情景教学一测量基本知识Word格式文档下载.docx
《情景教学一测量基本知识Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《情景教学一测量基本知识Word格式文档下载.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
理解用水平面代替水准面的限度。
（1）水平面代替水准面对距离的影响；
（2）水平面代替水准面对高差的影响。
市政工程测量的基本工作和基本原则
根据3个基本要素确定地面点相对位置关系；
根据测量工作的基本原则实施测量工作。
（1）测量的基本工作；
（2）测量工作的基本原则。
直线定向的概念及方向的表达方法
根据工程实际情况选择合适的表示直线方向的方法；
了解3种方位角之间关系的换算。
（1）标准方向；
（2）真方位角、磁方位角、坐标方位角的概念。
测量误差
误差产生的原因；
测量误差的分类；
评定观测值精度的标准和方法。
（1）系统误差、偶然误差的定义；
（2）中误差、容许误差、相对中误差的定义。
测量仪器
市政工程测量常用的测量仪器与用途。
（1）常用测量仪器的认识。
项目一市政工程测量的任务与作用
测量学（亦称测绘学）是研究地球的形状和大小以及确定地面点之间相对空间位置的科学。
工程测量学是测量学的一门分支学科，是研究工程建设和自然资源开发各个阶段中所进行的控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测及建立相应信息系统的理论和技术的学科。
工程测量直接为各项工程建设服务。
任何土建工程，无论是市政工程、工业与民用建筑、城镇建设、道路、桥梁、给排水管线等，从勘测、规划、设计到施工阶段，甚至在使用管理阶段，都需要进行测量工作。
按照工程建设的具体对象来分，有市政工程测量、建筑工程测量、城镇规划测量、道路桥梁测量、给排水工程测量等。
1.1.1市政工程测量的任务
市政工程测量属于工程测量学的范畴，是工程测量学在市政工程建设领域中的具体表现。
市政工程测量的主要任务包括测定、测设两方面。
测定：
又称测图，是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，并按照一定的测量程序和方法将地面上局部区域的各种人工构筑物（地物）和地面的形状、大小、高低起伏（地貌）的位置按一定的比例尺和特定的符号缩绘成地形图，以供工程建设的规划、设计、施工和管理使用。
测设：
又称放样，是指使用测量仪器和工具，按照设计要求，采用一定的方法将设计图纸上设计好的建筑物、构筑物的位置测设到实地，作为工程施工的依据。
此外，施工中各工程工序的交接和检查、校核、验收工程质量的施工测量，工程竣工后的竣工测量，监视建筑物或构筑物安全阶段的沉降、位移和倾斜所进行的变形观测等，也是工程测量的主要任务。
2.1.2市政工程测量的作用
市政工程测量是市政工程施工中一项非常重要的工作，在市政工程建设中有着广泛的应用，它服务于市政工程建设的每一个阶段，贯穿于市政工程的始终。
在工程勘测阶段，测绘地形图为规划设计提供各种比例尺地形图和测绘资料；
在工程设计阶段，应用地形图进行总体规划和设计；
在工程施工阶段，要将图纸上设计好的建筑物、构筑物的平面位置和高程按设计要求测设于实地，以此作为施工的依据；
在施工过程中还要进行土方开挖、基础和主体工程的施工测量；
同时，在施工中还要经常对施工和安装工作进行检验、校核，以保证所建工程符合设计要求；
施工竣工后，还要进行竣工测量，施测竣工图，以供日后改建和维修之用；
在工程管理阶段，对建筑和构筑物进行变形观测，以保证工程的安全使用。
由此可见，在市政工程建设的各个阶段都需要进行测量工作，而且测量的精度和速度直接影响到整个工程的质量与进度。
因此，市政工程技术人员必须掌握工程测量的基本理论、基本知识和基本技能，掌握常用的测量工具的使用方法，初步掌握小地区大比例尺地形图的测绘方法，正确掌握地形图应用的方法，以及具有一般市政工程施工测量的能力。
3.1.3市政工程测量工作的要求
1.3.1市政工程测量工作的要求
测量工作在整个市政工程建设中起着不可缺少的重要作用，测量速度和质量直接影响工程建设的速度和质量。
它是一项非常细致的工作，稍有不慎就会影响工程进度甚至返工浪费。
因此，要求工程测量人员必须做到以下几点。
（1）树立为市政工程建设服务的思想，具有对工作负责的精神，坚持严肃认真的科学态度。
做到测、算工作步步有校核，确保测量成果的精度。
（2）养成不畏劳苦和细致的工作作风。
不论是外业观测，还是内业计算，一定要按现行规范规定作业，坚持精度标准，严守岗位责任制，以确保测量成果的质量。
（3）培养团队精神。
测量工作是一项实践性很强的工作，任何个人很难单独完成。
因此，在测量工作中必须发扬团队精神，各成员之间互学互助，默契配合。
（4）要爱护测量工具，正确使用仪器，并要定期维护和校验仪器。
（5）要认真做好测量记录工作，要做到内容真实、原始，书写清楚、整洁。
（6）要做好测量标志的设置和保护工作。
1.3.2学习市政工程测量的要求
市政工程测量是一门实践性较强的技术基础课程，并为学习市政工程有关科学技术知识打下必要的基础。
因此，要求学生通过教学达到“一知四会”的基本要求。
（1）知原理；
对测量的基本理论、基本原理要切实知晓并清楚。
（2）会用仪器；
熟悉钢尺、水准仪、经纬仪和全站仪的使用。
（3）会测量方法：
掌握测量操作技能和方法。
（4）会识图用图：
能识读地形图和掌握地形图的应用。
（5）会施工测量：
重点掌握建筑工程施工测量内容。
项目二市政工程测量中地面点位的确定
测量工作的基本任务（即实质）是确定地面点的位置。
地面点的空间位置由点的平面位置X、Y和点的高程位置H来确定。
4.2.1地面点平面位置的确定
在普通测量工作中，当测量区域较小（一般半径不大于10Km的面积内），可将这个区域的地球表面当做水平面，用平面直角坐标来确定地面点的平面位置，如图1.1所示。
测量平面直角坐标规定纵坐标为X轴，向北为正，向南为负；
横坐标为Y轴，向东为正，向西为负；
地面上某点M的位置可用xM和yM来表示。
平面直角坐标系的原点O，一般选在测区的西南角，使测区内所有点的坐标均为正值。
象限从北东开始按顺时针方向依次为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ排列，与数学坐标的区别在于坐标轴互换，象限顺序相反，其目的是便于将数学中的公式直接应用到测量计算中而不需作任何变更。
特别提示
1.为避免坐标出现负值以简化计算，坐标原点一般选在测区的西南角。
2.测量用坐标系与数学用坐标系在纵横轴及象限划分均不一样，一定要加以区别。
在大地测量和地图制图中要用到大地坐标。
用大地经度L和大地纬度B表示地面点在旋转椭圆球面上的位置，称为大地地理坐标，简称大地坐标。
如图1.2所示，地面上任意点P的大地经度L是该点的子午面与首子午面所夹的两面角；
P点大地纬度B是过该点的法线（与旋转椭球面垂直的线）与赤道面的夹角。
图1.1平面直角坐标系图1.2大地坐标系
大地经纬度是根据大地测量所测得的数据推算而得出的。
我国现采用陕西省径阳县境内的国家大地原点为起算点，由此建立新的统一坐标系，称为“1980年国家大地坐标系”。
5.2.2地面点高程位置的确定
地球自然表面很不规范，有高山、丘陵、平原和海洋。
海洋面积约占地表的71％，陆地约占29％，其中最高的珠穆朗玛峰高出海水面8844.43m，最低的马里亚纳海沟低于海水面11022m。
但是，这样的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。
地球上自由静止的水面称为水准面，它是个处处与重力方向垂直的连续曲面。
与水准面相切的平面称为水平面。
由于水面高低不一，因此水准面有无限多个，其中与平均海水面相吻合并向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面，称为大地水准面，如图1.3所示。
图1.3大地水准面
我国以在青岛观象山验潮站1952—1979年验潮资料确定的黄海平均海水面作为起算高程的基准面，称为“1985年国家高程基准”。
以该大地水准面为起算面，其高程为零。
为了便于观测和使用，在青岛建立了我国的水准原点（国家高程控制网的起算点），其高程为72．260m，全国各地的高程都以它为基准进行测算。
在测量中以大地水准面为测量的基准面，又由于地面点的铅垂线与水准面相垂直，铅垂线又是容易确定的，因而地面点的铅垂线便作为测量的基准线。
地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，亦称海拔或标高，如图1.3所示，HA、HB即为地面点A、B的绝对高程。
当在局部地区引用绝对高程有困难时，可采用假定高程系统，即假定任意水准面为起算高程的基准面。
地面点到假定水准面的铅垂距离，称为地面点的相对高程。
如图1.3所示，HA′、HB′即为地面点A、B的相对高程。
两个地面点之间的高程差称为高差，用h表示。
（1-1）
由此看出，高差的大小与高程的起算面无关。
6.2.3用水平面代替水准面的限度
在测量中，当测区范围很小时才允许用水平面代替水准面。
那么究竟测区范围多大时，可用水平面代替水准面呢?
1）水平面代替水准面对距离的影响
如图1.4所示，A、B两点在水准面上的距离为D，在水平面上的距离为D′，则△D（△D＝D′-D）是用水平面代替水准面后对距离的影响值。
它们与地球半径R的关系为:
或
（1-2）
根据地球半径R＝6371km及不同的距离D值，代入式（1-2），得到表1-1所列的结果。
由表1-1可见，当D＝10km，所产生的相对误差为1：
1250000。
目前最精密的距离丈量时的相对误差为1：
1000000。
因此，可以得出结论：
在半径为10km的圆面积内进行距离测量，可以用水平面代替水准面，不考虑地球曲率对距离的影响。
图1.4
表1-1水平面代替水准面对距离的影响
D/km
△D/cm
△D/D
10
0.8
1：
1250000
20
6.6
300000
50
102
49000
2）水平面代替水准面对高程的影响
如图1.4所示，△h＝Bb-b′B，这是用水平面代替水准面后对高程的测量影响值。
其值为
（1-3）
用不同的距离代入式（1-3）中，得到表1-2所列结果。
表1-2水平面代替水准面对高程的影响
0.2
0.5
1
2
3
4
5
△h/cm
0.31
8
31
37
125
196
从表1-2可以看出，用水平面代替水准面，在距离1km内就有8cm的高程误差。
由此可见，地球曲率对高程的影响很大。
在高程测量中，即使距离很短，也要考虑地球曲率对高程的影响。
实际测量中，应该通过改正计算或采用正确的观测方法来消除地球曲率对高程测量的影响。
用水平面代替水准面的限度，推导过程仅需了解，但其结论必须知道，对测量工作非常重要。
7.2.4确定地面点位的三个基本要素
如前所述，地面点的空间位置是以地面点在投影平面上的坐标X、Y和高程H决定的。
在实际的测量中，X、Y和H的值不能直接测定，而是通过测定水平角βa、βb、…水平距离D1、D2、…以及各点间的高差h，再根据已知点A的坐标、高程和AB边的方位角计算出B、C、D、E各点的坐标和高程（见图1.5）。
图1.5
由此可见，水平距离、水平角和高程是确定地面点位的三个基本要素。
水平距离测量、水平角测量和高差测量是测量的三项基本工作。
8.2.5直线定向的概念及方向的表达方法
在测量中，除了最基本的三项测量工作之外，还有一项很重要的工作，那就是对地面直线的方向予以确定的工作。
因为无论是进行测定工作（地形图的测绘），还是进行测设工作（施工阶段的定位放线测量），为了保证测量工作的正常进行及最终的测量成果的精度，都必须事先对地面直线（或对设计轴线进行实地定位）相对于测量工作的标准方向进行准确的位置确定，也就是说，定位测量在一定程度上决定了整个测量工作的质量，所以，在测量中必须根据测区范围的大小，建立好适当的测量坐标系，并对各地面直线依测量标准方向进行定位。
测量中的标准方向是进行此项工作的依据。
在测量上，将确定地面直线与测量标推方向之间的角度关系的工作，称为直线定向。
根据测区范围的大小，进行定向的标准方向主要有三种，即地面点的真北方向、地面点的磁北方向和地面点的坐标北方向（也称坐标纵轴北方向），简称三北方向。
真北方向：
过地球表面某点的真子午线的切线北端所指示的方向，称为该点的真北方向。
真北方向是通过天文测量的方法或用陀螺经纬仪测定的，一般用在大地区范围内的直线定向工作中，如用于大地测量、天文测量等测量工作中。
磁北方向：
过地球表面某点的磁子午线的切线北端所指示的方向，称为该点的磁北方向。
磁北方向可用罗盘仪测定，通常是指磁针自由静止时其北端所指的方向，一般用在定向精度要求不高的工作中。
坐标北方向：
坐标纵轴（x轴）正向所指示的方向，称为坐标北方向。
在测量工作中，常取与高斯平面直角坐标系（或独立平面直角坐标系）中x坐标轴平行的方向为坐标北方向；
在施工测量中，也可采用施工测量坐标系的x轴正向作为坐标北方向。
一般用在小地区范围内的测量工作中。
三个基本北方向之间的关系如图1.6所示，由于地球的磁北极与地理北极不一致，因此，在地球上任意一点的磁北方向与其北方向一船是不重合的，两者所夹的角度称磁偏角，用δ表示。
规定磁北方向在真北方向东侧时，δ为正；
磁北方向在真北方向西侧时，δ为负。
同样的，地面点的真北方向与坐标北方向也不重合，两者之间的夹角称为子午线收敛角，用γ表示。
规定坐标北方向在真北方向东侧时，γ为正；
坐标北方向在真北方向西侧时，γ为负。
磁北方向与坐标北方向的夹角称为磁坐偏角，用ε表示。
磁北方向在坐标北方向东侧时，ε为正，反之为负。
三偏角之间的关系式为：
ε=δ-γ。
一般用方位角来表示直线的方向。
所谓方位角，是指由直线的一端的标准方向的北端起，顺时针方向至该直线的水平夹角，称为该直线的方位角，角值由0°
~360°
。
由真北方向起算的方位角称为真方位角，用A表示；
用坐标北方向起算的方位角称为坐标方位角，用α表示；
由磁北方向起算的方位角称为磁方位角，用Am表示。
由于地面点的三个指北的标准方向并不重合，所以一条直线的三种方位角并不相等，它们之间存在着一定的换算关系，如图1.6所示，三者间的关系式如下
（1-4）
（1-5）
（1-6）
所以，当已知某直线起点的磁偏角δ、子午线收敛角γ和一种方位角时，可以方便地求出另外两种方位角。
在小地区范围的测量工作中，常采用坐标方位角来表示直线的方向，而一条直线的坐标方位角，由于起始点的不同而存在着两个值。
如图1.7所示，αAB表示直线AB方向的坐标方位角，αBA则表示直线BA方向的坐标方位角。
αAB和αBA互为正、反坐标方位角，若以αAB为正坐标方位角，则称αBA为反坐标方位角。
由此可知，直线的正、反坐标方位角是相对的。
由于在同一直角坐标系内，各点处的坐标北方向均是平行的，所以一条直线的正、反坐标方位角相差180°
，即
（1-7）
图1.6三北方向及三种方位角的关系图1.7正反坐标方位角
项目三市政工程测量工作的原则和程序
9.3.1从整体到局部
无论是测绘地形图或是施工放样，都不可避免地会产生误差，甚至还会产生错误。
为了限制误差的累积传递，保证测区内一系列点位之间具有必要的精度，测量工作都必须遵循“从整体到局部、先控制后碎部、由高级到低级”的原则进行，如图1.9所示。
首先在整个测区内，选择若干个起着整体控制作用的点A、B、C，…作为控制点，用较精密的仪器和方法。
精确地测定各控制点的平面位置和高程位置的工作称为控制测量。
这些控制点测量精度高，且均匀分布整个测区。
因此，控制测量是高精度的测量，也是带全局性的测量。
然后以控制点为依据，用低一级精度测定其周围局部范围内的地物和地貌特征点，称为碎部测量。
此程序和原则的优点为：
1）由于控制网的作用，可以控制误差积累，保证测区的整体精度；
2）根据控制网，把整个测区分为若干局部区域，分区进行施测，可以提高工效、缩短工期、节省经费开支。
图1.9地形图测绘的基本原则
市政施工测量是首先对施工场地布设整体控制网，用较高的精度测设控制网点的位置，然后在控制网的基础上，再进行各局部轴线尺寸和高低的定位测设，其精度要求依测设的具体施工对象而定。
例如，图中利用控制点A、F测设拟建的建筑物R、Q、P。
因此，施工测量也遵循“从整体到局部、先控制后碎部”的施测原则。
综上，测量工作的程序分为控制测量和碎部测量两个阶段。
遵循测量工作的原则和程序，不但可以减少误差的积累和传递，而且还可以在几个控制点上同时进行测量工作，既加快了测量的进度，缩短了工期，又节约了开支。
测量工作有外业和内业之分，上述测定地面点位置的角度测量、水平距离测量、高差测量是测量的基本工作，称为外业。
将外业成果进行整理、计算〔坐标计算、高程计算）、绘制成图的工作，称为内业。
10.3.2逐步检查
为了防止出现错误，无论在外业或内业工作中，还必须严格执行另一个基本原则——“边工作边校核”，即“逐步检查”原则。
应用校核的数据说明测量成果的合格和可靠。
测量工作实质上是通过实践操作仪器获得观测数据，确定点位关系的。
因此是实践操作与数字密切相关的一门技术，无论是实践操作有误，还是观测数据有误，或者是计算有误，都是点位的确定上产生的错误所致。
因而在实践操作与计算中都必须步步校核，校核已进行的工作有无错误。
一旦发现错误或达不到精度要求的成果，必须找出原因或返工重测，以保证各个环节的可靠性。
经验提示
市政施工测量应遵循“先外业、后内业”，也应遵循“先内业、后外业”这种双向工作程序。
规划设计阶段所采用的地图，应首先取得实地野外观测资料和数据，然后再进行室内计算、整理、绘制成图，即“先外业、后内业”的工作程序。
测设阶段是按照施工图上所定的数据、资料，首先在室内计算出测设所需要的放样数据，然后再到施工场地按测设数据把具体点位放样到施工作业面上，并做出标记，以作为施工的依据，因而是“先内业、后外业”的工作程序。
项目四市政工程测量常用的测量仪器与用途
市政工程测量中常用的测量仪器有水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪、钢尺、垂球、罗盘仪、GPS等。
1.水准仪
水准仪在测量时能够提供一条水平视线，所以在市政工程测量中常使用水准仪进行地面点的高程控制测量、标高测量（抄平）、坡度测量等。
2.经纬仪
经纬仪能进行水平角度、竖直角度、铅垂面的测量，所以在市政工程测量中常使用经纬仪进行施工场地的平面控制测量、建筑物的定位测量、建筑轴线的投测、吊装测量、倾斜观测、角度测量、坡度测量等。
3.测距仪
电子测距仪和经纬仪组装在一起，能进行水平角度、竖直角度、铅垂面、水平距离、倾斜距离、垂直高差的测量，具有全站仪的功能。
4.全站仪
全站仪（全站型电子速测仪）能进行水平角度、竖直角度、铅垂面、水平距离、倾斜距离、垂直高差的测量，在市政工程测量中利用全站仪进行施工场地的平面控制测量、建筑物的定位测量、管线测量、道路放样、涵管放样、倾斜观测、角度测量、坡度测量、距离测量、高差测量、坐标测量等。
5.钢尺
钢尺是测量距离的工具，在市政工程测量中常用钢尺进行各种长度的度量工作。
6.垂球
细绳一端悬挂垂球，在重力作用下指向地面，指向地面的方向即为铅垂线。
铅垂线是测量中最常用的一条基准线，主要应用于构筑物垂直度的测量。
与铅垂线垂直的线即为水平线，利用它可以测量地面点的高差、高程、水平面的测量。
7.罗盘仪
罗盘仪磁针在自由静止时能指出南北方向，在市政工程测量中常利用罗盘仪测定地面直线与磁北方向的水平角度。
8.GPS
GPS能准确测出所在地面位置的经度、纬度、高程以及测量坐标，并且可以进行放样工作。
由于精度高、误差小、不受通视条件的限制，广泛应用于建筑施工测量控制测量等工作之中。
项目五测量误差的基础知识
11.5.1测量误差概述
5.1.1测量误差产生的原因
测量是观测者使用某种仪器、工具，在一定的外界条件下进行的。
测量工作的实践证明，只要是观测值必然含有误差。
例如，同一人用同一台经纬仪对某一固定角度重复观测若干测回，各测回的观测值往往互不相等；
同一组人员，用同样的测距工具，对A、B两点间的距离重复测量若干次，各次观测值也往往互不相等。
又如，平面三角形内角和的真值应等于180°
，但三个内角的观测值之和往往不等于180°
；
闭合水准线路中各测段高差之和的真值应为0，但事实上各测段高差的观测值之和一般不等于0。
这些现象在测量实践中是经常发生的。
究其原因，是由于观测值中不可避免地含有观测误差的缘故。
观测误差来源于以下三个方面：
（1）观测误差：
观测者视觉鉴别能力和技术水平；
（2）仪器误差：
仪器、工具的精密程度；
（3）外界环境的影响：
观测时外界条件的好坏。
通常我们把这三个方面综合起来，称为观测条件。
观测条件将影响观测成果的精度。
观测误差主要由仪器误差、观测者的误差以及外界条件的影响组成。
仪器误差是指测量仪器构造上的缺陷和仪器本身精密度的限制，致使观测值含有一定的误差。
观测者带来的误差是由于观测者技术水平和感官能力的局限，致使观测值产生的误差。
外界条件的影响是指观测过程中不断变化着的大气温度、湿度、风力、透明度、大气折光等因素给观测值带来的误差。
一般认为，在测量中人们总希望使每次观测所出现的测量误差越小越好，甚至趋近于零。
但要真正做到这一点，就要使用极其精密的仪器，采用十分严密的观测方法，付出很高的代价。
然而，在实际生产中，根据不同的测量目的，是允许在测量结果中含有一定程度的测量误差的。
因此，我们的目标并不是简单地使测量误差越小越好，而是要设法将误差限制在与测量目的相适应的范围内。
5.1.2测量误差的分类
1）系统误差
（1）定义：
在一定的观测条件下进行一系列观测时，符号和大小保持不变或按一定规律变化的误差，称为系统误差。
（2）举例：
用名义长度为30.000m而实际正确长度为30.005m的钢卷尺量距，每量一尺段就有+0.005m的误差，其量具误差的影响符号不变，且与所量距离的长度成正比。
（3）特点：
一是系统误差在观测成果中具有累积性；
二是系统误差对观测值的影响具有规律性，这种规律性是可以通过一定的办法找到的。
换句话说，系统误差可以通过一定的测量措施消除或减弱。
在测量工作中，应尽量设法消除和减小系统误差。
在观测方法和观测程序上采用必要的措施，可以限制或削弱系统误差的影响
2）偶然误差
在一定的观测条件下进行一系列观测，如果观测误差的大小和符号均呈现偶然性，即从表面现象看，误差的大小和符号没有规律性，这样的误差称为偶然误差。
在用厘米分划皮尺量距估读毫米位时，有时估读稍大、有时稍小。
（3）
升级会员 