土木工程测量作业答案解析

土木工程测量作业答案解析一、水准测量部分1.水准测量原理水准测量是利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两点上的水准尺读数，来测定两点间高差，再根据已知点高程，推算出未知点高程。其原理基于公式：\(h_{AB}=ab\)，其中\(h_{AB}\)为\(A\)、\(B\)两点间高差，\(a\)为后视读数，\(b\)为前视读数。\(H_{B}=H_{A}+h_{AB}\)，\(H_{A}\)为已知点\(A\)的高程，\(H_{B}\)为待求点\(B\)的高程。

2.水准测量的仪器及使用水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。望远镜用于瞄准目标和读取水准尺读数；水准器包括圆水准器和管水准器，用于指示水准仪是否处于水平状态；基座则用于支撑仪器并使其能在三脚架上稳定。

使用水准仪时，首先要安置仪器，将三脚架架设在合适位置并大致整平，然后通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中，再调节微倾螺旋使管水准器气泡居中，此时仪器视线水平。接着用望远镜瞄准水准尺，读取十字丝横丝在水准尺上的读数。

3.水准测量的误差来源及消减方法仪器误差：水准仪视准轴与水准管轴不平行，会产生i角误差。可通过前后视距相等来消减，如在一个测站上使前、后视距尽量相等，或在整个水准路线上采用偶数站观测，使前、后视距累积差符合要求。水准尺零点误差，可采用往返观测取平均值或更换水准尺等方法减少影响。观测误差：水准尺倾斜误差，观测时应扶直水准尺。读数误差，读数时应仔细对准十字丝并准确读数，避免误读。外界环境影响误差：仪器下沉误差，在观测过程中，仪器下沉会使视线降低，导致高差测量误差。可采用"后前前后"的观测顺序，即先后视读数，再前视读数，然后前视读数，最后后视读数，这样可以抵消一部分仪器下沉的影响。尺垫下沉误差，在转点处，尺垫下沉会使高差测量产生误差。应选择坚实的地面作为转点，并采用合适的方法放置尺垫，减少其下沉。地球曲率和大气折光误差，可通过限制视线长度来减少其影响，一般规定视线长度不超过一定数值。

4.水准测量作业流程及成果计算水准测量作业流程通常包括：1.准备工作：检查仪器、水准尺等工具是否完好，熟悉水准路线情况。2.安置仪器：在测站上安置水准仪并整平。3.瞄准水准尺：用望远镜瞄准水准尺。4.读数：读取水准尺上的读数。5.记录：将观测数据记录下来。6.迁站：搬至下一站继续观测。

成果计算时，首先计算各测站的高差\(h_{i}=a_{i}b_{i}\)，然后计算总高差\(\sumh=\sum(ab)\)，最后根据已知点高程和总高差计算待求点高程\(H_{待}=H_{已知}+\sumh\)。

例如，已知\(A\)点高程\(H_{A}=100.000m\)，观测数据如下：|测站|后视读数\(a\)（m）|前视读数\(b\)（m）|高差\(h\)（m）||::|::|::|::||1|1.568|0.876|0.692||2|1.325|1.789|0.464||3|1.897|1.234|0.663|

总高差\(\sumh=0.6920.464+0.663=0.891m\)则\(B\)点高程\(H_{B}=H_{A}+\sumh=100.000+0.891=100.891m\)

二、角度测量部分1.角度测量原理角度测量包括水平角测量和竖直角测量。水平角测量原理：水平角是指地面上一点到两目标的方向线铅垂投影在水平面上所夹的角度。测量水平角时，在角顶点安置经纬仪，通过经纬仪的水平度盘读取两目标方向线的水平度盘读数，其差值即为水平角值。例如，\(\beta=\left|ab\right|\)，其中\(\beta\)为水平角，\(a\)、\(b\)分别为两目标方向线的水平度盘读数，当\(a>b\)时，\(\beta=ab\)；当\(a<b\)时，\(\beta=360^{\circ}(ba)\)。竖直角测量原理：竖直角是指在同一竖直面内，目标方向线与水平线的夹角。测量竖直角时，在测站点安置经纬仪，通过望远镜的竖盘读取目标方向线的竖盘读数，根据竖盘指标差和竖盘读数计算竖直角值。例如，盘左时竖直角\(\alpha_{L}=90^{\circ}L\)，盘右时竖直角\(\alpha_{R}=R270^{\circ}\)，其中\(L\)为盘左竖盘读数，\(R\)为盘右竖盘读数，取平均值\(\alpha=\frac{1}{2}(\alpha_{L}+\alpha_{R})\)。

2.经纬仪的构造及使用经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。照准部包括望远镜、横轴、竖轴、水准管等；水平度盘用于测量水平角；基座用于支撑仪器。

使用经纬仪时，首先要对中整平，使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上，且仪器处于水平状态。然后进行瞄准目标，通过望远镜精确瞄准目标点。接着进行读数，读取水平度盘和竖盘的读数。

3.角度测量的误差来源及消减方法仪器误差：视准轴误差，可通过盘左、盘右观测取平均值消除。横轴误差，同样通过盘左、盘右观测取平均值消除。竖盘指标差，通过盘左、盘右观测计算指标差并进行改正。观测误差：对中误差，对中不准确会使观测角度产生误差。应采用合适的对中方法，如垂球对中或光学对中器对中，确保对中精度。整平误差，仪器未整平会导致竖轴倾斜，影响角度测量。应严格整平仪器，使水准管气泡居中。瞄准误差，观测时应准确瞄准目标，尽量减小瞄准误差。外界环境影响误差：风力影响，大风天气会使仪器晃动，影响观测精度。应选择风力较小的天气进行观测，或采取防风措施。温度变化影响，温度变化会导致仪器部件膨胀或收缩，引起误差。可在观测前对仪器进行预热，使仪器与外界温度基本一致，减少温度影响。

4.角度测量作业流程及成果计算角度测量作业流程：1.准备工作：检查仪器，了解测站和目标情况。2.安置仪器：在测站点对中整平经纬仪。3.盘左观测：瞄准目标1读取水平度盘读数\(a_{L}\)，再瞄准目标2读取水平度盘读数\(b_{L}\)，计算盘左水平角\(\beta_{L}=b_{L}a_{L}\)，若\(\beta_{L}<0\)，则\(\beta_{L}=\beta_{L}+360^{\circ}\)。同时读取目标竖盘读数\(L\)，计算盘左竖直角\(\alpha_{L}=90^{\circ}L\)。4.盘右观测：倒转望远镜，瞄准目标2读取水平度盘读数\(b_{R}\)，再瞄准目标1读取水平度盘读数\(a_{R}\)，计算盘右水平角\(\beta_{R}=b_{R}a_{R}\)，若\(\beta_{R}<0\)，则\(\beta_{R}=\beta_{R}+360^{\circ}\)。同时读取目标竖盘读数\(R\)，计算盘右竖直角\(\alpha_{R}=R270^{\circ}\)。5.计算水平角和竖直角平均值：水平角平均值\(\beta=\frac{1}{2}(\beta_{L}+\beta_{R})\)。竖直角平均值\(\alpha=\frac{1}{2}(\alpha_{L}+\alpha_{R})\)。计算竖盘指标差\(x=\frac{1}{2}[(RL)180^{\circ}]\)。用指标差对竖直角进行改正，改正后竖直角\(\alpha_{改}=\alphax\)（盘左）或\(\alpha_{改}=\alpha+x\)（盘右）。

例如，盘左观测时，\(a_{L}=20^{\circ}12'30''\)，\(b_{L}=65^{\circ}25'45''\)，\(L=85^{\circ}32'15''\)；盘右观测时，\(a_{R}=200^{\circ}12'45''\)，\(b_{R}=245^{\circ}25'30''\)，\(R=274^{\circ}27'45''\)。盘左水平角\(\beta_{L}=65^{\circ}25'45''20^{\circ}12'30''=45^{\circ}13'15''\)盘右水平角\(\beta_{R}=245^{\circ}25'30''200^{\circ}12'45''=45^{\circ}12'45''\)水平角平均值\(\beta=\frac{1}{2}(45^{\circ}13'15''+45^{\circ}12'45'')=45^{\circ}13'00''\)盘左竖直角\(\alpha_{L}=90^{\circ}85^{\circ}32'15''=4^{\circ}27'45''\)盘右竖直角\(\alpha_{R}=274^{\circ}27'45''270^{\circ}=4^{\circ}27'45''\)竖直角平均值\(\alpha=\frac{1}{2}(4^{\circ}27'45''+4^{\circ}27'45'')=4^{\circ}27'45''\)竖盘指标差\(x=\frac{1}{2}[(274^{\circ}27'45''85^{\circ}32'15'')180^{\circ}]=0^{\circ}00'15''\)改正后竖直角\(\alpha_{改}=4^{\circ}27'45''0^{\circ}00'15''=4^{\circ}27'30''\)

三、距离测量部分1.钢尺量距原理钢尺量距是通过直接丈量两点间的水平距离。使用钢尺时，将钢尺的零点对准起点，沿直线方向拉平钢尺，读取终点处钢尺的读数，该读数即为两点间的水平距离。量距时要注意钢尺的拉力应符合规定，钢尺应保持水平，以减少误差。

2.光电测距原理光电测距是利用电磁波（光波或微波）作为载波传输测距信号，以测量两点间距离。常见的光电测距仪有红外测距仪和激光测距仪。其原理是通过测量电磁波在两点间往返传播的时间\(t\)，根据公式\(D=\frac{1}{2}ct\)计算距离，其中\(c\)为电磁波在大气中的传播速度。由于大气折射等因素会影响电磁波传播速度，实际测量中需要进行改正。

3.距离测量的误差来源及消减方法钢尺量距误差：钢尺本身误差，如钢尺名义长度与实际长度不符，应进行钢尺检定，求出钢尺的实际长度改正数，并对量得的距离进行改正。丈量误差，包括钢尺倾斜误差、拉力不均匀误差、读数误差等。丈量时应使钢尺水平，采用合适的拉力，仔细读数，减少丈量误差。外界环境影响误差，如温度变化会使钢尺伸缩，导致量距误差。可根据钢尺的线膨胀系数，计算温度改正数并进行改正。光电测距误差：仪器误差，如测距仪的加常数、乘常数误差等，应定期对仪器进行校准，消除这些误差影响。大气折射误差，大气折射会使电磁波传播路径发生弯曲，影响测距精度。可采用大气改正模型或通过同步观测等方法进行改正。观测误差，包括照准误差、读数误差等，观测时应仔细操作，提高观测精度。

4.距离测量作业流程及成果计算钢尺量距作业流程：1.准备工作：检查钢尺，准备测钎、标杆等工具。2.定线：在两点间确定一条直线，可采用目估定线或经纬仪定线。3.丈量距离：将钢尺零点对准起点，拉平钢尺，在终点处读数，记录距离。每量完一尺段，应插上测钎作为标记。4.往返丈量：往测和返测距离，计算往返丈量较差\(\DeltaD=\left|D_{往}D_{返}\right|\)。5.成果计算：当往返丈量较差符合规定要求时，取平均值作为最终测量结果\(D=\frac{D_{往}+D_{返}}{2}\)。

光电测距作业流程：1.准备工作：检查测距仪，安装电池，设置仪器参数。2.安置仪器：在测站点安置测距仪，并对中整平。3.瞄准目标：用测距仪望远镜瞄准目标点。4.测量距离：启动测距仪进行测量，读取距离值。5.记录数据：记录测量的距离、温度、气压等数据。6.成果计算：根据测量数据和仪器参数，计算改正后的距离值。如根据温度和气压计算大气改正数，对测量距离进行改正。

例如，钢尺量距往测距离\(D_{往}=125.365m\)，返测距离\(D_{返}=125.358m\)。往返丈量较差\(\DeltaD=\left|125.365125.358\right|=0.007m\)允许较差一般规定为\(\frac{D}{1000}\)（\(D\)为丈量距离），这里\(D=\frac{125.365+125.358}{2}=125.3615m\)，允许较差为\(\frac{125.3615}{1000}=0.125m\)，\(\DeltaD<\)允许较差。最终测量结果\(D=\frac{125.365+125.358}{2}=125.3615m\)

对于光电测距，若测量距离\(D_{测}=500.000m\)，温度\(t=20^{\circ}C\)，气压\(P=1013hPa\)，仪器加常数\(C=0mm\)，乘常数\(R=0ppm\)，大气改正数\(\DeltaD_{气}=0.008m\)。改正后距离\(D=D_{测}+\DeltaD_{气}=500.000+0.00