工程测量基础知识
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1基础知识
测量学是研究地球的形状和大小以及确定地球表面（包括空中、地面和海底）点位关系的一门科学。
工程建设三阶段：勘测设计、施工建设、运营管理。
一、建筑工程测量的任务及作用：
(1) 地形测图，亦称测定（测绘）
它是利用各种测量仪器和工具，将地面上局部区域的地物和地面起伏得形状、大小，按一定的比例尺缩小测绘成地形图，为工程建设的规划、设计和施工提供服务。
(2) 施工放样，亦称测设（放样）
它是将图纸上规划、设计好的建筑物位置、尺寸测设于地面，作为施工依据，并在施工过程中，配合工程进度进行一系列测量工作，以保证工程质量。
(3) 变形测量
对于一些大型或重要的建筑物，在施工和运营期间，要定期进行变形观测，了解其变形规律，以确保建筑物的安全。
二、地面点位的确定：确定地面上一点的空间位置，需要用三个量来表示，在测量工作中，是用地面点在基准面（参考椭球面)上的投影位置坐标和该点沿投影方向到基准面（大地水准面）的距离来表示的。
三、用水平面代替水准面的限度
（1）地球曲率对水平距离的影响：在半径为10km的范围内，地球曲率对水平距离的影响可以忽略不计，即可以用水平面代替水准面。
（2）地球曲率对高程的影响：当距离为100m时，在高程方面的误差就接近1mm，这对高程测量的影响是很大的，所以地球曲率对高程的影响是必须予以考虑的，即尽管距离很短，也不能以水平面代替水准面。
四、测量基本工作：角度测量、距离测量、高程测量。
五、测量工作应遵循的基本原则：“从整体到局部”“先控制后碎部”。其目的是：防止测量误差的积累，保证测量精度；同时由于建立了统一的控制网，把碎部测量划分成几部分来进行，可以加快测量进度。
测量工作的基准线是：铅垂线
测量工作的基准面是：水准面
测量计算的基准面是：参考椭球面
水准面：设想由一个静止的海水面向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，曲面上处处和铅锤方向相垂直，这个静止的海水面称为水准面。
大地水准面：海水受潮汐影响，时涨时落，所以水准面有无数个，其中与平均海水面重合的水准面称为大地水准面，是测量工作中点位投影和计算点位高度得基准面。
由于参考旋转椭球体的扁率（α＝𝟏𝟐𝟗𝟖.𝟐𝟓𝟕＝长半径𝐚−短半径𝐛长半径𝐚） 很小，为计算方便，常把地球近似看作圆球，其半径为6371km。
参考椭球体：常选用一个能用数学公式表示其形状和大小，且与大地水准面很接近的旋转球体作为地球的参考形状和大小，并将这个旋转椭球体称为参考椭球体。
在测量工作中，常采用高斯横圆柱投影（一种正形投影）的方法来建立平面直角坐标系统。
绝对高程：地面点沿铅垂线方向至大地水准面的距离称为该点的绝对高程或海拔（绝对高程是一定的），以H表示。
相对高程：地面点沿铅垂线方向至任意水准面的距离成为该点的相对高程，亦称假定高程（不一定）。
我国目前采用的是“1985年国家高程基准”，以黄海平均海水面作为高程起算的基准面，其高程为72.260m。
高差：地面上两点的高程之差称作高差，用h表示，A、B两点的高差为ℎ𝐴𝐵=𝐻𝐵−𝐻𝐴。
确定地面点位的三个基本要素：水平距离、水平角、高差。
测量上将地物和地貌统称为地形。
1度(d)=60分(m)=3600秒(s) 1°=60′=3600″=0.01745rad 1圆周角=360°=2πrad
测量计算数值凑整规则：四舍五入（大于5者进，小于5者舍）等于5者看前面数值，奇进偶不进eg：2.7335→2.734，2.31439→2.314，4.62550→4.626，4.62650→4.626
2水准仪及其使用
水准测量的原理是利用水准仪提供的水平视线，根据前后点水准尺的读数，测定两点的高差，从而由一点的已知高程，推算另一点的高程。
高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同，分为水准测量，三角高程测量和气压高程测量
水准仪主要由望远镜，水准器，托板和基座几部分组成
望远镜由物镜——对光透镜——十字丝分化板——目镜组成，十字丝主要是用来瞄准目标和读数的。
视距丝是用来测定距离的，上下视距丝分别成为上丝和下丝，距离=|上丝-下丝|×100。
十字丝交点与物镜光心的连线，称为望远镜视准轴，是用以瞄准和读数的视线。
望远镜的作用是提供一条瞄准目标的视线，并将远处目标放大，以提高瞄准和读数的精度。
圆水准器安装在托板上，其轴线与竖轴平行，所以当圆水准器气泡居中时，仪器的竖轴已基本处于铅锤位置。旋转脚螺旋可使圆水准器的气泡居中。整个仪器用中心连接螺旋与三脚架连接
水准尺常选用干燥且伸缩性小的优质木材制成。
DS 3型微倾式水准仪的使用：安置水准仪，粗平，瞄准，精平，读数。 当眼睛在目镜端上下少量移动时，尺面影像与十字丝有相对运动，这种现象称为视差。视差产生的原因：目标成像平面与十字丝平面不重合。
当欲测高程点距已知高程点较远或高差较大时，安置一次仪器不可能求得其高差，必须在两点之间设立若干个转点，连续安置仪器，分别测得各站高差，其高差总和即为预测两点之间的高差。
水准尺一般为红、黑面，一对双面水准尺的黑面起始读数均为零，而红面起始读数则分别为4.687和4.787。
四等水准测量的观测方法
照准后视尺黑面，读取上丝、下丝及中丝读数
照准后视尺红面，读取中丝读数
照准前视尺黑面，读取上丝、下丝及中丝读数
照准前视尺红面，读取中丝读数
以上观测程序简称为后——后——前——前，对于三等水准测量，应采用后——前——前——后的观测程序
水准仪各轴线应满足的几何条件是：
1.圆水准器轴应平行于竖轴
2.十字丝横丝应垂直于竖轴
3.水准管轴应平行于视准轴
在使用水准仪进行水准测量之前，必须对仪器进行检验，如不满足以上要求，则应进行校正
水准测量误差产生的种类：
1仪器误差
仪器校正后的残余误差；水准尺的误差
2观测误差
视差；水准管气泡的居中误差；读数误差；水准尺倾斜的误差
3外界因素的影响
仪器和尺垫下沉的误差；地球曲率和大气折光的影响；温度的影响
水平角就是地面上相交的两方向线之间的夹角在水平面上的投影
竖直角就是在同一竖直面内仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所夹的锐角（同一竖直面，视线方向和水平线方向的夹角），角值范围-90°～+90°
3经纬仪及其使用
光学经纬仪主要由照准部，水平度盘和基座三大部分组成
照准部由望远镜、支架、横轴、竖轴、读数显微镜、照准部制动和微动螺旋、望远镜制动和微动螺旋、竖直度盘、竖直度盘指标水准管、竖直度盘指标水准管微动螺旋、反光镜、照准部水准管和光学对中器组成
基座是用来支撑整个仪器的底座，利用中心螺旋使经纬仪与三脚架相连接，作用是连接和整平
读数上部水平度盘H，下部竖直度盘V
光学经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数
对中的目的是使仪器的中心与测站点的中心（即角度的顶点）位于同一铅垂线上，可采用垂球对中或光学对中两种方法
整平的目的是使仪器的竖轴垂直水平度盘处于水平位置
在测量中，为了提高测角的精度，往往要观测多个测回，同时，为了降低度盘刻划误差的影响，在每个测回开始观测时，应变换度盘的位置，变换数值按照180°𝑛计算（n为测回数）。例如：要观测4个测回，则每个测回起始读数应分别设置为略大于0、45、90、135附近
全圆测回法又称为方向观测法，用于观测两个以上的方向，其步骤如下：
（1）、将经纬仪安置于观测点O对中、整平
（2）盘左瞄准起始目标A配盘于0°附近，读取水平度盘读数，记入表中。松开照准部和望远镜的制动螺旋按顺时针方向依次瞄准目标B、C各点，并再次瞄准起始目标A，将其读数分别记入表中，即测完上半测回。在半测回中，两次瞄准起始目标A的读数差称为“归零误差”，一般不得大于24″。
（3）倒转望远镜，盘右按逆时针方向依次瞄准A、C、B、A，将各目标的水平读盘读数由下而上分别记入表中，即测完下半测回。
以上为一测回的观测工作，若要测n个测回，则每个测回开始时要按180°𝑛的角度间隔变换水平度盘的起始读数。
①由于起始方向A有两个盘左、盘右平均值，则将这两个平均值再取平均，作为目标A的方向值计入表3.3第五栏上方括号内
②计算“归零方向值”，将各方向的平均值减括号内的起始方向平均值，即得各方向一测回的归零方向值，记入表3.3第六栏内
③计算“各测回归零方向平均值”，各测回同一方向的归零方向值应很接近，其差数称为归零方向值之差，一般不得大于24″，如在允许范围内，则取其平均值作为各测回归零方向平均值，记入表3.3第七栏内。
④计算“水平角值”，将相邻归零方向平均值相减，即得相邻方向所夹的水平角，记入表3.3第八栏内。一侧站上各水平角之和应为360°，以此作为计算的校核。
4距离测量及直线定向
视线水平时视距测量公式：D=Kl（K=100,l是上丝下丝之差）
视线倾斜时视距测量公式：D=Klα2cos（α是竖直角）
距离测量是测量地面上两点之间的水平距离。常采用的测量方法有钢尺量距、视距测量和电磁波测距。
量距精度：在平坦地区，量距精度要达到1/3000以上，在困难地区要达到1/1000以上。
直线定向：确定地面上两点间平面位置的相对关系，除了要知道两点间的水平距离外，还必须确定这条直线的方向，确定一条直线与标准方向之间的水平角，称为直线定向。
标准方向分为真子午线方向，磁子午线方向，坐标纵轴方向。
方位角：由标准方向的北端开始，顺时针方向量至某直线的水平角，称为该直线的方位角。
象限角：由标准方向的北端或南端开始，顺时针或逆时针方向量至某直线的锐角，成为该直线的象限角。
正反坐标方位角：由坐标纵轴的北端开始，顺时针方向量至某直线的水平角，称为该直线的坐标方位角。以A为起点、B为终点的直线AB的坐标方位角𝛼𝐴𝐵,称为AB直线的正方位角；
