工程测量基础知识培训教材

工程测量基础知识培训教材引言工程测量是工程建设中不可或缺的基础性工作，它贯穿于工程建设的规划设计、施工建造、运营管理乃至后期维护的全过程。准确、高效的测量工作是保障工程质量、确保施工安全、控制工程造价、提升工程效益的关键技术手段。本教材旨在系统介绍工程测量的基础知识、基本原理、常用仪器及操作方法，为工程技术人员提供一套实用的入门指导，帮助其理解测量工作的本质，掌握必备的操作技能，并树立严谨的工作态度和质量意识。第一章工程测量概述1.1工程测量的定义与作用工程测量是研究地球空间中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用学科。简而言之，它是为工程建设服务的测量工作。其主要作用体现在：*规划设计阶段：提供地形图、断面图等基础资料，为工程选址、方案比选、设计计算提供数据支持。*施工建造阶段：将设计图纸上的建筑物、构筑物的平面位置和高程，精确地测设到施工现场，作为施工的依据；同时进行施工过程中的质量监控和进度测量。*运营管理阶段：对已建工程进行变形观测，监测其沉降、位移等变化，确保工程安全运营；为工程的维护、改造、扩建提供测量数据。1.2工程测量的基本原则工程测量工作必须遵循以下基本原则，以保证测量成果的准确性和可靠性：*由整体到局部，由控制到碎部：在测量工作中，应首先建立统一的平面控制网和高程控制网，然后以此为基础，进行建筑物各细部的测量和放样。这样可以有效地控制测量误差的累积，保证整体精度。*步步有检核：测量工作的每一个环节都必须进行严格的检核，防止错误发生，确保观测数据的正确性。检核方式包括计算检核、仪器检核、观测方法检核等。1.3工程测量的基本内容工程测量的内容广泛，主要包括：*控制测量：建立平面和高程控制网。*地形测量：测绘工程区域的地形图。*施工放样：将设计图纸上的点位测设到实地。*变形监测：对建筑物、构筑物及地基进行沉降、位移等观测。*竣工测量：工程完工后，对实际建成的工程进行测量，绘制竣工图。第二章地面点位的确定要进行测量工作，首先必须解决如何确定地面点在空间中的位置。2.1坐标系与高程系2.1.1地理坐标系地面点在球面上的位置通常用经度（λ）和纬度（φ）表示，称为地理坐标。它是以地球椭球面为基准面建立的坐标系。2.1.2平面直角坐标系在小区域内进行工程测量时，可将地球表面视为平面，采用平面直角坐标系来确定地面点的位置。*高斯平面直角坐标系：国家统一采用的平面坐标系，是将地球椭球面上的点通过高斯投影转换到平面上而建立的直角坐标系。*独立平面直角坐标系：当测区面积较小时，可自行建立独立的平面直角坐标系，通常以测区中心某点为坐标原点，以该地区子午线或磁子午线为纵轴（X轴，向北为正），横轴为Y轴（向东为正）。2.1.3高程系高程是指地面点到某一基准面的铅垂距离。*绝对高程（海拔）：地面点到大地水准面的铅垂距离。我国规定以青岛验潮站求得的黄海平均海水面作为大地水准面，称为“1985国家高程基准”。*相对高程：地面点到假定水准面的铅垂距离。在局部地区，当无法取得绝对高程时，可采用相对高程。*高差：两点间的高程之差，称为高差，用h表示。2.2确定地面点位的基本元素要确定地面上一个点的平面位置和高程，需要测量以下基本元素：*水平距离（D）：两点在水平面上投影之间的直线距离。*水平角（β）：过地面上某点的两条方向线在水平面上的投影所夹的角度。*高差（h）：两点间的高程之差。通过测量这三个基本元素，结合已知点的坐标和高程，就可以计算出未知点的坐标和高程。第三章测量工作的基本原则与程序3.1测量工作的基本原则如第一章所述，“由整体到局部，由控制到碎部”和“步步有检核”是测量工作必须严格遵守的基本原则。这两条原则是长期测量实践经验的总结，是保证测量成果质量的根本保证。“由整体到局部”可以限制误差的传递和累积，使整个测区的精度均匀；“步步有检核”可以及时发现和纠正错误，防止错误成果的延续。3.2测量工作的基本程序一项工程测量任务，通常遵循以下基本程序：1.技术设计：根据工程要求和现场条件，制定测量方案、技术要求、人员组织和进度计划。2.准备工作：包括仪器检校、资料收集、现场踏勘、控制点加密或布设方案设计等。3.控制测量：建立测区的平面控制网和高程控制网，为后续测量工作提供基准。4.碎部测量/施工放样：在控制测量的基础上，进行地形测绘或建筑物的施工放样。5.数据处理与成果整理：对观测数据进行检核、计算、整理，绘制图表，编写测量成果报告。6.成果验收与提交：按照规范要求对测量成果进行检查验收，合格后提交给相关部门。第四章常用测量仪器与工具工程测量离不开各种仪器和工具，了解其基本构造、性能和使用方法是进行测量工作的前提。4.1水准仪及其使用水准仪是用于测量地面两点间高差的仪器，主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。*主要功能：测量高差，进而由已知点高程推算未知点高程。*常用类型：根据精度等级和结构不同，有微倾式水准仪、自动安平水准仪等。*配套工具：水准尺（常用的有双面尺、塔尺）、尺垫。4.2经纬仪及其使用经纬仪是用于测量水平角和竖直角的仪器，主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。*主要功能：测量水平角、竖直角，也可间接测量距离和高差。*常用类型：光学经纬仪、电子经纬仪。*配套工具：测杆、标杆、三脚架。4.3全站仪及其使用全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体。*主要功能：同时进行角度测量、距离测量和坐标计算，可直接测定地面点的三维坐标。*特点：自动化程度高、操作简便、测量速度快、精度高。*配套工具：反射棱镜、三脚架、对中杆。4.4GNSS接收机及其使用GNSS（全球导航卫星系统）接收机是利用卫星信号进行定位的仪器，常见的有GPS、北斗等系统的接收机。*主要功能：在全球范围内实时进行三维定位、测速和授时。*特点：作业效率高、全天候、不受通视条件限制，常用于建立控制网、碎部测量、工程放样等。*常用模式：静态相对定位、快速静态相对定位、动态相对定位（如RTK）。4.5其他辅助仪器与工具除上述主要仪器外，还包括：*钢尺、测绳：用于较短距离的量距。*测锤、测钎：用于点的标记和投点。*记录手簿、电子记录设备：用于记录观测数据。*对讲机：用于测量作业时的通讯联络。*计算器：用于简单的计算。*尺垫、三脚架、对中杆：仪器支撑和对中整平的辅助工具。*反光背心、安全帽：保障作业人员安全的个人防护用品。第五章基本测量方法与操作掌握基本的测量方法是进行实际测量工作的核心。5.1水准测量水准测量是利用水准仪提供的水平视线，读取竖立在两点上的水准尺读数，来测定两点间的高差。*基本原理：h_AB=a-b，其中a为后视读数，b为前视读数。若已知A点高程H_A，则B点高程H_B=H_A+h_AB。*常用方法：*闭合水准路线：从一已知高程控制点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最后回到原已知高程控制点。*附合水准路线：从一已知高程控制点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最后附合到另一已知高程控制点。*支水准路线：从一已知高程控制点出发，沿待定高程点进行水准测量，其路线既不闭合也不附合，为了检核，需进行往返测量。*操作步骤：安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平、读数。*注意事项：消除视差、精平后再读数、注意前后视距尽可能相等以消除仪器误差影响、保护仪器等。5.2角度测量角度测量包括水平角测量和竖直角测量。*水平角测量：*原理：地面上一点到两个目标点的方向线在水平面上的投影所夹的角度。*常用方法：测回法（适用于观测两个方向）、方向观测法（适用于观测多个方向）。*操作步骤：对中、整平、瞄准、读数。*竖直角测量：*原理：在同一竖直面内，视线与水平线之间的夹角。*操作步骤：瞄准目标、调整竖盘指标水准管（或使用自动归零装置）、读数。竖直角有仰角和俯角之分。*注意事项：对中要准确、整平要严格、瞄准目标时尽量瞄准目标底部、读数要清晰准确。5.3距离测量距离测量是测量两点之间的水平距离或斜距。*钢尺量距：传统的量距方法，使用钢尺直接丈量。适用于短距离、高精度的量距。需注意直线定线、尺长改正、温度改正、倾斜改正等。*视距测量：利用经纬仪或水准仪望远镜内的视距丝和视距尺，根据几何光学原理同时测定距离和高差的一种方法。精度较低，适用于碎部测量。*电磁波测距：全站仪、测距仪等仪器利用电磁波（红外线、激光等）进行距离测量。具有速度快、精度高、操作简便等优点，是目前主要的距离测量方法。5.4坐标测量与放样*坐标测量：利用全站仪或GNSS接收机，通过测量已知点和未知点之间的角度、距离等元素，直接计算并显示未知点的三维坐标。*施工放样：根据设计图纸上待建建筑物的特征点坐标，利用测量仪器将其在实地标定出来的工作。这是施工阶段测量工作的核心内容。放样方法根据所用仪器不同而异，如极坐标法、角度交会法、距离交会法、坐标法等。5.5GNSSRTK测量简介GNSSRTK（实时动态）测量技术，是利用基准站接收机和流动站接收机，通过数据链实时传递观测数据，在流动站端进行实时差分解算，从而得到流动站在指定坐标系下的三维定位结果。*特点：实时性、高精度（厘米级）、作业效率高、操作简便。*作业流程：基准站架设与设置、流动站设置与初始化、点校正、碎部点测量或放样。第六章测量数据处理与质量控制6.1观测数据的记录与整理*记录要求：原始观测数据必须直接、真实、准确、清晰地记录，不得涂改、擦改。电子记录应及时备份。记录内容应完整，包括仪器型号、观测者、记录者、日期、天气、时间、测站、测点、观测数据、检核结果等。*数据整理：对原始记录进行检查、计算、整理，剔除错误数据，进行必要的改正计算（如尺长改正、温度改正等）。6.2测量误差的基本概念任何测量工作，由于仪器、人、外界环境等因素的影响，观测值与真值之间总会存在差异，这种差异称为测量误差。*误差来源：仪器误差、观测误差（人为误差）、外界条件影响（环境误差）。*误差分类：系统误差（有规律可循，可通过校正或计算消除）、偶然误差（无规律，但服从统计规律，可通过多次观测取平均值减弱）、粗差（错误，应避免和剔除）。*衡量精度的指标：中误差、相对误差、极限误差（容许误差）等。6.3数据检核与平差简介*数据检核：是保证测量成果正确性的关键步骤，包括计算检核、成果检核（如闭合导线的角度闭合差、坐标增量闭合差；水准路线的高差闭合差等）。各项检核均应在允许误差范围内。*平差计算：当观测值含有偶然误差，且观测值之间存在多余观测时，需要进行平差计算，以求得各观测值和未知量的最可靠值，并评定测量成果的精度。对于工程测量中的简单问题，可采用近似平差方法。6.4测量成果的整理与提交测量工作完成后，应将测量成果进行系统整理，形成规范的成果资料。主要包括：*测量技术总结报告*控制点成果表（坐标、高程）*观测手簿（原始记录或电子记录备份）*计算成果表*相关的地形图、断面图、放样点平面图等图纸资料*仪器检校记录等成果资料应齐全、规范，并按要求提交给相关单位。第七章测量作业安全测量作业，特别是在工程施工现场，安全至关重要。7.1人员安全*进入施工现场必须佩戴安全帽、反光背心等个人防护用品。*注意观察周围环境，避免在危险区域（如高空作业下方、基坑边缘、交通要道、高压线附近）停留和作业。*严禁酒后或在身体不适时进行测量作业。*野外作业时，注意防暑、防寒、防虫、防蛇等。7.2仪器设备安全*仪器开箱、装箱时，应严格按照操作规程进行，防止仪器受损。*仪器架设必须稳固，三脚架要踩实，防止仪器倾倒。*作业过程中，仪器旁必须有人守护，不得随意离开。*仪器在运输和使用过程中，要避免剧烈震动、碰撞和日晒雨淋。*仪器使用完毕后，应及时清理、保养，入箱存放于干燥、通风、安全的地方。7.3作业环境安全*在公路、铁路等交通沿线作业时，应设置明显的警示标志，并有专人指挥交通。*夜间作业应有充足的照明，并设置警示灯。*注意用电安全，避免仪器设备受潮、受雷击。第八章结语工程测量是一门理论与实践紧密结合的学科，其基础知