测量学的基本知识.doc

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1、第1章 测量学的基本知识 11 测量学的研究对象及建筑工程测量的任务 111 测量学的研究对象 测量学是研究地球的形状、大小和确定地球表面点位的一门学科。其研究的对象主要是地球和地球表面上的各种物体，包括它们的几何形状、空间位置关系以及其他信息。测量学的主要任务有三个方面：一是研究确定地球的形状和大小，为地球科学提供必要的数据和资料；二是将地球表面的地物、地貌测绘成图；三是将图纸上的设计成果测设到现场。 随着科学的发展，测量工具及数据处理方法的改进，测量的研究范围已远远超过地球表面这一范畴。20世纪60年代人类已经对太阳系的行星及其所属卫星的形状、大小进行了制图方面的研究，测量学的服务范围也从

2、单纯的工程建设扩大到地壳的变化、高大建筑物的监测、交通事故的分析、大型粒子加速器的安装等各个领域。 112 测量学的学科分类 测量学是一门综合性的学科，根据其研究对象和工作任务的不同可分为大地测量学、地形测量学、摄影测量与遥感学、工程测量学以及地图制图学等学科。 大地测量学是研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。其基本任务是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程测量提供基础起算数据；为空间科学、军事科学及研究地壳变形，地震预报等提供重要资料。按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量学、卫星大

3、地测量学及物理大地测量学。 地形测量学是研究如何将地球表面局部区域内的地物、地貌及其他有关信息测绘成地形图的理论、方法和技术的学科。按成图方式的不同地形测图可分为模拟测图和数字化测图。 摄影测量与遥感学是研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提取语义和非语义信息，并用图形、图像和数字形式表达的学科。其基本任务是通过对摄影相片或遥感图像进行处理、量测、解译，以测定物体的形状、大小和位置进而制作成图。根据获得影像的方式及遥感距离的不同，该学科又分为地面摄影测量学、航空摄影测量学和航天遥感测量学。 工程测量学是研究各种工程在规划设计、施工建设和运营管理各阶段所进行的各种测量工作的学科。工程测

4、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。 地图制图学是利用测量所得的资料，研究如何编绘成图以及地图制作的理论，方法和应用等方面的学科。 测量学各分支学科之间互相渗透、相互补充、相辅相成。本课程主要讲述地形测量学第3页与工程测量学的部分内容。主要介绍工业与民用建筑工程中常用的测量仪器的构造与使用方法，小区域大比例尺地形图的测绘及应用，建筑物和管道工程的施工测量以及高大建筑物变形监测和测量新技术在这些方面的应用： 113 建筑工程各阶段的测量任务 测量学的任务包括测定和测设两部分。测定是指通过测量得到一系列数据，或将地球表面的地物和地貌缩绘成各种比例尺的地形图。测设是指将设计图纸上规划

5、设计好的建筑物位置，在实地标定出来，作为施工的依据。 建筑工程测量学是运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务的一门学科。具体说就是研究建筑工程在勘测设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的理论、技术和方法的学科。 一项工程，一般都要经过勘测设计、工程施工、运营和管理等几个阶段。 进行勘测设计，必须要有设计底图。该阶段测量工作的任务就是为勘测设计提供地形图。例如，铁路在设计阶段要收集一切相关的地形资料，以及地质、经济、水文等其他方面的情况，在图上选择几条有价值的线路，然后测量人员测定所选线路上的带状地形图。最后设计人员根据测得的现状地形图选择最佳路线以及在图上进行初步的设计。 在

6、工程施工建设之前，测量人员要根据设计和施工技术的要求把建筑物的空间位置关系在施工现场标定出来，作为施工建设的依据，这一步即为测设工作，也就是我们所说的施工放样。施工放样是联系设汁和施工的重要桥梁，一般来讲，精度要求也比较高。 工程在运营管理阶段的测量工作主要指的是工程建筑物的变形观测。为了监测建筑物的安全和运营情况，验证设计理论的正确性，需要定期地对工程建筑物进行位移、沉陷、倾斜等方面的监测，通常以年为单位。反过来，变形监测的数据也可以作为我们以后工程设计的依据。 可见测量工作贯穿于工程建设的整个过程，测量工作直接关系到工程建设的速度和质量。所以，每一位从事工程建设的人员，都必须掌握必要的测量

7、知识和技能。 12 地面点位置的表示方法 121 地球的形状和大小 人们对地球的认识是一个漫长的过程。古代人们由于受到生产力水平的限制，视野比较狭窄，所以认为天是圆的地是方的，即所谓的“天圆地方”。 公元前古希腊，有人提出地球是一个圆球。1522年，麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周以后，才确定了地球为球体。17世纪末，牛顿研究了地球自转对地球形态的影响，从理论上推测地球不是一个很圆的球形，而是一个赤道处略为隆起，两极略为扁平的椭球体。 测量工作是在地球表面进行的，然而这个表面是起伏不平的，比如我国西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰高达884443m，而在太平洋西部的马里亚纳海沟深达11022m，两者高

8、度差近2万m。尽管有这样大的高差，但相对于半径为6371km的地球来说还是很小的。就整个地球而言，我们知道71是被海洋所覆盖，因此人们把地球总的形状看成是21 水准测量的原理 211 水准测量的概念 高程是确定地面点位置的基本要素之一，所以高程测量是三种基本测量工作之一。高程测量的目的是要获得点的高程，但通常只能直接测得两点间的高差，然后根据其中一点的已知高程推算出另一点的高程。 进行高程测量的主要方法有水准测量和三角高程测量，此外还可以用气压测定高程。本章主要介绍水准测量。 212 水准测量的原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线测得两点的高差，进而计算点的高程。如图21中，已知A点的高程

9、，需要求月点的高程。我们可以在A、B两个点上竖立带有分划的标尺水准尺，在两点之间安置可提供水平视线的仪器水准仪。当视线水平时，在A、b两个点的标尺上分别读得读数a和b，则A、B两点的高差等于两个标尺读数之差。即：第14页22 水准测量的仪器和工具 221 DS3型水准仪及其构造 水准仪是水准测量时用于提供水平视线的仪器，我国对水准仪按其精度从高到低分为DSos型、DS1型、DS3型和DSl。型四个等级，DS05型、DS1型主要用于精密水准测量，DS3型、DS10型则用于普通水准测量，其中“D”为大地测量仪器的总代号，“S”为“水准仪”汉语拼音的第一个字母，下标是指水准仪所能达到的每公里往返测高

10、差中数中误差(mm)。水准仪是进行水准测量的主要仪器，它可以提供水准测量所必需的水平视线。目前通用的水准仪从构造上可分为两大类：一类是利用水准管来获得水平视线的水准管水准仪，其主要形式称为“微倾式水准仪”；另一类是利用补偿器来获得水平视线的“自动安平水准仪”。此外，尚有一种新型水准仪电子水准仪，它配合条纹编码尺，利用数字化图像处理的方法，可自动显示高程和距离，使水准测量实现了自动化。 DS3型微倾式水准仪由望远镜、水准器和基座三个主要部分组成。仪器通过基座与三脚架连接，基座下三个脚螺旋用于仪器的粗略整平。望远镜侧装有一个管水准器，当转动微倾螺旋时，可使望远镜连同管水准器作俯仰微量的倾斜，从而可

11、使视线精确整平。因此这种水准仪称为微倾式水准仪。仪器在水平方向的转动，由水平制动螺旋和水平微动螺旋控制。水准仪各部分的名称如图22所示。 1望远镜 望远镜的基本构造如图23所示，它由物镜、对光透镜、十字丝板和目镜组成。物镜由一组透镜组成，相当于一个凸透镜。根据几何光学原理，被观测的目标经过物镜和对光透镜后，成一个倒立实像于十字丝附近。由于被观测的目标离望远镜的距离不同，可转动对光螺旋使对光透镜在镜筒内前后移动，使目标的实像能清晰地成像于十字丝板平面上，再经过目镜的作用，使倒立的实像和十字丝同时放大而变成倒立放大的虚像。放大的虚像与眼睛直接看到的目标大小的比值，即为望远镜的放大率。DS3型水准仪

12、的望远镜放大率第3章 角 度 测 量 角度测量是测量的基本工作之一。角度测量包括水平角测量和竖直角测量。水平角用来确定地面点的平面位置，竖直角可以间接确定地面点的高程。经纬仪是角度测量的主要仪器，本章主要介绍角度测量的基本原理、DJ6型经纬仪的使用、角度测量的方法。 31 水平角测量原理 水平角就是测站点到两观测目标方向线在水平面上的投影所夹的角，一般用表示。 32 角度测量仪器和工具 经纬仪是角度测量的主要仪器，经纬仪的种类较多，测量工作中用于测角的经纬仪主要有光学经纬仪和电子经纬仪两大类。光学经纬仪是采用光学玻璃度盘和光学测微器读数设备，电子经纬仪则采用光电描度盘和自动显示系统。国产经纬仪

13、按精度可分为DJ07型、DJ1型、Dj2型、DJ6型、DJ15型和DJ60。型六个等级。“D”、“J”分别表示“大地测量”、“经纬仪”汉语拼音的第一个字母，07、1、2、6、15、60分别表示该仪器一测回水平方向观测值中误差不超过的秒数。其中DJ。，型、DJ：型、DJ；型属于精密经纬仪，DJs型、DJ”型和DJs。型属于普通经纬仪。本节主要介绍Dj。型光学经纬仪的基本构造、读数装置和读数方法。 321 DJ6型光学经纬仪的构造 DJ6型光学经纬仪根据控制水平度盘转动方式的不同可分为方向经纬仪和复测经纬第32页仪，图32是南京华东光学仪器厂的分微尺装置的DJ6型光学经纬仪，各部件名称如图所示。一

14、般将光学经纬仪分解为照准部、水平度盘和基座三部分。 3211 基本构造 1照准部 照准部是指水平度盘以上能绕竖轴旋转的部分，包括望远镜、竖直度盘(简称竖盘)、光学对中器、水准管、读数显微镜等，它们都安装在底部带竖轴(内轴)的U形支架上。其中望远镜、竖盘和水平轴(横轴)固连一体，组装于支架上。望远镜绕横轴上、下旋转时，竖盘随着转动，并由望远镜制动螺旋和微动螺旋控制。竖盘是一个圆周上刻有度数分划线的光学玻璃圆盘，用于量度垂直角。紧挨竖盘有一个竖盘指标水准管和指标水准管微动螺旋，在观测垂直角时用来保证读数指标的正确位置。望远镜旁有一个读数显微镜，用来读取竖盘和水平度盘读数。望远镜绕竖轴左、右转动时，

15、由水平制动螺旋和水平微动螺旋控制。照准部的光学对中器和水准管用来安置仪器，以便水平度盘中心位于测站铅垂线上，并使度盘平面处于水平位置。 2水平度盘 水平度盘是由光学玻璃制成的刻有度数分划线的圆盘，在度盘上按顺时针方向刻有注记0到360，用以观测水平角。在度盘的外壳有照准部制动螺旋和微动螺旋，用来控制照准部与水平度盘的相对运动。水平度盘有一个空心轴，容纳照准部的内轴；空心轴插入度盘的外轴中，外轴再插入基座的套轴内。在空心轴容纳内轴的插口上有许多细小滚珠，以保证照准部能灵活转动而不致影响水平度盘。水平度盘本身可以根据测角需要，用度盘第4章 距 离 测 量 41 概 述 确定地面点的点位，除了需要测量角度和高程之外，地面上两点间的距离测量也是基本测量工作之一。两点间的距离是指地面两点之间的直线长度，主要包括两种：水平面两点之间的距离称为水平距离，也称为平距；不同高度上两点之间的距离称为倾斜距离，也称为斜距。距离测量的方法有距离丈量、视距测量和电磁波测距等。 42 距 离 丈 量 距离丈量是距离测量的最基本方法，常用的丈量工具有钢尺和皮尺，钢尺量距工具简单，经济