建筑工程测量.doc
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1、情景一、大比例尺地形图的测绘 单元一:小地区控制测量第一章 (一)测量的基础知识第一节 一、建筑工程测量的任务 1.测量学的概念 研究地球形状、大小和地表(包括地面上各种物体)的几何形状及其空间位置的科学。 测量工作的基本任务:求得点的规定坐标系中的坐标值。 2.建筑工程测量的主要任务 (1) 勘察设计阶段:地形图,提供设计依据; (2) 施工阶段:施工前放线; 施工中轴线(斜)控制、高程(层高)控制; 竣工测量的竣工图; (3) 施工及运营阶段的监测; 3.建筑工程测量工作的分类 第二节 二、测量工作的基准面和基准线1.地球的形状和大小 (1)地球表面起伏最大值/地球 半径20/6371很小
2、;如图1-1所示。 (2)地球表面71%的都是水。图 1-1 地球的形状2.测量工作的基准面和基准线 铅垂线:某点的重力方向线,可用悬挂垂球的细线方同来表示; 水平线:与铅垂线正交的直线; 水平面:与铅垂线正交的平面称为水平面; 水准面:处处与重力方向垂直的连续曲面,任何自由静止的水面都是水准面;大地水准面:与不受风浪和潮汐影响的静止海水面相吻合的水准面。铅垂线、大地水准面是测量工作的基准线和基准面。第三节 三、地面点位的确定1.确定地面点位的方法 测量工作的实质:确定地面点的空间位置。 点的空间位置(三维)=该点在水准面或水平面(球面或平面)的位置(二维)+该点到大地水准面的铅垂距离(一维)
3、。如图1-2所示。图 1-2 三维空间2.地面点的高程 绝对高程地面点到大地水准面的铅垂距离,简称高程:用H表示,如。如图1-3所示。图1-3 地面点高程3.地面点的坐标 (1)地理坐标 (2)平面直角坐标 以西南角为坐标原点,纵轴为X轴,横轴为Y轴, X轴正向为正北方向,负向为正南方向,Y轴正向为正东方向,负向为正西方向(上北下南左西右东),象限以顺时针方向编号。如图1-4所示。 4.空间直角坐标 空间直角坐标主要用于卫星定位。 图1-4 平面直角坐标象限第四节 四、以水平面代替水准面的限度1.在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时,可以用水平面代替水准面,而不需考虑地球曲率对距离的影响
4、。 2.就高程测量而言,即使距离很短,也应用水准面作为测量的基准面,即应顾及地球曲率对高程的影响。第五节 五、测量工作的基本内容与基本原则 1.测量工作的基本内容 主要目的:确定点的坐标和高程 测量工作的基本内容:高程测量、角度测量、距离测量 测量工作一般分外业和内业两种。 2.测量工作的基本原则 “从整体到局部、先控制后碎部”基本原则 “步步有检核”第六节 六、测量误差的基本知识 1.测量误差来源(1)误差来源 (2)常用测量形式:按观测条件分为(3)粗差(错误)与误差 不同概念,为避免粗差,一方面要认真,另一方面要有检校措施。 2.测量误差的分类 (1)系统误差 产生原因:仪器、工具制造或
5、校正不完善; 特性:具有规律性、累积性的误差; 影响:有些可用计算改正或用观测方向消除。 (2)偶然误差 产生原因:由人、仪器、外界条件等多方面因素造成。影响:误差值不大,如采用一定方法或计算消除系统误差,则偶然误差居主要地位,其值不可消除,只能随观测次数趋于无限时,误差平均值趋于零。 3.衡量精度的标准 用真误差直接比对,方法简单但难以操作,引入几个指标作为衡量精度的标准。 (1)中误差 n次等精度观测条件下,计算每次观测的真误差,按下式计算中误差。(2)容许误差 偶然误差的绝对值不应超过一定的限值,为容许误差(3)相对误差 对于误差具有累积性的观测应用相对误差来评定。相对误差为绝对误差的绝
6、对值与相应量之比。 4.误差传播定律 用于由直接观测值推导计算出非直接观测值(高差、内角和、视距测量等) (1)一般函数的误差传播 线性函数的误差传播(2)运用误差传播定律的步骤 先写函数式,再求全微分,最后计算观测值函数中误差。 【注】1)角度问题,必先化为弧度; 2)观测值必须独立。 5.等精度直接平差 (1)求最终观测值 时算术平均值为未知量的真值,但测量次数有限,但以算术平均值为未知量的最终观测值。 (2)评定精度 n次等精度观测,计算算术平均值L,计算每次观测值与L间差值的改正数V,第七节 一、控制网的定义与分类1.定义:在测区内选择若干有控制意义的控制点,按一定的规律和要求组成网状
7、几何图形。 2.分类:国家控制网、城市控制网和小地区控制网。 第八节 二、控制测量的定义与内容1.定义:为建立控制网而进行的测量工作。 2.内容:平面控制测量、高程控制测量和三维控制测量。 第九节 三、平面控制测量的定义、方法及等级1.定义:确定控制点平面位置的工作。 2.方法:常规有三角测量和导线测量,还有GPS测量(三维坐标)。 3.国家(一、二、三、四等)、城市、工程。第十节 四、小地区控制网的定义及分类1.定义:一般面积在15km2以下范围内建立的平面控制网。 2.分类:首级控制网和图根控制网。 第二章 (三)高程测量 第一节 一、水准测量原理水准测量的基本测法是:如图3-1所示,已知
8、A点的高程为,只要能测出A点至B点的高程之差,简称高差。图3-1 水准测量原理示意图则点的高程就可用下式计算求得: 用水准测量方法测定高差。的原理如图3-1所示,在A、B两点上竖立水准尺,并在A、B两点之间安置架可以得到水平视线的仪器即水准仪,设水准仪的水平视线截在尺上的位置分别为M、N,过A点作一水平线与过B点的竖线相交于C。因为BC的高度就是A、B两点之间的高差。所以由矩形MACH 就可以得到计算的公式: 综上所述要测算地面上两点间的高差或点的高程,所依据的就是一条水平视线,如果视线不水平,上述公式不成立,测算将发生错误。因此,视线必须水平,是水准测量中要牢牢记住的操作要领。第二节 二、水
9、准仪的技术操作 水准仪的技术操作按以下四个步骤进行:粗平照准精平读数。 1.粗平 粗平就是通过调整脚螺旋,将圆水准气泡居中,使仪器竖轴处于铅垂位置,视线概略水平。具体做法是:用两手同时以相对方向分别转动任意两个脚螺旋,此时气泡移动的方向和左手大拇指旋转方向相同,然后再转动第三个脚螺旋使气泡居中,如此反复进行,直至在任何位置水准气泡均位于分划圆圈内为止。 图3-2 左手原则 在操作熟练后,不必将气泡的移动分解为两步,视气泡的具体位置而转动任两个脚螺旋直接使气泡居中。 2.照准 照准就是用望远镜照准水准尺,清晰地看清目标和十字丝。当眼睛靠近目镜上下微微晃动时,物像随着眼睛的晃动也上下移动,这就表明
10、存在着视差。有视差就会影响照准和读数精度。消除视差的方法是仔细且反复交替地调节目镜和物镜对光螺旋,使十字丝和目标影像共平面,且同时都十分清晰, 3.精平 精平就是转动微倾螺旋将水准管气泡居中,使视线精确水平,其做法是:慢慢转动微倾螺旋,使观察窗中符合水准气泡的影象符合。左侧影像移动的方向与右手大拇指转动方向相同。由于气泡影像移动有惯性,在转动微倾螺旋时要慢、稳、轻、速度不宜太快。 4.读数 读数就是在视线水平时,用望远镜十字丝的横丝在尺上读数。读数前要认清水准尺的刻画特征,呈像要清晰稳定。为了保证读数的准确性,读数时要按由小到大的方向,先估读mm数,再读出m、dm、cm数。 图3-3 第三节
11、三、附合水准路线施测及计算方法 普通水准测量通常用经检校后的型水准仪施测。水准尺采用塔尺或单面尺,测量时水准仪应置于两水准尺中间,使前、后视的距离尽可能相等。具体施测方法如下: (1)置水准仪于距已知后视高程点A一定距离的处,并选择好前视转点,将水准尺置于A点和点上。 (2)将水准仪粗平后,先瞄准后视尺,消除视差。精平后读取后视读数值,并记入五等水准测量记录表中。 (3)平转望远镜照准前视尺,精平后,读取前视读数值,并记入五等水准测量记录表中。至此便完成了普通水准测量一个测站的观测任务。 (4)将仪器搬迁到第站,把第站的后视尺移到第站的转点上,把原第站前视变成第站的后视。 (5)按(2)、(3
12、)步骤测出第站的后、前视读数值、,并记入五等水准测量记录表中。 (6)重复上述步骤测至终点B为止。 点高程的计算是先计算出各站高差: 再用点的已知高程推算各转点的高程,最后求得点的高程。 即: 将上列左边求和得: 从上列右边可知: 需要指出的是,在水准测量中,高程是依次由 、 等点传递过来的,这些传递高程的点称为转点。转点既有前视读数又有后视读数,转点的选择将影响到水准测量的观测精度,因此转点要选在坚实、凸起、明显的位置,在一般土地上应放置尺垫。第四节 三、校核方法 1 计算校核 由公式 (3-7) 看出, B 点对 A 点的高差等于各转点之间高差的代数和,也等于后视读数之和减去前视读数之和的
13、差值,即: 经上式校核无误后,说明高差计算是正确的。按照各站观测高差和 A 点已知高程,推算出各转点的高程,最后求得终点 B 的高程。终点 B 的高程 H B 减去起点 A 的高程 H A 应等于各站高差的代数和,即: 经上式校核无误后,说明各转点高程的计算是正确的。 2 测站校核 水准测量连续性很强,一个测站的误差或错误对整个水准测量成果都有影响。为了保证各个测站观测成果的正确性,可采用以下方法进行校核。 变更仪器高法 :在一个测站上用不同的仪器高度测出两次高差。测得第一次高差后,改变仪器高度 ( 至少 10cm) ,然后再测一次高差。当两次所测高差之差不大干 3 5mm 则认为观测值符合要
14、求,取其平均值作为最后结果。若大于 3 5mm 则需要重测。 双面尺法 :本法是仪器高度不变,而用水准尺的红面和黑面高差进行校核。红、黑面高差之差也不能大于 3 5mm 。 3 成果校核 测量成果由于测量误差的影响,使得水准路线的实测高差值与应有值不相符,其差值称为 高差闭合差 ,若高差闭合差在允许误差范围之内时,认为外业观测成果合格;若超过允许误差范围时,应查明原因进行重测,直到符合要求为止。一般等外水准测量的高差容许闭合差为: 水准测量的成果校核,主要考虑其高差闭合差是否超限。根据不同的水准路线,其校核的方法也不同,各水准路线的高差闭合差计算公式如下: (1) 附合水准路线:实测高差的总和
15、与始、终已知水准点高差之差值称为附合水准路线的高差闭合差。即: (2) 闭合水准路线:实测高差的代数和不等于零,其差值为闭合水准路线的高差闭合差。即: (3) 支水准路线:实测往、返高差的绝对值之差称为支水准路线的高差闭合差。即: 如果水准路线的高差闭合差 小于或等于其容许的高差闭合差,即 ,就认为外业观测成果合格,否则须进行重测。 第五节 四、成果处理 五等水准测量的成果处理就是当外业观测成果的高差闭合差在容许范围内时,所进行的高差闭合差的调整,使调整后的各测段高差值等于应有值,也就是使 。最后用调整后的高差计算各测段水准点的高程。 高差闭合差的调整原则是以水准路线的测段站数或测段长度成正比
16、,将闭合差反号分配到各测段上,并进行实测高差的改正计算。 1 按测站数调整高差闭合差 若按测站数进行高差闭合差的调整,则某一测段高差的改正数 为: 按测站数调整高差闭合差和高程计算示例如图 3-4 所示。 图 3-4 附合水准路线 2 按测段长度调整高差闭合差 若按测段长度进行高差闭合差的调整,则某一测段高差的改正数为: 按测段长度调整高差闭合差和高程计算示例如图 3-4 所示,并参见表 3-2 。 需要指出的是:在水准测量成果处理时无论是按测站数调整高差闭合差,还是按测段长度调整高差闭合差,都应满足下列关系: 也就是水准路线各测段的改正数之和与高差闭合差大小相等符号相反。 第三章 (四)角度
17、测量 第一节 一、水平角测量原理 面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。 如图所示, A 、 B 、 O 为地面上的任意点,通 OA 和 OB 直线各作一垂直面,并把 OA 和 OB 分别投影到水平投影面上,其投影线 Oa 和 Ob 的夹角aOb ,就是AOB 的水平角。如果在角顶 O 上安置一个带有水平刻度盘的测角仪器,其度盘中心O 在通过测站 O 点的铅垂线上,设 OA 和 OB 两条方向线在水平刻度盘上的投影读数为和 ,则水平角为:第二节 二、经纬仪的使用 经纬仪的技术操作包括:对中整平瞄准读数。 . 对中 对中的目的是使仪器的中心与测站的标志中心位于同一铅垂线上。 . 整平
18、 (1)使水准管平行于两脚螺旋的连线,如图 4-2a) 所示。操作时,两手同时向内 ( 或向外 ) 旋转两个脚螺旋使气泡居中。气泡移动方向和左手大拇指转动的方向相同。 (2)将仪器绕竖轴旋转 90 ,如图 4-2b) 所示,旋转另一个脚螺旋使气泡居中。按上述方法反复进行,直至仪器旋转到任何位置时,水准管气泡都居中为止。 图 4-2 上述两步技术操作称为经纬仪的安置。目前生产的光学经纬仪均装置有光学对中器,若采用光学对中器进行对中,应与整平仪器结合进行,其操作步骤如下: (1)将仪器置于测站点上,三个脚螺旋调至中间位置,架头大致水平。使光学对中器大致位于测站上,将三脚架踩牢。 (2)旋转光学对中
19、器的目镜,看清分划板上的圆圈,拉或推动目镜使测站点影像清晰。 (3)旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。 (4)伸缩三脚架腿,使圆水准气泡居中。 (5)用脚螺旋精确整平管水准管转动照准部 90 ,水准管气泡均居中。 (6)如果光学对中器分划圈不在测站点上,应松开连接螺旋,在架头上平移仪器,使分划圈对准测站点。 (7)重新再整平仪器,依此反复进行直至仪器整平后,光学对中器分划圈对准测站点为止。 . 瞄准 (1)将望远镜照准远处,调节对光螺旋使十字丝清晰。 (2)旋松望远镜和照准部制动螺旋,用望远镜的光学瞄准器照准目标。 (3)转动物镜对光螺旋使目标影像清晰。 (4)旋紧望远镜和照准部的制动螺旋,通
20、过旋转望远镜和照准部的微动螺旋,使十字丝交点对准目标,并观察有无视差,如有视差,应重新对光,予以消除。 图4-3 .读数 (1)打开反光镜,调节反光镜镜面位置,使读数窗亮度适中。 (2)转动读数显微镜目镜对光螺旋,使度盘、测微尺及指标线的影像清晰。 (3)根据仪器的读数设备进行读数。 测角的前题:对中保证仪器中心与地面的角顶点在同一条铅垂线上,整平保证水平度盘水平,而竖盘竖直,精确的瞄准保证望远镜指示角的某一条边线,读数保证可读出角的边线在水平面内的投影读数。 第三节 三、经纬仪测回法测水平角1.适用:单角(双目标) 2.方法操作: 设O为测站点,A、B为观测目标,AOB为观测角,见图4-4所
21、示。图4-4测回法观测水平角示意图先在O点安置仪器,进行整平、对中,然后按以下步骤进行观测: ()盘左位置:先照准左方目标,即后视点A,读取水平度盘读数为,并记入测回法测角记录表中,见表4-1。然后顺时针转动照准部照准右方目标,即前视点B,读取水平度盘读数为,并记入记录表中。以上称为上半测回,其观测角值为 ()盘右位置:先照准右方目标,即前视点B,读取水平度盘读数为,并记入记录表中,再逆时针转动照准部照准左方目标,即后视点A,读取水平度盘读数为,并记入记录表中,则得下半测回角值为:()上、下半测回合起来称为一测回。一般规定,用J6级光学经纬仪进行观测,上、下半测回角值之差不超过40时,可取其平
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