建筑工程测量.docx

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建筑工程测量

情景一、大比例尺地形图的测绘单元一：

小地区控制测量

第一章

（一）测量的基础知识

第一节一、建筑工程测量的任务

1.测量学的概念

  研究地球形状、大小和地表（包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。

  测量工作的基本任务：

求得点的规定坐标系中的坐标值。

  2.建筑工程测量的主要任务

（1）勘察设计阶段：

地形图，提供设计依据；

（2）施工阶段：

施工前放线；

               施工中轴线（斜）控制、高程（层高）控制；

              竣工测量的竣工图；

  （3）施工及运营阶段的监测；

  3.建筑工程测量工作的分类

第二节二、测量工作的基准面和基准线

1.地球的形状和大小

（1）地球表面起伏最大值/地球半径≈20/6371很小；如图1-1所示。

（2）地球表面71%的都是水。

图1-1地球的形状

2.测量工作的基准面和基准线

  铅垂线：

某点的重力方向线，可用悬挂垂球的细线方同来表示；

  水平线：

与铅垂线正交的直线；

  水平面：

与铅垂线正交的平面称为水平面；

  水准面：

处处与重力方向垂直的连续曲面，任何自由静止的水面都是水准面；大地水准面：

与不受风浪和潮汐影响的静止海水面相吻合的水准面。

铅垂线、大地水准面是测量工作的基准线和基准面。

第三节三、地面点位的确定

1.确定地面点位的方法

  测量工作的实质：

确定地面点的空间位置。

  点的空间位置（三维）=该点在水准面或水平面（球面或平面）的位置（二维）+该点到大地水准面的铅垂距离（一维）。

如图1-2所示。

图1-2三维空间

2.地面点的高程

  绝对高程——地面点到大地水准面的铅垂距离，简称高程：

用H表示，如

。

如图1-3所示。

图1-3地面点高程

3.地面点的坐标

（1）地理坐标

（2）平面直角坐标

以西南角为坐标原点，纵轴为X轴，横轴为Y轴，X轴正向为正北方向，负向为正南方向，Y轴正向为正东方向，负向为正西方向（上北下南左西右东），象限以顺时针方向编号。

如图1-4所示。

  4.空间直角坐标

  空间直角坐标主要用于卫星定位。

图1-4平面直角坐标象限

第四节四、以水平面代替水准面的限度

1.在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不需考虑地球曲率对距离的影响。

   2.就高程测量而言，即使距离很短，也应用水准面作为测量的基准面，即应顾及地球曲率对高程的影响。

第五节五、测量工作的基本内容与基本原则

1.测量工作的基本内容

   主要目的：

确定点的坐标和高程

   测量工作的基本内容：

高程测量、角度测量、距离测量

   测量工作一般分外业和内业两种。

   2.测量工作的基本原则

   “从整体到局部、先控制后碎部”——基本原则“步步有检核”

第六节六、测量误差的基本知识

1.测量误差来源

（1）误差来源

（2）常用测量形式：

按观测条件分为

（3）粗差（错误）与误差不同概念，为避免粗差，一方面要认真，另一方面要有检校措施。

   2.测量误差的分类

（1）系统误差

   产生原因：

仪器、工具制造或校正不完善；

   特性：

具有规律性、累积性的误差；

   影响：

有些可用计算改正或用观测方向消除。

（2）偶然误差产生原因：

由人、仪器、外界条件等多方面因素造成。

影响：

误差值不大，如采用一定方法或计算消除系统误差，则偶然误差居主要地位，其值不可消除，只能随观测次数趋于无限时，误差平均值趋于零。

   3.衡量精度的标准

   用真误差直接比对，方法简单但难以操作，引入几个指标作为衡量精度的标准。

（1）中误差

   n次等精度观测条件下，计算每次观测的真误差Δ，按下式计算中误差。

（2）容许误差偶然误差的绝对值不应超过一定的限值，为容许误差

（3）相对误差

   对于误差具有累积性的观测应用相对误差来评定。

相对误差为绝对误差的绝对值与相应量之比。

   4.误差传播定律

   用于由直接观测值推导计算出非直接观测值（高差、内角和、视距测量等）

（1）一般函数的误差传播

   线性函数的误差传播

（2）运用误差传播定律的步骤

   先写函数式，再求全微分，最后计算观测值函数中误差。

   【注】1）角度问题，必先化为弧度；

        2）观测值必须独立。

   5.等精度直接平差

（1）求最终观测值

时算术平均值为未知量的真值，但测量次数有限，但以算术平均值为未知量的最终观测值。

（2）评定精度

   n次等精度观测，计算算术平均值L，计算每次观测值与L间差值的改正数V，

第七节一、控制网的定义与分类

1.定义：

在测区内选择若干有控制意义的控制点，按一定的规律和要求组成网状几何图形。

   2.分类：

国家控制网、城市控制网和小地区控制网。

第八节二、控制测量的定义与内容

1.定义：

为建立控制网而进行的测量工作。

   2.内容：

平面控制测量、高程控制测量和三维控制测量。

第九节三、平面控制测量的定义、方法及等级

1.定义：

确定控制点平面位置的工作。

   2.方法：

常规有三角测量和导线测量，还有GPS测量（三维坐标）。

   3.国家（一、二、三、四等）、城市、工程。

第十节四、小地区控制网的定义及分类

1.定义：

一般面积在15km2以下范围内建立的平面控制网。

   2.分类：

首级控制网和图根控制网。

第二章（三）高程测量

第一节一、水准测量原理

水准测量的基本测法是：

如图3-1所示，已知A点的高程为

，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差

。

图3-1水准测量原理示意图

则Ｂ点的高程

就可用下式计算求得：

用水准测量方法测定高差

。

的原理如图3-1所示，在A、B两点上竖立水准尺，并在A、B两点之间安置—架可以得到水平视线的仪器即水准仪，设水准仪的水平视线截在尺上的位置分别为M、N，过A点作一水平线与过B点的竖线相交于C。

因为BC的高度就是A、B两点之间的高差

。

所以由矩形MACH就可以得到计算

的公式：

综上所述要测算地面上两点间的高差或点的高程，所依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立，测算将发生错误。

因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。

第二节二、水准仪的技术操作

水准仪的技术操作按以下四个步骤进行：

粗平—照准—精平—读数。

   1.粗平

   粗平就是通过调整脚螺旋，将圆水准气泡居中，使仪器竖轴处于铅垂位置，视线概略水平。

具体做法是：

用两手同时以相对方向分别转动任意两个脚螺旋，此时气泡移动的方向和左手大拇指旋转方向相同，然后再转动第三个脚螺旋使气泡居中，如此反复进行，直至在任何位置水准气泡均位于分划圆圈内为止。

图3-2左手原则

在操作熟练后，不必将气泡的移动分解为两步，视气泡的具体位置而转动任两个脚螺旋直接使气泡居中。

   2.照准

   照准就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清目标和十字丝。

当眼睛靠近目镜上下微微晃动时，物像随着眼睛的晃动也上下移动，这就表明存在着视差。

有视差就会影响照准和读数精度。

消除视差的方法是仔细且反复交替地调节目镜和物镜对光螺旋，使十字丝和目标影像共平面，且同时都十分清晰，

   3.精平

   精平就是转动微倾螺旋将水准管气泡居中，使视线精确水平，其做法是：

慢慢转动微倾螺旋，使观察窗中符合水准气泡的影象符合。

左侧影像移动的方向与右手大拇指转动方向相同。

由于气泡影像移动有惯性，在转动微倾螺旋时要慢、稳、轻、速度不宜太快。

   4.读数

   读数就是在视线水平时，用望远镜十字丝的横丝在尺上读数。

读数前要认清水准尺的刻画特征，呈像要清晰稳定。

为了保证读数的准确性，读数时要按由小到大的方向，先估读mm数，再读出m、dm、cm数。

图3-3

第三节三、附合水准路线施测及计算方法

普通水准测量通常用经检校后的

型水准仪施测。

水准尺采用塔尺或单面尺，测量时水准仪应置于两水准尺中间，使前、后视的距离尽可能相等。

具体施测方法如下：

（1）置水准仪于距已知后视高程点A一定距离的Ⅰ处，并选择好前视转点

，将水准尺置于A点和

点上。

（2）将水准仪粗平后，先瞄准后视尺，消除视差。

精平后读取后视读数值

，并记入五等水准测量记录表中。

   （3）平转望远镜照准前视尺，精平后，读取前视读数值

，并记入五等水准测量记录表中。

至此便完成了普通水准测量一个测站的观测任务。

   （4）将仪器搬迁到第Ⅱ站，把第Ⅰ站的后视尺移到第Ⅱ站的转点

上，把原第Ⅰ站前视变成第Ⅱ站的后视。

   （5）按

（2）、（3）步骤测出第Ⅱ站的后、前视读数值

、

，并记入五等水准测量记录表中。

   （6）重复上述步骤测至终点B为止。

Ｂ点高程的计算是先计算出各站高差：

再用Ａ点的已知高程推算各转点的高程，最后求得Ｂ点的高程。

   即：

将上列左边求和得：

从上列右边可知：

需要指出的是，在水准测量中，高程是依次由

、

……等点传递过来的，这些传递高程的点称为转点。

转点既有前视读数又有后视读数，转点的选择将影响到水准测量的观测精度，因此转点要选在坚实、凸起、明显的位置，在一般土地上应放置尺垫。

第四节三、校核方法

1．计算校核

   由公式（3-7）看出，B点对A点的高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和的差值，即：

经上式校核无误后，说明高差计算是正确的。

   按照各站观测高差和A点已知高程，推算出各转点的高程，最后求得终点B的高程。

终点B的高程HB减去起点A的高程HA应等于各站高差的代数和，即：

经上式校核无误后，说明各转点高程的计算是正确的。

   2．测站校核

   水准测量连续性很强，一个测站的误差或错误对整个水准测量成果都有影响。

为了保证各个测站观测成果的正确性，可采用以下方法进行校核。

   变更仪器高法：

在一个测站上用不同的仪器高度测出两次高差。

测得第一次高差后，改变仪器高度（至少10cm），然后再测一次高差。

当两次所测高差之差不大干3～5mm则认为观测值符合要求，取其平均值作为最后结果。

若大于3～5mm则需要重测。

   双面尺法：

本法是仪器高度不变，而用水准尺的红面和黑面高差进行校核。

红、黑面高差之差也不能大于3～5mm。

   3．成果校核

   测量成果由于测量误差的影响，使得水准路线的实测高差值与应有值不相符，其差值称为高差闭合差，若高差闭合差在允许误差范围之内时，认为外业观测成果合格；若超过允许误差范围时，应查明原因进行重测，直到符合要求为止。

一般等外水准测量的高差容许闭合差为：

水准测量的成果校核，主要考虑其高差闭合差是否超限。

根据不同的水准路线，其校核的方法也不同，各水准路线的高差闭合差计算公式如下：

（1）附合水准路线：

实测高差的总和与始、终已知水准点高差之差值称为附合水准路线的高差闭合差。

即：

（2）闭合水准路线：

实测高差的代数和不等于零，其差值为闭合水准路线的高差闭合差。

即：

（3）支水准路线：

实测往、返高差的绝对值之差称为支水准路线的高差闭合差。

即：

如果水准路线的高差闭合差

小于或等于其容许的高差闭合差

，即

，就认为外业观测成果合格，否则须进行重测。

第五节四、成果处理

五等水准测量的成果处理就是当外业观测成果的高差闭合差在容许范围内时，所进行的高差闭合差的调整，使调整后的各测段高差值等于应有值，也就是使

。

最后用调整后的高差计算各测段水准点的高程。

   高差闭合差的调整原则是以水准路线的测段站数或测段长度成正比，将闭合差反号分配到各测段上，并进行实测高差的改正计算。

   1．按测站数调整高差闭合差

   若按测站数进行高差闭合差的调整，则某一测段高差的改正数

为：

按测站数调整高差闭合差和高程计算示例如图3-4所示。

图3-4附合水准路线

2．按测段长度调整高差闭合差

   若按测段长度进行高差闭合差的调整，则某一测段高差的改正数

为：

按测段长度调整高差闭合差和高程计算示例如图3-4所示，并参见表3-2。

需要指出的是：

在水准测量成果处理时无论是按测站数调整高差闭合差，还是按测段长度调整高差闭合差，都应满足下列关系：

也就是水准路线各测段的改正数之和与高差闭合差大小相等符号相反。

第三章（四）角度测量

第一节一、水平角测量原理

面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。

如图所示，A、B、O为地面上的任意点，通OA和OB直线各作一垂直面，并把OA和OB分别投影到水平投影面上，其投影线Oa和Ob的夹角∠aOb，就是∠AOB的水平角

。

如果在角顶O上安置一个带有水平刻度盘的测角仪器，其度盘中心O′在通过测站O点的铅垂线上，设OA和OB两条方向线在水平刻度盘上的投影读数为

和

，则水平角

为：

第二节二、经纬仪的使用

经纬仪的技术操作包括：

对中——整平——瞄准——读数。

   １.对中

   对中的目的是使仪器的中心与测站的标志中心位于同一铅垂线上。

   ２.整平

（1）使水准管平行于两脚螺旋的连线，如图4-2a）所示。

操作时，两手同时向内（或向外）旋转两个脚螺旋使气泡居中。

气泡移动方向和左手大拇指转动的方向相同。

（2）将仪器绕竖轴旋转90°，如图4-2b）所示，旋转另一个脚螺旋使气泡居中。

按上述方法反复进行，直至仪器旋转到任何位置时，水准管气泡都居中为止。

图4-2

上述两步技术操作称为经纬仪的安置。

目前生产的光学经纬仪均装置有光学对中器，若采用光学对中器进行对中，应与整平仪器结合进行，其操作步骤如下：

（1）将仪器置于测站点上，三个脚螺旋调至中间位置，架头大致水平。

使光学对中器大致位于测站上，将三脚架踩牢。

（2）旋转光学对中器的目镜，看清分划板上的圆圈，拉或推动目镜使测站点影像清晰。

  （3）旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。

  （4）伸缩三脚架腿，使圆水准气泡居中。

  （5）用脚螺旋精确整平管水准管转动照准部90゜，水准管气泡均居中。

  （6）如果光学对中器分划圈不在测站点上，应松开连接螺旋，在架头上平移仪器，使分划圈对准测站点。

  （7）重新再整平仪器，依此反复进行直至仪器整平后，光学对中器分划圈对准测站点为止。

   ３.瞄准

（1）将望远镜照准远处，调节对光螺旋使十字丝清晰。

（2）旋松望远镜和照准部制动螺旋，用望远镜的光学瞄准器照准目标。

  （3）转动物镜对光螺旋使目标影像清晰。

  （4）旋紧望远镜和照准部的制动螺旋，通过旋转望远镜和照准部的微动螺旋，使十字丝交点对准目标，并观察有无视差，如有视差，应重新对光，予以消除。

图4-3

４.读数

（1）打开反光镜，调节反光镜镜面位置，使读数窗亮度适中。

（2）转动读数显微镜目镜对光螺旋，使度盘、测微尺及指标线的影像清晰。

   （3）根据仪器的读数设备进行读数。

  测角的前题：

对中保证仪器中心与地面的角顶点在同一条铅垂线上，整平保证水平度盘水平，而竖盘竖直，精确的瞄准保证望远镜指示角的某一条边线，读数保证可读出角的边线在水平面内的投影读数。

第三节三、经纬仪测回法测水平角

1.适用：

单角（双目标）

   2.方法操作：

   设O为测站点，A、B为观测目标，∠AOB为观测角，见图4-4所示。

图4-4测回法观测水平角示意图

先在O点安置仪器，进行整平、对中，然后按以下步骤进行观测：

   （１）盘左位置：

先照准左方目标，即后视点A，读取水平度盘读数为

，并记入测回法测角记录表中，见表4-1。

然后顺时针转动照准部照准右方目标，即前视点B，读取水平度盘读数为

，并记入记录表中。

以上称为上半测回，其观测角值为

（２）盘右位置：

先照准右方目标，即前视点B，读取水平度盘读数为

，并记入记录表中，再逆时针转动照准部照准左方目标，即后视点A，读取水平度盘读数为

，并记入记录表中，则得下半测回角值为：

（３）上、下半测回合起来称为一测回。

一般规定，用J6级光学经纬仪进行观测，上、下半测回角值之差不超过40″时，可取其平均值作为一测回的角值，即：

3.记录计算：

4.提高精度的措施：

（1）以配盘的方法多测几个测回

（2）上下半测回间轻动度盘变换手轮改变读数

   【注意】同一半测回的两读数间不可改变度盘的位置。

第二卷单元一：

小地区控制测量

第一章（五）距离测量

第一节一、丈量工具

通常使用的量距工具为钢尺、皮尺、竹尺和测绳，以及测钎、标杆和垂球等辅助工具。

皮尺，钢尺，由带状薄钢条制成，有手柄式和皮盒式两种，长度有20m、30m、50m几种。

尺的最小刻划为1cm或5mm或1mm。

按尺的零点位置可分为端点尺和刻线尺两种。

端点尺是从尺的端点开始。

端点尺适用于从建筑物墙边开始丈量。

刻线尺是从尺上刻的一条横线作为起点。

使用钢尺时必须注意钢尺的零点位置，以免发生错误。

   标杆又称花杆，长为2m或3m，直径为3～4cm，用木杆或玻璃钢管或空心钢管制成，杆上按20cm间隔涂上红白漆，杆底为锥形铁脚，用于显示目标和直线定线。

   测钎用粗铁丝制成，长为30cm或40cm，上部弯一个小圈，可套入环内，在小圈上系一醒目的红布条，一般一组测钎有6根或11根。

在丈量时用它来标定尺端点位置和计算所量过的整尺段数。

   垂球是由金属制成的，似圆锥形，上端系有细线，是对点的工具。

有时为了克服地面起伏的障碍，垂球常挂在标杆架上使用。

第二节二、在平坦地面上丈量

要丈量平坦地面上A、B两点间的距离，其做法是：

先在标定好的A、B两点立标杆，进行直线定线，然后进行丈量。

丈量时后尺手拿尺的零端，前尺手拿尺的末端，两尺手蹲下，后尺手把零点对准A点，喊“预备”，前尺手把尺边近靠定线标志钎，两人同时拉紧尺子，当尺拉稳后，后尺手喊“好”，前尺手对准尺的终点刻划将一测钎竖直插在地面上，这样就量完了第一尺段。

图5-1：

距离丈量示意图

用同样的方法，继续向前量第二、第三…第N尺段。

量完每一尺段时，后尺手必须将插在地面上的测钎拔出收好，用来计算量过的整尺段数。

最后量不足一整尺段的距离，如图所示。

当丈量到B点时，由前尺手用尺上某整刻划线对准终点B，后尺手在尺的零端读数至ｍｍ，量出零尺段长度Δl。

   上述过程称为往测，往测的距离用下式计算：

接着再调转尺头用以上方法，从Ｂ至Ａ进行返测，直至Ａ点为止。

然后再依据（4-1）式计算出返测的距离。

一般往返各丈量一次称为一测回，在符合精度要求时，取往返距离的平均值作为丈量结果。

第三节三、在倾斜地面上丈量

当地面稍有倾斜时，可把尺一端稍许抬高，就能按整尺段依次水平丈量，如图a）所示，分段量取水平距离，最后计算总长。

若地面倾斜较大，则使尺子一端靠高地点桩顶，对准端点位置，尺子另一端用垂球线紧靠尺子的某分划，将尺拉紧且水平。

放开垂球线，使它自由下坠，垂球尖端位置，即为低点桩顶。

然后量出两点的水平距离，如图b）所示。

   在倾斜地面上丈量，仍需往返进行，在符合精度要求时，取其平均值做为丈量结果。

图5-2平坦地区与倾斜地面丈量示意图

第四节四、丈量成果处理与精度评定

为了避免错误和判断丈量结果的可靠性，并提高丈量精度，距离丈量要求往返丈量。

用往返丈量的较差ΔD与平均距离

之比来衡量它的精度，此比值用分子等于ｌ的分数形式来表示，称为相对误差Ｋ，即：

如相对误差在规定的允许限度内，即

，可取往返丈量的平均值作为丈量成果。

如果超限，则应重新丈量只到符合要求为止。

   【例】用钢尺丈量两点间的直线距离，往量距离为217.30m，返量距离为217.38m，今规定其相对误差不应大于，试用：

（1）所丈量成果是否满足精度要求？

（2）按此规定，若丈量100米的距离，往返丈量的较差最大可允许相差多少毫米？

解：

由题意知：

即往返丈量的较差最大可相差±50（mm）。

第二章

（一）大比例尺地形图的基本知识

第一节一、地形图

按照一定的比例尺和规定的符号，将测区内的地物和地貌在图纸上绘制成图。

   平面图：

只表示地物不表示地貌。

第二节二、测图比例尺

图上某一线段的长度与地面上相应线段的水平距离D之比，通常以分子等于1的分数形式表示，即：

1/M，M称为比例尺分母。

   1.数字比例尺：

1/M

   2.图示比例尺

图1-1

第三节三、地形图分类

1.大比例尺地形图1：

500~1：

5000

   2.中比例尺地形图1：

5000~1：

10万

   3.小比例尺地形图：

小于1：

20万

第四节四、比例尺精度

人眼在图上能分辨的最小距离为0.1mm，因此在地形图上0.1mm所代表的地面上的实地距离称为比例尺精度。

即：

根据比例尺精度可以知道地面上量距应准确到什么程度，比例尺越大，表示地形变化的状况越详细，精度越高。

所以测图比例尺应根据用图的需要来确定，工程常用的几种大比例尺地形图的比例尺精度，如表1-1所列。

第三章

（二）地形在图上的表示方法

第一节一、地物的表示方法

1、比例符号：

如房屋、池塘等，

   2、非比例符号：

如水井、独立树、测量控制点等

   3、半依比例尺符号：

线状地物

   4、注记符号：

用文字、数字或特殊的标记对地物加以说明的符号称为注记符号，如城镇名、道路名、高程注记、平面控制点点号等。

第二节二、地貌的表示方法

地貌是指地球表面的各种起伏形态，它包括山地、丘陵、高原、平原、盆地等。

   1、等高线的概念

   1）等高线的形成和定义

   用不同高程而间隔相等的一组水平面

，

，

与地表面相截，在各平面上得到相应的截取线，将这些截取线沿着垂直方向正射投影到水平投影面P上，便得到表示该地表面的一些闭合曲线，即等高线。

如图1-2所示的就是地面高程为90m、95m、100m的等高线，所以等高线就是地面上高程相等的相邻点连接而成的闭合曲线。

   用等高线表示的几种典型地貌如图1-2所示。

图1-2等高线示意图

2）等高距和等高线平距

   两条相邻等高线的高差称为等高距。

相邻等高线间的水平距离称为等高线平距。

等高距越小，显示地貌就越详细，但等高距过小，图上等高线将很密，会使地形图不清晰。

因此，要根据测图比例尺和地面倾斜角及其用图的目的来选择等高距。