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工程测量实用介绍 第一部分 测量学概论 测量学的定义根据它的任务与作用 包括两个方面 测定 测绘 测设 放样 测量学的分类测量学按照研究范围和对象的不同 可分为如下几个分支学科 大地测量学 研究整个地球的形状和大小 解决地球表面大地区控制测量和地球重力场问题的学科 分为常规大地测量和卫星大地测量 普通测量学 研究小范围地球表面形状的测绘工作的学科 摄影测量学 通过航空对地面进行遥感获取地物和地貌绘制成地形图的学科 海洋测量学 研究以海洋和陆地水域为对象进行的测量和绘图工作 工程测量学 研究工程建设在设计 施工和管理阶段时的各种测量工作的学科 2 1工程测量中控制网的建立 施工单位进场后首先开展作业区平面 高程控制网的复测工作 并根据已有的高级控制网 结合各条施工线路走向及需要 加密布置施工控制网 施工控制网各点之间应保持良好的通视状况 以方便随时进行闭合复测 所有的测量记录及结果应在报送和监理工程师签认后方可使用 做好各施工控制点的保护工作 竖立明显的标志牌 以防止损坏 根据施工控制点测放控制桩 并进行各部位水准测量 根据 监理的提供的交桩资料以及相关技术要求 确认原有控制网的等级 制定施工测量复测方案 方案中主要应包括 复测控制的等级 平面高程控制点的布网形式 标石的埋设标准 以及为有利于施工放样而计划增设的高等级平面高程控制加桩点联测等 测量工作程序 测点交接 测点复测 建立施工导线网 布水准控制点 施工放样 2 1 1平面控制网复测的操作方法 1 平面部分 使用测角精度2 测距精度3mm 2ppmm的全站仪 水平角采用左 右角各三测回观测 满足圆周条件后取中数 用左角作为导线计算角 边长采用正倒镜往返各一测回 取中数作为导线计算边长 其水平微动螺旋两次重合读数差 正倒镜两次照准读数差 半测回归零差 一测回中2C差 同方向值各测回互差等各项限差执行 规范 的相应标准 即能满足质量指标 当边长测设时 使用直接测定平距的方法 当翻越丘陵 山地或高差起伏大于15米以上时 进行边长测定时 需输入温度 气压数据 并进行高斯投影改正 导线计算边长直接选用往返测平距的中数 2 高程控制网部分采用全站仪正倒镜高差 目标需用望远镜水平丝严密照准占牌水平标志 高差取往返中数作为复测高程推算依据 观测次数 往返测量各一次往返测闭合差 mm相邻高程点高差的互差 3mm 3 复测内业计算 导线内业计算 水平角采用左 右角各三测回观测 满足圆周条件后取中数 用左角作为导线计算角 边长使用经温度 气压改正后的往返测边长 取中数作为导线计算边 导线坐标采用近似平差计算 根据设计单位提交且复测合格的控制网 布设精密导线控制网 各控制网点要有较好的通视条件 同时避免将其布设于易发生沉降变形区域内 严格控制导线边长及相邻导线边长差 导线网的布设技术要求满足测规和设计要求 导线网布设完毕后进行控制网施测 精密导线网严格按测规技术要求施测 其主要技术要求如下 2 1 2平面控制网的建立及精度要求 精密导线平面控制网采用严密平差法平差 并按规范要求评定其精度 精度评定满足设计要求后作精密导线测量技术报告 用作工程平面控制的依据 地面点位的表示方法测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置 通常用三个量表示 该点的二维球面坐标或投影到平面上的二维平面坐标 以及该点到大地水准面 黄海水平面 的铅垂距离 即确定地面点在投影面上的坐标和点到大地水准面的铅垂距离 测量工作的程序和原则 布局上 由整体到局部精度上 由高级到低级次序上 先控制后细部 测量工作的又一原则 前一步工作未作检核 不进行下一步工作 4 1导线点的加密a 平面控制应先从整体考虑 遵循先整体 后局部 高精度控制低精度的原则 b 平面控制网的坐标系统与工程设计所采用的坐标系统相一致 c 布设平面控制网首先根据设计总平面图 现场施工平面布置图 d 选点应在通视条件良好 安全 易保护的地方 e 桩位必须加强保护 需要时用钢管进行围护 并用红油漆作好标记 根据工程的特点及考虑施工精度的要求 以测量队提供的首级施工精密导线控制网为布控基点 测设加密施工控制导线网 考虑避免基坑开挖的影响及俯仰角 25 的限制要求 施工初期测点在距基坑边大于50m 通视条件良好的地方 布设2 3个加密点 与基准导线网闭合联测并进行导线平差 精度满足规范要求后 报监理工程师 经测量队复测合格后 作为结构施工放样基准点 为了便于本工程标高控制 在控制网的基础上 加密2 3个加密高程控制点 加密的高程控制点与高程控制网的水准点等级相同 采用电子水准俯和自动安平水准仪加测微器 按精密水准测量技术标准施测平差 复核 具体如下 a 加密的高程控制点闭合差mm及 3mm的最小值 L为环线长度 以Km计 b 水准点的埋设选取在土质坚硬 便于长期保存和使用方便的地方 同时便于寻找 保存和引测 c 引测的水准控制点 需经测量队复核 4 2高程控制网的建立 第二部分水准测量 水准点通过水准测量方法获得其高程的高程控制点 称为水准点 一般用BM表示 有永久性和临时性两种 水准点示意图 水准路线 1 闭合水准路线由已知点BM1 已知点BM12 附合水准路线由已知点BM1 已知点BM23 支水准路线由已知点BM1 某一待定水准点A 图形 水准路线布设形式 水准测量的实施 观测要求 前进方向 1 水准仪安置在离前 后视距离大致相等之处 2 为及时发现错误 通常采用 两次仪器高法 或 双面尺法 两次仪器高法 高差之差h h 5mm 图形 水准测量实施与记录对照图 4 水准测量成果整理步骤 4 1计算高差闭合差 公式 故对于闭合水准路线 有 对于附合水准路线 有 4 2分配高差闭合差 4 2 1计算高差闭合差的容许值 对于普通水准测量 式中 fh容 高差闭合差限差 单位 mm L 水准路线长度 单位 km n 测站数 4 2 2分配原则 按与距离L或测站数n成正比原则 将高差闭合差反号分配到各段高差上 4 3计算各待定点高程用改正后的高差和已知点的高程 来计算各待定点的高程 5 水准测量成果整理实例 例 如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略图 BM A和BM B为已知高程的水准点 图中箭头表示水准测量前进方向 路线上方的数字为测得的两点间的高差 以m为单位 路线下方数字为该段路线的长度 以km为单位 试计算待定点1 2 3点的高程 第一步计算高差闭合差 第二步计算限差 故可进行闭合差分配 例题解算 第三步计算每km改正数 例题解算 第四步计算各段高差改正数 第五步计算各段改正后高差后 计算1 2 3各点的高程 改正后高差 改正前高差 改正数Vi 四舍五入后 使 故有 V1 8mm V2 11mm V3 8mm V4 10mm 例题解算 故可得 H1 HBM A h1 V1 45 286 2 323 47 609 m H2 H1 h2 V2 47 509 2 802 50 411 m H3 H2 h3 V3 50 311 2 252 48 159 m HBM B H3 h4 V4 48 059 1 420 49 579 m 1 仪器误差 1 视准轴与管水准轴不平行误差 2 水准标尺的误差 3 望远镜调焦机构隙动差 2 操作误差 1 管水准器气泡居中误差 2 标尺瞄准误差 3 水准标尺的倾斜误差 3 外界环境影响 1 地球曲率的影响 2 大气折射的影响 3 温度的影响 4 仪器标尺升沉的影响 5 水准测量误差及其预防 5 1消除减少误差方法 1 检验校正水准仪 i角小 DS3少于20 摈弃不合格标尺 2 一测站前 后视距尽量相等 视距差符合规定 3 做好精平 4 限制视距长度 5 立尺直 稳 6 避阳光直晒 最宜阴天观测 视线高出地面0 3米 7 往返测 第三部分角度及距离测量 3 1角度测量角度分为水平角和竖直角 水平角是地面上一点出发的两条直线之间的夹角在水平面上的投影 竖直角是一个竖直平面内倾斜视线与水平面间的夹角 用经纬仪测量水平角度一般用 测回法 即盘左盘右各自读取A和B的两个水平度盘读数 角度之差的平均值即为A和B之间的水平角 若需要在一个测站上观察多个方向上的水平角 同理将起始方向归为零 依次盘左观测读数 再盘右观测 随着全站仪的使用 测量水平角变的简单可行 竖直角观测也很简单 盘左盘右两种状态下依次读取竖盘读数 按照公式计算竖直角 但是测量前应该弄清楚竖盘是顺时针全圆标记还是逆时针全圆标记 这关系到竖直角的计算公式 距离测量距离测量的方法有钢尺量距 视距测量 电磁波量距等 钢尺量距很简单 主要是保证钢尺在A B两点之间的直线上 定线 测量距离满足相对误差即可 视距测量是利用水准仪或经纬仪中的十字丝在视距标尺上的距离按几何光学原理测距 电磁波量距利用电磁波放射接受 按时间及速度测距 目前普遍使用全站仪精确测距 钢尺作为辅助测距 第四部分控制测量 控制测量的定义控制测量是指在整个测区范围内 选定若干个具有控制作用的点 控制点 设想用直线连接相邻的控制点 组成一定的几何图形 控制网 用精密的测量仪器和工具 进行外业测量 并根据外业资料用准确的计算方法 确定点的平面位置和高程的工作 它分为平面控制测量和高程控制测量 控制测量的目的与作用 为测图或工程建设的测区建立统一的平面控制网和高程控制网 控制误差的积累 作为进行各种细部测量的基准 控制测量分类 按内容分 平面控制测量 测定各平面控制点的坐标X Y 高程控制测量 测定各高程控制点的高程H 按精度分 一等 二等 三等 四等 一级 二级 三级 一等网精度最高 按方法分 天文测量 常规测量 三角测量 导线测量 水准测量 卫星定位测量 按区域分 国家控制测量 城市控制测量 小区域工程控制测量 小于15km2以内范围内的控制网 国家控制网 平面 国家平面控制网由一 二 三 四等三角网 triangulationnetwork 组成 高程 国家高程控制网是由一 二 三 四等水准网 levelingnetwork 组成 国家控制网的特点 高级点逐级控制低级点 图形1 国家一 二等平面控制网布置形式 一等三角网 二等三角网 导线测量 定义及分类1 导线的定义 将测区内相邻控制点 导线点 连成直线而构成的折线图形 2 适用范围 主要用于带状地区 如 公路 铁路和水利 隐蔽地区 城建区 地下工程等控制点的测量 导线布设形式 1 闭合导线多用于面积较宽阔的独立地区 2 附合导线多用于带状地区及公路 铁路 水利等工程的勘测与施工 3 支导线支导线的点数不宜超过2个 仅作补点使用 还有导线网 其多用于测区情况较复杂地区 图形 导线的布设形式 导线的外业 1 踏勘选点及建立标志2 测水平角 转折角 左角 右角 连接角3 量水平边长 联测 1 设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中 仪器会自动对所测距离进行改正 2 设置大气改正值或气温 气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化 15 和760mmHg是仪器设置的一个标准值 此时的大气改正为0ppm 实测时 可输入温度和气压值 全站仪会自动计算大气改正值 也可直接输入大气改正值 并对测距结果进行改正 3 量仪器高 棱镜高并输入全站仪 4 距离测量照准目标棱镜中心 按测距键 距离测量开始 测距完成时显示斜距 平距 高差 4导线外业测量注意事项 其误差有测角不准 90 角不垂直 竖向观测竖直面不垂直水平面 对中偏离过大等 原因是 1 仪器本身的误差 如仪器受损 使用年限过久 检测维修不善 制造不精密 质量差等 2 气候等因素 如风天 雾气 太阳过烈 支架下沉等 高精度测量时应避开这些因素 3 操作不良因素 定平 对中不认真 操作时手扶三脚架 身体碰架子或仪器 操作人任意走开受到其他因素影响等 5导线外业观测的误差和原因 6导线的内业计算 计算各导线点的坐标 一 几个基本公式1 坐标方位角 gridbearing 的推算 注意 若计算出的方位角 360 则减去360 若为负值 则加上360 或 例题 方位角的推算 1 2 3 4 5 95 130 65 128 122 12 30 1 2 3 4 5 已知 12 300 各观测角 如图 求各边坐标方位角 23 34 45 51 解 23 12 2 1800 800 34 23 3 1800 1950 45 2470 51 3050 12 300 故 与题给的无误 坐标正算公式 由A B两点边长DAB和坐标方位角 AB 计算坐标增量 见图有 其中 XAB XB XA YAB YB YA 坐标反算公式 由A B两点坐标来计算 AB DAB AB的具体计算方法如下 1 计算 2 计算 3 根据 XAB YAB的正负号判断 AB所在的象限 7闭合导线平差计算步骤 1 绘制计算草图 在图上填写已知数据和观测数据 2 角度闭合差 angleclosingerror 的计算与调整 1 计算角度闭合差 测 理 测 n 2 180 3 若在限差内 则平均分配原则 计算改正数 4 计算改正后新的角值 3 按新的角值 推算各边坐标方位角 4 按坐标正算公式 计算各边坐标增量 5 坐标增量闭合差计算与调整 1 计算坐标增量闭合差 导线全长相对闭合差 导线全长闭合差 2 分配坐标增量闭合差 若K 1 2000 图根级 则将fx fy以相反符号 按边长成正比分配到各坐标增量上去 并计算改正后的坐标增量 6 坐标计算根据起始点的已知坐标和经改正的新的坐标增量 来依次计算各导线点的坐标 例题 闭合导线坐标计算表 第五部分施工测量 放样 施工放样就是把设计图纸上工程建筑物的平面位置和高程 用测量仪器和测量方法测设到实地上去的测量工作称为施工放样 也称施工放线 施工中这些放样点可能被挖掉或掩埋 必须在放样点附近测设施工控制桩或引测点 水准点在施工前也应该进行复测 同时为方便应该加密水准点 施工放样方法 极坐标法 直角坐标法 切线支距法 前方交会法 侧方教会法 角度 距离 后方交会法等1 准备工作 建筑物总体设计布置图 细部结构设计图 施工组织平面图 如施工顺序 施工发法等 各种控制资料及图表2 选择放样方法3 计算放样元素 坐标 4 实地放样 第六部分GPS简介 GPS的定义及历史1 定义全球定位系统GPS GlobalPositioningSystem 是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统 可向全球用户提供连续 实时 高精度的三维位置 三维速度和时间信息 2 GPS的产生与发展 利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统 TRANSIT 美国从1973年开始筹建全球定位系统 1994年投入使用 经历20年 耗资300亿美元 是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划 1957年10月第一颗人造地球卫星上天 天基电子导航应运而生 GPS的组成 GPS定位系统由GPS卫星空间部分 地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成 1 空间部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星 GPS卫星图片1 用户接收机部分 GPS接收机的基本类型分导航型和大地型 大地型接收机又分单频型和双频型 图片 导航型GPS机 手持型GPS机 图片 大地型GPS接收机 单频机 双频机 GPS定位方法分类 绝对 单点定位 pointpositioning 确定观测点在WGS 84系中的坐标 即绝对位置 相对定位 relativepositioning 确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标 即相对位置 GPS的后处理测量方法 1 静态测量 staticsurveying 1 方法 将几台GPS接收机安置在基线端点上 保持固定不动 同步观测4颗以上卫星 可观测数个时段 每时段观测十几分钟至1小时左右 最后将观测数据输入计算机 经软件解算得各点坐标 2 用途是精度最高的作业模式 主要用于大地测量 控制测量 变形测量 工程测量 3 精度可达到 5mm 1ppm 2 动态测量 1 方法 先建立一个基准站 并在其上安置接收机连续观测可见卫星 另一台接收机在第1点静止观测数分钟后 在其他点依次观测数秒 最后将观测数据输入计算机 经软件解算得各点坐标 动态相对定位的作业范围一般不能超过15km 2 用途 适用于精度要求不高的碎部测量 3 精度 可达到 10 20mm 1ppm 图形 相对定位模式 静态相对定位模式 动态相对定位模式 GPS实时动态定位 RTK 方法 1 RTK工作原理及方法与动态相对定位方法相比 定位模式相同 仅要在基准站和流动站间增加一套数据链 实现各点坐标的实时计算 实时输出 2 RTK用途 适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量 3 作业范围 目前一般为10km左右 4 精度 可达到 10 20mm 1ppm 第七部分测量仪器的管理和保养 1 器具的管理 1 采购时必须认真检查器具的合格证及计量合格证书 外观有无损坏 望远镜镜片有无磨损 各轴转动是否灵活等 2 建立测量器具台账 使用时的收发制度 专管专用 精密仪器定期送计量检测部门检验 确保其精度 3 用量较大的钢卷尺必须定期进行长度检定 检定送具有长度标准器的检定室进行 通过检定对名义长度进行改正 4 操作使用仪器者 要了解仪器型号 大致构造和性能 严禁胡乱操作 5 加强对自制测量工具的管理 2 器具的保养 1 全站仪和水准仪的保养 仪器开箱使用时 要记清仪器各部分的箱内位置 取出时要抱住基座部分轻轻取出 不能抓住望远镜部分 测量时支架要稳 防止倒架摔坏仪器 长距离转移时 应将仪器放人箱内搬运 近距离搬运应一手抱架 一手托住仪器竖直搬运 仪器箱不能坐人 仪器用完放人箱内前要用软毛刷掸去灰尘 并检查仪器有无损伤 零件是否齐全 然后放松各制动螺旋 轻轻放人箱中 卡住关好 使用中不能淋雨或曝晒 不要用手 破布或脏布擦镜头 操作时手动要轻 不能硬来 坐车等要垫软物于箱下防震 骑自行车应把箱子背在身上骑车 不能放在后座架上颠簸运输 仪器长期不使用时 应将仪器上的电池卸下分开存放 在装卸电池时 必须先关断电源 电池应每月充电一次 2 钢卷尺的保养 使用时防止受潮或水浸 丈量时应提起尺 携尺前进 不能拖尺走 用完后用干净布擦拭干净再回收入尺盒内 用后不能乱掷于地 使用一阵后要详细检查尺身有无裂缝 损伤 扭折等 并把尺全部拉出来擦拭干净 3 水准尺的保养 水准尺是多节内空的 使用时要拿稳不摔到地上 用后放于室内边角处避免碰倒摔裂 并防止雨淋曝晒 塔尺底部要注意加固保护 防止穿底损坏