精密工程作业题及部分参考答案

第一章 概论1、精密工程测量与一般工程测量相比有何特点？答：大型精密工程的规划设计阶段，要研究地形变及局部重力场不均匀性对工程稳定性的影响；对于有统一工艺流程和结构的大型建筑物，除了建立高精度的施工测量控制网外，还要建立高精度的安装测量控制网。精密工程测量要求在控制点上建立稳固的测量标志，并设立强制对中装置；在精密工程测量中，各种外界影响都要考虑。总之，在精度方面、所使用的仪器工具及测量方法手段有较大的不同，但没有明显的界限。2、对于“规范”中没有明确界定的重要建筑物的精度要求，在精度初步选定时该如何考虑？答：1、根据工程最主要的目标及不利情况，进行多种模拟计算分析，并结合目前的先进技术能实现的精度而初步确定。2、根据类似工程安全运行资料并结合专门分析的结果而认定。3、借助于同类工程执行的并已被验证能确保工程质量的精度指标。第二章 精密工程测量控制网1、精密工程测量控制网的分哪几类？各类的共同特点是什么？答：可分施工测量控制网、安装测量控制网、变形监测网。 施工测量控制网是安装测量控制网的基础，但不能截然分开。施工测量控制网有时也作为安装测量之用。一般施工测量控制网对工程起到总体控制作用，保证整个工程各部分的连接及统一工艺流程的精度，工程规模愈大则对施工测量控制网的相对精度要求愈高。施工测量控制网与变形监测网的布设原则与一般工程测量专用网相似，但通常布设成边角网，具有充分的多余观测和足够好的图形强度。2、 在环型加速器工程布设直伸三角形环型网时，用测高代替测角的根本原因是什么？答：若不测高时，在同样的测边精度和同样的图形条件下，得由测边误差所引起的测角误差为： 根据测边和测角精度要相互匹配的原则，在测角时，要求锐角B和C的测角精度达到0.3。由于隧道内干扰大，旁折光影响较大，且边长相差悬殊，因此很难达到这样的精度，特别是对较小的锐角更加困难，然而要达到上述的测距精度却是可以做到的。这就是用测高代替测角的根本原因。3、测高三角网中，若测高h与测边S的精度相同都为ms，求B的中误差？若ms=50m ，环型隧道的半径r=250m,整个环等分60，求mB=？答： 由题可知：ms=50m ，r=250m，n=60，则可得：A=174，B=C=3，S1=26.17m，h=1.37m代入上式得：mB= mC=0.294、影响深埋标志稳定性的主要因素有哪几个方面？如何减弱其影响？答：基础荷载的变化、地层温度的变化、地下水位的变化。为了提高控制点的稳定性，标志的埋设深度应在不受各种荷载、地层温度保持不变以及地下水位变化的范围以下。为了满足上述要求，在埋设标志之前，应收集工程区域内有关的工程地质、水文地质、气象资料，详细了解地基的承压性能、恒温层的深度、地下水位的深度及波动幅度。此外，还应向工程设计人员了解建筑物竣工后的总荷载、单位面积上的压力，以及建筑物运营期间动负荷的情况，它们对于确定标志的埋设深度都是很有价值的参考资料。5、作为精密工程测量控制点的结构一般包括哪几个部分？答：精密测量控制点的结构包括：与各类测量仪器连接的上部标志头，作为固定不动点的下部深埋标志，支撑标志头的中间支撑体（多用钢管制成）。6、画图说明利用双金属管（杆）标为什么能随时计算出标志的高度变化量？答：设两种金属得热膨胀系数分别为1、2 两管初始长度为l0,当温度变化t后，两管的长度变化量分别为：l1= l01 t l2= l02t其差值为：=l1-l2该值可由两管顶部的标尺测得。将以上公式变化得：l1=所以，可根据两管的长度变化量随时计算出标志的高度变化量。7、数学扭曲法应用在控制网设计中其基本作法分哪几步？答：(1)由设计的控制网图形和观测方案，可得到网点坐标的理论值(设计值)，由它们可反算出边长和方向的真值。 (2)按照设计的精度,用生成随机数的方法产生服从正态分布的观测误差(扭曲值)，加到相应的边长或方向得的真值上，得到模拟观测值(或称伪观测值)和模拟控制网。 (3)对模拟网进行平差计算和数据分析，可得模拟网点的坐标参数估值，它们相对于设计值的偏离值(真位移值)，该值是由测量误差所引起的。 (4)对同一网可以进行多次模拟计算，即重复（2）、（3），可以研究观测误差的影响规律。第三章 精密工程测量的仪器和方法1、在有多个工序的测量工作中，确定各测量工序精度的常用方法是进行误差分配，其分配方法有哪两种原则？在精密工程测量中常以什么指标作为先验值进行精度预计？答：1、忽略不计原则 2、按比例分配的原则应以当前能达到的最高精度极限作为先验指标2、为了避免调焦对测角精度的影响，在高精度工程测量中其测角的操作程序是什么？为什么不作“2C变动限差”的检验？答：测角操作程序如下： a) 盘左，粗略地瞄准一个目标i ; b) 仔细对光，消除视差， c) 精确瞄准目标，取读数Li， d) 不动调焦镜，盘右，精确瞄准目标，取读数Ri； e) 对于下一个目标i+1,重复a-d几步操作。 对于一测站上：i= A、B、CH、A诸目标， 依次按上述ad步骤操作，这样，可望在每个目标盘左、盘右读数的平均值中消除视准轴变动的不良影响。按照这种新的操作程序测角，不必作“2C变动限差”的检验。3、在测量工作中，一个好的照准目标应满足哪些要求？答：1) 其形状和大小便于精确瞄准， 2) 没有相位差， 3) 反差大，亮度好。4、在精密距离丈量时，如果用J2经纬仪代替显微镜读数装置，若仪器与标志的距离为2.062 米, 用J2经纬仪观测尺子和标志中心最近的分划线与标志中心之间的水平角度时，（仪器在标志中心一侧其连线与尺子方向垂直），问水平角观测 一侧回时其由侧角造成的距离误差为多少？答：利用这经纬仪测量尺上刻划（设为a）及标志中心点O 在经纬仪中心J 的水平角（设为）则ao两点间的水平距离为：也就是说角值为100时，ao的水平距离为1毫米，如果测量该水平角的精度为3，则由此引起的长度误差为0.03毫米，5、在几何水准测量中，要提高水准测量精度采取的一个重要措施是什么？答：在工程条件下进行精密水准测量常采用短视线，缩短视线是提高水准测量精度的重要措施。理由：水准测量中仪器置平误差和瞄准读数误差是偶然误差，带水准管的精密水准仪，其气泡居中精度约0.30。 6、解释准线的含义，用准线替代视准轴有何实际意义？答：准线是在调焦过程中，十字丝交点在物方空间共轭点的轨迹。根据几何光学原理，如果十字丝中心移动的轨迹是一直线，则其共轭点轨迹(即准线)也一定是一直线，虽然这两直线不一定平行。 如果，十字丝中心移动轨迹是直线，水准管轴平行于准线，则将不会产生调焦误差，而并不是象上面所算的会产生很大的误差。 内对光望远镜中十字丝不动，移动的是调焦镜，因此情况与外对光望远镜有些不同。验算证明，当调焦镜沿直线运行时，准线仍近似为一直线，所以上述分析仍然有效。由此可见，用“准线”取代已沿用了多年的“视准轴”概念是具有实际意义的。7、简述流体静力水准测量的工作原理。答：利用静止液面传递高程的测量方法是一种古老的测量方法，流体静力水准测量不要求两点之间通视，因此容易克服障碍物的阻挡，并能实现遥测。如图所示，为测定A、B两点的高差h，将静力水准测头1和2分别安置在A、B上。由于两测头内的液体是相互连通的，当静力平衡时，两液面将处于同一水准高程面上。因此由图可得A、B两点的高差为：hAB=H1-H2=(a1-a2)-(b1-b2)式中：a1a2为容器的顶面或读数零点相对于工作底面的高度；b1b2为容器中的液面位置的读数或读数零点到液面的距离。8、影响液体静力水准测量精度的因素有哪些？各种因素的影响该如何减弱和消除？答：气压 为了克服气压变化对确定液面高度的影响，应使作用在各容器液面上的气压相等。因此，通常利用空气导管将各容器上部连接起来（其余部位密封），这样不仅可使作用在各容器液面上的压力保持平衡，而且还可以使液体处于密封状态，减少气压变化，防止液体蒸发。温度 为了减少温度的影响，宜设法减少液面至连通管最低点间的高差，为此，连通管应尽量水平放置而不应让它自然悬垂。为了减小温度变化的影响，在使用精密静力水准测量方法确定高程时，应使系统位于恒温状态；当采用该系统确定两点或多点高差变化时，在各个容器中，若液柱高度相同、各容器温度变化相同，则它们对各容器液面高度的影响相同，而根据其液面高度确定它们之间的高差时，这种影响将被抵消。若各容器的温度变化不等时，对其高差将产生影响。当各容器的液柱高度不同时，即使各容器的温度变化相同，各容器间的高差也会产生影响，克服其影响的一种措施是减小液柱的高度（量程变小），应与其高差的量程相适应。液体对针尖的附着力 从光学读数显微镜可以同时观测到针尖及其倒影，在分划板上有两根平行线，观测时转动测微螺丝让一根线与针尖重合，取读数，然后用另一根线与针尖的倒影重合，再取读数，这时针尖并没有接触液面，这两个读数的平均数就是针尖接触液面时应有的读数。零点差 为了消除零点差对高差的影响，可用交换容器位置往返测量的办法，从往返测所得高差的差数中，求得零点差，高差的平均数中将没有零点差的影响。9、对设备进行精密定位时，其一般工作的步骤是怎样的？答：设备精密定位的基本过程一般是根据固定在设备上用以表示其几何或物理轴线的测量标志与控制网点的位置关系，计算出定位元素，然后按照计算出的定位元素进行设备的实地定位。10、大气折光系数K的变化有什么特点？进行精密的三角高程测量应选择什么样的天气条件？答：K值的大小及其变化，既取决于大气的温度、气压，也取决于测线下面地形起伏等自然条件。 折光系数K与视线距离地面高度有关，视线距地面越高，K值越小且越稳定。 大气折光系数有明显的周日变化规律，在日出或日落前后，K值波动较大，而在午间则相对较稳定。所以在三角高程测量时，通常选择9：3016：00的观测时段为较好的时段。第四章 特种精密工程测量技术1、视准线法准直测量所应用的主要仪器和设备有哪些？其准直的原理是什么？答：主要仪器和设备：照准精度较高的视准仪或高精度的测角仪器、活动觇牌和固定觇牌。 准直原理：以通过固定觇牌和仪器中心的铅垂面与水平面的交线作为基准线，测定中间各点相对基准线的偏离值。2、简述用平行光管测定水准仪i角的方法。答：如图所示，把水准仪和一台J2(或J1)经纬仪面对面地架在一起，使两仪器的望远镜大概同高利用远处目标把水准仪的里远镜凋焦至无穷远，转向经纬仪并把视线放到水平状态(如果是气泡式水准仪，则让气泡居中)，在目镜后放灯光，照明十字丝。经纬仪的视准轴通过水准仪的物镜去瞄准其十字丝。这时两视准轴相互平行了。利用经纬仪的竖直度盘读取视准轴的竖直角，它就等于水准仪的i 角。3、简述自准直平行光管的工作原理。答：在平行光管十字丝后面加上自准直目镜(也称高斯目镜)就构成自准直平行光管了。 自准直目镜由目镜、立方镜及照明灯组成。立方镜是由两块直角棱镜组成。在直角棱的斜面上镀上半透膜，所以它一方面可以把来自照明灯的光线反射而照亮十字丝，另一方面又允许来自物镜的成像光线通过它抵达目镜，所以现测员仍可观测到从物镜来的像。自准直平行光管总与平面反射镜一起工作。设在物镜前安放了一块平面镜。平行光管的十字丝经物镜作用后成一像，这像又经平面镜反射进入物镜后成像于焦面上。由此通过目镜可以观测到在焦面处既有十字丝本身(图图中之实线)，又有十字丝的像（图中之虚线)由于在光程中光量有所损失，所以像比十字丝本身较为暗淡。 它发出的光经物镜后成一束平行光发射出去，经平面镜反射后重新进入物镜并成像于焦平面上。如图平面镜的表面与平行光束不垂直，则反射光束不平行于入射光束，十字丝中心与其像不重合如果平面镜与平行光束垂直，则十字丝中心与其像重合。这时十字丝中心点以外的其它部分不会与其像重合。从整个十字丝说来，它的像是镜面反射的像，下部成像在上面，右部成像在左侧)。如图实线表示十字丝本身，虚线表示其像。4、如下图所示，A、B为基准点，欲测定P点偏离AB直线的距离，在S点放置激光点光源，在K点放置光电探测器，分别在A、P、B点放置相应的波带板，通过K点光电探测器测得A、P、B三点偏离探测器中心分别是6.2mm、4.5mm和2.2mm,各点的位置关系见图所示，求P点偏离AB基准线的距离？答：5、如下图，有导线ABCDEF，由于实地条件的限制使C、D之间的距离较短（小于1米），试设计一种方法将直线AB的方位角精确传递到直线EF上。答：第五章 自动化技术在精密工程测量中的应用1、简述传感器在工程技术中的地位及其作用答：通过传感器可以自动、快速、准确地获取可靠的信息；为实现对测量工作的遥测、遥感和遥控，传感器则是达到上述目的而不可缺少的装置。 工业自动化生产过程中，用各种传感器监视和控制生产过程中的各个参数，达到对生产自动检测和自动控制的目的。2、简述莫尔条纹重要特性：答：（a）放大作用：莫尔条纹间隔与光栅常数之比为其放大率 K=D/1/，由于角通常很小，所以K可达到很大值。因此虽然栅距很小，但莫尔条纹却清晰可见。 (b) 对应关系：两光栅相对移动一个时，莫尔条纹相应移动一间距D，光栅反方向移动时莫尔条纹亦反向移动。因此可以通过对清晰的莫尔条纹计数来代替对光栅的直接计数。(c)平均效应：莫尔条纹是由众多栅线共同形成的，所以它几乎不受光栅局部误差的影响。3、设计一装置检验导轨的水平度（提示：采用电容式传感器）。答：如右图为测量连通管中液面高度的电容式传感器。在匀厚的玻璃管外侧贴着两对金属膜，它们构成上、下两个电容的极板。因为空气和液体的介电常数不同，因此当液面高度变化时，上面那个电容器