工程测量学课件(1)

第一部分：测量学概论１．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）测设:图纸地面测定:地面图纸２.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．３.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，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．图形：水准面及大地水准面图◆水准面的特性——处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。◆铅垂线——测量工作的基准线３.１地面点的坐标地理坐标系—包括天文地理坐标和大地地理坐标地心坐标系独立平面直角坐标系高斯平面直角坐标系３.２.地面点的高程1.绝对高程H——到大地水准面的铅垂距离。2.相对高程H’——到假定水准面的铅垂距离。3.高差——hAB=HB-HA=H’B-H’A４.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”。第二部分水准测量１.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２.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3.支水准路线BM121BM2341.闭合水准路线2.附合水准路线BM1BM2123３.水准测量的实施３.１观测要求BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543（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5mmBMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543图形：水准测量实施与记录对照图水准尺读数测站点号后视前视高差h米平均高差改正后高差高程H米123BMA1.134TP11.677-0.543TP11.444TP21.324+0.120TP21.822TP30.876+0.9464.水准测量成果整理步骤4.1计算高差闭合差理测hhfh公式：测理测hhhfh故对于闭合水准路线，有：)(始终测理测HHhhhfh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：适用于山区适用于平原区容容nfLfhh1240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。)(37293.4330.4)(mmHHhfh始终测)(8.1084.74040mmLfh容第一步计算高差闭合差：第二步计算限差：容hhff故可进行闭合差分配例题解算kmmmLfVh/50第三步计算每km改正数：例题解算iinVV0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hifv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)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．３.２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４.１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．４.２控制测量的目的与作用１.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．２.控制误差的积累．３.作为进行各种细部测量的基准．４.３控制测量分类１.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。２.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）３.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４.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４.４导线测量４.４.１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。４.４.２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：导线的布设形式附合导线闭合导线支导线单结点导线（导线网）４.４.３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４.联测４.４.４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°。180左后前180右后前或：例题:方位角的推算123459513065128122123012345已知：α12=300，各观测角β如图，求各边坐标方位角α23、α34、α45、α51。解：α23=α12-β2＋1800=800α34=α23-β3＋1800=1950α45=2470α51=3050α12=300（＝３０５－９５＋１８０＝３９０＞３６０，故－３６０＝３０与题给的无误）２.坐标正算公式由A、B两点边长DAB和坐标方位角αAB，计算坐标增量。见图有：DABABABXy0XABYAB其中，ΔXAB=XB-XAΔYAB=YB-YAXAB=DABcosABYAB=DABsinAB３.坐标反算公式由A、B两点坐标来计算αAB、DABDABABABXy0XABYABABABABABABABxytgyxD22αAB的具体计算方法如下：ABABABAByyyxxx（1）计算：（2）计算：ABABABxyarctg锐（3）根据ΔXAB、ΔYAB的正负号判断αAB所在的象限。４.４.５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。A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（1）计算角度闭合差：=测-理=测-(n-2)180（2）计算限差：nf40允（3）若在限差内，则平均分配原则，计算改正数：A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006nfV（4）计算改正后新的角值：Viiˆ3．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A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（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:测理测测理测yyyfxxxfyx22yxfffXXXDfK/1（2）分配坐标增量闭合差。若K1/2000（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。A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006iyyiixxiDDfVDDfVyiixiiVxyVxxˆˆA1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105