《注册土木之测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注册土木之测量（150页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 工程测量,2019/10/20,测量学是研究地球形状和大小、确定地面点位的科学，测量的主要工作包括测定和测设两个部分，其中测定是用测量仪器通过对地球表面点进行测量、计算，从而获取一系列测量数据、或由所测得的数据将地球表面地形缩绘成地形图；测设则是指把图纸上规划设计好的建筑物位置及形状在地面上标定出，它又称为放样。,测定是指用测量仪器通过对地球表面上的点进行测量、计算，从而获得一系列的测量数据，或根据测得的数据将地球表面的地形缩绘成地形图，如下图的点A（实地）A（图纸）、点B（实地）B（图纸）等过程；测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置通过测量在地面上标定出来，如图1-1b的
2、房角点1（规划图纸）1（实地）过程。,测量就是研究空间点定位问题。即确定地面目标在三维空间的位置及其随时间的变化。一般是通过测量角度、距离等几何量来实现的。,2019/10/20,测量仪器发展,2019/10/20,地球的形状和大小,1、地球 (1) 地球是南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球 (2) 地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态，并不平坦 (3) 其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%,世界最高峰珠穆朗玛峰8844.43m，最深的马里亚纳海沟深11022m。,地球形状认识演变,2019/10/20,2、地球的物理特性,(1
3、) 重力与铅垂线 1) 重力地球上质点所受万有引力与离心力的合力。 2) 铅垂线方向重力方向。 铅垂线是测量工作的基准线 (2) 水准面 假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的封闭曲面称水准面。,2019/10/20,大地水准面,潮起潮落的海水水位是动态的，因此水准面有无穷多个，通常把通过平均海水面并向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面称为大地水准面（下图）。这样大地水准面是测量工作的基准面。,2019/10/20,虽然大地水准面形状与地球总形体最相似，但由于地球内部质量的不均匀分布，使重力方向产生不规则变化，造成了大地水准面是一个起伏不规则的曲面，为满足作为基准面的第二个条件，选择
4、一个与大地水准面拟合很好的旋转椭球体作为参考椭球面，其几何参数包括长半轴a和扁率e。,2019/10/20,80北京坐标,我国目前采用的1980年国家大地坐标系参数是1979年国际IUGG推荐的数值，同时选择陕西泾阳县永乐镇某点为大地原点（右图），此系统简称“80西安坐标”。在此之前使用（目前也同时使用）的平面坐标系统称54北京坐标,2019/10/20,高程基准面,我国目前采用的是“1985年国家高程基准”，它是根据青岛验潮站1952年至1979年的观测资料所确定的黄海平均海水面（其高程为零）作起算面的高程系统，并在青岛观象山（右图）建立了固定水准原点，水准原点的高程为72.260m，全国各
5、地的高程都以它为基准进行测算。,2019/10/20,测量的基准面与坐标系统,测量基准面：在选定的基准面上（曲面或平面）建立坐标系统后，通过测量点位之间的距离D、角度和点到基准面的高差这三个基本元素来确定的。,2019/10/20,基准面应具备两个基本条件：第一，其形状和大小能与地球总形体拟合；第二，必须是一个能用简单几何体和方程式描述的规则数学面。并有利于数据处理。,测量基准面,2019/10/20,地面点的高程,地面点沿投影方向（即铅垂方向）到高程基准面的距离称为高程。最常用的高程系统是以大地水准面作为高程基准面起算的。地面点至大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程或海拔，用H表示。 在
6、局部地区或独立的工程项目中，如果引测绝对高程存在困难时，可以假定一个水准面，作为假定高程基准面。地面点至假定水准面的铅垂距离，称为该点的相对高程或假定高程，用表示。,2019/10/20,2019/10/20,测量平面坐标系统,一、 地理坐标 以法线为依据，以参考椭球面为基准面的地理坐标为大地地理坐标，分别用L、B表示；以铅垂线为依据，以大地水准面为基准面的地理坐标为天文地理坐标，分别用、表示。,2019/10/20,二、高斯平面直角坐标,高斯投影是德国科学家高斯在18201830年间，为解决德国汉诺威地区大地测量投影问题而提出的一种投影方法 从1912年起，德国学者克吕格将高斯投影公式加以整
7、理和扩充并推导出了实用计算公式 高斯投影是将地球按经线划分成带，称投影带,2019/10/20,为控制由球面正形投影到平面引起的长度变形，高斯投影采取分带投影的方法，使每带区域内的最大变形能够控制在测量精度允许的范围内。通常采取6分带法，即从格林尼治首子午线起经差每隔6划分为一个投影带，由西向东将椭球面等分为60带，并依次编排带号N。位于各带边上的子午线称为分带子午线，位于各带中央的子午线称为中央子午线。6带中央子午线的经度L0可按下式计算：,2019/10/20,2019/10/20,投影时，设想用一个空心椭圆柱横套在参考椭球外面 使椭圆柱与某一中央子午线相切将椭球面上的图形按保角投影的原理
8、投影到圆柱体面上 将圆柱体沿过南北极的母线切开，展开成平面，并在该平面上定义平面直角坐标系,2019/10/20,投影后的高斯平面上，除中央子午线和赤道的投影线是直线，且相互垂直外，其余子午线的投影线为对称于中央子午线的弧线，而且距离中央子午线越远，长度变形越大。为了控制变形，满足精密测量和大比例尺测图的需要，还可细分，即采取3分带法或1.5分带法进行投影分带。3分带从东经1.5开始，自西向东每隔3划分为1个投影带，带号N依次编为1120。,2019/10/20,3) 独立平面直角坐标,当测量范围较小时，可直接把测区的球面作为平面，把地面点沿铅垂线投影到水平面上，用直角坐标系表示点的位置。 测
9、区西南角为原点的相对坐标系,2019/10/20,三、测量工作原则和程序,在实际测量工作中，为防止测量误差的积累，要遵循的基本原则是，在测量布局方面要“从整体到局部”；在工作程序方面要“先控制后碎部”；在精度控制方面要“由高级到低级”。,2019/10/20,为保证测量精度和过程的规范性，国家相关部门还发布了各种测量规范，实践中要严格遵循相应规范的要求。,2019/10/20,第二节、高程获取方法,1、水准测量原理 利用一条水平线（与高程基准面平行）间接获取待求点高程的方法，其中以光学视线（包括可见激光）为水平视线的方法称几何水准法。 几何水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、普遍采用的一种
10、测量方法。如下图,2019/10/20,欲得到地面A点到B点高差，分别在A、B两点竖立水准尺，利用叫水准仪的测量仪器提供的一条水平视线，截取尺上读数a、b，则A、B两点的高差hab可写为： 式中，若ab，hab为正，表示B点高于A点；ab，hab为负，B点低于A点。 若A点的高程HA已知，则称a为后视读数，A称后视点，b称前视读数，B称前视点。待定点B的高程HB，可由HA和hab求得，即 水平视线也可由可见光激光提供，称为激光水准仪，主要用于建筑工程和变形监测中。,2019/10/20,当A、B点相距较远、高差较大或遇障碍物视线受阻，安置一站仪器不能完成观测时，可采用分段、连续设站的方法施测。
11、,2019/10/20,原理,水准仪望远镜为内调焦式，主要由物镜、对光（调焦）透镜、十字丝分划板与目镜等组成，而十字丝中心O与物镜光心O的连线称为视准轴，简称视线。,DS3级微倾式水准仪是建筑工程中普遍使用的设备，不同的厂家生产的设备略有不同，但一般都是由望远镜、水准器和基座三部分组成。,2019/10/20,DS3水准仪设备外貌,1、瞄准装置2、符合气泡观察窗 3、目镜 4、微倾螺旋 5、圆水准气泡6、目镜对光螺旋7、长水准管8、脚螺旋 9、物镜对光螺旋 10、物镜 11、水平制动螺旋 12、水平微动螺旋13、轴座 14、三角连接板,2019/10/20,(2)水准器,水准器是指示仪器各种轴
12、系是否处于水平或垂直状态的一种装置。水准仪上一般有两个水准器，一个是管水准器,又称水准管，另一个圆水准器。,管水准器：管水准器内壁呈圆曲面状，玻璃内部灌满酒精等液体，加热并封口后,冷却形成管状气泡,水准器内圆弧中央称零点，过零点作一内壁切线，称为水准器轴.当气泡居中时，水准器轴处于水平状态。距水准管中央两侧有以2mm为间隔的刻划，其所对应的圆心角,称为水准器的分划值或格值,2019/10/20,圆水准器,如右图所示，圆水准器中央称为零点，在零点作一内壁圆弧的法线，称为圆水准器轴。当气泡居中时，表明圆水准器轴处于铅垂状态。圆水准器的分划值一般为4至15,2019/10/20,(3)基座,基座是连
13、接望远镜与三脚架的部件，中央有一空心轴套，以便与三脚架相连，且有三个脚螺旋。调节三个脚螺旋，使圆水准器气泡居中。圆水准器轴应与水准管轴垂直,且与仪器旋转轴平行。,2019/10/20,2.水准尺和尺垫,水准测量用水准尺有木质、铝合金材质两种。有些中间还夹有铟瓦钢尺。水准尺通常都可以伸缩，而高精度水准尺,如附有铟瓦钢尺的高精度水准尺,则不能伸缩，且附有一圆水准器，以指示尺子是否处于竖直状态。一般水准尺尺长为3米,正反两面都有刻划。有的正反面底部刻划相差一常数，可分别读取正反面读数，以校核测量过程中读数及测量误差。普通水准尺的最小读数刻划为1cm或0.5cm,读数应估读到mm. 尺垫是用来在转点处
14、放置水准尺的,以避免尺子的移动和升降.,2019/10/20,三、水准仪的使用和检验校正,水准仪在一个测站时的基本操作顺序为：安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数五个步骤，要注意的是在瞄准目标时，当眼睛在目镜端上下移动，如发现十字丝和物像有相对的移动，说明仪器存在视差，它将影响读数的精确性，必须加以消除。其方法是再仔细反复调节对光螺旋，直到物像与十字丝分划板平面重合为止。,2019/10/20,水准仪必须满足下列几何条件,圆水准器轴LL平行于竖轴VV； 十字丝横丝垂直于竖轴； 水准管轴LL平行于视准轴CC。,第三个条件为主条件，如其关系不满足产生的误差称之为i角误差,2019/10/
15、20,四、水准测量实施,1、水准点,水准测量中，需从一个已知高程点出发才能推求出其它点的高程。为了不同工程的建设，需要已知高程点作为起算控制点，它们应有统一的高程系统，都需要用水准测量的方法事先测定，我们把这些高程点称为水准点，简称BM点（Bench Mark），水准点按其精度和作用的不同，分为国家等级水准点和普通水准点，前者需要埋设规定形式的永久性标志，以利于国家建设的长期需要；而后者根据需要，可以做成永久性标志，如用于建筑物的沉降监测基准点；也可设定临时性的标志，如作为测区控制或施工的高程引测点。,2019/10/20,水准测量路线基本形式,(1)闭合水准线：是指水准路线由一已知点出发,经
16、由待定点构成一个环状路线，如右图所示。,(2)附合水准路线：是指水准路线从一个已知点出发，附合到另一个已知水准点所形成的路线，如下图所示,2019/10/20,支水准路线：从一个已知水准点出发测量至未知点，但并不与已知点附合或回到原点，如下图示。为了检验粗差，支水准路线通常要往返测，且未知点不能过多。,2019/10/20,水准线路检查,闭合水准路线： 附合水准路线： 支水准践线：,2019/10/20,水准测量限差,水准测量过程中可能会出现粗差，测量过程中未能发现，则需要在观测结束后,通过计算来予以检核。另外，由于在测量过程中偶然误差不可避免，导致观测成果与理论值不符.如何合理地消除或分配这些偶然误差，而又使观测值尽可能趋向于最优估值，也要通过计算予以实现。 普通水准测量或等外水准测量的闭合差限差要求为,2019/10/20,水准测量成果计算,当fnfn容时，认为测量成果合格，否则应重新测量。当成果合格时
