工程测量 第四章 角度与距离测量

第四章角度测量与距离测量第一节角度测量原理地面点的平面位置，往往通过测定水平角度和丈量距离来计算坐标。

该点的高程，除了用水准测量方法确定外，还可以通过测定竖直角用三角高程测量方法确定。

因此，测定水平角和竖直角都是测量的基本工作，统称为角度测量。

一、水平角测量原理水平角是指过空间两条相交方向线所作的铅垂面间所夹的二面角，角值为0°~360°，水平角也可是理解为过空间两条相交方向线在水平面内的投影之间的夹角。

如图4—1所示，空间两直线OA和OB相交于点O，将点O、A、B沿铅垂方向投影到水平面上，得相应的投影点O1、A1、B1，水平线O1A1和O1B1的夹角β就是过两方向线所作的铅垂面间的夹角，即水平角。

在图4—1中，空间二面角β的测量方法是在与两个铅垂面的交线OO1垂直的平面上安置一水平度盘，使得交线OO1经过度盘中心，并且度盘处于水平状态，对以交点O为中心的水平方向线的方向值能方便地进行度量，通过望远镜瞄准远处的目标A和B，进而给出OA和OB方向线，在水平度盘上的读数分别为a和b，水平角β为两个方向读数之差：β（4—1）=ab-图4—1 水平角测量原理二、竖直角测量原理竖直角是指在同一铅垂面内，某目标方向的视线与水平线间的夹角α，也称高度角，竖直角的角值为-90°~+90°，竖直角也可以理解为某目标方向与其在水平面内投影的夹角。

视线与铅垂线的夹角称为天顶距，天顶距z 的角值范围为0~180°。

图4—2中，Z 为A 方向视线的天顶距读数。

图4—2 竖直角测量原理当视线在水平线以上时竖直角称为仰角，角值规定为正值；视线在水平线以下时为俯角，角值规定为负值。

为了测得竖直角，在经纬仪上还须安置一个竖直度盘，要使得该度盘位于铅垂面内，且该度盘中心要投影到测点上。

竖直角的大小为视线在竖盘上的读数与水平线读数之差。

通常情况下，当视线水平时，竖直度盘上的读数为90°或270°。

水准测量的原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺进行读数，测定地面上两点的高差，从而由已知高程推求未知高程。

如图2- 1。

高差法：HB = HA + hAB = HA + ( a - b )仪高法：Hi = HA + a HB = Hi - bDS3水准仪及水准点水平角测量原理（一）定义：水平角就是地面上某点到两目标的方向线铅垂投影到水平面上所成的角度，其取值范围为0 ~ 360。

（二）测角原理：如图3-1测回法测回法是测水平角的基本方法，用于两个目标方向之间的水平角的观测。

如图，设O为测站点，A、B为观测目标，用测回法观测OA与OB两方向之间的水平角β。

竖直角测量原理：（一）定义地面某点至目标的方向线与水平面之间的夹角，取值范围为–90~90。

仰角为正，俯角为负。

（二）测角原理：如图距离：两标志点之间的水平直线长度。

直线定线：把多根标杆标定在已知直线的工作。

方法有目估定线和经纬仪定线。

钢尺量距：精密钢尺量距时必须对所量距离施加尺长改正、温度改正，倾斜，即用钢尺的实际长度。

其实际长度用尺长方程式表示，它的一般形式为：l t = l + Δl + a ×l（t - t0 ）视距测量：利用望远镜的视距丝装置，根据几何光学原理同时测定距离和高差的方法。

视线水平时：距离：D = k·l 高差：h = i –v斜距情况下：距离：D = kl cos2α高差：h = ( 1 / 2 ) kl sin2α+ i –v式中：l为上下丝读数之差；α为竖直角；i为仪器高；v为目标高（中丝读数）；k = 100光电测距：原理：通过测定光波在两点间传播的时间计算距离的方法。

公式：D′= ( 1 / 2 )* c* t式中：c为空气中的光速；t为光波在两点间往返的时间。

第一章绪论名词解释1.地形图：既能表示地物的平面位置，又能表示地貌变化的平面图。

地物图：只表示地物的平面位置。

平面图：只表示地物的平面尺寸和位置，不表示地貌。

2. 铅垂线——地表任意点万有引力与离心力的合力称重力，重力方向为铅垂线方向。

水准面——自由静止的水面，称为水准面。

水准面是处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面，且为重力等位面。

大地水准面——通过平均海水面并延伸穿过陆地形成闭合的水准面。

参考椭球面——为了解决投影计算问题，通常选择一个与大地水准面非常接近的、能用数学方程表示的椭球面作为投影的基准面，这个椭球面是由长半轴为a 、短半轴为b 的椭圆NESW 绕其短轴NS 旋转而成的旋转椭球面，旋转椭球又称为参考椭球，其表面称为参考椭球面。

法线——垂直于参考椭球面的直线。

3. 绝对高程：地面点至大地水准面的铅垂距离，又称海拔。

相对高程：地面点至假定水准面的铅垂距离，又称假定高程。

高差：两点高程之差。

两点的绝对高程之差或者是相对高程之差。

填空题1.带号、500km、自然坐标2.1985国家高程基准。

3.1弧度=（57.3）º（度）=（3438 ）’（分）=（206265 ）"（秒）。

简答题1.工程测量是一门测定地面点位的科学。

工程测量学的主要任务:测图---勘测阶段，提供工程所需的地形资料，即地形图等。

用图---设计阶段，研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和方法。

施工放样---施工中研究建（构）筑物施工放样、建筑质量检验技术和方法。

变形观测---对某些特殊大型建筑物的安全性进行位移和变形监测。

2. 地理坐标：用经纬度表示地面点的球面坐标。

平面直角坐标：用平面上的长度值表示地面点位的直角坐标。

以南北方向纵轴为x 轴，自坐标原点向北为正，向南为负；以东西方向横轴为y轴，自坐标原点向东为正，向西为负。

象限按顺时针编号。

高斯平面直角坐标：建立在高斯平面上的直角坐标。

以中央子午线为纵轴x轴，由赤道起算向北为正，向南为负；以赤道线为横轴y轴，由中央子午线向东为正，向西为负。

练习及参考答案（仅供参考）第1章绪论1-1、测量工作的基准线是铅垂线。

1-2、测量工作的基准面是水准面。

1-3、测量计算的基准面是参考椭球面。

1-4、水准面是处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。

1-5、通过平均海水面的水准面称为大地水准面。

1-6、地球的平均曲率半径为6371km。

1-7、在高斯平面直角坐标系中，中央子午线的投影为坐标x轴。

1-8、地面某点的经度为131°58′，该点所在统一6°带的中央子午线经度是129°。

1-9、为了使高斯平面直角坐标系的y坐标恒大于零，将x轴自中央子午线西移500km。

1-10、天文经纬度的基准是大地水准面，大地经纬度的基准是参考椭球面。

1-11、我国境内某点的高斯横坐标Y=22365759.13m，则该点坐标为高斯投影统一6°带坐标，带号为22 ，中央子午线经度为129°，横坐标的实际值为-134240.87m，该点位于其投影带的中央子午线以西。

1-12、地面点至大地水准面的垂直距离为该点的绝对高程，而至某假定水准面的垂直距离为它的相对高程。

第2章水准测量2-1、高程测量按采用的仪器和方法分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量三种。

2-2、水准仪主要由基座、水准器、望远镜组成。

2-3、水准仪的圆水准器轴应与竖轴平行。

2-4、水准仪的操作步骤为粗平、照准标尺、精平、读数。

2-5、水准仪上圆水准器的作用是使竖轴铅垂，管水准器的作用是使望远镜视准轴水平。

2-6、望远镜产生视差的原因是物像没有准确成在十字丝分划板上。

2-7、水准测量中，转点TP的作用是传递高程。

2-8、某站水准测量时，由A点向B点进行测量，测得AB两点之间的高差为0.506m，且B点水准尺的读数为2.376m，则A点水准尺的读数为2.882 m。

2-9、三等水准测量采用“后—前—前—后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响。

2-10、水准测量测站检核可以采用变动仪器高或双面尺法测量两次高差。

工程测量学课后部分答案卷子结构：名词解释5题、填空10题、（选择10题）、简答2题、计算4题（第二章1题、第三章2题、第四章1题，共35′）第一章：绪论1、什么叫水准面？它有什么特性？（P3）假想静止不动的水面延伸穿过陆地，形成一个闭合的曲面，这个曲面称为水准面。

特性：面上任意一点的铅垂线都垂直于该点的曲面。

2、什么叫大地水准面？它在测量中的作用是什么？（P3）水准面中与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面。

作用：外业测量的基准面。

3、什么叫高程、绝对高程和相对高程？（P7）高程、绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离称为绝对高程，简称高程。

相对高程：假定一个水准面作为高程起算面，地面点到假定水准面的铅垂距离称为相对高程。

4、什么情况下可以采用独立坐标系？（P6）测量学和数学中的平面直角坐标系有哪些不同?(P7)当测量范围较小时，可以不考虑地球表面的曲率点测量的影响，把该测区的地表一小块球面当做平面看待，建立该地区的独立平面直角坐标系。

3点不同：○1数学平面直角坐标系横轴为x轴，竖轴为y轴，测量中横轴为y轴，竖轴为x 轴。

○2数学平面直角坐标系象限按逆时针方向编号，测量学中坐标系象限按顺时针方向编号。

○3测量坐标系的坐标轴一般具有方向性：其纵轴沿南北方向（中央子午线方向）、横轴沿东西方向（赤道方向）；数学坐标系对坐标轴方向没有特定要求。

5、设我国某处点A的横坐标Y=19689513.12m，问该点位于第几度带？A点在中央子午线东侧还是西侧，距离中央子午线多远（即坐标值）？A点的横坐标为Y=19689513.12m，由于A点在我国，且整数有8位，所以其坐标是按6度带投影计算而得；横坐标的前两位就是其带号，所以A点位于第19带。

由横坐标公式Y=N*1000000+500000+Y’(N为带号),所以Y’=189513.12m,其值为正，所以在中央子午线东侧，距中央子午线为189513.12m。

6、用水平面代替水准面对高程和距离各有什么影响？（P8-P9两表，理解意思记住结论）a.对距离的影响∵D = R θ;·D′= R tanθ∴△D = D′- D = R ( tanθ - θ )= D3 / 3R2∴△ D / D = ( D / R )2 / 3用水平面代替大地水准面对距离的影响影响较小，通常在半径10km测量范围内，可以用水平面代替大地水准面；b.对高程的影响∵( R + △ h )2= R2+ D′2∴2 R △ h + △h2= D′2△h = D2 / 2 R对高程的影响影响较大，因此不能用水平面代替大地水准面。