土木基础与工程 8

项目四土木工程测量项目目标(1)能够掌握钢尺量距的方法及成果处理；(2)理解钢尺量距、电磁波测距的方法及成果处理；(3)掌握直线定向的方法。技能目标(1)了解钢尺量距的工具；(2)了解电磁波测距的原理；(3)了解全站仪的工作原理。知识目标(1)培养在学习和工作过程中遵守相应的行业标准的习惯；(2)培养勤奋学习的态度，以及严谨求实、团结协作的工作作风。素质目标目录CONTENTS任务一认识钢尺量距任务二认识视距测量任务三认识电磁波测距PART01认识钢尺量距一、任务引入一本书的面积是多少?对此，可以用尺子去量长和宽，然后通过计算得到书的面积。那么，一个体育馆的占地面积是多少?如何去量测才能得到可信的数据呢?原理是相同的一般体育馆形状是比较规整的长方体，平面是一个长方形，也可以通过量测长和宽，然后计算得到。接下来先学习传统的距离量测方法。二、资源准备(1)卷尺、测钎、标杆；(2)写字板。1.教学设备与工具不打闹、不抽烟，注意人身安全和仪器使用安全。2.安全要求及注意事项表4-1详见教材第74页3.参与人员组织及职位分工(见表4-1)三、相关知识1.钢尺及其他丈量工具(1)钢卷尺(钢尺)；长度:20m、30m、50m；分类(见图4-1):端点尺、刻线尺。三、相关知识1.钢尺及其他丈量工具(2)丈量工具(见图4-2)：标杆、测钎、垂球、弹簧秤、温度计。三、相关知识2.直线定线直线定线是指在两点的连线上标定出若干个点的工作。定线工具:标杆、测钎、经纬仪。定线方法:目测定线、经纬仪定线。三、相关知识2.直线定线(1)目测定线——二端为准，概量定点。①两点间定线(见图4-3)；三、相关知识2.直线定线(1)目测定线——二端为准，概量定点。②两点延长线上定线(见图4-4)。三、相关知识2.直线定线(2)经纬仪定线——纵丝为准，概量定点。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，…，如图4-5所示。在各尺段端点打入木桩，桩顶高出地面5~10cm，在每个桩顶刻画十字线，其中一条在AB方向上，另一条垂直于AB方向，以其交点作为钢尺读数的依据。三、相关知识3.钢尺量距的一般方法A、B两点间的距离为DAB=nl+q(4-1)式中，n为整尺段数；1为钢尺长度(m);q为不足一整尺的余长(m)。1)平坦地面上的量距方法(见图4-6)三、相关知识3.钢尺量距的一般方法还应由B点量至A点进行返测。返测时应重新进行定线。取往、返测距离的平均值作为直线AB最终的水平距离，即1)平坦地面上的量距方法(见图4-6)式中，Dav为往、返测距离的平均值(m);Df为往测的距离(m);Db为返测的距离(m)。三、相关知识3.钢尺量距的一般方法1)平坦地面上的量距方法(见图4-6)量距精度用相对误差K衡量，即(K值愈小，精度愈高；反之，精度愈低。在平坦地区，相对误差<1/3000;在量距较困难地区，相对误差≤1/1000。)三、相关知识3.钢尺量距的一般方法2)倾斜地面上的量距方法(1)平量法。在倾斜地面上量距时，如果地面起伏不大，可将钢尺拉平进行丈量。如图4-7所示丈量A、B两点之间的距离时，后尺手以尺的零点对准地面A点，并指挥前尺手将钢尺拉在AB直线方向上，同时前尺手抬高尺子的一端，并目估使钢尺水平，将锤球绳紧靠钢尺上某一分划，用锤球尖投影于地面上，再插以测钎，得1点。此时，钢尺上分划读数即为A、1两点间的水平距离。同法继续丈量其余各尺段。当丈量至B点时，应注意锤球尖必须对准B点。各测段丈量结果的总和就是A、B两点间的往测水平距离。为了方便起见，返测也应由高向低丈量。若精度符合要求，则取往返测的平均值作为最后结果。三、相关知识3.钢尺量距的一般方法2)倾斜地面上的量距方法(2)斜量法。当倾斜地面的坡度比较均匀时，如图4-8所示，可以沿倾斜地面丈量出A、B两点间的斜距L，用经纬仪测出直线AB的倾斜角α，或测量出A、B两点的高差hAB，然后计算AB的水平距离DAB，即三、相关知识3.钢尺量距的一般方法2)倾斜地面上的量距方法三、相关知识4.钢尺量距的精密方法1)钢尺检定由于材料原因、刻画误差、长期使用带来的变形以及丈量时温度和拉力不同的影响，实际长度往往不等于尺上所标注的长度，即名义长度。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法1)钢尺检定(1)尺长方程式。lt=l0+Δl+α(t-t0)l0

（4-6）式中，lt为钢尺在温度

t时的实际长度(m)；l0为钢尺的名义长度(m)；Δl为尺长改正数(m)；α为钢尺的膨胀系数，一般为1.25x10-5m/℃；t0

为钢尺检定时的温度(℃)；

t为钢尺使用时的温度(℃)。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法1)钢尺检定(2)钢尺的检定方法。标准尺长比较的方法：两根钢尺并排放在平坦地面上，都施加标准拉力，并将两根钢尺的末端刻画对齐，在零分划附近读出两尺的差数，如图4-9所示。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法2)钢尺量距的精密方法(1)准备工作。先清理场地，然后进行直线定线。精密量距用经纬仪定线(见图4-5)。测桩顶间高差利用水准仪，用双面尺法或往、返测法测出各相邻桩顶间高差。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法2)钢尺量距的精密方法(2)丈量方法。人员组成：两人拉尺，两人读数，一人测温度兼记录，共5人。丈量时，后尺手挂弹簧秤于钢尺的零端，前尺手执钢尺末端，两人同时拉紧钢尺，把钢尺有刻画的一侧贴切于木桩顶十字线的交点，待达到标准拉力时，由后尺手发出“预备”口令，两人拉稳尺子，由前尺手喊“好”。在此瞬间，前、后读尺员同时读取读数，估读至0.5mm，并计算尺段长度。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法2)钢尺量距的精密方法前、后移动钢尺一段距离，同法再次丈量。每一尺段测三次，读三组读数，各组算得的长度之差不能超限(二级≤2mm，三级<3mm)，否则应重测。若在限差之内，则取三次结果的平均值作为该尺段的观测结果。每一尺段测量应记录温度一次，估读至0.5℃。如此继续丈量至终点，即完成往测工作。完成往测后，应立即进行返测。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法2)钢尺量距的精密方法(3)成果计算。经过尺长改正、温度改正和倾斜改正计算水平距离，并求总和，得到直线往测、返测的全长。往、返测较差符合精度要求后(二级<1/20000，三级≤1/10000)，取往、返测结果的平均值作为最后成果。三、相关知识4.钢尺量距的精密方法2)钢尺量距的精密方法根据尺长改正、温度改正和倾斜改正，计算尺段改正后的水平距离。尺长改正：温度改正：Δlt=α(t-t0)l（4-8）倾斜改正：尺段改正后的水平距离：

D=I+Δld+Δlt+Δlh(4-10)三、相关知识5.钢尺量距的误差及注意事项(1)尺长误差。钢尺的名义长度和实际长度不符产生的误差称为尺长误差。尺长误差是积累性的，它与所量距离成正比。(2)定线误差。丈量时钢尺偏离定线方向，将使测线成为一条折线，导致丈量结果偏大，这种误差称为定线误差。三、相关知识5.钢尺量距的误差及注意事项(3)拉力误差。钢尺有弹性，受拉会伸长。钢尺在丈量时所受拉力应与检定时拉力相同。如果拉力变化±25.48N，尺长将改变±1mm。一般量距时，只要保持拉力均匀即可。精密量距时，必须使用弹簧秤。(4)钢尺垂曲误差。钢尺悬空丈量时中间下垂，称为垂曲，由此产生的误差为钢尺垂曲误差。垂曲误差会使量得的长度大于实际长度，故在钢尺检定时，亦可按悬空情况检定，得出相应的尺长方程式。在成果整理时，按此尺长方程式进行尺长改正。三、相关知识5.钢尺量距的误差及注意事项(5)钢尺不水平的误差。用平量法丈量时，钢尺若不水平，会使所量距离增大。对于30m的钢尺，如果目估尺子水平误差为0.5m(倾角约为1°)，则产生的量距误差为4mm。因此，用平量法丈量时应尽可能使钢尺水平。精密量距时，测出尺段两端点的高差，进行倾斜改正，可消除钢尺不水平的影响。三、相关知识5.钢尺量距的误差及注意事项(6)丈量误差。钢尺端点对不准、测钎插不准、尺子读数不准等引起的误差都属于丈量误差。这种误差对丈量结果的影响可正可负，大小不定。在量距时应尽量认真操作，以减小丈量误差。(7)温度改正。钢尺的长度随温度变化，丈量时温度与检定钢尺时温度不一致，或测定的空气温度与钢尺温度相差较大，都会产生温度误差。因此，精度要求较高的丈量，应进行温度改正，并尽可能用点温计测定尺温，或在阴天进行，以减小空气温度与钢尺温度的差值。四、实践操作实践操作

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确定尺长方程式要求通过标准尺的比较写出尺长方程式。有一标准尺的尺长方程式为L=30-0.006+1.25x10-5x30(t-20)，单位:m，将一根30m的钢尺与其比较，发现比标准尺长了11mm，钢尺比较时的温度为25℃，求此钢尺的尺长方程。目的学会尺长方程式的确定。四、实践操作实施步骤步骤1:确定尺长改正数:

。步骤2:确定温度改正项:

。步骤3:钢尺的名义尺长为:

。步骤4:钢尺的尺长方程式为:

。步骤5:计算结果正确□不正确□计算情况:

。实践操作

：

确定尺长方程式四、实践操作实施步骤引导问题：尺寸方程式的组成是什么?.本任务实训总结(心得体会)：.实践操作

：

确定尺长方程式步骤6：相关知识引导五、总结评价1.实训操作结果汇报(表4-2)2.实训过程性评价表(小组互评)(表4-3)表4-2实训操作结果汇报；（查看教材80页）表4-3实训过程性评价表(小组互评)；（查看教材81页）PART02认识视距测量一、任务引入随着科学技术的飞速发展，距离的测量技术也在发展。除了钢尺量距，还有什么简便的方法可以测量距离吗?本任务学习方便快捷的视距测量。二、资源准备(1)经纬仪、脚架、水准尺；(2)写字板。1.教学设备与工具不打闹、不抽烟，注意人身安全和仪器使用安全。2.安全要求及注意事项表4-4详见教材第82页3.参与人员组织及职位分工(见表4-4)三、相关知识1.视距测量原理对于倒像望远镜：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=a-b，则水平距离D有三、相关知识2.视准轴水平时的距离和高差公式(见图4-10)(1)视准轴水平时的距离公式为D=KL=1001(4-12)(2)测站点到立尺点的高差公式为h=i-v(4-13)式中，i为仪器高，是桩顶到仪器水平轴的高度；v为中丝在标尺上的读数。三、相关知识2.视准轴水平时的距离和高差公式(见图4-10)三、相关知识3.视准轴倾斜时的距离和高差公式(见图4-11)水平距离D为高差h为三、相关知识3.视准轴倾斜时的距离和高差公式(见图4-11)三、相关知识4.视距量距误差与注意事项(1)垂直折光影响——使视线离地面1m。(2)视距乘常数K——检定。(3)风力抖动——成像稳定。(4)视距尺倾斜误差——尺扶正。(5)视距尺分划误差——检查检定。(6)读数误差——认真操作。四、实践操作实践操作

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视距测量的操作要求掌握视距测量的操作。目的(1)熟悉视距测量的操作步骤；(2)熟悉经纬仪读数、计算和检核。四、实践操作实施步骤操作内容：通过

和三脚架上的

把经纬仪固定在三脚架上。用小卷尺从地面

量到经纬仪

，量取仪器高度，精确到

，并记录到手中。注意事项：注意三脚架的稳定性，连接螺旋要拧紧。操作结果：规范□不规范□操作情况：

。步骤1：安置经纬仪，量取仪器高。实践操作

：

视距测量的操作四、实践操作实施步骤操作内容：(1)粗瞄：

、

、

三点一线，粗瞄目标。(2)对光：调节

，使得目标使十字丝成像清晰；固定

和

，使得目标固定在视野内。(3)精瞄：调节

，使目标成像清晰；然后调节

和

，精准瞄准目标。(4)消除视差：通过反复调节

和

，使十字丝和目标都清晰成像，眼睛在目镜上下左右微动，十字丝和水准尺依然能保持清晰(5)使

等于

。步骤2：瞄准标尺。实践操作

：

视距测量的操作四、实践操作实施步骤目标水准尺成像清晰后，读上丝和下丝在水准尺上的读数。尺间距=

-

，正负不影响结果，距离为正数。记录数据到手簿中。步骤3：读数。实践操作

：

视距测量的操作四、实践操作实施步骤(1)读数前，使竖盘水准气泡居中。(2)打开反光镜，使读数窗光线均匀。(3)调焦，使读数窗分划清晰，注意消除

。(4)按不同的测微器直接读取水平、竖直度盘，读度、分、秒，秒为估读且为

的倍数。竖盘读数，读竖直角刻画上的读数，一般标记为

或

。注意事项：注意秒为估读且

的倍数。读数时，操作员大声

，记录员记录并大声

。注意刻度对应竖直角，不要读错刻度分划尺。操作结果：规范□

不规范□故障现象：

。步骤4：竖盘读数(见图4-12)。实践操作

：

视距测量的操作四、实践操作实施步骤依次记录所测得数据，填入表4-5。操作结果：规范□不规范□完整□不完整□故障现象：

。步骤5：以上完成一个测点观测，重复步骤2~4，观测另一个观测点。实践操作

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视距测量的操作四、实践操作实施步骤步骤5：以上完成一个测点观测，重复步骤2~4，观测另一个观测点。表4-5详见教材86页。实践操作

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视距测量的操作四、实践操作实施步骤引导问题：什么是尺间距?.本任务实训总结(心得体会)：.步骤6：相关知识引导。实践操作

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视距测量的操作五、总结评价1.实训操作结果汇报(表4-6)2.实训过程性评价表(小组互评)(表4-7)表4-6实训操作结果汇报；（查看教材86页）表4-7实训过程性评价表(小组互评)；（查看教材87页）PART03认识电磁波测距一、任务引入“经济发展，测绘先行”，从早期上海市的城市沉降测绘、西安大雁塔倾斜监测，到30km距离误差只有1mm的磁悬浮列车轨道定位，从“南水北调”“西气东输”的选线,到“5.12”汶川地震的重建规划，从国界勘定到“神舟”飞船的精确定轨等，借助于先进的电磁波测量仪器，测绘员们获得了准确可信的测量成果。本任务学习电磁波测距。二、资源准备(1)全站仪；(2)写字板。1.教学设备与工具不打闹、不抽烟，注意人身安全和仪器使用安全。2.安全要求及注意事项表4-8详见教材第88页3.参与人员组织及职位分工(见表4-8)三、相关知识1.电磁波测距的基本原理电磁波测距是用电磁波(光波或微波)作为载波，传输测距信号，通过测定电磁波在两点间传播的时间从而计算距离的一种方法。与传统的量距方法相比，电磁波测距具有精度高、速度快、几乎不受地形限制等优点。三、相关知识1.电磁波测距的基本原理如图4-13所示，欲测定A、B两点间的距离D，可在A点安置能发射和接收电磁波的电磁波测距仪，在B点设置反射棱镜。电磁波测距仪发出的电磁波经镜反射后，又返回到测距仪，通过测定光波在AB之间传播的时间t,，根据电磁波在大气中的传播速度c，计算距离D为三、相关知识1.电磁波测距的基本原理三、相关知识1.电磁波测距的基本原理根据测定时间t的方式不同，可将电磁波测距法分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。脉冲测距法是直接测定脉冲信号发射和接收的时间差来确定距离的方法，具有脉冲发射的瞬时功率大、测程远的优点，但受到脉冲宽度和电子计数器时间分辨率的限制，绝对精度较低，一般为±(1~5)m。相位测距法是利用测相电路直接测定调制电磁波在待测距离上往返传播所产生的相位差来确定距离的方法，其最大的优点就是测距精度高，一般可达±(5~20)mm。高精度的测距仪一般采用相位式。三、相关知识2.全站仪测距的特点全站型电子速测仪(ElectronicTotalStation)是一种利用机械、光学、微型计算机等元件组合而成、可以同时进行角度测量和距离测量，并可进行有关计算的高科技测量仪器。由于只要在测站上一次安置该仪器，便可以完成该测站所有的测量工作，故称之为电子全站仪，简称全站仪(TotalStationInstrument)。三、相关知识2.全站仪测距的特点(1)可改变测程。可根据全站仪的类型、反射棱镜数目和气象条件改变其最大测程,以满足不同的测量目的和作业要求。三、相关知识2.全站仪测距的特点(2)可变换测距模式。按具体情况，全站仪测距可设置为高精度测量和快速测量模式；可选取距离测量的最小分辨率，通常有1cm、1mm、0.1mm几种；可选取测距次数(主要测距模式)，有单次测量(能显示一次测量结果，然后停止测量)、连续测量(可进行不间断测量，只要按停止键，测量马上停止)、指定测量次数；多次测量平均值自动计算(根据所定的测量次数，测量后显示平均值)。三、相关知识2.全站仪测距的特点(3)可设置测距精度和时间。主要模式：精密测量(测量精度高，需要数秒测量时间)、简易测量(测量精度低，可快速测量)、跟踪测量(如在施工放样时，边移动反射棱镜边测距测量时间小于1s，通常测量的最小单位为1cm)。(4)自动改正功能。在测距前设置相应的参数，距离测量结果可自动进行棱镜常数的改正、气象(温度和气压)的改正和球差及折光差的改正。三、相关知识3.全站仪使用注意事项全站仪是精密贵重的测量仪器，要防日晒、防雨淋、防碰撞震动、防尘和防潮。在阳光下使用全站仪测量时，一定要撑伞遮掩仪器，严禁用望远镜对准太阳。近距离将仪器和三脚架一起搬动时，应保持仪器竖直向上。运输时应将仪器装于箱内，并应小心避免挤压、碰撞和剧烈震动。仪器长期不使用时，应将电池卸下分开存放。在装卸电池时，必须先关断电源。电池应每月充电一次。仪器不使用时，应将其装入箱内，置于干燥处。三、相关知识4.SET230R全站仪的使用1)SET230R全站仪的技术指标仪器技术指标：测角精度±2";测距精度(激光测距)：用棱镜±(2+2x10-6D)mm，免棱镜±(3+2x10-6D)mm;气象改正，输入气温、气压；内存容量约10000个细部点。测量前准备工作：检查电池电量；准备已知数据(控制的坐标)；输入气温、气压，气象改正数值；输入棱镜常数值(国产“-30”，进口“0”)、仪器高和棱镜高。三、相关知识4.SET230R全站仪的使用SET230R操作面板如图4-14所示。2)SET230R操作面板三、相关知识4.SET230R全站仪的使用SET230R菜单框图如图4-15所示。3)SET230R菜单框图三、相关知识4.SET230R全站仪的使用4)仪器开机和自检在操作面板上按“ON”键打开电源，仪器进行自检，屏幕显示测量模式[见图4-16(a)]。若此时仪器置平未达到要求，则度盘读数行显示“超出”警告[见图4-16(b)]，应根据水准管气泡重新整平仪器。三、相关知识4.SET230R全站仪的使用4)仪器开机和自检三、相关知识4.SET230R全站仪的使用5)距离测量测量距离之前，应设置测距参数；在“测量模式”屏幕按“改正”功能键，显示EDM屏幕(见图4-17)，设置测距模式、反射器、棱镜常数、温度、气压等参数。照准目标中心,按“距离”功能键，进行距离测量，竖盘的天顶距读数和水平度盘读数也同时显示，如图4-18所示。完成距离测量后，按“切换”功能键可以使距离值在斜距(S)、平距(H)、垂距(V)之间变换显示。三、相关知识4.SET230R全站仪的使用5)距离测量四、实践操作实践操作

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全站仪测距要求利用全站仪进行距离测量。目的(1)熟悉全站仪的操作步骤；(2)熟悉全站仪测距步骤。准备工作在测量距离之前应进行目标高输入、气象改正、棱镜类型设定、棱镜常数值设定、测距模式设置并观察返回信号的大小，然后才能进行距离测量。四、实践操作实施步骤步骤1：目标高输入。实践操作

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全站仪测距在基本测量状态下按“热键”键，屏幕显示热键菜单。选择“目标高”，则显示目标高设置界面。按相应数字键输入目标高，如目标高为1.230m，则输入1.230，按“回车”键确认。四、实践操作实施步骤步骤2：气象改正。实践操作

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全站仪测距在基本测量状态下按“热键”键，屏幕显示热键菜单。选择“温度一气压”选项，显示温度气压设置界面。输入测定的温度和气压，按“回车”键确认。四、实践操作实施步骤步骤3：棱镜类型设定、棱镜常数值设定、测距模式设置。实践操作

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全站仪测距在基本测量状态下按“测