水利水电工程与管理专业

1、水利水电工程与管理专业（开放专科）水利工程测量实训教学设计方案指导教师：蔡伟平一、课程概况水利工程测量实训是水利水电工程与管理专业的一门实训课程，本课程2学分，36学时。本课程的目的是培养学员在工作中正确识读与使用各种比例尺地形图及测量资料能力的最基本的训练。本实训的主要任务及内容应包括水准仪、经纬仪的检验与校正、图根水准测量或三（四）等水准测量、图根导线测量、大比例尺地形图测绘、水工建筑物施工放样或竣工测量。二、课程教材水利工程测量实训三、教学重难点和教学建议教学重难点：1）重点是普通光学经纬仪与水准仪的使用、大比例尺地形图测绘、建筑物放样方法；适当介绍全站仪的使用方法，以开拓学生的知识面和

2、工作适应能力。（2） 实训中应注重学生对测绘地形图、识图的训练，适时做好面授辅导，巩固所学理论，并注重与实践相结合，培养学生的实际操作技能。（3） 在实训中，可组织学生到水利水电建设工地参观学习，以帮助学生全面了解水利水电工程测量在工程建设各阶段的作用及工作内容。教学建议：（1） 掌握普通水准仪及经纬仪的使用方法及检校方法；（2） 掌握大比例尺地形图的测绘原理及方法；（3） 掌握水工建筑物的施工放样方法；（4） 掌握正确识读地形图及正确应用相关测量信息的方法。1）重点是普通光学经纬仪与水准仪的使用、大比例尺地形图测绘、建筑物放样方法；适当介绍全站仪的使用方法，以开拓学生的知识面和工作适应能力。

3、（2） 实训中应注重学生对测绘地形图、识图的训练，适时做好面授辅导，巩固所学理论，并注重与实践相结合，培养学生的实际操作技能。（3） 在实训中，可组织学生到水利水电建设工地参观学习，以帮助学生全面了解水利水电工程测量在工程建设各阶段的作用及工作内容。四、学时安排和教学内容课程教学：本课程2学分，36学时。水利工程测量实训教学进程安排周 次 日期 时间 教 学 内 容学习形式及学时指导教师备 注辅导答疑课程作业小组讨论课程实践其  它1 实习动员、检验校正仪器2 2 图根水准测量（包括外业、内业工作）7&#

4、160;3 图根导线测量（包括外业、内业工作）7 4 大比例尺地形图测绘及整饰9 5 水工建筑物放样3 6 识图、用图或工地参观3 7 编写实训报告5 8 合计36 五、课程实践组织学生到水利水电建设工地参观学习，以帮助学生全面了解水利水电工程测量在工程建设各阶段的作用及工作内容。六、工程测量学内容1.绪论了解测量学的意义、任务及在水利、土木工程建设中的作用；熟悉测量基准及水平面代替水准面的限度；掌握地面点位的确定、确定点位的基本要素和测量的基本工作，掌握测量工作的原则和程序

5、。2.水准测量掌握水准测量原理，掌握微倾水准仪的构造及使用方法，掌握水准测量的施测、记录和计算方法，掌握水准测量成果计算，掌握微倾水准仪的检验、校正；熟悉水准点、水准路线、水准测量误差和注意事项，熟悉自动安平水准仪的使用、精密水准仪的读数方法。3.角度测量掌握角度测量原理，掌握光学经纬仪的构造和使用方法，掌握水平角和竖直角的观测方法和相关要点；熟悉经纬仪的检验、校正；了解角度测量误差及注意事项。4.距离丈量与直线定向掌握钢尺量距及数据处理，掌握直线定向的概念，掌握方位角的推算；熟悉激光测距仪、全站仪的工作原理及使用方法。5.测量误差基本知识熟悉由水准测量、角度测量和距离丈量时所产生的误差的来源

6、、种类和性质，熟悉衡量精度的标准，熟悉用真误差和用改正数计算观测值中误差的意义和计算方法；掌握误差传播定律并通过实例加深对误差传播定律的理解，掌握算术平均值及其中误差。6.地形图的基本知识掌握应用等高线表示地貌的方法，使学生具备绘制等高线并能用等高线表示典型地貌的能力。7.控制测量掌握用导线测量方法在测区内建立平面控制网，掌握闭合导线及附合导线坐标计算，掌握结合山区特点进行小三角测量。三角锁的施测方法和内业计算，掌握高程控制测量中的四等水准测量、图根水准测量；熟悉经纬仪前方交会法，熟悉三角高程测量的基本原理；了解GPS(全球定位系统）的工作原理及使用方法。8.大比例尺地形图的测绘掌握测绘地形图

7、的经纬仪测绘法；熟悉绘制坐标格网的方法，熟悉展绘控制点的方法，熟悉视距法测定平距和高差，熟悉碎部测量（经纬仪测绘法、水平板仪与经纬仪联合测图法）方法，熟悉地形图绘制，熟悉地形图的检查、清绘和整饰；了解航空摄影测量。9.地形图应用掌握地形图应用的基本内容，掌握有关土地平整中的地形图应用，掌握城市用地的地形分析，掌握城市规划中的地形图应用及土地面积计算。10.测设的基本工作掌握测设的基本工作内容、技术和方法。11.土木工程测量了解施工控制网的概念；掌握变形观测和竣工总平面图的编绘，掌握水利、土木、民用建筑和工业厂房的施工测量；了解激光定位技术在施工测量中的应用，了解道路工程测量。内容的重点、深度和

8、广度1.绪论概略地阐明测量学的目的和任务，测量学在工程建设中的地位与作用，使学生认识到测量课对本专业的重要作用，并且对现代测量新技术有所了解。本章着重说明水准面与大地水准面的概念。懂得确定地面点位置的方法，明确距离、角度与高程测量的基本工作。在介绍地形图成图原理基础上，进一步阐明测量工作应按“先整体后局部、先控制后碎部”的基本原则进行。2.距离测量及直线定向距离测量，主要结合实验使学生学会使用钢尺丈量水平距离的基本方法，了解光电测距的原理和一般光电测距仪及全站仪的使用。直线定向，着重讲清方位角、象限角的概念及其之间的关系。由于子午线的不平行导出坐标方位角的概念。结合实验使学生学会使用罗盘仪测定

9、直线的方向。距离、方向与地面点直角坐标的关系，着重讲清测量坐标系与数学坐标系的异同，要求学生掌握坐标正、反算方法，为以后内业计算打下牢固的基础。3.水准仪及水准测量在讲清水准测量原理的基础上，介绍水准仪的构造与使用。结合实验使学生学会使用水准仪进行高程测量工作。望远镜成象原理着重讲清视差产生与消除的方法。其它如水准器灵敏度，望远镜的放大率等，只作一般说明。在水准仪的作用中应特别强调微倾螺旋的使用。一般水准测量方法，可结合图表讲清观测程序、记录与计算校核以及组成水准路线时高差闭合线的调整与高程计算。在对水准仪比较了解后，那么进行水准仪的检验校正的教学则更易于理解。在此应着重说明视准轴残余误差的影

10、响，更进一步理解前后视距保持相等的重要性。其它误差只作一般介绍。初步使用仪器应特别加强爱护仪器的教育。自动安平水准仪只作简单介绍。4.经纬仪及其使用在讲清水平角观测原理的基础上，介绍经纬仪的构造和使用。结合实验使学生学会使用经纬仪进行水平角观测。水平角观测以测回法为主，其它方法只讲其特点。经纬仪的使用中应强调各部分的转动关系，这是正确使用经纬仪的关键。竖直角，着重讲清竖盘与指标的转动关系，由此导出测算竖直角的公式。通过实验使学生掌握指标差的计算及检校方法。视距测量。首先讲清视距测量的原理和特点，不仅要注意公式的推导，。而且要着重说明公式中每个元素的意义。视距常数测定可指定学生自学。在对经纬仪比

11、较了解后，进行经纬仪检验与校正的教学，更易于理解。对仪器校正后的残余误差，应说明可采用一定的观测程序，以达到自行抵消或减弱其影响。对于水平角、竖直角、视距测量中产生误差的原因可据其要点加以说明，以便于学生在观测中能自觉地采取措施减少其影响。本章着重介绍J6级光学经纬仪，至于J2级光学经纬仪，只介绍读数方法。5.测量误差的基本知识这一章内容是本课程的难点。首先结合距离、角度、高程的测量，讲授测量误差的来源和种类，搞清楚偶然误差的特性及衡量精度的标准。误差传播定律是本章的重点，结合观测值的函数关系，阐明误差传播定律，并通过精度分析的举例，进一步加深理解。观测值中误差及算术平均值中误差的计算方法，必

12、须使学生掌握。不等精度观测着重讲清权的概念。6.平面控制测量首先可从测量工作应遵循“先整体后局部、先控制后碎部”的原则谈起，从而叙述国家控制和图根控制的概念。导线测量外业应指明工作项目，对选点等工作只作一般介绍。内业计算是导线测量的重点，可在闭合导线和附合导线中选择一种讲清计算目的和计算方法步骤，另一种只需指出其特点。小三角测量的外业应指明工作项目，对选点和基线丈量可作必要说明。内业计算同样是小三角测量的重点。通过由一条基线扩展的小三角锁的计算，说明整个的计算方法与步骤。近似平差可以两端有基线的小三角锁为例，分析其几何条件及平差的原理和方法。其它形式的小三角锁，只需列出不同的  几何

13、条件7.高程控制测量首先简单介绍国家高程控制测量的概念，然后介绍四等水准测量的观测、程序、记录、计算以及成果的整理和校核。水准测量平差只讲具有一个结点的水准路线的平差。三角高程测量与过河水准测量可讲明使用场合与特点，列出计算公式即可。8.地形图的测绘首先介绍地物、地貌的表示方法，讲清等高线的特性。测图前的准备工作着重讲清控制点的展绘，图根点加密可概略介绍几种方法。以一种测图方法为主，讲解碎部测量的基本内容和地物、地貌特征点（立尺点）的选择原则。地形测量教学结束时，应将以上各章的内容归纳综合，使学生对测绘地形图有较完整的、系统的概念。9.地形图的阅读和应用首先介绍高斯平面直角坐标系，以便对直角坐

14、标系统有一个全面的了解，然后概略地介绍地形图的分幅。重点讲解地形图应用的基本内容，其次可举例说明在专业中的应用问题。10.施工放样的基本工作通过与地形图的对比，阐明施工放样的特点。重点讲解长度、角度、高程的放样方法以及点的平面位置放样的基本方法。圆曲线的放样，可在教学实习中讲授，其内容为曲线的主点放样及曲线细部点放样（可选择一种方法讲授）。七、附：经纬仪和水准仪的使用方法1、经纬仪的使用方法使用经纬仪进行角度测量是一种基本的测量工作。角度测量包括水平角测量和竖直角测量。 1水平角测量原理 水平角是空间任两方向在水平面上投影之间的夹角，取值范围为0o360o。安置经纬仪于地面O点，转动望远镜分别

15、照准不同的目标(例如A、B二点)，就可以在水平度盘上得到方向线OA、OB在水平面上投影的读数a、b，由此即得OA、OB之间的水平角为=b-a (3-1) 12竖直角测量原理 竖直角是同一竖直面内水平方向转向目标方向的夹角。目标方向高于水平方向的竖直角称为仰角，a为正值，取值范围为0o+90o；目标方向低于水平方向的竖直角称为俯角，a为负值，取值范围为0o-90o。经纬仪在测量竖直角时，只要照准目标，读取竖盘读数，就可以通过计算得到目标的竖直角。普通光学经纬仪的组成各种光学经纬仪的组成基本相同，其构造主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。 图3-3 DJ6型光学经纬仪 一、照准部 照准部是经纬

16、仪上部可以旋转的部分，主要有竖轴、望远镜、竖直度盘、水准管、读数系统及光学对中器等部件。竖轴是照准部的旋转轴。由旋转照准部和望远镜可以照准任意方向、不同高度的目标；竖直度盘用于测量竖直角；照准部水准管用于整平仪器。读数系统由一系列光学棱镜组成，用于对同时显示在读数窗中的水平度盘和竖直度盘影像进行读数。光学对中器则用于安置仪器使其中心和测站点位于同一铅垂线上。 二、水平度盘 水平度盘是一个光学玻璃圆环，其上顺时针刻有0o360o的刻划线，用于测量水平角。当照准部转动时，水平度盘固定不动，但可通过旋转水平度盘变换手轮使其改变到所需要的位置。 三、基座 基座对照准部和水平度盘起支撑作用，并通过中心连

17、接螺旋将经纬仪固定在脚架上。基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器322普通光学经纬仪的读数方法 J6型光学经纬仪采用分微尺读数法。水平度盘和竖直度盘的格值都是1o，而分微尺的整个测程正好与度盘分划的一个格值相等，又分为60小格，每小格1'，估读至0.1'。读数时，首先读取分微尺所夹的度盘分划线之度数，再依该度盘分划线在分微尺上所指的小1o的分数，二者相加，即得到完整的读数。如图3-4所示，读数窗中上方H为水平度盘影像，读数为112o54'00''；读数窗中下方V为竖直度盘影像，读数为89o06'18''。 23普通光学经纬仪的使用在测

18、站上安置经纬仪进行角度测量时，其使用分为对中、整平、照准、读数等四个步骤。 一、对中 对中就是利用垂球或光学对点器使仪器中心和测站点标志位于同一条铅垂线上。仪器对中误差一般不应超过2mm。 二、整平 整平就是通过脚螺旋调节水准管气泡使仪器竖轴处于铅垂位置，水平度盘和横轴处于水平位置，竖直度盘位于铅垂面内。仪器整平误差一般不应使气泡偏离中心超过1格。图3-5 经纬仪整平 三、照准转动照准部，用望远镜瞄准目标，旋转对光螺旋，使目标影像清晰。测量水平角时，使十字丝竖丝单丝与较细的目标精确重合(图3-6(a)，或双丝将较粗的目标夹在中央(图3-6(b)；测量竖直角时应以中横丝与目标的顶部标志相切(图3

19、-6(c)。  四、读数调节反光镜的角度，旋转读数显微镜调焦螺旋，使读数窗影像明亮而清晰 ，按上述经纬仪的读数方法，对水平度盘或竖直度盘进行读数。在对竖直度盘读数前，应旋转指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中。331测回法设在O点安置经纬仪(图3-7)，采用测回法测定OA、OB两个方向之间的水平角。一、操作步骤1上半测回(盘左)先瞄准左目标A，得水平度盘读数a1，顺时针转动照准部瞄准右目标B，得水平度盘读数b1，并算得盘左角值：左b1a1，接着倒转望远镜，由盘左变为盘右。2下半测回(盘右)先瞄准右目标B，得水平度盘读数b2，逆时针转动照准部瞄准左目标A，得水平度盘读数a2，并

20、算得盘右角值：右b2a2，计算角值时，总是右目标读数 b减去左目标读数a，若b<a，则应加360o。3计算测回角值：(左+右）/24如果还需测第二个测回，则观测顺序同上，记录和计算见表 3-1。 二、注意事项332方向观测法(又称全圆测回法) 设在测站O点安置仪器，以A、B、C、D为目标，为测定O点至每个目标之方向值及相邻方向之间的水平角。 一、操作步骤 1上半测回(盘左)选定零方向(例如为A)，将水平度盘配置在稍大于的读数处，按顺时针方向依次观测A、B、C、D、A各方向，分别读取水平度盘读数，并由上而下依次记入表3-2第4栏。观测最后再回到零方向A(称为归零)。2. 下半测回(盘右)按

21、逆时针方向依次观测A、B、C、D、A各方向(即仍要归零)，读取水平度盘读数，并由下而上依次记入表3-2第5栏。 如果需要观测n个测回，同样应在每个测回开始即盘左的第一个方向，配置水平度盘读数使其递增，其后仍按相同的顺序进行观测、记录(表3-2)。 3分别对上、下半测回中零方向的两个读数进行比较，其差值称为半测回归零差，若两个半测回的归零差均符合限差要求，便可进行以下计算工作。 表3-3 水平角方向观测法限差仪器级别 半测回归零差一测回内2C互差同一方向值各测回互差J2 J6 (无此项要求) 二、计算步骤 1计算两倍视准轴误差(2C)2C=盘左读数(盘右读数) (3-2) 2.计算各方向的平均读

22、数 平均读数(3-3) 3.计算归零后的方向值4.计算各测回归零后方向值之平均值5.计算相邻目标间的水平角值表3-2 水平角观测手簿(方向观测法)（点击查看）经纬仪在测量竖直角时，竖盘随望远镜一道转动。当指标水准管气泡居中时，水平方向读数盘左为90o，盘右为270o(图3-9)。只要照准目标，读取竖盘读数，就可以通过计算得到目标的竖直角。竖盘指标差及其计算当望远镜水平竖盘指标水准管气泡居中时，如果竖盘指标线偏离正确位置，其读数将与90o或270o之间产生小的偏角，此偏角x称为竖盘指标差。指标差x对盘左、盘右竖角的影响大小相同、符号相反，采用盘左、盘右取平均的方法就可以消除指标差对竖角的影响。竖

23、盘指标差x有两种计算公式，分别为：    x=(R-L)/2    x=(L+R)-360o/2 光学经纬仪的检验与校正一、照准部水准管轴的检验与校正目的：使照准部水准管轴LL仪器竖轴VV。气泡居中时，竖轴应铅直，水平度盘应水平。检验：(1)将仪器大致整平，转动照准部使水准管与基座上一对脚螺旋的连线相平行。(2)旋转该二脚螺旋，使水准管气泡居中，此时水准管轴水平。(3)将照准部旋转180°，若气泡仍然居中，表明条件满足；若气泡不居中(偏离1格以上)，则需进行校正。校正：(1)转动与水准管平行的两个脚螺旋，

24、使气泡向中央移动偏离值的一半。(2)用校正针拨动水准管校正螺丝（注意应先放松一个，再旋紧另一个），使气泡居中，此时水准管轴处于水平位置，竖轴处于铅直位置，即LLVV。(3)此项检验校正需反复进行，直至照准部旋转到任何位置，气泡偏离最大不超过半格时为止。 二、视准轴的检验和校正 、视准轴误差的概念：望远镜视准轴CC与横轴HH如不相垂直，二者之间存在偏角c，这一误差称为视准轴误差(图3-12)。如图3-12(a) 所示，照准目标p，则读数为：盘左M1、盘右M2，则c=M1（M2±180o）/2(3-17) 上式即为视准轴误差的计算公式。视准轴误差c对盘左、盘右平盘读数的影响大小相同、符号

25、相反，采用盘左、盘右取平均的方法就可以消除视准轴误差对水平角的影响。2、检验和校正 目的：使望远镜视准轴CC垂直于横轴HH，从而使视准轴绕横轴转动时划出的照准面为一平面。检验：(1)以盘左、盘右观测大致位于水平方向的同一目标p（为何需照准水平方向目标，见下面横轴的检验和校正），分别得读数M1、M2。(2)代入(3-17)式，如算得的c值超过允许范围(一般为±30")，即说明存在视准轴误差。视准轴和横轴不垂直，主要是由于十字丝环的固定螺丝有所松动或磨损，十字丝交点偏离正确位置，造成视准轴偏斜所致。校正：(1)将算得的c值代入(3-15)式，计算盘右的正确读数M正=M2+c；

26、(2)旋转照准部微动螺旋使平盘读数变为M正，十字丝交点必然偏离目标p； (3)用校正针拨动十字丝环左、右校正螺丝(图3-15)，一松一紧推动十字丝环左右平移，直至十字丝交点对准目标p，即由K'返回正确位置K为止。三、横轴的检验和校正 目的：使望远镜横轴HH垂直于竖轴VV，从而使视准轴绕横轴转动时划出的照准面为一竖直平面。 检验：望远镜横轴HH与竖轴VV如不相垂直，二者之间存在偏角i，这一误差称为横轴误差(图3-14)。横轴误差的存在，将使视准轴绕横轴转动时划出的照准面为一倾斜平面，同样会影响照准精度。 (1)如图3-14，在离墙1030m处安置经纬仪。 (2)盘左瞄准高处一点P（30&

27、#176;），旋紧照准部制动螺旋。然后，将望远镜放至大致水平位置，用十字丝交点在墙上定出一点P1。 (3)倒镜，用盘右位置再瞄准高处 P点，同法在墙上又定得一点P2；如果Pl、P2两点重合，说明条件满足；若不重合，则需要校正。  光学经纬仪的横轴是密封的，测量人员只需进行检验，校正则由仪器检修人员进行。 和视准轴误差一样，横轴误差对盘左、盘右读数的影响也是大小相同，符号相反，取平均即可消除其影响。 四、十字丝竖丝的检验和校正目的：使十字丝竖丝垂直于横轴HH，以便于仪器整平后，十字丝竖丝保持竖直，从而提高目标照准的精度。检验：(1)整平仪器，用纵丝照准任一点P。(2)将望远镜上下微动，如该点始终不离开纵丝，则说明纵丝垂直于水平轴。否则，需进行校正。 校正： (1)卸下目镜处的十字丝护盖，如图3-12。(2)松开四个十字丝环固定螺丝，微微转动十字丝还，使纵丝与P点重合，直到望远镜上下微动时，该点始终在纵丝上为止。 (3)旋紧四个十字丝环固定螺丝，装上十字丝护盖。 五、竖盘指标差的检验与校正2、水准仪的使用方法水准仪广泛用于建筑行业，是测