工程测量（共计205页） .pptx

工程测量 课程教学课件 十五 国家级规划教材 交通土木工程测量 修订版 学习 工程测量 测量科学技术在国民经济建设和社会可持续发展以及国防建设中的重要地位不断提高 应用不断扩大 宁津生课程的性质工程测量 土木工程测量 专业基础课 土木工程等专业的基本技术 工程建设的主要导向技术 学习理论教学 实验教学 实习教学 根据理论教学需要开展实验教学 完成必要的作业 实习教学将作为独立课程在理论教学之后进行 通过理论教学 实验教学 实习教学达到掌握工程测量技术的目的 希望努力学习 刻苦训练 真正掌握土木工程测量技术 为工程建设服务 教材 十五 国家级规划教材 交通土木工程测量 修订版 上世纪九十年代 经广东省教育厅 广东工业大学立项 我们开展 面向新世纪 建设土木测量新课程 的教学改革研究 这项改革研究在全国测绘学科教学指导委员会和中国工程院宁津生院士等领导和全国测绘专家的全程指导和培育下 在教育思想 教学体系 教学内容 教学方法 教材建设 实践教学环节等比较系统全面地进行改革 取得显著进步 有效提高土木类工程专业 工程测量 教学质量和学生的现代测绘能力 交通土木工程测量 第一版 张坤宜编著 王侬主审 普通高等教育测绘类 九五 规划教材 是上述教改研究的成果 经多年努力 在相关专业教学应用研究 教学效果显著 1999 10 交通土木工程测量 获全国优秀测绘教材二等奖 省部级 2001 9 面向新世纪 建设土木测量新课程 教学改革研究项目获广东省高校优秀教学成果二等奖 省级 交通土木工程测量 修订版 是经教育部立项的 十五 国家级规划教材 是整个教学改革研究的发展 中国工程院院士 全国测绘学科教学指导委员会主任 武汉大学宁津生教授最终审定 并为该书序言 中国工程院院士 武汉大学教授宁津生特为 交通土木工程测量 修订版 序言 宁津生院士序言指出三大特点1 结合土木类专业 应用的特色非常明显 教学内容针对性强 2 教材结构体系新 教材内容脉络清晰 便于理解掌握 3 引进测绘新技术 更具时代特色 中国工程院院士 武汉大学教授宁津生特为 交通土木工程测量 修订版 序言 交通土木工程测量 是一本紧密联系交通土木工程专业实际的工程测量学教材 这本教材的第一版是上世纪九十年代在广东省教育厅立项的 面向新世纪 建设土木测量新课程 教学改革研究项目的研究成果之一 通过教学实践 显示出较好的教学效果 因此于1999年获得全国优秀测绘教材二等奖的殊荣 中国工程院院士 武汉大学教授宁津生特为 交通土木工程测量 修订版 序言 这本教材的第一版是经过全国高等学校测绘学科教学指导委员会审定通过的 九五 规划教材 现在经过较大的修改的修订版又被教育部批准为 十五 国家级规划教材 这从一个重要的方面说明这本教材的质量和水平 总的来说 首先 这本教材的工程专业应用的特色非常明显 紧紧扣住交通土木工程专业对测量工作的需求组织教材内容 针对性较强 其次 是教材的结构体系有别于已有的工程测量学教材 作了较大的改变 有一定新意 在讲清基本测量定位技术和数据处理方法的基础上 阐述测量控制到地形测图的全过程 最后落脚到交通土木工程测量上 采取这种结构体系 教材内容脉络清晰 便于学生理解和掌握 中国工程院院士 武汉大学教授宁津生特为 交通土木工程测量 修订版 序言 第三 教材中实时引进了测绘新技术 如全站测量 gps定位技术以及数字化测图等 使教材具有时代感 尤其是这本教材的修订版 更具有这一特色 普通高等教育测绘类 九五 规划教材 十五 国家级规划教材 普通高等教育测绘类 九五 规划教材 十五 国家级规划教材 获全国优秀测绘教材二等奖 由于这本教材从第一版的审定到评奖 我都参与过 现在教材主编张坤宜教授又将修订版的出版前书稿让我先睹为快 受益匪浅 因此写下此序 作为我的读书心得 并将此教材介绍给读者 衷心希望这本教材能在相关课程的教学中发挥积极作用 并得到读者青睐 中国工程院院士 全国测绘学科教学指导委员会主任 中国工程院院士 武汉大学教授宁津生特为 交通土木工程测量 修订版 序言 全国测绘专家学者对 面向新世纪 建设土木测量新课程 教学改革研究的指导 1 宁津生 中国工程院院士 武汉大学教授 博士生导师 全国高校测绘学科教学指导委员会主任 本教改成果在教育思想 教学方法 教材体系 实践教学环节等方面比较系统全面地进行了改革 改革方向正确 符合教学规律 改革有所创新和突破 经过多年教学实践 也获得较明显的教学效果 是一个好的教学研究成果 可在同类专业中推广 2 曾卓乔 中南大学教授 博士生导师 本项教学改革试验对土木测量学进行了全面改革 均作出了有创新意义的贡献 本教学改革成果有良好的理论和实践价值 有较大的创新和突破 具有国内先进水平 3 陶本藻 武汉大学教授 博士生导师 本改革以定位为核心特征 常规与现代测量学新技术结合 密切结合工程施工放样 改革教学内容是创新 所著教材是国内同行业率先成果 具有推广示范价值 交通土木工程测量 多媒体教学研究的试验成果 在全国测绘学科教学指导委员会和全国测绘学会测绘教育委员会的指导下 土木测绘学课程的多媒体技术教学研究热烈 各方面的探索方兴未艾 值得借鉴 根据全国测绘学科教学指导委员会和全国测绘学会测绘教育委员会推荐的有关经验 结合实际情况 开展 交通土木工程测量 电子版的研制和 工程测量 课程多媒体教学研究 本课件是一个有益的试验成果 第一章绪论 学习目标 理解测量科学技术在土木工程的意义 掌握坐标系统 高程系统的概念和应用 理解测量定位概念与技术过程 把握绪论对于学习工程测量技术的基本导向 第一节测量学与土木工程 一 测量学概念二 测绘学的分支学科三 测绘科学在土木工程建设中的地位 一 测量学概念 1 基本概念 测量学是一门研究测定地面点位置 研究确定并展示地球表面形态与大小的科学 2 与人类生存息息相关的测量科学 人类在地球上的生存 发展离不开点位置的确定 离不开边界点 边界线的确定 离不开这些场所的面积以及土木工程的位置测定 测量科学正是适应人类生存 发展的需要和土木工程建设的定位技术需求而发展起来 3 现代科技条件下的测量科学 主要贡献有激光红外测距 卫星全天候定位 摄影与遥感 数字化测量技术及现代平差等 现代科技条件下的测绘学 是对地球整体及其表面和外层空间的物体与地理分布有关信息的采集 并赋予处理 管理 更新等过程的科学技术 测绘学获得的数据或图象成为可以储备 传播 应用的地球空间信息 地球空间信息工程学测绘学科的应用范围和服务对象正在不断地扩大到国家经济建设和社会可持续发展以及国防建设中与地球空间信息有关的各个领域 二 测绘学的分支学科 大地测量学 摄影测量与遥感学 地图学 海洋测绘 工程测量学 工程测量学 研究工程建设与自然资源开发中在规划 勘测设计 施工与管理各个阶段进行的测量理论与技术的学科 工程测量学是测绘科学技术在国民经济和国防建设中的直接应用 三 测绘科学在土木工程建设中的地位 1 测量是土木工程规划建设的重要依据 2 测量是土木工程勘察设计现代化的重要技术 3 测量是土木工程顺利施工的重要保证 4 测量是房地产管理 工程综合质量检验 重要土木工程设施安全监视的重要手段 土木工程技术人员明确测量科学在工程建设中的重要地位 熟练掌握测量基本理论和技术原理 熟练掌握和应用工程测量基本理论和方法 是进行交通土木工程技术工作的基本条件 第二节地球体的有关概念 测量在地球上进行 必须了解有关地球体的概念一 地球体的有关概念二 参考椭球体的参数 一 地球体的有关概念 1 垂线 重力的作用线称为铅垂线 简称垂线 万有引力与离心力 2 水准面 某一时刻处于没有风浪的海洋水面 称为水准面 理想化的静止曲面 性质 有3 3 大地水准面 没有风浪没有潮汐的平均海水面就称为大地水准面 3 大地水准面 没有风浪没有潮汐的平均海水面就称为大地水准面 4 大地体 大地水准面包围的曲面形体称为大地体 水准面 大地水准面不规则 大地体不规则 5 参考椭球体 二 参考椭球体的参数 1 1980年以后iag 75参数 r 6378140米 1 298 257 推算值b 6356755 288米 2 1954年北京坐标系参数 前苏联克拉索夫斯基参数 r 6378245米 1 298 3 推算值b 6356863 019米 3 平均参数 r 6371000米 第三节坐标系统的概念 一 大地坐标系统二 高斯平面直角坐标系统三 独立平面直角坐标系 一 大地坐标系统 大地坐标系统是以参考椭球体面为基准面的球面坐标系 通常以大地经度和大地纬度表示 简称经度 l 纬度 b l b或称为大地坐标 b 29 33 45 8036l 119 51 28 7441 二 高斯平面直角坐标系统 大地坐标表示地面点的球面坐标 工程设计上需要点位平面位置 工程建设在地球曲面上完成 工程设计均在平面上进行 平面 与 曲面 必然有矛盾 高斯平面直角坐标系是一种应用广泛的坐标系统 可以解决这类问题 1 高斯投影的几何意义 1 沿n s两极在参考椭球面均匀标出子午线 经线 和分带 2 假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上 3 地球表面投影到横椭圆柱面上 4 展开成高斯平面 沿n s两极在参考椭球面均匀标出子午线 经线 和分带 按经差 l分带边缘子午线中央子午线 假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上 地球表面投影到横椭圆柱面上 地球的投影红线是投影线取出地球的投影 剪开 压平后 2 高斯平面的特点 1 投影后的中央子午线nbs是直线 长度不变 2 投影后的赤道abc是直线 保持abc nbs 3 离开中央子午线的子午线投影是以二极为终点的弧线 离中央子午线越远 弧线的曲率越大 说明离中央子午线越远投影变形越大 3 高斯平面直角坐标系的建立 建立规则 x轴是中央子午线nbs的投影 北方为正方向 y轴是赤道abc的投影 东方为正方向 原点 即中央子午线与赤道交点用o表示 四象限按顺时针顺序 排列 高斯平面直角坐标表示地面点位置 如x 2433586 693m y 38514366 157m 表示的意义 1 表示点在高斯平面上至赤道的距离 2433586 693m 2 包括有投影带的带号 附加值500km和实际坐标y三个参数 即y 带号n 或n 500km yp38 500 14366 157m 全球高斯投影带高斯投影根据 逐带连续进行 全球连续逐带高斯投影展开成如下图的高斯平面 l 6 六度带中央子午线经度lo 6n 3 1 3 l 3 三度带中央子午线经度lo 3n 1 4 投影带的中央子午线与编号 l 6 六度带中央子午线经度lo 6n 3 1 3 l 3 三度带中央子午线经度lo 3n 1 4 我国在大地坐标系中的经度位置74 135 六度带编号n在我国 在13 23之间 三度带编号n在我国 在25 45之间 三 独立平面直角坐标系 独立平面直角坐标系建立没有高斯平面直角坐标系那样严格的规则 主要表现在 1 坐标系x轴所在的中央子午线的经度不一定满足式 1 3 式 1 4 可按不同要求采用其他的经度 具有一定的随意性 2 坐标轴x轴的正方向不一定指向北极 可根据工作需要自行确定 具有某种实用性 3 坐标系原点不一定设在赤道上 一般设在有利于工作的范围内 具有相应的区域性 测量平面坐标系与数学坐标系 数学上的三角公式适用于测量平面坐标系x s cos 1 6 y s sin 1 7 第四节高程系统的概念 一 高程系统的一般概念二 实际应用中的地面点高程的概念 一 高程系统的一般概念 地面点高程 地面点到某一高程基准面的垂直距离 大地高系统 以参考椭球体面为基准面的高程系统 大地高 表示地面点到参考椭球体面的垂直距离 正高系统 以大地水准面为基准面的高程系统 正高 表示地面点到大地水准面的垂直距离 正常高系统 以似大地水准面为基准面的高程系统 正常高 表示地面点到似大地水准面的垂直距离 大地高 正高 正常高三者关系由差距h m hm参数联系起来 在要求不高时 往往忽略h m hm参数 不再有大地高 正高 正常高的区别 二 实际应用中的地面点高程的概念 绝对高程 地面点沿其垂线到似大地水准面的垂直距离 相对高程 地面点沿其垂线到假定的似大地水准面的垂直距离 高差 二个地面点的高程之差 用h表示 第五节地面点定位的概念 一 地面点定位的技术过程二 地面点定位元素三 地面点定位的工作原则 一 技术过程 地面点定位 亦即以某种技术过程确定地面点的位置 1 测绘 以测量技术手段测定地面点位置并用图象或图形和数据等形式表示出来 这种技术过程称为测绘 2 测设 利用测量技术手段把设计上拟定的地面点测定到实地上 这种技术过程称为测设 或称为工程放样 简称放样 二 地面点定位元素 角度测量 距离测量 高差测量是地面点定位的测量基本技术工作 测量得到的角度 距离 d 高差 h 是地面点定位的基本元素 称为定位元素 这些定位元素具有独立性 即某一元素与其它同类元素之间不存在函数关系 和直接可量性 即可利用测量仪器直接测量其大小 故称之为直接观测量 或称为直接定位元素 地面点的定位参数x y h不能直接测量得到 但可以利用地面点的直接定位元素按某种规定的法则推算得到 故又称地面点的定位参数x y h为间接观测量 或称为间接定位元素 三 地面点定位的工作原则 等级原则 等级规定是工程建设中测量技术工作成果质量的标准 是严格科学态度与实际测量技术水平的象征 离开甚至违背技术等级要求的不合格测量工作是不能容许的 整体原则 整体 指的是测量对象是一个个互相联系的个体所构成的完整测量基地 指的是测定位置参数不是孤立的 而是从属于工程建设整体对象的参数 1 从工程建设的全局出发实施定位的技术过程 2 定位技术过程得到的点位置必须在数学或物理的关系上符合工程建设的整体要求 控制原则 控制 实际上是等级原则下为工程建设自身提供定位的基准 以控制测量技术建立的基准设施是工程建设的基础 是工程建设中地面点定位的测量保证 检核原则 测量成果准确可靠是测量工作以及所涉及的土木工程优质的基础 没有经过检核证明正确的测量成果是不可取的 第二章角度测量 学习目标 在学习角度测量基本概念的基础上 明确经纬仪的结构原理 掌握经纬仪应用的基本方法 掌握水平角 竖直角测量基本技术 第一节角度测量的概念 一 水平角 水平面上二条相交直线的夹角 或者说 二个相交竖直面的二面角 如何理解地面点之间的水平角 水平度盘设站观测投影方向值角度 二 竖直角 竖直角 在同一竖直面内观测视线与水平线的夹角 称为竖直角 仰角 竖直面内观测视线在水平线之上的竖直角 俯角 竖直面内观测视线在水平线之下的竖直角 俯角为负值 天顶距 地面点的垂线上方向至观测视线的夹角 设在观测的nm天顶距为z 竖直角为的 因为 90 故天顶距与竖直角的关系为 90 z 2 2 第二节光学经纬仪 一 经纬仪种类 光学经纬仪 光电经纬仪 dj07 dj1 dj2 dj6 dj10 光学经纬仪dj6 光学经纬仪dj2 二 光学经纬仪的基本构件照准部 度盘 基座等 1 照准部 1 望远镜2 水准器3 基本轴系 1 望远镜 望远镜的结构 物镜 凹透镜 十字丝板和目镜操作部件 望远对光螺旋 目镜调焦轮望远镜的成象过程 1 物镜前的物象a经物镜成为缩小的倒立实象 并经凹透镜的调焦作用落在十字丝板的焦面上 2 目镜将倒实象和十字丝象一起放大成虚象b 实现成象过程的对光操作 1 转动目镜调焦轮 眼睛看清楚十字丝象 2 转动望远对光螺旋 眼睛看清楚物象a 3 消除视差 视差 即移动眼睛可发现十字丝象与虚象b的相对变动现象 视差的存在表明物象a可能没有落在十字丝板焦面上 操作人员正确重复 1 2 对光动作可消除视差 2 水准器 作用 测量仪器整平指示装置种类 管水准器和圆水准器管水准器 结构 管水准轴 格值 管水准器的整平灵敏度较高 圆水准器结构 圆水准轴 格值 圆水准器的整平灵敏度较低 3 基本轴系 cc 望远镜视准轴 hh 横轴 vv 竖轴 ll 管水准轴 必须满足 cc hh hh vv ll vv 此外 十字丝板的纵丝平行于竖轴vv 2 度盘及其读数机构 1 度盘的结构形式 水平度盘 竖直度盘 度盘全周刻度0 360 按顺时针顺序注记 水平度盘套在竖轴中可以自由转动 竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动 2 度盘读数光学系统 把水平度盘和竖直度盘的刻划影像传送到一个读数窗中 注意a b光路 3 水平度盘配置机构 度盘变换钮是一个带有齿轮的转动装置 通过齿轮的连接带动度盘转动 度盘转动的角度值可在读数窗中看到 复测钮操作与控制作用 3 基座 轴套 脚螺旋 连接板 固定旋钮等 经纬仪照准部的支承装置 经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭紧固定旋钮 一般应用不得松开 4 其他辅助机构 1 光学对中器2 旋钮机构 1 水平制动 微动旋钮 控制照准部水平转动 2 垂直制动 微动旋钮 控制望远镜纵向转动 3 微倾旋钮 调整竖直度盘水准器气泡居中 使指标线处于垂线方向上 三 光学经纬仪的角度测微 1 分微尺测微 1 读取分微尺内度分划的度数 2 读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数 3 计算以上二数之和为读数窗的角度读数 水平度盘角度是215 06 5 即215 06 30 竖直度盘角度是78 52 4 即87 52 24 2 对径符合测微 1 当读数窗为左图时 转动测微轮控制二个光楔同时偏转 其折光作用使光线相对移动 度盘对径读数分划线对称重合 如右图 2 在读数窗中读取视场左侧正象度数 如图中163 3 读整十分 数正象度数分划与相应对径倒象度数 相差180 分划之间的格数n 得整10 的角值为n 10 图中是30 即3 10 有的仪器将数格数n得整10 的方法改进为直读整n 10 的数字 4 读取测微窗分 秒的角值 右图是8 16 3 5 计算整个读数结果 得163 38 16 3 第三节光学经纬仪基本操作 一 经纬仪的安置二 瞄准三 读数四 水平度盘的配置 一 经纬仪的安置 1 三脚架对中 要求 高度适当 架头概平 大致对中 稳固可靠 2 经纬仪对中 1 安置经纬仪 2 脚螺旋对中 精密光学对中的工作 1 光学对中器对光 看清光学对中器的分划板和地面 辨明地面点的大致方位 2 二手转动脚螺旋 眼睛在光学对中器目镜中观察分划板标志与地面点相对移动并重合为止 3 三脚架整平 1 转动照准部使管水准轴与所选二个脚腿地面支点连线平行 升降一脚腿使管水准器气泡居中 2 转动照准部使管水准轴转动90 升降第三脚腿使管水准器气泡居中 应重复一二次 4 精确整平 1 转动照准部使管水准轴与所选二个脚螺旋中心连线平行 相对转动二个脚螺旋使管水准器气泡居中 管水准器气泡在整平中的移动方向与转动脚螺旋左手大拇指运动方向一致 2 转动照准部90 转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中 重复1 2 使水准器气泡精确居中 二 瞄准 瞄准的实质 安置在地面点上的经纬仪的望远镜视准轴对准另一地面点的中心位置 一般地 被瞄准的地面点上设有观测目标 目标中心在地面点的垂线上 目标是瞄准的主要对象 瞄准的步骤 大致瞄准 对光 精确瞄准 三 读数 在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值 读数与记录有呼有应 有错即纠 纠错的原则 只能划改 不能涂改 最后的读数值应化为度 分 秒的单位 四 水平度盘的配置 度盘变换钮配置 1 转动照准部使望远镜瞄准起始方向目标 2 打开度盘变换钮的盖子 或控制杆 转动变换钮 同时观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求 3 关闭度盘变换钮的盖子 或控制杆 复测钮配置 1 关复测钮 打开水平制动旋钮转动照准部 同时在观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求 2 开复测钮 转动照准部照准起始方向 并用水平微动旋钮精确瞄准起始方向 3 关复测钮 使水平度盘与照准部处于脱离状态 第四节水平角观测技术方法 一 方向法 或称测回法 用于测量二个方向或三个方向构成的角度 1 准备工作 1 选定起始方向 2 在地面点安置经纬仪和树立目标 3 做好望远镜的对光 4 根据需要进行水平度盘配置 2 观测方法 选定测量的角度是 aob 1 盘左观测 经纬仪的竖直度盘在望远镜瞄准视线左侧的位置 该盘位称为盘左 观测基本方法 1 按顺时针转动照准部的方向瞄准目标 按顺时针转动照准部先瞄准a目标 后瞄准b 2 在分别瞄准目标后立即读数 记录 2 观测方法 2 盘右观测 经纬仪的竖直度盘在望远镜瞄准视线右侧的位置 该盘位称为盘右 盘左观测变盘右观测的基本方法 1 沿横轴纵转望远镜180 转动照准部使仪器处于盘右位置 2 按逆时针转动照准部的方向瞄准目标 按逆时针转动照准部先瞄准b目标 后瞄准a 3 在分别瞄准目标后立即读数 记录 方向法观测水平角的记录 3 计算与检核 上半测回 下半测回 一个测回 1 计算半测回角度观测值 盘左 左 49 50 12 0 01 18 49 48 54 盘右 右 229 50 18 180 01 48 49 48 30 2 检核计算 左 右 与 容比较 3 计算一测回平 检核结果 容 二 全圆方向法 观测方向数超过4个 1 准备工作 1 安置经纬仪和树立目标 2 选定起始方向 或称零方向 做好对光工作 3 水平度盘配置 2 观测步骤 1 盘左观测 1 按顺时针转动照准部 依次瞄准目标a b c d a 2 在分别瞄准每一目标后立即读数和记录 2 盘右观测 1 纵转望远镜180 转动照准部使仪器处于盘右位置 2 按逆时针转动照准部 依次瞄准目标a d c b a 3 在分别瞄准每一目标后立即读数和记录 记录表格 盘左 从上到下 盘右 从下到上 3 计算与检核 1 归零差的计算与检核 半测回中起始方向观测值与归零观测值的差值 2 二倍照准差2c及2c互差 2c的计算与检核 2c l盘左 l盘右 180 2 6 3 方向平均值l i的计算 4 零方向平均值的计算 5 归零方向值的计算 li l i l 0 2 10 6 测回差的计算与检核 第五节竖直角观测技术方法 1 准备工作1 做好经纬仪与目标安置工作 2 根据选定的方向做好对光 2 盘左观测1 瞄准目标 望远镜视场目标象的顶面与十字丝象靠近中间的中横丝相切 或目标象的顶面平分十字丝象靠近中间部分的双横丝 或十字丝的单横丝平分目标象的中间位置 2 精平 即转动微倾旋钮 使竖直度盘的水准器气泡居中 3 读数 3 盘右观测观测步骤同上述盘左观测 光学经纬仪dj6 二 竖直角的计算 1 盘左观测的竖直角 左 90 l x 2 盘右观测的竖直角 右 r x 270 3 角度计算 四 竖直度盘指标线自动归零原理 指标线归零 竖直度盘水准器气泡居中时 指标线处在垂线方向上 若视准轴处于水平状态 指标线指示是90 竖直角观测中的精平是属于指标线人工归零操作 自动归零装置代替竖直度盘水准器 竖直角观测中能自动实现上述的指标线归零 称为指标线自动归零 五 竖直角简易测量与计算 竖直角简易观测以盘左观测值l即可 这时 90 l 2 20 条件 要求不高 指标差x 1 视x为零 第六节角度测量误差与预防 一 仪器误差三轴误差 1 视准轴误差 2 横轴误差 3 竖轴误差 照准部偏心差和度盘误差等 i itg 2 23 cos tg 2 24 4 仪器构件偏心差 主要是照准部偏心差和度盘偏心差 盘左盘右观测值取平均值进行消除5 度盘分划误差多盘位 各测回配置不同的度盘位置 观测6 竖直度盘指标差盘左 盘右观测取平均值的方法消除 二 观测误差 1 对中误差 测站对中不准 aob ao b 1 2对中误差 在短边时随偏心距e的增长而迅速增大 2 目标偏心差 和对中误差有相同的性质3 瞄准误差 选择较好的目标构形 做好对光和瞄准工作 4 读数误差 三 外界环境的影响 大气密度 大气透明度的影响 目标相位差 旁折光的影响 温度湿度对仪器的影响等 消除减少误差方法 1 认真安置仪器 对中准确 2 多测回测量 3 盘左盘右观测 4 精确整平仪器 一测回不平重测 5 看清目标 瞄准准确 6 认真读数 7 好天气 避烈日 8 认真检查 9 认真设点位 目标好 第七节光电经纬仪 一 光电测角 光电经纬仪原理特点光电测角 以光电技术进行角度测量 以光电信号的形式表达角度测量结果的技术过程 以光电测角技术为武装实现角度测量技术过程的经纬仪 1 光电度盘 2 光电读数系统 3 直接显示测量结果 四 光电经纬仪的应用 1 度盘配置 有hl hr oset hset或hold等 2 瞄准 3 读数 显示4 数据记录 第三章距离测量 学习目标 学习光电测距 尺子量距和光学测距三种距离测量原理与方法 在掌握现代光电测距技术原理与方法基础上 掌握钢尺量距 光学视距基本方法 第一节光电测距原理 一 基本原理光电测距 即是以光和电子技术测量距离 或者说 以光和电子测量距离的技术 光束速度c经过了二倍的距离 即2d 同时 测距仪测出光束从发射到接收期间的时间t2d 根据速度乘以时间得路程的原理 便可知 2d c t2d 实现式 3 1 的基本条件 t2d的测定 相位法 脉冲法 二 相位法测距原理 实质 利用测定光波的相位移代替测定t2d实现距离的测量 1 光的调制 使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波 a b a2 距离d与相位移的关系 3 测尺和尺段 2 n n 3 6 d u n n u称为测尺 n称为整尺段 n称为尾尺段 4 组合测距过程 d u n1 设测尺 相位法按上式采用多测尺组合测距过程 如采用u1 u2 一般地设f1 15mhz 精测尺u1 10m f2 150khz 粗测尺u2 1000m 2 组合测距过程 d u n 1 以u1测量距离得 n1 例如 n1 0 8654 把 n1及u1代入式 3 9 得d1 8 654m 2 以u2测量距离得 n2 例如 n2 0 9875 把 n2及u2代入式 3 9 得d2 987 5m 3 组合完整的距离值 将u1 u2测量距离值组合为完整的距离值 如图 其中的7 5不显示 则组合的距离值是988 654m 三 相位法测距仪的基本结构 1 调制信号发生器 发出调制信号对光源进行调制 同时发出参考信号er给测相装置 2 光源 一般采用砷化镓发光二极管 gaas 红外光 直接受调制信号控制发射调制光波 频率为f 3 接收装置 接收反射回测距仪的调制光波 把接收的光转换为电信号em 该信号提供给测相装置 4 测相装置 在测相装置通过对电信号em 参考信号er进行相位比较测定n和 n 在处理方法上利用自动数字测相电子电路技术把相位移 转换成距离d直接显示出来 5 反射器 精密测距的合作目标 6 电源 第二节红外测距仪及其使用 一 红外测距仪的类型红外测距仪 是以发射红外光的光源装备的光电测距仪 1 类型 按测程 短程测距仪 中程测距仪 远程测距仪 超远程测距仪 按基本功能的类型有 1 专用型 只用于测量距离 2 半站型 测距仪与光学经纬仪组合在一起 称为半站型仪器 3 全站型 测距仪与光电经纬仪组合的仪器 或者测距仪与光电经纬仪结合为一体化仪器 称为全站型仪器 简称全站器 二 d3000红外测距仪的技术指标 1 测距精度 m a bd m 5mm 5ppm dkm 2 测程 在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离 1 2km 3 2km 与大气状况及反射器棱镜数有关 三 d3000红外测距仪主要设备1 测距仪主机 外貌 前面板 操作面板 2 反射器 单棱镜 三棱镜反射器 直角棱镜反射器有三个特点 1 反射器的入射光线和反射光线的方向相反 且线径互相平行 利于瞄准目标2 可以根据测程的长短增减棱镜的个数 3 反射器有本身的规格参数 反射器与测距仪配合使用 不要随意更换 测程短1km测程长3km 3 蓄电池 充电器 4 气象仪器 四 d3000红外测距仪的一般使用 1 基本操作 半站型 1 经纬仪和反射器的安置 2 测距仪的安置 1 安装电池 2 把测距仪装载在经纬仪的支柱上 3 瞄准反射器 1 经纬仪瞄准反射器 觇牌中心 2 测距仪瞄准反射器 4 开机检查 5 测距 正常测距 跟踪测距 连续测距 平均测距 6 测量气象元素 7 关机收测 2 红外测距仪使用中的注意问题 测线环境要求 大气透明度比较好 测线没有障碍物 测线上只架设一个反射器 不得存在多个反射器 测线上没有强烈光源 太阳光不得对射测距仪 第三节光电测距成果处理 一 仪器改正 主要内容 加常数改正 测距仪在一条已知边的测距结果总与已知边相差的一个固定值 就是测距仪的加常数 用k表示 k值可通过检定测距仪 包括反射器 得到 二 气象改正 1 气象改正原理公式2 气象改正实用公式 测距仪光源不同 参考气象元素不同 按原理公式推证的实用公式也不同 1 d3000红外测距仪的气象改正的实用公式气压单位kpa 温度单位摄氏 dtp单位毫米 dokm以单位公里 三 平距化算 1 概念一般情况下 光电测距边两端点不可能同高程 光电测距边是一条倾斜边 把倾斜的测距边化算为端点同高程的直线距离的工作 称为平距化算 2 平距化算的辅助参数 1 地球曲率影响参数 c 16 19 dkm 2 折光角 k 0 13 r 2 10 dkm3 竖直角 3 平距化算的几个公式 1 平均型平距化算公式 da b ab cos c 3 28 da b d cos 14 09 dkm 3 29 2 测站型平距化算公式 dab ab sin z 2c 3 30 dab d sin z 30 30 dkm 3 31 3 镜站型平距化算公式 da b ab sin z 3 32 da b d sin z 2 10 dkm 3 33 第四节钢尺量距原理与方法 一 概述传统上所谓的尺子量距方法 钢尺量距基本工作 定线 丈量 计算 钢尺量距方法 一般量距方法 精密量距方法 二 定线的方法 有目测法和经纬仪法 定线 把分段点确定在待量直线上的工作 1 目测法 二点法 趋近法 传递法 2 经纬仪法 精密定线方法 有纵丝法和分中法 1 目测法定线 1 二点法目测定线 二端为准 概量定点 一般在平地 1 在a b端点上树立标杆 2 一指挥者立b点标杆后瞄a点的标杆 3 二位定点人员按整尺段从a概量至1号点 根据指挥确定1号点位置立在ab视线上 4 按 3 的做法依次把2 3 4 等分段点定在ab线上 2 经纬仪法 1 纵丝法 经纬仪望远镜十字丝纵丝为准 概量定点 1 在丈量直线一端a安置经纬仪 望远镜精确瞄准另一端b树立的目标 此时照准部在水平方向上不得转动 2 沿ba方向按尺段长概量b1 3 纵转望远镜瞄到1处附近 指挥1号分段点测钎定在十字丝的纵丝影像上 4 仿步骤 2 3 依次在ab线上定分段点2 3 4 三 钢尺一般丈量法 1 准备工作 1 主要工具 钢尺 垂球 测钎 标杆等 钢尺完好 刻划清楚 2 工作人员组成 主要工作人员是拉尺 读数 记录共2 3人 3 场地 比较平坦 已定线 并插有测钎 2 丈量工作 1 往测 从a丈量至b 逐段丈量整尺段n 尺段长为lo 最后丈量零尺段长q 长度为d往 2 返测 从b丈量至a 返测全长长度为d返 3 计算与检核 1 计算d往 nlo往 q往 3 35 d返 nlo返 q返 3 36 2 检核 d d往 d返 3 37 四 精密量距方法 1 准备工作 1 工具 钢尺 弹簧秤 温度计等 检验钢尺 且有尺长方程式 l lo lo t to lo 3 41 2 人员 主要5人 3 场地 1 经整理便于丈量 2 定线后的分段点设有精确的标志 2 精密量距 一尺段丈量方法 1 拉尺 拉尺员拉挂有弹簧秤的钢尺 拉力指示为100n 30米 钢尺面刻划与分段点标志对齐 2 读数 二位读数员依次读取分段点标志横线所对的钢尺刻划值 前端读数员读至cm 后端读数员读至0 5mm 如前端读数l前 29 9800m 后端读数l后 75 5mm 3 记录 记录l前 l后 计算尺段丈量值l l前 l后 4 重复丈量 按步骤1 2 3 重复丈量和记录 计算获得l l 5 检核 l容 2 3mm 6 记录温度t 抄录尺段高差h 3 计算 1 二项改化计算 1 各尺段尺长改正数 li计算 2 各尺段温度改正数计算 二项改正后的尺段长为2 平距化算 2 计算与检核 五 钢尺量距的误差 钢尺丈量误差包括有钢尺本身误差 操作误差和外界影响误差 1 钢尺本身误差 包括尺长误差和检定误差 一般地 这类误差少于0 5mm 2 操作误差 包括温度误差 拉力误差 定线误差 垂曲误差 对点读数误差等 3 外界影响误差 主要是风力 气温的影响 一般在阴天 微风的天气 外界环境对钢尺丈量的误差影响比较小 a 1 2 15 b 精密钢尺丈量与计算的例子表3 3 第五节光学测距原理与方法 一 概述1 基本原理 根据几何光学原理 应用三角定理进行测距的技术 余切定理可知a b二点的距离d为2 光学测距方式 光学测距的方式依角度和尺长的测量方法不同而异 二 视距法测量距离视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上 下丝获得尺子刻划读数m n 从而实现距离测量技术 3 平视距测量方法 1 经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的尺子 如木制标尺 2 利用望远镜读取上 下丝所截的尺面上刻划值m n l上 l下 3 按式 3 53 计算 按式 3 65 计算距离d l n m l下 l上 3 53 d 100 l 3 65 4 斜视距测量平距计算公式 a点安置经纬仪 b立尺 测竖直角为 读数为m n l上 l下 计算 dab 100 l上 l下 cos2 3 69 解答参考 13 按下表成果处理 光电测距得到的倾斜距离d 1265 543m 竖直角 3 36 41 气压p 98 6kpa 空气温度t 31 3 仪器的加常数k 29mm 已知气象改正公式是 第四章高程测量 学习目标 明确高程测量是确定地面点位置的基本工作 掌握地面点高程测量的二种技术 水准测量和三角高程测量的原理与方法 第一节水准测量原理 一 基本原理水准测量是一种利用水平视线测量二个地面点高差的方法 a b是二个树立尺子的地面点 二个地面点之间安置一台水准仪 单实线是水准仪的水平视线 a b是水平视线在尺子面上得到的观测数据 二 水准测量的仪器工具 1 水准仪dso5 ds1 ds3 ds1o主要有瞄准部和基座二大部分 瞄准部 望远镜 水准器 托架及竖轴 水平制动 微动旋钮 微倾旋钮等 1 望远镜2 水准器 符合水准器 作用 调整水准仪观测视线处于水平状态的精密整平装置 构成 由一个管水准器和一个棱镜组构成 应用原理 利用光学反射原理 使水准气泡a端半影像按1 2 3 4的方向反映在显示面上 b端半影像从另一个棱镜开始按a端同样方式反映在显示窗上 3 托架与竖轴 4 基本轴系 视准轴 cc 管水准轴 ll 圆水准轴 l l 和竖轴 vv 瞄准部基本轴系在结构上必须满足 ll cc ll vv l l vv 十字丝的中横丝与竖轴vv互相垂直 2 标尺 木质标尺和金属标尺 1 普通水准标尺 2 塔尺 刻划 注记3 尺垫 三 几个基本概念 1 测站 水准仪及尺子所摆设的位置称为测站 2 水准路线 连续若干测站水准测量工作构成的高差观测路线 3 后视 一测站中与水准路线前进方向相反的水平观测视线 后视所瞄的尺子称为后视尺 从后视尺面上得到的观测数据称后视读数 用a表示 4 前视 一测站中与水准路线前进方向相同的水平观测视线 前视所瞄的尺子称为前视尺 从前视尺面上得到的观测数据称前视读数 用b表示 5 视线高程 后视尺立尺点的高程与后视读数之和 hb ha a b 6 视距 水准仪到立尺点的水平距离 按视距测量方法测得 称为视距 7 水准点 用于水准测量而设有固定标志的高程基准点 8 高程转点 具有高程传递作用的立尺点 第二节一测站水准测量基本操作 一 一测站的基本操作1 安置仪器 安置水准仪和竖立标尺 2 粗略整平 1 相对转动两个脚螺旋 使圆水准气泡移向两脚螺旋的中间位置 2 转动第三个脚螺旋 使气泡移到圆水准器的中心 3 瞄准标尺 瞄准后视尺 开始 经历粗瞄 对光 精瞄过程 4 精确整平 观察符合气泡影像如图4 3b 转动微倾旋钮 观察符合气泡影像如图4 3c 实现望远镜视准轴精确水平 5 读数和记录 先估读mm 后读m dm cm 注意 刻划 注记6 瞄准标尺 即瞄准前视尺 7 精确整平 方法同4步骤 8 读数和记录 方法同5步骤 二 水准仪自动安平的基本原理与操作 1 补偿装置 补偿装置安装在水准仪望远镜的调焦镜与十字丝板之间 补偿 在粗略整平的条件下 仪器自动精确整平 即自动安平 补偿装置起自动安平的作用 悬吊式自动安平补偿装置 屋脊棱镜与物镜 调焦镜 十字丝板 目镜的相对位置不变 直角反射棱镜由金属丝悬挂 可以在限定范围内摆动 2 自动安平原理 自动安平原理过程 1 望远镜视准轴水平状态 补偿装置处于原始悬垂状态 正确标尺读数lo 2 仪器未严格整平 视准轴处于倾斜状态 视准轴得到非水平标尺读数是l o 实际水平视线正确读数lo落在b处 不为人眼所观察 2 自动安平原理 自动安平原理过程 3 补偿装置重力起作用使直角反射棱镜摆向悬垂位置 直角反射棱镜与屋脊棱镜的相对位置发生变化 实际水平视线在补偿装置内的反射方向得到调整而射向十字丝中心位置 设计上必须满足这一要求 人眼可观察到水平视线的标尺读数lo 自动安平的原理实质 在仪器视准轴粗平时 补偿装置在自身重力的作用下自动为水准仪提供一条实际的水平观测视线及时获得标尺读数lo 3 自动安平水准仪的基本操作 一测站一般操作的 精确整平 步骤省去不做 其余的操作步骤与微倾水准仪的操作相同 第三节水准测量高差观测技术 一 测站高差观测方法1 改变仪器高法 1 一次观测 顺序 后视距s后 后视读数a 前视距s前 前视读数b 2 变动三脚架高度 重新安置水准仪 3 二次观测 前视读数a 后视读数b 1 改变仪器高法 4 计算与检核 h a b h a b 2 h h d s后 s前 视距差d 高差变化值 2是主要限差d 5m d 10m 容 6mm h h h 2后视距s后 后视读数a 前视距s前 前视读数b 前视读数a 后视读数b 2 双面尺法 1 观测程序 a黑 b黑 b红 a红 2 观测步骤 1 观测黑面 后视尺黑面上黑 下黑和a黑 前视尺黑面上黑 下黑和b黑 2 观测红面 前视尺红面b红 后视尺红面a红 三 测站观测的限差控制 伴随观测 逐一检核 随时控制 逐步放行 伴随观测 逐一检核 观测开始就接受检核 不能观测完再检核 随时控制 逐步放行 检核合格才容许下一步的观测工作 四 测段高差的观测 1 测段 二个水准点之间构成的水准路线 2 测站的搬设 测段多测站连续观测 水准仪 标尺按前进方向逐一搬站 方法 1 一测站检核无误 记录员发 搬站 口令 2 观测员 扶尺员按口令搬站 前视尺扶尺员不离原立尺点 确保尺垫不变动 新设站的后视尺 观测员将水准仪搬到下一测站适当位置 距离适当 后视尺扶尺员在新设站的位置 新设站的前视尺 3 测段的高差计算 1 概念 往测 前进方向从a到b的逐站水准测量 返测 前进方向从b到a的逐站水准测量 2 测段高差计算 1 往返测高差计算 h往 hi往 检核 hi往 ai往 bi往 h返 hi返 检核 hi返 ai返 bi返 2 测段高差计算 h h往 h返 第四节水准测量误差及其预防 一 仪器误差 1 视准轴与管水准轴不平行误差 2 水准标尺的误差 3 望远镜调焦机构隙动差 二 操作误差 1 管水准器气泡居中误差 2 标尺瞄准误差 3 水准标尺的倾斜误差 三 外界环境影响 1 地球曲率的影响 2 大气折射的影响 3 温度的影响 4 仪器标尺升沉的影响 消除减少误差方法 1 检验校正水准仪 i角小 ds3少于20 摈弃不合格标尺 2 一测站前 后视距尽量相等 视距差符合规定 3 测站观测只一次对光 4 做好精平 5 限制视距长度 6 立尺直 稳 7 避阳光直晒 最宜阴天观测 视线高出地面0 3米 8 往返测 第五节精密水准仪 一 精密水准仪特点 1 设有精密可靠的测微设施 读数可精确到0 01mm 1 标尺稳定性能好 刻划精密 2 水准仪设有平板测微器 3 望远镜十字丝板采用楔形十字丝分划 2 精确整平的灵敏度高 3 抗干扰能力强 二 电子水准仪 1 采用条纹编码的标尺长度注记方式 2 采用摄像技术 对标尺测量进行摄像观测 3 自动实现图象的数字化处理以及观测数据的测站显示 检核 运算等 电子水准仪 第六节水准路线图形和计算 工程建设需要设立更多水准点 水准点之间形成多种图形 一 水准路线的布设图形 1 闭合水准路线 2 附合水准路线 3 水准支线 4 水准网 二 水准路线的计算 水准路线的水准点之间的观测高差h i 1 闭合水准路线 1 闭合差w计算 水准路线闭合差 即水准路线的观测高差与有关已知值比较而存在的差值 w h i h 1 h 2 h 3 h 4 h 52 检核 w容 30 平缓地区 或w容 9 高差起伏大地区 3 观测高差改正数计算 1 改正数按测站数成比例分配 高差起伏大的地区 2 改正数按距离成比例分配 平缓地区 4 测段高差计算 hi h i vi5 水准点高程计算 二 水准路线的计算 1 闭合水准路线计算例 2 附合水准路线 1 闭合差的计算 w h i hbm2 hbm1 h 1 h 2 h 3 h 4 hbm2 hbm1 2 检核 w容 30 平缓地区 或w容 9 高差起伏大地区 3 观测高差改正数计算 1 改正数按测站数成比例分配 高差起伏大的地区 2 改正数按距离成比例分配 平缓地区 4 测段高差计算 hi h i vi5 水准点高程计算 附合水准路线的计算表4 8 第七节三角高程测量与高程导线 一 概念在地面点所设的测站上测量目标的竖直角及边长 并结合丈量的仪器高和目标高 应用三角几何原理公式推算测站点与目标点的高差 这种地面点之间高差的测量方法称为三角高程测量 三角高程测量是现代高效率的大跨度高程测量技术 二 光电三角高程测量 利用光电测距边的长度进行三角高程测量的技术 1 精密公式hab bb i l bab c bb a 90 ch ab dab sin c 顾及仪器高 反射器高 c 14 1 dkmhab dab sin 14 1 dkm i l2 近似公式 令c 0hab dab sin i l 三 平距三角高程测量 1 精密公式2 近似公式测定高压电线高度 悬高 四 高程导线及其计算 1 闭合差计算 w h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 hbm2 hbm1 2 检核 w w容3 观测高差改正数计算 改正数按距离平方成比例分配有关测段高差计算 高程点的高程计算方法可参考水准路线计算 附合高程导线的计算表4 9 五 视距三角测量高程计算公式 hab dab tg i l中hb ha dab tg i l中dab 100 l下 l上 cos2 3 69 hb ha 50 l下 l上 sin2 i l中 闭合水准路线的计算表4 12 第五章观测成果初级处理 学习目标 掌握测量成果改化的原理和不改化的条件 掌握地面点之间方位角的测量原理 计算方法 理解地面点坐标换带的目的意义和作用等 第一节