工程测量基础知识

第一节工程测量基础观点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公民经济和国防建设中的直策应用，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完工后的运营管理阶段的测量。规划设计阶段的测量主假如供给地形资料。获得地形资料的方法是，在所成立的控制测量的基础长进行地面测图或航空拍照测量。施工兴建阶段的测量的主要任务是，依照设计要求在实地正确地标定建筑物各部分的平面地点和高程，作为施工与安装的依照。一般也要求先成立施工控制网，而后依据工程的要求进行各样测量工作。完工后的运营管理阶段的测量，包含完工测量以及为监督工程安全状况的变形观察与维涵保养等测量工作。按工程测量所服务的工程种类，也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与地道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。别的，还将用于大型设施的高精度定位和变形观察称为高精度工程测量；将拍照测量技术应用于工程建设称为工程拍照测量。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含城建、地质、铁路、交通、房地产管理、水利电力、能源、航天和国防等各样工程建设部门。不论是工程进度各阶段的测量工作，仍是不一样工程的测量工作，都需要依据偏差剖析和测量平差理论选择适合的测量手段，并对测量成就进行办理和剖析，也就是说，测量数据办理也是工程测量的重要内容。在今世公民经济建设中，测量技术的应用十分宽泛。在好多工程建设中，从规划、勘察、设计、施工及管理和运营阶段等的决议和实行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、环境和灾祸等社会可连续发展中的重要问题以及公民经济和国防建设的重要决断相同需要测绘技术供给技术支撑和数据保障。第二节常用仪器及其操作方法水平仪及其操作常用的水平仪为DS3型微倾式水平仪（见图1）。水平仪能够供给一条水平视野，经过观察水平尺读1***数，测算两点间的高差。其基本操作程序为：布置仪器、大略整平、对准水平尺、精准整平易读数。图1DS3型微倾水平仪（1）、布置仪器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，并使三脚架架头大概水平。②．从仪器箱中拿出水平仪，用连结螺旋将水平仪固定在三脚架架头上。（2）、大略整平经过调理脚螺旋使圆水平器气泡居中。详细操作步骤以下。①．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，负气泡沿着1、2连线方图2大略整平向由a移至b。②．用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3，负气泡由b移至中心。整平常，气泡挪动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的挪动方向一致，与右手大拇指旋转脚螺旋时的挪动方向相反。（3）、对准水平尺①．目镜调焦松开制动螺旋，将望远镜转向光亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。②．初步对准经过望远镜筒上方的照门和准星对准水平尺，旋紧制动螺旋。2***③．物镜调焦转动物镜对光螺旋，使水平尺的成像清楚。④．精准对准转动微动螺旋，使十字丝的竖丝对准水平尺边沿或中央，如图3所示。图3精准对准⑤．除去视差眼睛在目镜端上下挪动，有时可看见十字丝的中丝与水平尺影像之间相对挪动，这类现象叫视差。产生视差的原由是水平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，应予除去。除去视差的方法是认真地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。4）、精准整平精准整平简称精平。眼睛察看水平气泡察看窗内的气泡影像，用右手迟缓地转动微倾螺旋，负气图4精准整平泡两头的影像严实符合。此时视野即为水平视野。微倾螺旋的转动方向与左边半气泡影像的挪动方向一致，如图4所示。（5）、读数切合水平器气泡居中后，应立刻用十字丝中丝在水平尺上读数。读数时应从小数向大数读，假如从望远镜中看到的水平尺影像是倒像，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。读数后再检查切合水平器气泡能否居中，若不居中，应再次精平，从头读数。经纬仪及其操作经纬仪用于角度测量，包含水平角测量及竖直角测量。常用的经纬仪有J2型和J6型。其结构主要由基座、照准部、度盘三部分构成。（见图5）经纬仪操作的基本程序：架设仪器、对中、整平、照准、读数。3***图5经纬仪结构1）、架设仪器：将经纬仪搁置在架头上，使架头大概水平，旋紧连结螺旋。2）、对中：目的是使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上。能够挪动脚架、旋转脚螺旋使对中标记正确对准测站点的中心。（3）、整平：目的是使仪器竖轴铅垂，水平度盘水平。依据水平角的定义，是两条方向线的夹角在水平面上的投影，所以水平度盘必定要水平。①．粗平：伸缩脚架腿，使圆水平气泡居中。检查并精准对中：检核对中标记能否偏离地面点。假如偏离了，旋松三角架上的连结螺旋，平移仪器基座使对中标记正确对准测站点的中心，拧紧连结螺旋。②．精平：旋转脚螺旋，使管水平气泡居中。（4）、对准与读数：①．目镜对光：目镜调焦使十字丝清楚。②．对准和物镜对光：粗瞄目标，物镜调焦使目标清楚。注意除去视差。精瞄目标。③．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楚，而后读4***数。光电测距仪原理BAD图6光电测距原理如图6所示，欲测定A、B两点间的距离D，可在A点布置能发射和接收光波的光电测距仪，在B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。经过测定光波在AB之间流传的时间t，依据光波在大气中的流传速度c，按下式计算距离D：D=1/2ct光电测距仪依据测准时间t的方式，分为直接测准时间的脉冲测距法和间接测准时间的相位测距法。高精度的测距仪，一般采纳相位式。相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光经过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。经过测量调制光在待测距离上来回流传的相位差φ来解算距离。4.全站仪简介全站仪是一种集光、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)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。它是够能自动测量和计算，并经过电子手簿或直接实现数据自动记录、储存和输出。几乎能够用在全部的测量领域。因其精度高、操作简易、易于掌握，在此刻的工程建设中获得了宽泛的应用。全站仪的操作过程与经纬仪基真相像，在此就不再赘述了。第三节控制测量控制测量是工程建设中各项测量工作的基础，包含高程控制测量和平面控制测量两项内容。高程控制为了一致全国的高程系统，我国采纳与黄海均匀海水面相符合的大地水平面作为全国高程系统的基准面，我国采纳的高程系统有“1956黄海高程系”及“1985年国家高程基准”。常用高程控制测量方法有：水平测量和三角高程测量。水平测量是依照几何原理用水平仪和水平标尺测定地面两点间高差的方法。水平测量是高程测量中精度最高和最常用的一种方法，被宽泛应用于高程控制测量和各种施工测量中。5***水平测量施测方法水平测量是用沿水平路线逐点向前推动的方式实行。为了测量地面上A、P两点间高差（见图7），先将水平标尺R1直立在水平点A（高程已知）上，再将水平标尺R2直立在必定距离的B点上，在A、B之间布置水平仪。依照水平仪的水平视野，在标尺上分读别数，两标尺读数差就是A、B两点间的高差hAB。第一站测完后，B点上水平标尺R2保持不动，A点的水平标尺R1移至C点，水平仪移至BC的中间，测得B、C两点间高差hBC，这样连续推动至P点，A、P两点间的高差hAP=hAB+hBC+??+h×P。图7水平测量原理表示图除了水平测量外，三角高程测量也是比较常用的高程控制方法。三角高程测量是经过观察两点间的水平距离和天顶距（或竖直角）而采纳三角函数计算来求定两点间的高差的方法。它观察方法简单，不受地形条件限制，是测定大地控制点高程的基本方法。三角高程测量的基来源理如图8，A、B为地面上两点，自A点观察B点的竖直角为α1.2，S0为两点间水平距离，i1为A点仪器高，i2为B点觇标高，则A、B两点间高差为h1.20=Stanα1.2＋i1－i2图8三角高程测量基来源理图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系是经过与原苏联1942年坐标系联测而成立的。是苏联1942年坐标系的延长，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”上决定成立我国新的坐标系，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、SLR等成就而成立的。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准测定控制点的平面地点。依据测量工作需要，在测区内选择一系列控制点，形成平面控制网。经过观察各点间的水平角及边长，用三角函数来计算控制点的坐标。平面控制网的主要布设形式有三角网（图9）和导线网（图10-1、图10-2）两种形式。图9三角控制网表示图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（因缺乏校核条件而不常用）三种布设形式。Dβ2βB4βββn+1231s2β5C(n+1)s13snAn(1)图10-1闭合导线表示图图10-2附合导线表示图******7***导线的坐标计算：第一，依据开端边的已知坐标方向角及更正后的水平角，按下述左/右角公式计算其余各导线边的坐标方向角。前=°后+β左±180（左角公式）或前=后-β右±180°（右角公式）α前是导线点的行进边方向角，α后导线点的后边方向角β左是指所测水平角位于导线行进边的左侧，β左是指所测水平角位于导线行进边的右边。计算检核：最后计算出开端边坐标方向角，它应与原有的开端边已知坐标方向角相等，不然应从头检查计算。检核无误后，按下式进行坐标增量的计算。X=DcosY=Dsin最后进行坐标的计算。X前=X后+△XY前=Y后+△Y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地点和高程进行测定，并按必定比率减小，用符号和注记绘制成地形图的工作。地形测量包含控制测量和碎部测量。控制测量前面已经有过介绍，下边主要介绍地形碎部测量。碎部测量是测绘地物地形的作业。地物特色点、地形特色点统称为碎部点。图118***在从前没有全站仪的状况下，碎部点的平面地点常用极坐标法测定，碎部点的高程往常用视距测量法测定。按所用仪器不一样，有平板仪测图法、经纬仪和小平板仪结合测图法、经纬仪（配合轻巧展点工具）测图法等。它们的作业过程基真相同。测图前将画图纸或聚酯薄膜固定在测图板上，在图纸上绘出坐标格网，展绘出图廓点和全部控制点，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暂时测定的点作为测站，在测站上布置整平平板仪并定向，而后用望远镜照准碎部点，经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，按测图比率尺沿直尺边沿自测站截取相应长，即碎部点在图上的平面地点，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）。跟着计算机技术的迅猛发展和全站仪的宽泛应用，数字化测图已经成为地形测绘发展的主流趋向。已经日趋宽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，连结测量仪器的输入输出设施，在硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行收集、输入、编写、成图、输出、画图、管理的测绘系统。数字测图系统的综合框图如图11所示。全站仪或电子平板（便携机）半全站仪显示屏电子手簿数字化仪打印机PC卡扫描仪画图仪台式计算机立体坐标量测仪软盘分析测图仪图11数字测图系统表示图用全站仪在测站进行数字化测图，称为地面数字测图。因为用全站仪直接测定地物点和地形点的精度很高，所以，地面数字测图是几种数字测图方法中精度最高的一种，也是城市大比率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，而后，再利用数字测图系统将其修测或更新，获得所需的数字地形图。关于大面积的测图，往常可采纳航测方法或数字拍照测量方法，经过分析立体测图仪或数字拍照测量系统获得数字地形图。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，依据编码系统以及参照草图编写成图。使用的电子手簿能够是全站仪原配套的电子手簿，也能够是特意的记录手簿，或许直接利用全站仪拥有的储存器和储存卡作为记录手簿。测记法成图的软件也有很多种。电子平板模式为野外测绘，及时显示，现场编写成图。所谓电子平板测量，马上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，并可对其进行编写，知足测图要求后，将测量和编写数据存盘。这样，相当于在现场就获得一张平板仪测绘的地形图，所以，无需画草图，并可在现场将测得图形和实地相比较，假如有错误和遗漏，也能获得及时纠正。地形图图面上的符号和注记在手工制图中是一项沉重的工作。用计算机成图不需要逐一绘制每一个符号，而只要先把各样符号按地形图图式的规定早先做好，并按地形编码系统成立符号库，寄存在计算机中。使用时，只要按地点调用相应的符号，使其出此刻图上指定的地点。这样进行符号注记，迅速简易。地形图符号分为比率符号、非比率符号及半比率符号三种。这些符号的办理方法以下：（1）．比率符号的绘制比率符号主假如一些较大地物的轮廓线，依比率减小后，图形保持与地面实物相像，如房子、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，因此能够经过获得这些图形元素的特色点用画图软件绘制。2）．非比率符号的绘制非比率符号主假如指一些独立的、面积较小但拥有重要意义或不行忽略的地物，如测量控制点、水井、界址点等。非比率尺符号的特色是仅表示该地物中心点的地点，而不代表其大小。对这些符号的办理，可先依照图式标准将符号做好寄存于符号库中，在成图时，按其地点调用，绘制于图上。（3）．半比率符号的绘制半比率符号在图上代表一些线状地物，如围墙、斜坡、境地等。这些符号的特色是在长度上依比率。在办理这些符号时，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，只要输入该线状地物转折处的特色点，即可由程序绘出该线状地物。（4）．符号的面填补地面的植被、土质等依照图式规定绘制必定的代表性符号均匀散布在图上该范围内，这类画图作业可由画图软件的“面填补”功能来达成。（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画图程序中所固有的，注记比较方便；关于汉字注记，可先成立矢量汉字库，依据汉字特色码进行注记，关于汉化的CASS软件，则可直接进行汉字注记。10***第五节工程测设的基本工作测设也就是常说的放样，它是依据工程设计图纸上待建的建筑物、修建物的轴线地点、尺寸及其高程，算出待建的建、修建物各特色点(或轴线交点)与控制点(或原有建,修建物特色点)之间的距离，角度，高差等测设数据，而后以地面控制点为依照，将待建的建,修建物的特色点在实地标定出来，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。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，按使用仪器工具不一样，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纳光电测距仪测量，若用钢尺测量，一定要进行尺长更正及温度更正。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设，以标定端点B。可先依据设计水平距离D设，按一般方法在地面大要地定出B′点，如图7.2所示，而后依照第四章介绍的方法，精细测量AB′的水平距离，并加入尺长、温度及倾斜更正数，设求出AB′的水平距离为D。若D不等于D设，则按下式计算更正数D，并进行更正，以标定B点地点。图12测设已知水平距离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。测设已知水平角其实是依据地面上已有的一条方向线和设计的水平角值，用经纬仪在地面上标定出另一条方向线的工作。水平角测设一般采纳盘左盘右分中法，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β，在地面上标定出AC方向线。测设时，第一在A点布置经纬仪，对中，整平，用盘左地点对准B点，使水平度盘读数为0°00′0，0″顺时针转动照准部至水平度盘读数为β值时，对准视野在地面上做标记C′，而后换成盘右地点对准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C。AC与AB双方向线之间的水平夹角就是要测设的β角。为了检核，可从头观察AB与AC双方向线之间的水平角，并与设计值比较。11***图13正倒镜分中法测设水平角表示图5.测设已知高程测设已知高程就是依据地面上已知水平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记线的工作。如图14所示，已知某水平点的高程H水，欲在邻近测设一高程为H设的B点的高程标记。测设时，先在水平点与待测设点之间布置水平仪，在水平点上立尺，读出后视读数a，由此求出仪器的视线高Hi＝H水＋a，再依据B点的设计高程计算出水平尺立于该标记线上的应读前视数b应＝Hi－H设，而后，将水平尺紧贴B点木桩的侧面，并上下搬动，使水平仪望远镜的十字丝横丝正好对准应读前视数b应，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。为了检核，可改变仪器的高度，从头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，切合要求，该短横线作为测设的高程标记线。并注记相应高程符号和数值。图14测设已知高程表示图第六节常用测量术语解说测量学：测量学是研究整个地球的形状及大小和确立地球表面点位关系的一门学科。测绘：测绘是测量和地图制图的简称。测量就是获得反应地球形状、地球重力场、地球上自然和社会因素的地点、形状、空间关系、地区空间结构的数据。地图制图是将这些数据经办理、剖析或综合后加以表达和利用的一种形式。测设：测设是依据工程图纸，将图上设计的建（构）筑物在实地上标定出来，作为施工或定界的依照，又称放样。12******测量的基准线与基准面：基准线：铅垂线（即重力指向方向）。基准面：水平面（即到处和重力方向垂直的曲面）。7.8.9.

大地水平面：大地水平面是指均匀海平面经过大陆延长勾勒出的一个关闭连续的关闭曲面。海拔：某点至大地水平面的垂直距离。也叫绝对高程。水平角：水平角是指订交的两条直线在同一水平面上的投影所夹的角度，或指分别过两条直线所作的竖直面所夹的二面角。10.天顶距：天顶距是竖直面内，铅垂线天顶方向与某一方向线的夹角。竖直角：竖直角是指在同一竖直面内，某一方向线与水平线的夹角，测量上又称为倾斜角或竖角。天顶距：天顶距是竖直面内，铅垂线天顶方向与某一方向线的夹角。测回：测回即对某一量进行盘左盘右测量。方向角：以特定基准方向为起点（一般为北方），依附时针方式旋转至指定方向的夹角度。三角高程测量：三角高程测量是依据两点间的水平距离及竖直角应用三角学公式计算两点间的高差。比率尺：指图上一段长度与实地相应线段的实质长度的比值。中偏差：测量工作中，用标准差来权衡观察的精度，但在实质工作中，观察次数有限，故取标准差的估值作