工程测量基础知识

1、第一节工程测量基础概念及工程测量的重要性在工程建设的设计、 施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术，称为“工程测量”工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接应用，是综合性的应用测绘科学 与技术。按工程建设的进行程序，工程测量可分为规划设计阶段的测量，施工兴建阶段的测量和竣工后的运营管理阶段的测量。规划设计阶段的测量主要是提供地形资料。取得地形资料的方法是，在所建立的控制测量的基础上进行地面测图或航空摄影测量。高程，作为施工与安装的依据。测量工作。竣工后的营运管理阶段的测量, 测量工作。按工程测量所服务的工程种类, 城市测量和水利工程测量等。施工兴建阶段的测量的主要任务是，

2、按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和一般也要求先建立施工控制网，然后根据工程的要求进行各种包括竣工测量以及为监视工程安全状况的变形观测与维修养护等也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、此外，还将用于大型设备的高精度定位和变形观测称为高精度工程测量；将摄影测量技术应用于工程建设称为工程摄影测量。工程测量是直接为工程建设服务的，它的服务和应用范围包括城建、地质、铁路、交通、房地产 管理、水利电力、能源、航天和国防等各种工程建设部门。无论是工程进程各阶段的测量工作，还是不同工程的测量工作，都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段，并对测量成果进行处理和分

3、析，也就是说，测量数据处理也是工程测量的重要内容。在当代国民经济建设中，测量技术的应用十分广泛。在很多工程建设中，从规划、勘测、设计、施工及管理和运营阶段等的决策和实施都需要有力的测绘技术保障。在研究地球自然和人文现象,解决人口、资源、环境和灾害等社会可持续发展中的重大问题以及国民经济和国防建设的重大抉 择同样需要测绘技术提供技术支撑和数据保障O第二节常用仪器及其操作方法1.水准仪及其操作常用的水准仪为 DS3型微倾式水准仪（见图 1）。水准仪可以提供一条水平视线，通过观测水准尺读数，测算两点间的高差。其基本操作程序为：安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。1型微倾水准仪DS3图1、

4、安置仪器1）（.在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧 紧固定螺旋，张开 三脚架将架腿踩实， 并使三脚架架头大致水平。.从仪器箱中取出水准仪,用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。）、粗略整平（2通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。具体操作步骤如下。连线方、，使气泡沿着12.如图2所示，用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋 1和2粗略整平图2ba移至向由。b.用左手按箭头所指方向转动脚螺旋移至中心。3,使气泡由与右手大拇指旋转脚螺旋整平时，气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致，时的移动方向相反。、瞄准水准尺）（3松开制动螺旋，将望远镜转向明亮的背景，转动

5、目镜对光螺旋，使十 字丝成像清.目镜调焦晰。通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。.初步瞄准 .物镜调焦转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。2 .精确瞄准 转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央，如图3所示。图3精确瞄准 .消除视差眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动，这种现象叫视差。 产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重合。视差的存在将影响读数的正确性，应予消除。消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。(4)、精确整平精确整平简称精平。 眼睛观察水准气泡观察窗内的气泡影像，用右手缓慢地转动微倾螺旋，

6、使气水准管气泡微倾螺旋所示。一致，如图 4 ） （5、读数符合水准器气泡居中后，应立即用十精确整平4图微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向泡两端的影像严密吻合。此时视线即为水平视线。字丝中丝在水准尺上读数。 读数时应从小数向大数读， 如果从望远镜中看到的水准尺影像是倒像，在尺上应从上到下读取。直接读取米、分米和厘米，并估读出毫米，共四位数。读数后再检查符合水准器气泡是否居中，若不居中，应再次精平，重新读数。2.经纬仪及其操作型。其结构主型和经纬仪用于角度测量，包括水平角测量及竖直角测量。常用的经纬仪有J2J6）经纬准、读数。3仪操作的基本程序：架设仪器、对中、整平、5 （见图要由基座、

7、照准部、度盘三部分组成。1X1 3-2 "*型光学经玮仪1 一型.屈依物骗力 机踊林门一时光出威川 陵教11便d 中证战狄F轮门 某座转 H向ttb一绵急*凶一水靛新*11 一艮吒区112也功艮1军装tlbM一帆指你养武板|巾光学对点曜门6一京子制动值机；17固定咪标f IS W黛"9到水不3水平像就稀旄；21 里远偏微动族器-中运磕利品近Ml经纬仪构造5图、架设仪器：（1） 将经纬仪放置在架头上，使架头大致水平， 旋紧连接螺旋。、对中：）（2旋转脚螺旋使对中标志准确对准可以移动脚架、目的是使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上。测站点的中心。）、整平：（3目的是使仪器竖轴铅垂

8、，水平度盘水平。 根据水平角的定义， 是两条方向线的夹角在水平面上的投影，所以水平度盘一定要水平。.粗平：伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。检查并精确对中：检查对中标志是否偏离地面点。如果偏离了，旋松三角架上的连接螺旋，平移仪器基座使对中标志准确对准测站点的中心，拧紧连接螺旋。 .精平：旋转脚螺旋，使管水准气泡居中。）4、瞄准与读数：（.目镜对光：目镜调焦使十字丝清晰。.瞄准和物镜对光： 粗瞄目标，物镜调焦使目标清晰。注意消除视差。精瞄目标。.读数：调整照明反光镜，使读数窗亮度适 中，旋转读数显微镜的目镜使刻划线清晰，然后读4数。光电测距原理图6BAABDC安置能发射和接收光波的光电测距仪，在、所

9、示，欲测定两点间的距离，可在如图6AB之间点设置反射棱镜，光电测距仪发出的光束经棱镜反射后，又返回到测距仪。通过测定光波在Dct传播的时间，按下式计算距离，根据光波在大气中的传播速度：D=1/2ctt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的方式，光电测距仪根据测定时间法。高精度的测距仪， 一般采用相位式。 成为光强随高频信号变化的调相位式光电测距仪的测距 原理是：由光源发出的光通过调制器后，4来解算距离。制光。通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差全站仪简介 4.、）全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离 （斜距、平距并通过电子手簿或直接实现

10、数据自它是够能自动测量和 计算，高差测量功能于一体的测绘仪器系统。动记录、存储和输出。几乎可以用在所有的测量领 域。因其精度高、操作简便、易于掌握，在现在的工程建设中得到了广泛的应用。全站仪的操作过程与经纬仪基本相似，在此就不再赘述了。控制测量第三节控制测量是工程建设中各项测量工作的基础，包括高程控制测量和平面控制测量两项内容。1.高程控制我国采用与黄海平均海水面相吻合的大地水准面作为全国高程系统为了统一全国的高程系统，。1985年国家高程基准” 1956的基准面，我国采用的高程系统有“黄海高程系”及“常用高程控制测量方法有：水准测量和三角高程测量。水准测量是高程测水准仪水准测量是依据几何原理

11、用和水准标尺测定地面两点间高差的方法。 量中精度最高和最常用的一种方法，被广泛应用于高程控制测量和各类施工测量中。 5 水准测量施测方法水准测量是用沿水准路线逐点向前推进的方式实施。为了测量地面上A、P两点间高差（见图 7）,先将水准标尺 R1竖立在水准点 A （高程已知） 上，再将水准标尺 R2竖立在一定距离的B点上，在A、B之间安置水准仪。依据水准仪的水平视线，在标尺上分别读ho第一站测完后，B点上水准标尺两点间的高差R2保持不动，A数，两标尺读数差就是A、B ABh,如此继续推进至 C两点间高差测得 B、R1移至C点，水准仪移至 BC的中间，点 的水准标尺bcP点，A、P两点间的高差+h

12、+hh=hPABAPBC xc图7水准测量原理示意图除了水准测量外，三角高程测量也是比较常用的高程控制方法。三角高程测量是通过观测两点 间的水平距离和天顶距(或竖直角)而采用三角函数计算来求定两点间的高差的方法。它观测方法简单，不受地形条件限制，是测定大地控制点高程的基本方法。三角高程测量的基本原理如图8, A、B为地面上两点，自 A点观测B点的竖直角为a, S01.2 为两点间水平距离，i为A点仪器高，i为B点觇标高，则 A、B两点间高差为 2ih=Stan a + i i 21.21.210图8三角高程测量基本原理图2.平面控制我国常用的平面坐标系有：6(1 ) 1954年北京坐标系该坐标

13、系是通过与原苏联1942年坐标系联测而建立的。是苏联1942年坐标系的延伸，其原点不在北京，而在苏联普尔科沃。(2) 1980年西安坐标系1978年4月召开的“全国天文大地网平差会议”上决定建立我国新的坐标系，称为1980年国家大地坐标系。其大地原点设在西安西北的永乐镇，简称西安原点。(3)新1954年北京坐标系将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新1954年北京坐标系。该坐标系与1980年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。(4) WGS84坐标系在GPS定位中，定位结果属于 WGS-84坐标系。该坐标系是使用了更高精度的VLBL

14、、 SLR等成果而建立的。坐标系原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0协议地极(CTP)。平面控制测量的目的是精确测定控制点的平面位置。根据测量工作需要，在测区内选择一系列 控制点，形成平面控制网。通过观测各点间的水平角及边长，用三角函数来计算控制点的坐标。平)两种形式。、图10-2面控制网的主要布设形式有三角网(图9)和导线网（图10-1三角控制网示意图图 9三角网是国家大地控制网的基本布设形式，故亦称国家三角网。 导线网常用于工程建设中控制网点的加密。导线网又可分为闭合导线、附和导线和支导线（因缺少校核条件而不常用）三种布设形式。D0 2 0 40 印+12 0 0 31sB s52

15、O(n+1) snA3(1)n10-1图闭合导线示意图10-2附合导线示意图导线的坐标计算： 首先，根据起始边的已知坐标方位角及改正后的水平角，按下述左/右角公式推算其它各导线边的坐标方位角。180士 =+B （左角公式）比hi左后前或=-B ± 180 （右角公式）戊 a 右后前a是导线点的前进边方位角，a B是指所测水平角位于导线前进边的左 导线点的后边方位角 后前左侧，B是指所测水平角位于导线前进边的右侧。左计算检核：最后推算出起始边坐标方位角，它应与原有的起始边已知坐标方位角相等，否则应重新检查计算。检核无误后，按下式进行坐标增量的计算。 X=Dcos I 二Y=Dsin 二

16、最后进行坐标的推算。X=X+ X后前丫=丫心Y后前第四节 地形测绘及数字测图地形测绘即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。地形测量包括控制测量和碎部测量。控制测量前面已经有过介绍，下面主要介绍地形碎部测量。碎部测量是测绘地物地形的作业。地物特征点、地形特征点统称为碎部点。图118在以前没有全站仪的情况下，碎部点的平面位置常用极坐标法测定，碎部点的高程通常用视距测量法测定。按所用仪器不同，有平板仪测图法、经纬仪和小平板仪联合测图法、经纬仪（配合轻 便展点工具）测图法等。它们的作业过程基本相同。 测图前将绘图纸或聚酯薄膜固定在

17、测图板上， 在图纸上绘出坐标格网， 展绘出图廓点和所有控制点，经检核确认点位正确后进行测图。测图时，用测图板上已展绘的控制点或临时测定的点作为测站，在测站上安置整平平板仪并定向，然后用望远镜照准碎部点，通过测站点的直尺边即为指向碎部点的方向线，再用视距测量方法测定测站至碎部点的水平距离和高程，按测图比例尺沿直尺边沿自测站截取相应长，即碎部点在图上的平面位置，并在点旁注记高程。这样逐站边测边绘，即可测绘出地形图（图11）。随着计算机技术的迅猛发展和全站仪的广泛应用，数字化测图已经成为地形测绘发展的主流趋势。已经日益广泛的应用于工程建设的各个阶段。数字测图系统是以计算机为核心，连接测量仪器的输入输

18、出设备，在硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、编辑、成图、输出、绘图、管理的测绘系统。数字测图系统的综合 框图如图11所示。电子平板(便携机)全站仪或半全站仪显示屏电子手簿 数字化仪打印机 卡PC 扫描仪绘图仪 台式计算机立体坐标量测仪软盘解析测图仪数字测图系统示意图图11用全站仪在测站进行数字化测图，称为地面数字测图。地面数字测图是几种数字测图方法中所 以，由于用全站仪直接测定地物点和地形点的精度很高，精度最高的一种，也是城市大比例尺地形图最主要的测图方法。若测区已有地形图，则可利用数字化仪或扫描仪将其数字化，然后， 再利用数字测图系统将其修测或更新，得到所需的数字地形图。通过

19、解析立体测图仪或数字摄影通常可采用航测方法或数字摄影测量方法，对于大面积的测图， 测量系统得到数字地形图。地面数字测图系统， 其模式主要有两种，即数字测记法模式和电子平板模式。数字测记法模式为野外测记，室内成图，即用全站仪测量，电子手簿记录，同时配以人工画草图9 _和编码系统，到室内将野外测量数据从电子手簿直接传输到计算机中，再配以成图软件， 根据编码系统以及参考草图编辑成图。使用的电子手簿可以是全站仪原配套的电子手簿，也可以是专门的记录手簿，或者直接利用全站仪具有的存储器和存储卡作为记录手簿。测记法成图的软件也有许多种。 电子平板模式为野外测绘，实时显示，现场编辑成图。所谓电子平板测量，即将

20、全站仪与装有成 图软件的便携机联机， 在测站上全站仪实测地形点，计算机屏幕现场显示点位和图形，并可对其进行编辑，满足测图要求后，将测量和编辑数据存盘。这样，相当于在现场就得到一张平板仪测 绘的地形图，因此，无需画草图，并可在现场将测得图形和实地相对照，如果有错误和遗漏，也 能得到及时纠正。 地形图图面上的符号和注记在手工制图中是一项繁重的工作。用计算机成图不需要逐个绘制每一个符号，而只需先把各种符号按地形图图式的规定预先做好，并按地形编码系统建立符号库，存放在计算机中。使用时，只需按位置调用相应的符号，使其出现在图上指定的位置。这样进行符号注记，快速简便。 地形图符号分为比例符号、非比例符号及

21、半比例符号三种。这些符号的处理方法如下：(1) .比例符号的绘制比例符号主要是一些较大地物的轮廓线，依比例缩小后，图形保持与地面实物相似，如房屋、道路、桥梁、河流等。这些符号一般是由图形元素的点、直线段、曲线段等组合而成，因而可以通 过获取这些图形元素的特征点用绘图软件绘制。(2) .非比例符号的绘制非比例符号主要是指一些独立的、面积较小但具有重要意义或不可忽视的地物，如测量控制点、水井、界址点等。非比例尺符号的特点是仅表示该地物中心点的位置，而不代表其大小。对这些符号的处理，可先按照图式标准将符号做好存放于符号库中，在成图时，按其位置调用，绘制于图上。(3) .半比例符号的绘制半比例符号在图

22、上代表一些线状地物，如围墙、斜坡、境界等。这些符号的特点是在长度上依比例。在处理这些符号时，可对每一个线状地物符号编制一个子程序，需要时，调用这些子程序， 只需输入该线状地物转折处的特征点，即可由程序绘出该线状地物。(4) .符号的面填充地面的植被、土质等按照图式规定绘制一定的代表性符号均匀分布在图上该范围内，这种绘图作业可由绘图软件的“面填充”功能来完成。(5) .说明注记图上的说明注记分为数字注记、字母注记和汉字注记三种。数字注记和字母注记一般为绘图程序中所固有的，注记比较方便；对于汉字注记，可先建立矢量汉字库，根据汉字特征码进行注记， 对于汉化的CASS件，则可直接进行汉字注记。10第五

23、节工程测设的基本工作测设也就是常说的放样，它是根据工程设计图纸上待建的建筑物、构筑物的轴线位置、尺寸及其高程，算出待建的建、构筑物各特征点(或轴线交点)与控制点(或原有建，构筑物特征点)之间的距离，角度，高差等测设数据，然后以地面控制点为依据，将待建的建，构筑物的特征点在实地标定出来，以便施工。测设的基本工作是测设已知的水平距离，水平角度和高程。1.测设已知水平距离 测设已知水平距离就是从地面直线的一个端点开始，沿指定直线的方向测设一段已知的水平距离，定出直线的另一端点的测设工作。测设水平距离的工作， 按使用仪器工具不同， 有使用钢尺测设和使用光电测距仪测设两种。一般中、高精度的距离测设都采用

24、光电测距仪测量，若用钢尺测量，必须要进行尺长改正及温度改正。如图12,设A为地面上的已知点，D为设计的水平距离，需要从 A点开始沿AB方向测设水平距离D,以标定端点 Bo可先根据设计水平距离 D,按一般方法在地面概略地定出B'点，如图7.2设设所示，然后按照第四章介绍的方法，精密丈量 AB'的水平距离， 并加入尺长、温度及倾斜 改正数，设求出AB'的水平距离为 D。若D不等于D设，则按下式计算改正数A D,并进行改正， 以标定B点位置。图12测设已知水平距离2 .测设已知水平角测设已知水平角工作与测量水平角的工作正好相反。测设已知水平角实际上是根据地面上已有的一条方向线

25、和设计的水平角值，用经纬仪在地面上标定出另一条方向线的工作。水平角测设一般采用盘左盘右分中法，或叫正倒镜法。如图 13所示，A点为已知点，AB为已 知方向，欲测设一水平角B,在地面上标定出AC方向线。测设时，首先在 A点安置经纬仪，对中，整平，用盘左位置瞄准 B点，使水平度盘读数为 0。00' 00，顺时针转动照准部至水平 度盘读数为B值时，对准视线在地面上做标记C',然后换成盘右位置瞄准B点，重复前面的操作，又在地面上做标记 C点，最后取C' C"连线的中点 Co AC与AB两方向线之间的水平 夹角就是要测设的B角。为了检核，可重新观测AB与AC两方向线之间

26、的水平角，并与设计值比较。 11正倒镜分中法测设水平角示意图图133 .测设已知高程测设已知高程就是根据地面上已知水准点的高程和设计点的高程，在地面上测设出设计点的高程标志线的工作。点的高程标志。测设BH设的如图14所示，已知某水准点的高程 H,欲在附近测设一高程为水，由此求出仪器的视 a时，先在水准点与待测设点之间安置水准仪，在水准点上 立尺，读出后视读数， Hb = HB=线高HH + a,再根据点的设计高程计算出水准尺立于该标志 线上的应读前视数ii设应水使水准仪望远镜的十字丝横丝正好对准应读前视并上下挪动，将水准尺 紧贴B点木桩的侧面，然后，可改变仪器的高度，为了检核，沿尺底画一短横线，该短横线的高程即为欲测设的已知高程。数b应，重新读出后视读数和前视读数，计算该短横线的高程，与设计高程比较，符合要求，该短横线作为测设的高程标志线。并注记相应高程符号和数值。.14测设已知高程示意图图 常用测量术语解释第六节测量学是研究整个地球的形状及大小和确定地球表面点位关系的一门学科。测量学：1.测绘是测量和地图制图的简称。测量就是获取反映地球形状、地球重力场、