《工程测量》课程
教案
石家庄铁路职业技术学院
第一讲 绪论
一、
一、 工程测量的实质
工程测量的实质就是定位，即确定点为之间的关系。 对于点为之间的关系的确定通常有两种情况：
一种情况是：已知点位在地面上的位置，不知其与其它点位之间的具体关系，通常测量出这些点位的坐标（X ，Y ，H ）或将这些点用图表示，这个过程就叫测绘；
另一种情况：是点位的坐标已知，或在图上的位置已知，但在地面上的位置未知，将这些点位在地面上的位置测量出来，这个过程就叫测设（或施工放样）。
在测量中，由于点位要求的精度不同，采用的方法不同测量学又分为： 大地测量学：在广大区域布设高精度的控制点，顾及地球曲率的影响。 地形测量学：在小区域测量大比例尺地形图，不顾及地球曲率的影响。 摄影测量与遥感：研究用各种传感器所获得的影象绘制地形图。
工程测量学：研究各种工程在勘测设计、施工及运营等阶段中测量工作。 二、
二、 测量坐标系
测量坐标系与数学坐标系不同
X
Y
Y
X
测量坐标系
数学坐标系
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
三、三、地面上点位的表示方法
地面上的点位是空间点位对其表示用三个量表示平面坐标（X ，Y ）和高程H
四、
四、 测量内、外业遵循的原则
测量过程是带有误差的，误差是传递的，若从一点出发，一直测下去将会引起很大的误差，为了减小误差的积累，在外业测量中应遵循以下原则：
先控制，后碎部（或先整体，后局部）的原则 为了保证计算的正确性内业计算应遵循以下原则 ： 步步有检核，一人计算，另一人检核。 五、
五、 测量的基本工作
测量的实质就是定位也就是确定点位的（X ，Y ，H ）
，要想将这三个量求出
H
H
Y
来必须进行以下四项基本工作：
高程测量
角度测量
距离测量
方向测量
六、在工程建设中的测量工作
设计部门：
收集资料（各种比例尺地形图、DOM等）初测（导线测量、水准测量、1: 2000大比例尺地形测量）图纸定线定测（放线、直线测量、曲线测量、纵、横断面测量）
施工单位：
交接桩复测（导线测量、水准测量、直线测量、曲线测量、纵横断面测量）施工测量竣工测量
运营部门：
定时复测维修线路
第二讲水准测量
2-1 高程测量的概念
一、方法
1 水准测量（几何法）
2 三角高程测量
3 摄影测量
应用最多的是水准测量和三角高程测量，精度最高的是水准测量。三角高程测量主要用在大比例尺地形测量中，本章主要介绍水准测量。
二、地球的形状
陆地1.49亿平方千米占29% 地球总面积5.1亿平方千米海洋3.61亿平方千米71%由此可把地球看作是由水包围的水球.地球表面情况:高山、湖泊、海洋。最高处为8848.13米,最低处11022米.相差虽如此之大,但对庞大地球而言还是微不足道的.故我们可把地球看
作由静止海水面包围的球体,这一球体称为大地体-代表地球形状.大地体形状是很复杂的,无法用数字模型描述.为处理数据的方便,我们用规则的旋转椭球来代替.我国采用椭球是75年国际大地测量协会推荐的地球椭球体,其元素为:
a=6378140米
α=1/298.257
对于工程测量而言,顾及施工范围, α又很小,故把地球看成圆球,其半径为R=6371米.
三.几个概念
水准面:
静止的水面
特点:处处与法线方向垂直. 水准面无限扩展为曲面.
大地水准面:
简单的讲就是静止的海水面,.大地水准面就是经过多年观测得到的平均高度的海水面.即绝对高成的起算面
53年—56年---黄海高程系统
53年—85年---1985年国家高程基准(87年起用)
青岛原点:
为更方便进行水准测量工作,在青岛万象山上设置了一个点,经与验潮站标尺联测得到了它的高程.
72.289米---黄海高程系统
72.260米---1985年国家高程基准
高程(标高)
地面点沿铅垂线方向到高程起算面的距离,起算面的同高程可分为
绝对高程大地水准面;
相对高程假定水准面.
高差:
两点高程之差用h表示(与高程起算面无关)
hab=Hb-Ha
国家水准点
原则:先控制,后碎部.
从青岛原点出发,沿河流,道路由先控制,后碎部.原则布设的水准点.
铁路、公路水准点：
为道路勘测,施工,养护使用的水准点.
四.水准测量的原理
hab=Hb-Ha
只要求出AB两点高差即可.由上图我们看出是指的那一段,如何得到的?
假如我们在AB两点分别安放带有分划的标尺,并且在AB之间置一台能建立水平视线的仪器分别读取标尺上的读数a和b,则h=a-b,Ha已知,则Hb=Ha+hab.
由此可见,水准测量主要是高差测量,高差有正负,在施测时要明确施测方向,是A→B若A点高程已知
则A点是后视点,其读数是后视读数a
则B点是前视点,其读数是前视读数b
对高差来讲用文字表示为: 高差=后视读数-前视读数
要注意:前读数不一定能后视读数大
若hab>0则Hb>Ha
hab<0则Hb 在水准测量中用以下式子Hb=Ha+hab,Ha已知,由高差求取高程→高差法 若将上式变成Hb=(Ha+a)-b由此式求取高程→仪高法 五.水准仪,水准尺 水准仪 作用:迅速建立一条水平视线 种类: 按精度分: DS0.5?、DS1?、DS3、?DS10 按结构: 微倾水准仪,自动安平水准仪,数字水准仪.以微倾水准仪为例说明构造. 水准仪构造: 大概分三部分:望远镜,水准器,基座 望远镜:由物镜、目镜、对光螺旋、十字丝板。 物镜：提供视线、瞄准目标、读数用 目镜：放大物象 对光螺旋：使不同距离的目标成象清晰 十字丝板：提供水平视线。 明确一个概念： 视距轴（视线）：十字丝交点与物镜光心连线。 要注意它不是望远镜镜筒的中心线。 ②水准器 管水准器、圆水准器。 水准管轴：过零点的切线，水准仪就是凭水准气泡居中来建立水平视线。这样仪器要保证视准轴平行于水准管轴。 为了准确的使用水准管气泡居中，仪器安装了复合水准器（有一系列棱镜组成调节微倾螺旋，使影象窗可看到影象由图1变成图2） 只要气泡居中则说明视线水平 圆水准器： 粗略量平用 圆水准轴：过零点的球面法线。 基座： 承托水准仪，通过中心螺旋使水准仪与脚架连接，粗平仪器。 另外，为了准确瞄准望远镜还有一个制动、微动装置。 2．水准尺 塔尺5米 双面水准尺、3米、2.5米、4687、4787 六.水准仪的使用 安置水准仪 水准仪概略置平 瞄准目标 ①调目镜使十字丝清晰 ②调对光螺旋使尺象清晰 ③检查是否有视差 眼睛上下移动,若读数变化,说明有误差产生原因：象与十字丝影象不重合?。 第三讲三、四等水准测量 一, 水准测量的精度 国家测绘局对全国的水准测量作了统一规定,按不同的要求定了四个等级 一等水准测量 二等水准测量 三等水准测量 四等水准测量 二,水准路线的拟定 内容包括: 1,水准路线的选择 2,水准点位置的确定 3,施测计划的编制人员 仪器设备 经费 作业进度 三,水准测量的施测 1,水准路线的种类 附和水准路线 支水准路线路线长度一般不超过4Km 闭合水准路线 2,仪器工具 DS3水准仪一台, 双面尺一对,R垫一对 3,施测程序: 1将水准尺立于已知高程水准点上作为后视, 2 水准仪置于施测路线附近合适的位置, 3 在施测前进方向上,取仪器置后视大致相等的距离放量尺垫,在尺垫上竖立水准尺作为前 视. 读数顺序(三等)： 1,照准后视标尺黑面,读取下,上,中,三次读数. 2,照准前视标尺黑面,读取,下,上,中,三次读数 3,照准前视标尺红面,读取中丝读数. 4,照准后视标尺红面,读取中丝读数. 这样的顺序简称后一前一前一后(黑黑红红) 四等水准的顺序为后一后一前一前(黑红黑红) 4、三四等水准技术要求 等级仪器类型标准视线长前后视距差前后视距累计差黑红面读数(mm) 黑红面所测高差之差三DS3 75米 2.0米 5.0米 2.0 3.0 四DS3 100米 3.0米10.0米 3.0 5.0 三、四等水准测量应进行往返观测,每一测段的往测与返测测站应为偶数,由往测转向返 测时,必须重新安置仪器两水准尺应互换位置. 5,记录 (1)(1)测站上的计算与较核 1,高差部分 (9)=(3)+K- (4) (10)=(7)+K-(8) (11)=(9)-(10) 2,视距部分 (12)=(1)-(2) (13)=(5)-(6) (15)=本站(14)-前站的(15) (16)=(3)-(7) (17)=(4)-(8) (11)=(16)±100-(17) (2)(2)观测结果后的计算较核 1,高差部分 ∑(3)-∑(7)=∑(16)=h黑∑(3)-∑(4)=∑(9) ∑(4)-∑(8)=∑(17)=h红∑(7)-∑(8)=∑(10) h中=1/2(h黑+h红) 2视距部分 末站(15)=∑(12)-∑(13) 总视距=∑(12)+∑(13) 6,内业计算 (1)(1)复查外业观测记录 (2)(2)闭核差计算fh=∑h往+∑h返 fh=∑h fh=∑h测-∑h理 限差四等±20√Lmm 三等±12√Lmm L一符合或闭合路线长度,以Km计. (3)(3)高程误差配赋计算 高程误差配赋表 第四讲：水准仪的检验及水准测量误差分析 一、一、水准仪的检验 1、1、水准仪应忙足的条件 主要条件：水准管轴平行于视准轴 望远镜的视准轴应随调整而变动 次要条件：圆水准轴平行于仪器竖轴 十字丝横丝垂直于仪器竖轴 2、2、水准仪的轴系 水准管轴LL 视准轴CC 仪器竖轴VV 圆水准轴L′L′ 3、3、水准仪检校 检校原则：前面的检校项目不受后面检校项目的影响。 检校按下面顺序进行不能颠倒。 （1）、圆水准仪检校 目的：L′L′∥VV 方法：先进行粗平，然后转1800，若气泡居中说明条件满足原理 （2）、十字丝横丝检校 目的：十字丝横丝⊥竖轴 方法：先使横丝一端照准一点，转动微动轮若目标始终在横丝上移动则说明条件满足，否则要矫正 （3）、水准管的检校 目的：CC∥LL 方法：在平坦地面上选A、B两点，相距60-100米在两点上打入木桩或用尺垫代替，先将水准仪置于AB中间测AB两点高差h1=a1-b1,然后将仪器置于A、B任意点附近再次测A、B两点高差h2=a2-b2若h1-h2≦4mm则说明条件满足，否则校正。 原理： 校正：转动微动螺旋使十字丝读数a2变或a2’然后再调整水准管气泡，使其符合例： 调整使读数从1483变到1420，然后再使其符合 二、二、水准测量误差分析 1、1、产生原因：仪器、观测者、外界因素 2、2、仪器误差 （1）、LL∥CC 削减：s1=s2→前后视距相等 （2）对光时透镜沿着轴移动（调焦引起的视准轴误差） 削减：前后视距相等 （3）尺子误差 刻划不均匀 削减：对尺子进行检验 3、3、观测误差 （1）、读数误差 仪器放大倍率，人眼分辨能力，视差 削减：观测认真，消除视差 （2）、水准管气泡居中误差 削减：操作认真、使气泡居中 （3）、尺子不垂直 使读数增大 削减：水准尺上加气泡，摇尺法（前、后）使该数最小 4、外界因素影响 （1）、仪器下沉、水准尺下沉 仪器下沉使前后读数变小高差变大 削减：选择土质坚硬处、提高观测速度 水准尺下沉使后视读素变大，从而引起高差变大 削减：选择土质坚硬处，加尺垫 （2）、地球曲率与大气折射光影响 （3）、其他：风、温度等 选择最佳观测时间 第五讲：角度测量 一、一、角度测量的原理 （一）（一）角度的概念 在我们测量中，所涉及的角度测量是水平角测量和竖直角测量 1、1、水平角：从一点出发的两条射线所夹角在水平面上的投影 竖直角：一条射线在铅垂面内与水平线间夹角。 二者并同点 不相同点：水平角两射线不固定，竖直角一射线固定。 相同点：都是两个方向夹角。 （二）（二）先解决（水平角）测量原理及对仪器的要求由水平角的定义看，对仪器有哪些要求呢？ 要有一个投影面→量角装置→水平度盘。 要有一个对中装置，将仪器安置在角顶上。 要有一个瞄准装置→望远镜 要有一个读数装置 若有了以上装置那么我们看 若置镜O→B→b →A→a β=a-b 根据以上原理设计的一起叫经纬仪 （三）（三）经纬仪的构造 1、1、经纬仪的类型 按度盘构造分:游标经纬仪（金属） 光学经纬仪（玻璃） 电子经纬仪（光栅） 按精度分:DJ0.7、DJ1、DJ2、DJ6 D→大地测量J→经纬仪 2、经纬仪构造：照准部 水平度盘 基座 （1）（1）照准部 望远镜、竖直度盘、水准器、读数设备、十字丝环 望远镜→作用同S3 竖直度盘→主要测竖直角 水准管→使竖轴铅垂 读数设备：读取数据 十字丝环 读竖直角时用横丝 读水平角时用竖丝 除以上部件外，还有一些附件 为了竖直方向更准确地瞄准目标，有一个竖直制动和一个微动 为了水平方向更准确地瞄准目标，有一个水平制动和一个微动 为了便于使仪器在某一方向为某一读数，一起有一个度盘安置手轮（2）、水平度盘 用光学玻璃制成的圆盘，其上按顺时针方向由0-360注记 （3）、基座：承托仪器使水准仪与三脚架连接 （三）、读数J6仪器：指线测微轮法 分微尺型 1、1、指线测微轮P34 读数规律：首先转动测微轮，使度盘在指标线精确夹主度盘上某一刻划，得 整度数，不足整数部分在微尺上读取，两者之和为全部读数。 分微尺型读数规律： 那一根度盘刻划线落在测微尺上读取该读数，并以此为指标线，在分微尺上读取不足刻划值的零数上者之和即为所求读数。 J2经纬仪对经符合：非数字式 数字式 非数字式：首先转动测微轮使上、下指标线对齐，左正右倒相差180 读左正得整度数，数格数得整10秒数，上分下秒左分右秒读不足10秒 数字式：首先转动测微轮使上下指标线对齐，大格中为整度数、小格中为整10秒数，不足10秒在分微尺上读取。 （四） （四） 纬仪使用：安置经纬仪 对中 整平 瞄准目标 读数 第六讲：水平角的观 测方法 一 方法: 1测回法：适用于2个目标 2方法观测法：适用于3以上各目标 (一)测回法（如图） 置镜o 点对中、整平 盘左：瞄准目标 A 读取水平度盘读数为a1 瞄准目标 B 读取水平度盘读数为 b1 盘右：瞄准目标B 读取水平度盘读数 b2 瞄准目标A 读取水平度盘读数a2 β1=a1-b1 β2=a2-b2 A B O O ?=β1-β2≤+ -40″则 β=（β1+β2）/2 记录。计算 （二）方向观测法 置镜o 对中、整平 首先选择一个成象清晰的点作为起始点（零方向）列以 A 为起始方向 观测步骤： 盘左：先瞄准 A 点。根据测回数安置水平度读数 瞄准 A 点两次符合，两次读数之差不大于3″ 半测回： 顺时针瞄准 B 点两次符合两次读数之差不大于3″ 归零差不大于8″ 顺时针瞄准 C 两次符合两次读数之差不大于3″ 顺时针瞄准D 两次符合两次读数之差不大于3″ 顺时针瞄准 A 两次符合两次读数之差不大于3″ 盘右 逆时针瞄准 A 点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准 D 点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准 C 点两次符合两次读数之差不大于3″ 逆时针瞄准 B 点两次符合两次读数之差不大于3″ O A B C D 逆时针瞄准AB点两次符合两次读数之差不大于3″ 方向观测法的误差 两次符合读数差半测回归零差各测回同方向2e互差各测回同方向值互差 ±3 ″±8″±13 ″±10″竖直角测量原理及测量方法 一、一、测量原理 对于竖直角要指定那点的竖直角 对于竖直角，由于水平线固定，故在设计度盘时将此水平线为一常数。 二、二、竖盘构造 1、注记顺时针注记 逆时针注记 2、竖盘固连在望远镜横轴上 3、指标线读数前其处于正确位置，使其处于正确位置有两种方式 指标水准管补偿器 所谓指标线处于正确位置是指视线水平时，指标线指向常数90度或270度 三、三、竖直角测量与计算 四、四、置镜A 对中，整平 盘左：瞄准P（横丝）读取P1 107-01-30 盘右：瞄准P读取读数P2 252-58-20 角值计算 竖直角=常数-读数或竖直角=读数-常数 竖直指标差：当视线水平时，读数指标线应指向常数（90?或270度）若不指向常数则 产生一个差值，该差值就叫指标差 以逆时针为例说明指标差计算；盘左则α=读数-（90-x）=(读数+x)-90=（读数-90）+x 使读数减小3个x 盘右：α=（270-x）- 读数=270-（读数+x）使读数小于3x α左=α+x α右=α-x α=（α左+α右）/2 x=1/2(α左-α右)=1/29（（L-90）-(270-R)）=1/2((L+R)-360) 若指标线偏离注字增加一方为正（使读数增加） 若指标线偏离注字减小一方为负（使读数减小） 第七讲：经纬仪的检校 一、一、经纬仪的主要轴线：仪器横轴HH 望远镜视准轴CC 仪器竖轴VV 水准管轴LL 圆水准轴L′L′ 二、二、主要轴线满足条件：LL⊥VV CC⊥HH
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