂直于地轴的平面与地球面的交线 赤道平面 垂直于地轴并通过地球中心的平面WME 赤道 赤道平面与地球面的交线 W E 赤道 赤道平面 起始子午面 起始子午线 G 椭球上的基本概念 大地经度 过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二面角叫做P点的大地经度 用L表示 大地纬度 过P点的法线Pn与赤道面的夹角叫做P点的大地纬度 用B表示 赤道平面 O P M 大地经度L 大地纬度B n L B 起始子午面 首子午面 S N L取值范围 东经0 180 西经0 180 B取值范围 北纬0 90 南纬0 90 我国大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇 我国统一采用的坐标系为 1980年国家坐标系 大地原点 全国统一坐标的起算点 我国大地原点位于陕省泾阳县永乐镇 我国统一采用的坐标系为 1980年国家坐标系 大地原点 全国统一坐标的起算点 二 平面直角坐标由于地理坐标是球面坐标 在工程建设规划 设计 施工中 测量和计算十分不便 投影 将球面坐标按一定的数学法则归算到平面上 即X F1 L B Y F2 L B 我国采用高斯平面直角坐标 小地区范围内也可采用独立平面直角坐标 高斯平面直角坐标系 1 高斯投影的概念高斯投影是一种等角投影 它是由德国数学家高斯 Gauss 1777 1855 提出 后经德国大地测量学家克吕格 Kruger 1857 1923 加以补充完善 故又称 高斯 克吕格投影 简称 高斯投影 测量中大量的角度观测元素 在投影前后保持不变 这样免除了大量投影计算工作 保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似 给识图用图带来很大方便 投影能方便的按分带进行 并能用简单的 统一的计算公式把各带连成整体 测量对地图投影的要求 N S c 中央 子 午线 赤道 2 高斯投影的原理 高斯投影采用分带投影 将椭球面按一定经差分带 分别进行投影 高斯投影必须满足 1 高斯投影为正形投影 即等角投影 2 中央子午线投影后为直线 且为投影的对称轴 3 中央子午线投影后长度不变 3 高斯投影的特性 1 中央子午线投影后为直线 且长度不变 2 除中央子午线外 其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线 并以中央子午线为对称轴 投影后有长度变形 3 赤道线投影后为直线 但有长度变形 赤道 中央子午线 平行圈 子午线 O x y 4 除赤道外的其余纬线 投影后为凸向赤道的曲线 并以赤道为对称轴 5 经线与纬线投影后仍然保持正交 6 所有长度变形的线段 其长度变形比均大于l 7 离中央子午线愈远 长度变形愈大 赤道 中央子午线 平行圈 子午线 O x y 4 投影带的划分 我国规定按经差6 和3 进行投影分带 6 带自首子午线开始 按6 的经差自西向东分成60个带 3 带自1 5 开始 按3 的经差自西向东分成120个带 高斯投影带划分 6 带与3 带中央子午线之间的关系如图 3 带的中央子午线与6 带中央子午线及分带子午线重合 减少了换带计算 工程测量采用3 带 特殊工程可采用1 5 带或任意带 按照6 带划分的规定 第1带中央子午线的经度为3 其余各带中央子午线经度与带号的关系是 L 6 N 3 N为6 带的带号 例 20带中央子午线的经度为L 6 20 3 117 按照3 带划分的规定 第1带中央子午线的经度为3 其余各带中央子午线经度与带号的关系是 L 3 n n为3 带的带号 例 120带中央子午线的经度为L 3 120 360 若已知某点的经度为L 则该点的6 带的带号N由下式计算 N 取整 1若已知某点的经度为L 则该点所在3 带的带号按下式计算 n 四舍五入 5 高斯平面直角坐标系 坐标系的建立 x轴 中央子午线的投影y轴 赤道的投影原点O 两轴的交点 O x y P X Y 高斯自然坐标 注 X轴向北为正 y轴向东为正 赤道 中央子午线 由于我国的位于北半球 东西横跨12个6 带 各带又独自构成直角坐标系 故 X值均为正 而Y值则有正有负 x y o 500km 500000 636780 360m 500000 227559 720m 国家统一坐标 带号 带号 例 有一国家控制点的坐标 x 3102467 280m y 19367622 380m 1 该点位于6 带的第几带 2 该带中央子午线经度是多少 3 该点在中央子午线的哪一侧 4 该点距中央子午线和赤道的距离为多少 第19带 L 6 19 3 111 先去掉带号 原来横坐标y 367622 380 500000 132377 620m 在西侧 距中央子午线132377 620m 距赤道3102467 280m 不同点 1 x y轴互异 2 坐标象限不同 3 表示直线方向的方位角定义不同 相同点 数学计算公式相同 高斯平面直角坐标系与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 独立平面直角坐标当测区范围较小时 可将大地水准面看作平面 并在平面上建立独立平面直角坐标系 地面点的位置可用平面直角坐标确定 坐标系原点一般选在测区西南角 测区内X Y均为正值 原点坐标值可以假定 也可以采用高斯平面直角坐标 规定 X轴向北为正 Y轴向东为正 O X Y 测区 北 三 空间直角坐标如图所示 原点O 地球质心Z轴 指向地球北极X轴 指向首子午面与赤道的交点Y轴 过O点与XOZ面垂直 如 A XA YA ZA X Z Y O 四 用水平面代替水准面的限度1 对距离的影响水准面上弧长为S 其所对圆心角为 地球的半径为R 水平面上直线长为t 其差值为 S 相对差值 上式中取R 6371km 则结论 在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时 可以不必考虑地球曲率的影响 即可把水准面当作水平面看待 2 对高程的影响用水平面代替大地水准面时 对高程的影响 结论 地球曲率的影响对高差而言 即使在很短的距离也必须加以考虑 h 一 测量工作的基本内容测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程 待定点的坐标和高程一般不是直接测定的 如图 A B为已知点C为待定点 投影平面 C 基本内容 高差测量 h 角度测量 距离测量 S D 外业工作 测定和测设 内业工作 观测数据处理和绘图 二 测量工作的基本原则1 从整体到局部 2 先控制后碎部 3 复测复算 步步检核 优点 减少误差积累 避免错误发生 提高工作效率 第二章水准测量 2 1水准测量原理 2 2DS3水准仪和水准测量的工具 2 3水准仪的使用 2 4水准测量的施测方法 2 5水准测量的内业计算 2 6水准仪的检验与校正 2 7水准测量的误差及注意事项 2 8其他水准仪简介 水准测量原理 利用水准仪提供水平视线 读取水准尺的读数 测定两点间的高差 有已知点高程推求未知点高程 如图 hAB a bHB HA hAB 大地水准面 Hi b HB HA hAB 前进方向 高差法 Hi HA aHB Hi b 视线高法 A B 当a b时 hAB为正 B高于A 当a b时 hAB为负 B低于A a 高差法 利用高差计算高程 安置一次仪器测定一个前视点高程时采用 视线高法 利用视线高计算高程 安置一次仪器测定多个前视点高程时采用 水准测量所使用的仪器 工具 水准仪水准尺尺垫 一 水准仪1 水准仪的等级DS05 DS1 DS3 DS10 DS20D 大地测量仪器S 水准仪数字 表示仪器的精度 即每公里往 返测得高差中数的中误差 mm 水准仪的作用是提供一条水平视线 工程测量中常使用DS3型水准仪 该仪器标称精度为 3mm km 目镜 水准管目镜 圆水准器校正螺钉 2 DS3型水准仪的 主要由望远镜 水准器 基座三部分组成 构造 微倾螺旋 1 望远镜 用来瞄准远处的水准尺进行读数 由物镜 目镜 十字丝分划板 调焦透镜 调焦螺旋组成 放大率一般为25 30倍 视准轴 物镜中心与十字丝交点的连线 2 水准器水准器的作用 整平仪器 使视准轴处于水平位置 圆水准器作用 粗略整平结构 如图所示精度 一般为8 10 2mm 气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角 管水准器作用 精确整平结构 如图所示精度 一般 20 2mm水准管的分划值 气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角 公式 分析 R越大 越小 灵敏度越高 DS3 R 20 6265米 20 3 基座 轴座 承托仪器上部脚螺旋 调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板 连接三脚架 组成 轴座 脚螺旋 连接板 二 水准尺和尺垫1 水准尺塔尺 可以伸缩 一般全长3m 5m 用于等外水准测量 双面尺 不可伸缩 一般全长3m 用于三 四等水准测量 2 尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用 防止点位移动和水准尺下沉 一 操作步骤1 安置仪器高度适中 架头大致水平 固定仪器 2 粗略整平目的 使圆水准气泡居中 视准轴粗略水平 方法 如图所示 3 瞄准水准尺目的 使目标和十字丝成像清晰 方法 初步瞄准 用准星对准目标 目镜调焦 使十字丝清晰 物镜调焦 使目标成像清晰 精确瞄准 使纵丝对准目标 注意 瞄准时应消除视差 视差 当目镜 物镜对光不够精细时 目标的影像不在十字丝平面上 以致两者不能同时被看清 消除方法 仔细进行目镜 物镜调焦 4 精确整平目的 使水准管气泡居中 视准轴精确水平 方法 调节微倾螺旋 使气泡影像符合 5 读数用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数 读取米 分米 厘米 毫米 估读数 四位数字 如图的读数0 860m 注意 读数前必须精平 精平后立即读数 二 一个测站的水准测量工作 A B a b 1 安置仪器于AB之间 立尺于A B点上 2 粗略整平 3 瞄准A尺 精平 读数a 记录1 568m 4 瞄准B尺 精平 读数b 记录1 471m 5 计算 hAB a b 1 568 1 471 0 115m即B点比A点高0 115m hBA hAB 0 115m 即A点比B点低0 115m 三 概念1 测站 测量仪器所安置的地点 2 水准路线 进行水准测量时所行走的路线 3 后视 水准路线的后视方向 4 前视 水准路线的前视方向 5 视线高程 后视高程 后视读数 6 视距 水准仪至标尺的水平距离 7 水准点 水准测量的固定标志 8 水准点高程 指标志点顶面的高程 9 转折点 水准测量中起传递高程作用的中间点 水准点 一 连续水准测量当两点相距较远或高差较大时 需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差 最后取各个高差的代数和 可得到起终两点间的高差 B 如图 A B两水准点之间 设3个临时性的转点 h1 a1 b1h2 a2 b2h3 a3 b3h4 a4 b4hAB h1 h2 h3 h4 A B两点高差计算的一般公式 hAB n 为测站数 例 注意 为保证高程传递的准确性 在相邻测站的观测过程中 必须使转点保持稳定 高程不变 A TP1 TP2 TP3 2 142 B 1 258 0 928 1 235 1 672 2 074 HA 123 446m HB 大地水准面 前进方向 ATP1 TP1TP2 TP2TP3 TP3B 2 142 1 258 0 884 0 928 1 235 0 307 1 664 1 431 0 233 1 672 2 074 0 402 计算检核 6 4065 998 a b 0 408 0 408 0 408 123 446 123 854 水准测量手簿 已知 一 测站检核目的 保证前后视读数的正确 方法 变动仪器高法 双面尺法 1 变动仪器高法在同一测站上变动仪器高 10cm左右 两次测出高差 等外水准测量其差值 h 5mm 取其平均值作为最后结果 2 双面尺法采用黑红面的水准尺 利用双面的零点差检核观测质量 二 计算检核目的 检核计算高差和高程计算是否正确 检核条件 如上表所示 等式条件成立 说明计算正确 二 成果检核 水准测量时 一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线 在水准测量的施测过程中 测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限 计算检核只能发现每页计算是否有误 对一条水准路线来讲必须进行成果检核 1 水准路线的布设形式附合水准路线 见图1 闭合水准路线 见图2 支水准路线 见图3 BMA BMB 1 2 3 4 图1 1 2 3 图3 BMA 1 2 3 4 图2 BMA 2 水准路线检核的主要内容闭合差 观测值与理论值的差值 高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差 用fh表示 即fh h测 h理限差 规范 规定的的高差闭合差的允许值 用fh允表示 等外水准测量要求 平地 fh允 40 mm L 水准路线的长度 单位km 山地 fh允 12 mm n 水准路线的测站数 要求 fh fh允 3 不同形式水准路线fh的计算附和水准路线 h测 h1 h2 h3 hn h理 H终 H始fh h测 h理 h测 H终 H始 闭合水准路线 h测 h1 h2 h3 hn h理 0fh h测 h理 h测支水准路线 h测 h往 h返 h理 0fh h测 h理 h往 h返 一 附合水准路线的内业计算如图为一符合水准路线 A B为已知水准点 HA 65 376m HB 68 623m点1 2 3为待测水准点 各测段高差 测站数 距离见下图 备注 1 2 3 4 A1 2 3 B 1 08 1 575 1 212 2 036 1 414 1 742 2 216 1 446 5 850 3 315 辅助计算 0 012 0 014 0 016 0 026 0 068 1 563 2 022 1 758 1 420 3 247 65 376 66 939 68 961 67 203 68 623 附合水准测量成果计算表 已知 已知 1 计算闭合差 2 检核 故其精度符合要求 3 计算改正数分配原则 按与测段距离 或测站数 成正比 并反其符号改正到各相应的高差上 得改正后高差 按距离 按测站数 以第1测段为例 测段改正数为 检核 4 计算改正后高差 检核 以第1测段为例 改正后的高差为 5 计算高程 如 检核 否则说明高程计算有误 二 闭合水准路线成果计算1 计算闭合差 2 检核 3 计算高差改正数 闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同 4 计算改正后高差 5 计算各测点高程 三 支水准路线成果计算 1 1 计算闭合差 2 检核 故精度符合要求 3 计算高差 取往 返测绝对值的平均值 其符号与往测相同 4 计算高程 H1 186 785 1 386 185 399m HA 186 785m 一 水准仪的主要轴线及应满足的条件主要轴线 视准轴CC水准管轴LL仪器竖轴VV圆水准器轴几何关系 圆水准器轴 仪器竖轴水准管轴 视准轴十字丝横丝竖轴 二 水准仪的检验和校正1 圆水准器的检验和校正目的 使圆水准器轴 仪器竖轴检验 用脚螺旋使圆水准器气泡居中 望远镜旋转180度 若气泡仍居中 满足要求 若气泡不居中 需进行校正 校正 用脚螺旋调气泡偏离值的一半 用圆水准器的校正螺旋再调一半 2 十字丝横丝的检校和校正目的 使十字丝横丝竖轴检验 精平仪器 十字丝横丝左边对准墙上标志点p 水平微动 p点在横丝上移动 说明十字丝横丝位置正确 否则需要校正 校正 松开十字丝的固定螺旋 微微转动十字丝环座 至p点轨迹与横丝重合 拧紧十字丝的固定螺旋 十字丝固定螺旋 3 水准管轴的检验与校正目的 使水准管轴 视准轴 检验 在平坦地面选相距80m左右A B两点 置水准仪于中点C 用变动仪器高法 两次高差之差 3mm 测定两点之间的高差h0 a1 b1 i角 视准轴与水准管轴之间的夹角 前后视距相等可以消除 仪器搬A点附近 测得高差h a2 b2 若h h0 则水准管轴 视准轴 若h不等于h0 则存在i角 如图 式中 DAB为AB两点之间的距离 对于DS3水准仪 当时 则需校正 3 校正 转动微倾螺旋 使 此时视准轴水平 水准管气泡不居中 调节水准管校正螺丝 使符合气泡居中 误差来源 仪器误差 观测误差 外界条件的影响 一 仪器误差1 仪器校正后的残余误差 主要是i角误差 前后视距相等可消除 2 水准尺误差 包括刻划不准 尺长变化 尺身弯曲等误差 作业前必须检验 前后视尺交替使用 测站数为偶数可减弱或消除 二 观测误差1 视差 仔细调焦可消除 2 读数误差 减小视线长度 读数认真果断 3 水准器泡居中误差 符合后立即读数 4 水准尺倾斜的影响 认真扶尺 气泡居中 三 外界条件的影响1 仪器下沉 踩紧脚架 减少观测时间 2 尺垫下沉 尺垫踩实 往返测取中数 3 地球曲率和大气折光 前后视距相等可消除 4 大气温度和风力 打伞遮阳 选择好的天气 精密水准仪 主要用于一 二等水准测量和精密工程测量 特点 1 结构精密 性能稳定 测量精度高 2 望远镜放大率不小于40倍 3 水准管分划值为10 2mm 4 采用光学测微器读数 可直接到0 1mm 估读到0 01mm 5 配专用精密水准尺 操作方法与DS3水准仪基本相同 自动安平水准仪 自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替水准管 使视准轴水平 特点 1 视准轴自动安平 2 提高水准测量精度 3 减少操作步骤 提高工作效率 激光水准仪激光水准仪有水准仪 激光器 电源等组成 特点 1 视准轴为一束红色可见光 2 广泛应用于水平场地的测设 大型设备安装 内置激光器 电源 第三章角度测量 3 1水平角和竖直角测量原理 3 2DJ6光学经纬仪和角度测量工具 3 3经纬仪的使用 3 4水平角测量 3 5竖直角测量 3 6经纬仪的检验与校正 3 7角度测量误差与注意事项 3 8其他经纬仪简介 角度测量包括水平角测量和竖直角测量 水平角测量用于确定点的平面位置 竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离 常用仪器经纬仪 A B O A1 B1 O1 O2 a b 水平面 一 水平角测量原理 1 水平角 地面上某点到两目标点的连线在水平面上的投影所夹的角度 2 测量原理 OA投影在水平度盘上读数为a OB投影在水平度盘上读数为b 则 角值范围 0 360 二 竖直角测量原理1 竖直角 在同一竖直面内 仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所夹的锐角 角值范围 90 90 视线向上倾斜 称仰角 为正值 视线向下倾斜 称俯角 为负值 2 测量原理 目标视线读数与水平视线读数求差值Z 天顶距 1 2 按精度分为DJ1 DJ2 DJ6 DJ15等 D 大地测量仪器J 经纬仪数字 测角精度 一测回方向观测中误差 单位为秒 按读数系统分为光学经纬仪 电子经纬仪 按性能分为方向经纬仪 复测经纬仪目前建筑测量中使用较多的是光学经纬仪 一般用DJ6 精度要求较高时用DJ2 一 DJ6光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪包括基座 度盘 照准部三大部分 垂直制动 水平微动 读数目镜 水平度盘转换轮 垂直微动 光学对点器 补偿器转换钮 望远镜 圆水准器 1 基座由轴座 脚螺旋 底板 三角压板等组成 作用 用于连接和整平 2 度盘包括水平度盘和竖直度盘 由光学玻璃制成 注记 0 360 分划 30 1 三种注 水平度盘顺时针注记 与竖轴不固定 不随望远镜转动 水平度盘有复测钮或变换钮 用作改变观测方向的观测值 竖直度盘顺时针注记或逆时针注记 与望远镜固定 随望远镜一起转动 3 照准部主要由望远镜 支架 竖直轴 横轴 竖直制动微动螺旋 水平制动微动螺旋 读数设备 水准器和光学对点器等组成 望远镜 用于瞄准目标圆水准器 用于粗略整平仪器管水准器 用于精确整平仪器光学对点器 用于使度盘中心和测点在同一铅垂线上读数装置 用于读数 二 读数装置及读数方法读数装置由棱镜 透镜 读数显微镜组成 用于读取度盘读数 读数方法分测微尺和测微器两种方法 测微尺 测微器 水平读数 215 06 48 竖直读数 78 52 00 竖直读数 92 17 30 水平读数 转动测微轮重合读数 三 测钎 标杆和觇牌测钎 标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具 测钎 适用与距测站较近的目标 标杆 适用与距测站较远的目标 觇牌 固定在三脚架上使用 远近皆可适用 一般为红白或黑白相间且常与棱镜结合 用于电子经纬仪或全站仪 有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志 经纬仪的使用包括对中 整平 瞄准和读数四项基本操作 一 对中 整平目的 使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上 使水平度盘处于水平位置 方法 有垂球对中和光学对点器对中两种 由于垂球对中精度较低 且使用不便 工程测量中一般采用光学对点器对中 光学对点器对中及整平的步骤 安置仪器 高度适中 使测点在视场内 强制对中 调节脚螺旋 使光学对点器中心测点重合 粗略整平 调节三脚架 使圆水准气泡居中 精确整平 调节脚螺旋 使长水准气泡居中 精确对中 移动基座 精确对中 只能前后 左右移动 不能旋转 重复 两步 直到完全对中 整平 二 调焦与瞄准目的 视准轴对准观测目标的中心 方法 调节目镜调焦螺旋 使十字丝清晰 利用粗瞄器 粗略瞄准目标 固定制动螺旋 调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰 注意消除视差 调节制动 微动螺旋 精确瞄准 测水平角单丝重合 测水平角用双丝夹粗目标 测竖直角用横丝切目标顶部 三 读数方法 打开反光镜 使读数窗光线均匀 调焦使读数窗分划清晰 注意消除视差 按不同的测微器直接读取水平 竖直度盘读数 度 分 秒 秒为估读且为6的倍数 水平角 215 06 48 竖直角 78 52 00 一 测回法 只有两个方向 1 操作步骤 安置仪器于O点 对中整平 正镜 盘左 瞄准M点 度盘归零 顺时针转动仪器 瞄准N点读数 倒镜 盘右 瞄准N点读数 逆时针转动仪器 瞄准M点读数 2 记录与计算 见表3 1 盘左 正镜 观测瞄M 记录m左 0 00 36 瞄N 记录n左 68 42 48 上半测回的角值 左 n左 m左 68 42 12 盘右 倒镜 观测瞄N 记录n右 248 42 30 瞄M 记录m右 180 00 24 下半测回角值 右 n右 m右 68 42 06 一测回角值 检核对于DJ6经纬仪 上下半测回角度之差应满足 否则 应重测 当测角精度要求较高时 需观测多个测回 第一测回度盘归零 其他各测回间按180 n n为测回数 的差值 变换度盘 各测回角值之差不得超过40 取各测回平均值作为最后结果 测站 第一测回O 第二测回O 左 左 右 右 MN MN MN MN 00036 684248 684212 684209 1800024 2484230 684206 684215 901012 1585230 2701018 3385242 684218 684224 684221 测回法观测手簿 表3 1 二 方向观测法 目标多于两个 1 操作步骤 安置仪器于测站点O 对中 整平 正镜 盘左 选择零方向C 顺时针依次照准目标D A B C 归零 读数 倒镜 盘右 瞄准零方向C 逆时针依次照准目标B A D C 归零 读数 D C A 归零后方向值的计算 各方向平均读数分别减起始方向平均读数 2 记录与计算 观测记录见表3 2 归零差的计算 分别计算盘左 盘右两次瞄准起始方向读数之差 若 超限 应及时重测 计算2c值 两倍视准误差 2c 盘左读数 盘右读数 180 若2c超限 应及时重测 各方向平均读数的计算 各测回归零后平均方向值的计算 各测回归零后方向值的平均值 水平角的计算 相邻方向值之差 即为相邻方向所夹的水平角 角值 123456789 方向观测法观测手簿 O O 第1测回 第2测回 C D B A C C A B D C 00054 792748 1423118 2884630 00042 1800024 2592730 3223100 1084606 1800018 12 6 30 18 18 24 24 18 18 30 12 24 000397927391423109288461800030 00034 0000079270514230352884544 0000079265914230292884547 90010616927542323130184648900100 2700048349273642310019846362700036 90005716927452323115184642900048 0000079265314230232884550 900052 792659 630330 1461518 711413 6 12 表3 2 一 竖直度盘构造竖直度盘固定在望远镜的旋转轴 横轴 上 主要由竖直度盘 竖盘指标 竖盘指标水准管 竖盘指标水准管微动螺旋 目前很多仪器用自动补偿器代替了水准管 根据度盘的刻划顺序不同 分为顺时针注记和逆时针注记两种 顺时针注记 逆时针注记 竖直角计算公式顺时针注记竖盘刻划 目镜0 物镜180 盘左 L 90 L 上半测回 盘右 R R 270 下半测回 一测回竖直角 L R 2 R L 180 2 二 竖直角观测与计算 逆时针注记竖盘刻划 目镜180 物镜0 盘左 L L 90 上半测回 盘右 R 270 R 下半测回 一测回竖直角 L R 2 L R 180 2 L R分别为盘左 盘右竖盘读数 竖直角计算的通用公式 1 当望远镜视线往上仰 竖盘读数增加时 瞄准目标时的读数 视线水平时的常数 当望远镜视线往上仰 竖盘读数减小时 视线水平时的常数 瞄准目标时的读数对不同注记形式的度盘 首先应正确判读视线水平时的常数 且同一仪器盘左 盘右的常数差为180 2 观测 记录与计算竖直角观测 安置仪器 对中 整平 盘左瞄准目标某一位置 读取竖盘读数L 盘右瞄准原目标位置 读取竖盘读数R 以上盘左 盘右观测构成一个测回 记录与计算 见表3 3 分别计算盘左 盘右半测回竖直角 计算盘左盘右的平均值作为一测回竖直角 测站 目标 竖盘位置 竖盘读数 半测回竖直角 指标差 一测回竖直角 备注 O P P 左右 左右 711236 2884700 961842 2634100 12 9 184712 61851 184724 184700 61842 61900 竖直角观测手簿 表3 3 L 90 L R R 270 x R L 2 L R 2 三 竖盘读数指标差 读数指标与正确位置之间的小夹角x 称为竖盘指标差 X X 如图 盘左位置 望远镜上仰 读数减小 竖盘读数为L 则正确的竖直角为 90 L x L x 1 指标差计算 如图 盘右位置 望远镜上仰 读数增大 竖盘读数为R 则正确的竖直角为 R 270 x R x 2 1 2 两式联立得 通过盘左 盘右竖直角取平均值 可以消除指标差 对于DJ6经纬仪 同一测站上不同目标的指标差互差或同方向各测回指标差互差 不应超过25 一 经纬仪应满足的几何条件 主要轴线 竖轴VV水准管轴LL横轴HH视准轴CC几何关系 LLVVCCHHHHVV望远镜十字丝竖丝垂直于横轴 二 检验与校正 一 水准管轴垂直于竖轴的检验与校正1 检验 仪器粗平 圆水准器气泡居中 水准管平行某两个脚螺旋 使水准管气泡居中 照准部旋转180 若气泡仍居中 则满足要求 若气泡偏离 则需校正 2 校正 用脚螺旋调一半 用水准管校正螺旋调一半 此项检校需反复进行 直至仪器旋转到任意方向气泡都居中 校正螺丝 二 十字丝竖丝的检验校正1 检验 仪器整平 竖丝瞄准大致水平方向的P点 竖直方向移动望远镜 看P点是否在竖丝上移动2 校正 用十字丝的交点瞄准P点 用十字丝的校正螺旋调整 三 视准轴垂直于横轴 2c 的检验与校正1 检验 平地选DAB 20m左右 安置仪器于中点O A点设瞄准标志 B点横一毫米刻划标尺 注意标志 标尺与仪器同高 盘左 瞄A 倒镜 读数为B1 盘右 瞄A 倒镜 读数为B2 若B1 B2 则满足要求若B1 B2 则存在c角 当c超过1 时 需校正 2 校正 在标尺上定出B1 B2两点连线的中点B 定出B B2两点连线的中点B3 调节十字丝校正螺丝 使十字丝交点对准B3 四 横轴垂直于竖轴的检验与校正1 检验 距墙壁D 30m安置仪器 墙壁上选一明显目标P 30 盘左 瞄P 望远镜水平 读数P1 标出P1 盘右 瞄P 望远镜水平 读数P2 标出P2 若P1 P2 则满足要求 若P1 P2 则存在i角 需校正 2 校正 墙上定出P1 P2的中点PM 调节水平微动 瞄准PM 将望远镜上仰 十字丝交点必偏离P点 至P 点 校正横轴一端支架上的偏心环 使横轴一端升高或降低 移动十字丝 精确瞄准P 反复检校 直至i角小于1 五 竖盘指标差的检验与矫正1 检验 仪器整平 用盘左 盘右分别瞄准大致水平方向的P点 读数为L R 计算竖直角和指标差 R L 180 2X L R 360 2DJ6 若X 60 满足要求 若X 60 需要校正 2 校正 盘右瞄准P点 调节指标水准管微动螺旋 使竖盘读数为 R x 270 调节指标水准管校正螺丝 使气泡居中 六 光学对点器的检验与校正1 检验 安置仪器精确整平 在仪器正下方放一白色纸板 将对点器中心投影到纸板上 并做标志P1 旋转照准部180 将对点器中心投影到纸板上 并做标志P2 若P1 P2重合 满足要求 否则需校正 2 校正 取P1 P2的中点P 调节对点器校正螺丝 使对点器中心投影与P重合 P1 P2 P 一 仪器误差主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造 加工不完善所引起的误差 1 视准轴误差 2c值 盘左 盘右取平均可消除 2 横轴倾斜误差 i角 盘左 盘右取平均可消除 3 度盘偏心差 照准部旋转中心与水平度盘分划中心不重合 盘左 盘右取平均可消除 4 度盘刻划误差 度盘刻划不均匀 测回间变换度盘可减弱 5 竖轴倾斜误差 盘左 盘右取平均不可消除 精确整平可减弱 二 观测误差 1 仪器对中误差 与偏心距成正比 与视线边长成反比 当水平角接近180 时影响最大 精确对中可减弱 2 目标偏心差 与偏心距成正比 与视线边长成反比 瞄准目标底部可减弱 3 仪器整平误差 精确整平 一测回内气泡偏离不能超过2格 否则 测回间重新整平 4 照准误差 消除视差 精确瞄准 5 读数误差 消除视差 认真读数 三 外界条件的影响外界条件的影响比较复杂 应选择有利的观测条件 尽量避免不利因素对测量的影响 1 温度的影响 打伞遮阳 2 大气折光的影响 选择良好的天气观测 一 DJ2光学经纬仪主要用于三 四等角度测量和精密工程测量 特点 1 测角精度高 2 采用对径符合读数 3 测微器可直接读到秒 DJ2光学经纬仪 测微轮 水平 竖直度盘转换手轮 二 电子经纬仪电子经纬仪是一种采用光电元件实现测角自动化 数字化的电子测角仪器 特点 1 采用电子测角系统 自动显示测量结果 2 可与测距仪组成全站仪 3 测量数据处理自动化 特点 自动读数 记录 计算 电子经纬仪显示屏及操作键盘 三 激光经纬仪 在经纬仪上安装激光装置 使视准轴射出一条可见光 主要用于各种施工测量 激光器 激光束 弯管目镜 第四章距离测量与直线定向 4 1钢尺量距 4 2普通视距测量 4 2光电测距仪 4 2直线定向 距离测量 测量地面两点之间的水平距离 距离测量的方法 钢尺量距普通视距光电测距 垂球 一 量距工具 钢尺 端点尺和刻线尺 钢尺 测钎 标杆 弹簧秤 二 钢尺量距的一般方法 1 直线定线标定各尺段端点在同一直线上的工作称为直线定线 2 平坦地面的量距 A B两点间的水平距离为 式中 n 尺段数 l 钢尺的尺长 q 不足一整尺的余长 为了校核 提高精度 还要进行返测 用往 返测长度之差与全长平均数之比 并化成分子为1的分数来衡量距离丈量的精度 这个比值称为相对误差K 平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1 3000 3 倾斜地面丈量 在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1 1000 当地面坡度较大 不可能将整根钢尺拉平丈量时 则可将直线分成若干小段进行丈量 每段的长度视坡度大小 量距的方便而定 三 钢尺量距精密方法 1 10000 1 经纬仪定线 将经纬仪安置于A点 瞄准B点 然后在AB的视线上用钢尺量距 依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1 2 在各尺段端点打入木桩 桩顶高出地面5cm 10cm 在每个桩顶刻划十字线 其中一条在AB方向上 另一条垂直AB方向 以其交点作为钢尺读数的依据 2 量距量距是用经过检定的钢尺 两人拉尺 两人读数 一人记录及观测温度 量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力 30m钢尺 标准拉力为100N 前 后读数员应同时在钢尺上读数 估读到0 5mm 每尺段要移动钢尺三次不同位置 三次丈量结果的互差不应超过2mm 取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果 随之进行返测 如要进行温度和倾斜改正 还要观测现场温度和各桩顶高差 经过检定的钢尺长度可用尺长方程示 温度为t时的钢尺实际长度 钢尺的名义长度 尺长改正值 即温度在时钢尺全长改正数 钢尺膨胀系数 一般取 1 25 钢尺检定时的温度 量距时的温度 四 尺长方程 五 钢尺量距成果整理 精密量距结果应进行以下三项改正 1 尺长改正 2 温度改正 全长改正数 名义长度 任一尺段 钢尺膨胀系数t 丈量时温度t0 标准温度 当 为斜距时应换算成平距d 则倾斜改正值为 将上式项展开成级数 取第一项 3 倾斜改正 每一尺段改正后的水平距离为 例题 用尺长方程为的钢尺实测A B尺段 如图 长度l 29 896m A B两点间高差h 0 272m 测量时的温度t 25 8 C 试求A B尺段的水平距离 解 1 尺长改正 3 倾斜改正 4 A B尺段水平距离 2 温度改正 六 钢尺量距误差及注意事项 1 尺长误差2 温度误差3 拉力误差 4 钢尺倾斜误差5 定线误差6 丈量误差 普通视距测量的精度一般为1 200 1 300 但由于操作简便 不受地形起伏限制 可同时测定距离和高差 被广泛用于测距精度要求不高的地形测量中 一 普通视距测量原理 视距测量是利用视距丝配合标尺读数来完成的 对于倒像望远镜 下丝在标尺上的读数为a 上丝在标尺上的读数为b 视距间隔l l a b 则水平距离D有 视距测量原理 通常情况下k 100 视准轴水平时的视距公式为 测站点到立尺点的高差为 i 仪器高 是桩顶到仪器水平轴的高度 v 中丝在标尺上的读数 2 视准轴水平时的距离和高差公式 3 视准轴倾斜时的距离和高差公式 图中 设 则 原理 倾斜距离L为 或 计算 水平距离D为 高差h为 例题 如上图 在A点量取经纬仪高度i 1 400m 望远镜照准B点标尺 中丝 上丝 下丝读数分别为v 1 400m b 1 242m a 1 558m 3 27 试求A B两点间的水平距离和高差 解 1 尺间距 2 水平距离 3 高差 4 视距测量误差及注意事项 此外还有 标尺分划误差 竖直角观测误差 视距常数误差等 1 读数误差2 标尺不竖直误差3 外界条件的影响 视距测量差 电磁波测距仪是用电磁波 光波或微波 作为载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法 电磁波测距仪的分类 1 光电测距仪 可见光 红外光 激光 2 微波测距仪 无线电波 微波 红外测距仪 电磁波测距仪的优点 1 测程远 精度高 2 受地形限制少等优点 3 作业快 工作强度低 建筑工程测量中应用较多的是短程红外光电测距仪 光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往 返传播的时间t2D 计算待测距离D 式中 c 光波在空气中的传播速度 一 测距原理 二 测距方法 光电测距仪按照t2D的不同测量方式 可分为 脉冲式 直接测定时间 相位式 间接测定时间 1 脉冲式 脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲 通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离 脉冲测距原理图 脉冲的振荡频率 q 计数器计得的时钟脉冲个数 计数器只能记忆整数个时钟脉冲 不足一周期的时间被丢掉了 测距精度较低 一般在 米 级 最好的达 分米 级 2 相位式 相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式 通过测量正弦光波在待测距离上往 返传播的相位移来解算时间 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形 由于 所以 则 式中 取 则不同的调制频率 对应的 测尺长见下表 调制频率越大 测尺长度越短 相位式测距仪的基本工作原理图 1 由发射系统发射一个调制光波 同时至检相器 2 调制光波在待测距离上传播 反射镜反射后 经接收系统进入检相器 3 检相器将发射信号与接收信号进行相位比较 测出相位差 4 每改变频率f后的调制光波 测出一个 组合后经微处理器计算显示结果 三 测程及测距仪的精度 1 测程 测距仪一次所能测的最远距离 短程测距仪 测程小于5km 中程测距仪 测程在5km 30km 远程测距仪 测程在30km以上 2 测距仪的精度 式中 mD 测距中误差 单位为mm a 固定误差 单位为mm b 比例误差 D 以km为单位的距离 REDmini短程红外测距仪的精度为当距离D为0 6km时 测距精度是mD 5 8mm 通常写作ppm 四 REDmini红外测距仪 各种反射棱镜 经纬仪与测距仪配接 测距仪功能键盘 1 仪器简介 经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行 调整经纬仪望远镜 使十字丝对准反射棱镜的觇牌中心 调整测距仪望远镜 使十字丝对准反射棱镜中心 2 距离计算 1 仪器常数改正 测距仪的乘常数R和加常数K 加常数K L L mm 乘常数R的单位是mm km 对于观测值为L 的距离 其常数改正值为 2 气象改正 REDmini测距仪的气象改正公式为 式中 Lt 气象改正值 单位为mm P 测站气压 单位为mmHg 1mmHg 133 322Pa t 测站温度 单位为 C L 距离 单位为km 3 倾斜改正 L 经过常数改正和气象改正后的距 经纬仪测定的测线竖直角 五 光电测距的注意事项 1 防止日晒雨淋 在仪器使用和运输中应注意防震 2 严防阳光及强光直射物镜 以免损坏光电器件 3 仪器长期不用时 应将电池取出 4 测线应离开地面障碍物一定高度 避免通过发热体和较宽水面上空 避开强电磁场干扰的地方 5 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰 6 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测 确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向 一 标准方向的分类 1 真子午线方向 通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 真子午线的切线方向 P1 P2 真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的 陀螺仪GP1 2A 2 磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下 磁针自由静止时其轴线所指的方向 P 北极P 磁北极 磁子午线方向可用罗盘仪测定 DQL 1型森林罗盘仪 DQL 1B型森林罗盘仪 3 坐标纵轴方向 我国采用高斯平面直角坐标系 6 带或3 带都以该带的中央子午线为坐标纵轴 因此取坐标纵轴方向作为标准方向 高斯平面直角坐标系 二 直线方向的表示方法 1 方位角 1 方位角的定义 从直线起点的标准方向北端起 顺时针方向量至直线的水平夹角 称为该直线的方位角 其角值范围为0 360 1 2 标准方向北端 方位角 2 2 2 2 2 标准方向 真子午线方向 磁子午线方向 坐标纵轴方向 真方位角 A 磁方位角 Am 坐标方位角 2 磁北 真北 坐标北 Am A 1 由于地面各点的真北 或磁北 方向互不平行 用真 磁 方位角表示直线方向会给方位角的推算带来不便 所以在一般测量工作中 常采用坐标方位角来表示直线方向 2 几种方位角之间的关系 2 磁北 真北 坐标北 Am A 1 磁偏角 真北方向与磁北方向之间的夹角 子午线收敛角 真北方向与坐标北方向之间的夹角 当磁北方向或坐标北方向偏于真北方向东侧时 和 为正 偏于西侧时 和 为负 3 正 反坐标方位角 直线1 2 点1是起点 点2是终点 12 正坐标方位角 21 反坐标方位角 直线2 1 所以一条直线的正 反坐标方位角互差180 2 象限角 某直线的象限角是由直线