测量学电子版

1第一章绪论§1.1测量学的发展、学习意义及要求一．测量学的发展概况1．我国古代测量学的成就（1）长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——最早的可见的古地图。（2）北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。（3）清朝康熙年间，1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。2．目前测量学发展状况及展望（1）测量室内外一体化。（2）GPS（Globalpositioningsystem）的发展。（3）RS（Remotesense）的发展。（4）GIS（Geographicinformationsystem）的发展。（5）3S技术的结合,和数字地球的概念。二．路桥专业学生学习测量学的意义及要求1．学习本课程的意义。从公路的设计、施工、竣工到日后扩建维修及变形监测均要进行测量工作。从高职路桥专业的特点，更要学好测量学。2．掌握好本课程的要求。认真听课，做好笔记；独立完成作业；实验课认真对待。三．测量学科的分类1．测量学的定义——根据它的任务与作用，包括:测定（测绘）——由地面到图形。测设（放样）——由图形到地面。2．测量学科的分类一般分为：普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学和制图学。复习：测量学的分类§1.2地面点位的确定在测量工作中，我们一般用：2某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。一．测量基准面1．测量工作基准面——水准面、大地水准面。水准面——静止海水面所形成的封闭的曲面。大地水准面——其中通过平均海水面的那个水准面。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2．测量计算基准面——旋转椭球由一椭圆（长半轴a，短半轴b）绕其短半轴b旋转而成的椭球体。二．地面点的坐标坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。（一）地理坐标（属于球面坐标系统）适用于：在地球椭球面上确定点位。（二）平面直角坐标适用于：测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：1．测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）2．角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。相同点：数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。测量上的平面直角坐标数学上的平面直角坐标（三）高斯平面直角坐标适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。1．6°带的划分（1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0°开始，将整个地球分成60个带，6°为一带。3（2）公式：36N——中央子午线经度；N——投影带的带号。2．3°带的划分从东经0310开始，将整个地球分成120个带，3°为一带。有：N3——中央子午线经度；N——投影带的带号。3．我国高斯平面直角坐标的表示。方法：（1）先将自然值的横坐标Y加上500000米；（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。如：国家投影坐标为（51000，20637680），则其所在的6°带的带号为多少？在带号内的自然坐标为多少？(20带，51000，137680)三．地面点的高程1.绝对高程H(海拔)——地面点到大地水准面的铅垂距离。2.相对高程H’——地面点到假定水准面的铅垂距离。3.高差——hAB=HB-HA=H’B-H’A4.我国的高程系统主要有：（1）1985国家高程系统（2）1956黄海高程系统（3）地方高程系统。如：珠江高程系统。其中，我国的水准原点建在青岛市观象山，在1985年国家高程系统中，其高程为72.260米；在1956年黄海高程系统中的高程为72.289米。§1.3测量工作概述一．测量的基本工作测角、量边、测高差。二．测量工作中用水平面代替水准面的限度1．对水平角、距离的影响——在面积约320km2内，可忽略不计。2．对高程的影响——即使距离很短也要顾及地球曲率的影响。4三．测量工作的基本原则1．布局上“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，工作次序上“先控制后细部”。又一原则。即：“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。复习：1.水准面、旋转椭球体、高斯平面直角坐标、绝对高程、相对高程概念。2.测量上采用的平面坐标系与数学上的平面坐标系的区别。第二章：水准测量高程测量（HeightMeasurement）的概念根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。即：H未=H已+h高程测量的方法分类按使用的仪器和测量方法分为：水准测量(leveling)三角高程测量(trigonometricleveling)气压高程测量(airpressureleveling)GPS测量。(GPSleveling)§2.1水准测量原理与仪器操作一．基本原理水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。5a——后视读数A——后视点b——前视读数B——前视点1．A、B两点间高差：baHHhABAB2．测得两点间高差ABh后，若已知A点高程AH，则可得B点的高程。ABABhHH。3．视线高程：bHaHHBAi4．转点TP(turningpoint)的概念。iiiABbahh111结论：A、B两点间的高差ABh等于后视读数之和减去前视读数之和。二．仪器和工具（一）水准仪(level)1．望远镜(telescope)——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。2．水准器(bubble)有两种：圆水准器(circularbubble)——精度低，用于粗略整平。水准管(bubbletube)——精度高，用于精平。特性：气泡始终向高处移动。3．基座(tribrach)（二）水准尺(levelingstaff)——主要有单面尺、双面尺和塔尺。1．尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。2．双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。（三）尺垫(staffplate)放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。三．水准仪的使用操作程序：粗平——瞄准——精平——读数（一）粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1．方法：对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向的中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。62．规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。（二）瞄准1．方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2．视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。（三）精平1、方法：如图所示微倾式水准仪(tiltlevel)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。2、说明：若使用自动安平水准仪（compensatorlevel），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。（四）读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。（举例）复习：水准测量原理、操作程序。§2.2普通水准测量的实施及成果整理四．水准点(BenchMark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点BM，一般用表示。有永久性和临时性两种。（见图）五．水准路线(levelingline)水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：1．闭合水准路线(closedlevelingline)。由已知点BM1——已知点BM12．附合水准路线(annexedlevelingline)。由已知点BM1——已知点BM23．支水准路线(spurlevelingline)。由已知点BM1——某一待定水准点A。7六．水准测量的实施（外业）a)观测要求如图，有：（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2）为及时发现观测中的错误，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；双面尺法，①红黑面读数差3mm②h黑-h红5mm。2．水准测量记录表8注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。（2）hba，只表明计算无误，不表明观测和记录无误。四．水准测量的成果处理（内业）（一）计算闭合差：理测hhfh1．闭合水准路线：测理测hhhfh2．附合水准路线：)(始终测理测HHhhhfh（二）分配高差闭合差1．高差闭合差限差（容许误差）对于普通水准测量，有：适用于山区适用于平原区容容nfLfhh1240式中，容hf——高差闭合差限差，单位：mmL——水准路线长度，单位：km；n——测站数2．分配原则：按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。（三）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。五．水准测量的成果实例【例】如图为按图根水准测量要求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。解算如下：9第一步计算高差闭合差：)(37293.4330.4)(mmHHhfh始终测第二步计算限差：)(8.1084.74040mmLfh容因为容hhff，可进行闭合差分配。第三步计算每km改正数：kmmmLfVh/50第四步计算各段高差改正数：iinVV0。四舍五入后，使hifv。故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。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ViH1=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)可用EXCEL软件计算如下图：广东交通职业技术学院实验教案用纸课程测量学授课班级周次课次日期10实验名称等外闭合水准路线测量实习分组实验目的使学生掌握等外闭合水准路线的测量方法。仪器设备每组自动安平水准仪1台、水准尺2把、记录板1个。实验任务每组完成一条闭合水准路线的观测任务。课后进行平差计算。课后小结要求学生测完闭合水准路线后，现场计算出高程闭合差进行检核。教学内容（含理论联系实际）、时间分配与教学方法设计时间分配：实验要点及流程：1．要点：每一站观测结束后，要经检查无误后，方可搬到下一站。2．流程：如图已知HBM=10.000m，按等外水准精度要求，两次仪器高法施测，并计算高差闭合差fh。复习：水准路线闭合差的计算与分配方法。§2.3普通水准仪的检验与校正一．水准仪轴线的几何关系水准仪轴线应满足的几何条件是：1．水准管轴LL//视准轴CC2．圆水准轴L’L’//竖轴VV113．横丝要水平（即：⊥竖轴VV）如下图所示：二．水准仪的检验与校正（一）圆水准器的检验与校正1．检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180°，看气泡是否居中。2.校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用拨针拨动三个“校正螺旋”，使气泡居中。（二）十字丝横丝的检验与校正1．检验：（见图）整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看P点是否沿着横丝移动。2．校正：旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右2个“校正螺丝”。（三）水准管轴平行于视准轴（i角）的检验与校正1．检验：（1）平坦地上选A、B两点，约50m。（2）在中点C架仪，读取a1、b1，得h1=a1-b1（3）在距B点约2~3m处架仪，读取a2、b2，得h2=a2-b2（4）若h2≠h1,则水准管轴不平行于视准轴，有i角。因为①h1为正确