土木工程测量学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土木工程测量学,1,第一章测量学的基本知识,测量学是研究如何测定地面点的位置和高程，将地球表面的地形及其他信息测绘成图，以及确定地球的大小和形状的学科。,在测量工作中有两类不同性质的工作:,（1）测定，即把地面上存在的各种物体，利用测量的方法确定他们的位置并绘制成图；,（2）测设，是把预定的点位用测量的方法设置到地面上。,测量学的分类：,（1）大地测量学,（2）地形测量学,（3）摄影测量学,（4）工程测量学,（5）海洋测量学,测量工作一般要经过野外观测和室内计算，绘图等程序。,野外的观测工作称“外业”，室内的计算和绘图等工作称“内业”。,2,地面点位的表示方法,测量的基本原则：从整体到局部，先控制后碎部。,大地水准面：设想由静止的海水面所包围并延伸进大陆和岛屿后，形成的封闭曲面。,水准面：任何静止的水面。特点是它处处与铅垂线相垂直且水准面不止一个。,在测量工作中，地面点的位置都用坐标和高程来表示。,点的高程：地面任意一点沿铅垂线到大地水准面的距离称为该点的绝对高程，简称高程，也称标高或海拔，两点之间的高程差称为高差。,不论进行何种测量工作，需要在实地测量的基本要素都是高程，角度（水平角和竖直角），距离（水平距离或斜距）。,3,第二章,水准测量原理,水准测量的目的：确定地面点的高程，但不是直接测定，而是先测定地面两点间的高程差，然后根据一个已知点的高程算出另一个点的高程。,设水准测量的前进方向是A到B，则规定已知点A为后视点，其水准尺度数a为后视读数，未知点B为前视点，其水准尺度数b为前视读数。则高程h,AB,为,h,AB,=后视读数a-前视读数b,高程h,AB,本身可正可负。,4,微倾式水准仪,按精度可分为四个等级：DS,05,、DS,1,、 DS,3,、DS,10,。,几个概念：,视准轴：通过物镜光心和十字叉丝交点的连线称为望远镜的视准轴。,水准管轴：水准管两端一般刻有2mm间隔的刻画线，刻画线的中点s称为水准管零点，过零点且与水准管内壁圆弧相切的纵向直线LL称为水准管轴。,水准仪的使用步骤：安置粗平瞄准精平读数。,水准路线可布置成单一水准路线（闭合水准路线、附合水准路线、支水准路线）和水准网。,水准测量的成果检核采用高度闭合差和容许高差闭合差(f,h容,=30L)比较的方法进行。高度闭合差f,h,是指高差观测值与高差理论值之差。单一水准路线的高度闭合差见下表：,高差平差值：各测段观测高差加上相应的改正数，为改正后的高差。,水准路线,支水准,附合水准,闭合水准,高度闭合差f,h,f,h,=h,往,+h,返,f,h,=h,测,-(H,终,-H,始,）,F,h,=h,测,5,第三章角度测量,水平角：地面点至两个观测目标的方向线垂直投影在水平面上所成的角。,光学经纬仪的水平度盘均为顺时针刻划。当观测者站在角顶外侧，面对角顶时，水平角的观测值应为,水平角（）=右目标读数（b）-左目标读数（a）,水平角的范围 0 360，若ba，则b应加上360后减去a。,按精度可分为DJ,07、,DJ,1、,DJ,2、,DJ,6、,DJ,15、,DJ,30,等等级。,对中的目的：将平盘的分划中心安置在过角顶的铅垂线上。,整平的目的：使仪器的水平度盘置于水平位置。,6,测回法观测水平角,盘左观测：,左,=b,左,-a,左,盘右观测：,右,=b,右,-a,右,计算测回角值：如果两半测回角值互差= ,左,- ,右,不大于其限差，取平均值作为该测回角值,即,=（ ,左,+ ,右,）/2。,测回法观测水平角限差见下表,标准 仪器级别 两半测回间角值限差 测回间角值限差,城市测量规范 DJ2,DJ6 40 40,工程测量规范 DJ2 20 15,DJ6 30 20,7,竖直角观测,竖直角：在同一铅垂面内，倾斜视线与水平方向线之间的夹角。（090）,天顶距（Z）：测站点铅垂线的天顶方向到观测方向线间的夹角。,+Z= 90,盘左位置望远镜视准轴水平时的竖盘读数称为水平始读数，以MO表示。因此，水平视线在盘左位置的固定值为MO，在盘右位置的固定值为MO+ 180。,用L、R分别表示盘左、盘右时照准目标的竖盘读数，竖直角计算公式如下：,1.对于天顶读数为0的仪器，即竖盘顺时针注记的仪器：,盘左竖直角 ,左,=MO-L,盘右竖直角 ,右,=R-(MO+ 180),2. 对于天顶读数为180的仪器，即竖盘逆时针注记的仪器：,盘左竖直角 ,左,=L-MO,盘右竖直角 ,右,=(MO+ 180) R,理论上， ,左,= ,右,，故,MO=（L+R- 180 ）/2,通常,左,右,，取平均值作为竖直角的结果，即,= （,左,+,右,）/2,上述公式以仰角为例，计算结果为正值，同样也适用于俯角，但计算结果为负值。,8,竖直指标差,竖直指标差（x）:当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，指标偏离其正确位置的角值，,X=MO-90, X偏离的方向与竖盘注记方向一致时，取正号；反之取负号。,竖直角观测中，利用指标差x的互差可对观测质量进行检核。指标差互差的限差见下表：,标准 城市测量规范 铁路测量规范,仪器级别 DJ2 DJ6 DJ2 DJ6,指标差互差 15 25 15 25,盘左盘右取均值可以消除视准轴、横轴误差，照准部偏心差的影响，无法消除度盘刻划误差。,减弱误差的措施：多测回法各测回间变换度盘的位置，取各测回均值。,9,第四章距离测量和直线定向,水平距离：两点间连线垂直投影在水平面上的长度。,测量方法：,1.直接测量：皮尺、普通钢尺、铟瓦基线尺。,D,AB,=nl+q,其中尺长l,整尺段数n，零尺读数q。,2.间接测量：视距测量、视差法测量、电磁波测距。,10,直线定向,直线定向：确定地面上一条直线与基本方向间夹角的工作称为直线定向。,用于直线定向的基本方向有：,（1）真北方向；通过地面一点和地球南北两极所做的平面称为该地面点的真子午面，真子午面与地球表面之交线称为该点的真子午线。地面某点真子午线切线方向的北端，称为该点的真北方向。,（2）磁北方向；通过地面一点和地球磁南北两极所做的平面称为该地面点的磁子午面，磁子午面与地球表面之交线称为该点的磁子午线。地面某点磁子午线切线方向的北端，称为该点的磁北方向。,（3）坐标北方向；当测区范围较小时，将地球表面视为平面，构成平面直角坐标系，坐标纵轴的北端即为坐标北方向，当测区范围较大时，以高斯投影带中央子午线北端作为坐标北方向。,除赤道外，不同地面点的真北方向和磁北方向彼此不平行，向北极汇聚，而坐标北方向则彼此平行。,三北方向间的关系如下图所示。,x,N,M,N,T, ,A,m,B,A,O,磁北与真北间的夹角称为磁偏角，以表示。如果以真北为准判断磁北的位置，若磁北位于真北以东，称为东偏，为正；反之，称为西偏， 为负。,坐标北与真北间的夹角称为子午线收敛角，以表示。 以真北为准判断坐标北的位置，若坐标北位于真北以东，子午线收敛角为正；反之，子午线收敛角为负。,11,直线方向的表示方法,1.方位角：从直线的某端点的基本方向起，顺时针旋转至该直线的水平角。直线的方向通常用方位角来表示。,方位角的变化范围：0 360。,由于基本方向的不同，方位角可分为：真方位角A，由真子午线北端起算的方位角；磁方位角,A,m,，,由磁子午线北端起算的方位角；坐标方位角,，由坐标纵轴北端起算的方位角。,A, A,m, 之间的关系：,A= A,m,+,= A,m,+ - ,A= + ,正、反坐标方位角；同一直线的正、反坐标方位角之间相差18,0。如下图所示：,BO,=,OB,18,0,x,x,B,OB,BO,o,2.象限角范围：0 90,12,第五章,小地区控制测量,控制点：选定测区内具有控制意义的点位，并使用一定的标志固定下来，精确地测定其位置，作为下一级测量的依据，这样的点称为控制点。,控制网：由控制点构成的几何图形。分为平面控制网（导线网、三角网、三边网）和高程控制网。,导线：由相邻控制点连接而构成的几何图形。组成导线的控制点称为导线点。两相邻导线点的连线叫导线边，相邻两边之间的水平角叫导线转折角，简称转折角。,根据侧区的不同情况和要求，导线一般可布设成以下几种形式：附合导线、闭合导线、支导线、导线网。,导线测量的外业工作：踏勘选点及建立标志，量边和测角，联系测量等。,导线点位置的选择应注意以下几点：,1.相邻的导线点之间要相互通视（基本条件）；,2.点位应选择在土质坚硬处，以便保存标志和安置仪器；,3.视野开阔，便于碎部测量；,4.相邻导线的边长应大致相等，以避免望远镜调焦带来的误差影响；,5.导线点应有足够的密度，分布较均匀，以便控制整个测区。,13,线路测量中导线测量的主要技术要求,测回数 两半测回 方位角 导线边长往返较差 导线全长相对闭合差,仪器类型 角值较差 闭合差 测距仪和 其他测距 测距仪和 其他测距,全站仪,方法 全站仪,方法,DJ,2,20 25 1/6000 1/4000,1 2 m,D,1/2000,DJ,6,30 30 1/4000 1/2000,测距限差（mm）,仪器精度等级 测距中误差 同一测回各次读数互差 测回间读书较差 往返测平距较量, 5 5 7, 510 10 15 2 m,D,/, 1020 20 30,14,导线测量的内业计算,目的：检查外业观测成果的精度，分配各项闭合差之后求出导线点的平面直角坐标，以供碎部测图和工程测设使用。,坐标计算的基本公式,（1）坐标方位角的推算,当转折角为左角时,i,i+1,= ,i-1,i,+,i左,- 180,此规律为：导线前一边的正坐标方位角，等于后一边的坐标方位角加左转折角减180。当 0时，应加360。,当转折角为右角时， ,左,= 360-,右,。,i,i+1,= ,i-1,i,i右,+ 180,此规律为：导线前一边的正坐标方位角，等于后一边的坐标方位角加右转折角加180。当 0时，应加360。,（2）坐标正算：根据已知点坐标、已知边长和坐标方位角计算未知点的坐标。,（3）坐标反算：根据两个已知点的直角坐标计算两点间的坐标方位角和边长。,15,附、闭合导线的计算,1.附合导线的计算,（1）角度闭合差f,= ,BA,+- ,EF,。,北 F,B ,BA,5 北,3 ,EF,1 4 E,A ,2,角度改正数为,v,=- f,/n，上式均采用左角计算。当用右角计算时，角度改正数,v,与f,同号。,2.坐标增量闭合差的计算及其分配,导线全长闭合差 f=（f,x,2,+ f,y,2,）,1/2,导线全长相对闭合差 K=f/ D=1/（ D/f）,分配： v,xi,=-f,x,D,i,/ D ；,v,yi,=- f,y,D,i,/ D 。,3.闭合导线角度闭合差的计算及其分配,n边形内角和 ,理,=（n-2）* 180,角度闭合差 f,= ,测,- ,理,= ,测,-（n-2）* 180,分配：无论左右角， f,都反符号分配给内角。,坐标增量闭合差 f,x,= x ；,f,y,= y 。,16,第六章 地形图,地物：在测绘工作中，地面上的河流、道路等天然形成的或人工修建的固定物体。,地貌：地球表面的起伏形态。,地形：地物与地貌的总称。,地形图：按一定比例尺表示地物、地貌平面位置和高程的正射投影图。,地形图的比例尺：地形图上一段直线的长度与地面上相应线段的实际水平距离之比。,等高线的特性：,1.同一条等高线上各点高程相等；,2.等高线是闭合曲线；,3.除在悬崖、陡壁处，等高线不能重合或相交；,4.等高线与地性线正交；山脊线与山谷线的形态反映着山体的面貌，因此称为地性线。,5.等高线平距越大，地面坡度越缓，否则越陡。相邻两条等高线之间的水平距离称为等高线平距。,17,