测量学教案.docx
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测量学教案
教案
2012-2013学年第一学期
课程名称：
水利工程测量
课程编号：
系别、专业、年级：
测量1101
任课教师：
朱华
教师所在单位：
山东建筑大学土木学院
济南工程职业技术学院
《水利工程测量》教案
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课程及教材简介
《水利工程测量》课程是测量专业的一门专业基础课，是交通高职高专院校以培养高等技术应用性人才为目标，来组织编写的内容紧凑、针对性强的教材。
《水利工程测量》课程主要介绍在工业建筑、民用建筑、渠道、水坝、水闸工程测量数据的获取、整理及运用的知识。
本课程旨在根据建筑工程测量专业培养技能型人才为主线的要求，对传统的专业技术基础课和专业课进行了整合，教材体系设计更合理，循序渐进，符合学生心理特征和认知及技能养成规律。
是依据教育部对高职高专人才培养目标、培养规律、培养模式及与之相适应的知识、技能、能力和素质结构的要求进行编写的。
本教材具有如下特点：
结构合理性、知识实用性、职业教育性、使用灵活性等。
主要内容包括：
水准测量、角度测量、距离测量与直线定向、测量误差的基本知识、全站仪及GPS测量原理、小区域控制测量、地形图的测绘与应用、施工测量的基本工作、渠道测量、水库水坝施工测量、水闸施工测量、隧洞施工测量以及数字测图系统的概念。
教研室负责人签字
2012年9月10日
《建筑工程测量》教案
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教学大纲
一、课程的性质与任务
（一）本课程的性质
《水利工程测量》是高职类工程测量专业及水利桥梁工程技术专业的一门重要的、具有较强实践性的一门专业基础课。
本课程是研究如何为水利工程的勘测、设计、施工、竣工及保养维修等阶段提供数据资料，并以此配合指导勘测、设计、施工和管理的一门学科。
（二）本课程的任务
通过本课程的学习，学生应掌握水利工程建设和管理中，所需的基本的测绘和测设知识，为水利工程技术专业的后继课程打下坚实基础。
二、课程基本要求
1、知识要求
通过本课程的学习，使学生掌握测量学的基本理论、基本知识；掌握小地区控制测量的理论和方法；大比例尺地形图的测绘方法及应用；掌握水利工程测量的主要内容及方法，具备水利工程施工测设的能力。
2、技能要求
①掌握常规测量仪器（经纬仪、水准仪、钢尺）的基本构造，熟练掌握技术操作方法、基本测量原理及常规检验与校正方法；
②掌握新型测量仪器（全站仪、电子水准仪、GPS接收机等）的使用方法；
③根据规范要求，能正确记录测量数据，能正确计算放样时所需的测设数据；
④在校期间通过技能训练，达到水利工程测量中级水平。
3、能力要求
①能进行小区域平面高程控制网的布设、观测及数据处理；
②能独立组织大比例尺地形图的测绘工作，并掌握地形图在水利工程中得应用；
③能掌握渠道、书库大坝、水闸等水利工程的测量。
三、课程内容
（一）课程主要内容
1、绪论
掌握测量学的基本概念、任务与作用；理解水准面、大地水准面、地理坐标系（大地、天文）、独立平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、绝对高程、相对高程和高差的概念；了解用水平面代替水准面的限度、测量工作的组织原则和程序及本课程的学习方法。
2、水准测量
理解水准测量的基本原理；掌握DS3型微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。
3、角度测量
理解水平角、竖直角测量的基本原理；掌握光学经纬仪的基本构造、操作与读数方法；水平角测量的测回法和方向观测法；掌握竖盘的基本构造及竖直角的观测、计算方法；掌握光学经纬仪的检验与校正方法；了解水平角测量误差来源及其减弱措施及电子经纬仪的测角原理及操作方法。
4、距离测量与直线定向
理解距离的概念、了解距离测量的仪器和工具，掌握钢尺普通量距、精密量距的实施及成果三项改正、精度评定方法；掌握电磁波测距的基本原理和使用；掌握直线定位、方位角的概念及方位角的计算方法；了解磁偏角和子午线收敛角的含义及用罗盘仪测定磁方位角的方法。
5、测量误差基本知识
了解测量误差来源及产生的原因；掌握系统误差和偶然误差的特点及其处理方法；理解精度评定的指标（中误差、相对误差、容许误差）的概念；了解误差传播定律的应用。
6、小区域控制测量
了解控制测量的基本概念、作用、布网原则和基本要求；掌握导线的概念、布设形式和等级技术要求；掌握导线测量外业操作（踏勘选点、测角、量边）和内业计算方法（闭合、附合导线坐标计算）；理解高程控制测量概念，掌握三、四等水准测量和三角高程测量的方法和要求。
7、全站仪使用
了解全站仪的分类、等级、主要技术指标；掌握全站仪的基本操作，测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样的原理和操作方法；了解全站仪的对边测量、悬高测量、面积测量等方法。
8、地形图的测绘与应用
理解地形图、比例尺精度、分幅与编号、图名、坐标格网的概念；掌握地物与地貌（地物符号、地貌等高线、注记）的表示方法；掌握利用地形图确定图上点的坐标和高程、距离、方位、坡度、绘制断面图、面积计算和土石方计算等应用；理解视距测量原理；掌握测图前的准备工作、特征点选择、碎部测量的方法（经纬仪测绘法为主）；掌握地物描绘、等高线勾绘、地形图的拼接、整饰和检查方面知识；了解数字化测图的基本原理和方法。
9、水利工程测量
掌握渠道测量的中得中线测量概念，纵横断面测量及绘制，挖填土方量的计算，渠道及管道的施工测量；掌握土坝及混凝土坝的施工测量；水闸的施工测量。
10、GPS定位原理及应用简介
掌握GPS的基本概念和系统组成；掌握GPS的坐标系统和基本定位原理；理解GPS定位方法分类中绝对定位和相对定位、静态定位和动态定位的概念及用途。
《建筑工程测量》教案（首页）
授课时间9月7日第01次课
授课章节
绪论
任课教师
及职称
朱华硕士在读
教学方法
与手段
方法：
讲授法
手段：
常规。
教学目的与要求：
1、使学生对本课程有大致的了解；
2、地球的形状和大小；大地水准面,测量坐标的选取和基本任务。
教学重点、难点：
学完本课程应达到的基本要求：
对本课程的基本知识有初步理解，掌握一些测量学的基本概念
课时分配计划
第一节课对课程简介，第二节课对本课程所包括的三篇内容进行介绍和第一章水准测量的概况。
布置作业：
预习第一章
下次课预习要点：
水准测量和水准仪的构造；
实施情况及课后教学效果分析
《建筑工程测量》教案
授课内容:
一、测量学的概念及分类
测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学，它的内容包括测定（测绘）和测设两部分。
测定（测绘）是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算得到一系列测量数据，把地球表面的地物和地貌缩绘成地形图。
测设是指将设计图纸上规划设计好的建筑物、构筑物位置，在地面上标定出来，作为施工的依据。
测量学按照研究对象、性质及采用技术的不同，又分为：
（1）大地测量学。
大地测量学是研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。
近年来随着空间技术的发展，大地测量正在向空间大地测量和卫星大地测量方向发展。
其基本任务是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程测量提供基础计算数据；为空间科学、军事科学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料。
按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量学、卫星大地测量学及物理大地测量学等。
（2）普通测量学。
普通测量学是研究地球表面局部区域内测绘工作的基本理论、仪器和方法的学科，是测绘学的一个基础部分。
局部区域指在该区域内进行测量、计算和制图时，可以不顾及地球的曲率，把这个区域的地面简单地当作平面处理，而不致影响测图的精度。
二、地球的形状和大小
1、地球自然形体：
是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。
2、大地水准面：
设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。
3、大地体：
大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。
4、参考椭球体及参考椭球面
由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。
该几何体必须满足两个条件：
①形状接近地球自然形体；
②可以用简单的数学公式表示。
参考椭球体：
一个非常接近大地体，并可用数学式表示几何形体，作为地球的参考形状和大小。
它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。
参考椭球面：
参考椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。
旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率α决定。
我国目前采用的参考椭球体的参数为：
长半轴a=6378140m
短半轴b=6356755.3m
扁率α==
测量精度要求不高时，可把地球看作圆球，其平均半径R=6371km。
三、测量工作的基准线和基准面
测量工作的基准线—铅垂线。
测量工作的基准面—大地水准面。
测量内业计算的基准线—法线。
测量内业计算的基准面—参考椭球面。
四、确定地面点位的方法
在测量工作中，我们一般用：
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）地面点的高程
高差——hAB=HB-HA=H’B-H’A
我国的高程系统
主要有：
1985国家高程系统
1956黄海高程系统
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。
（二）地面点在投影面上的坐标
坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。
1、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。
2、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
问题思考：
1、何谓大地水准面？
它在测量工作中的作用是什么？
2、何谓绝对高程和相对高程？
两点之间绝对高程之差和相对高程之差是否相等？
板书设计：
《建筑工程测量》教案
授课时间9月7日第02次课
授课章节
绪论
任课教师
及职称
朱华硕士在读
教学方法
与手段
方法：
讲授法
手段：
常规。
教学目的与要求：
1、掌握测量工作的基本内容；
2、测量工作的基本原则。
教学重点、难点：
测量工作的基本内容
测量工作的基本原则
课时分配计划
第一节课测量学基本内容，第二节课测量学基本原则。
布置作业：
预习水准测量
下次课预习要点：
水准测量和水准仪的构造；
实施情况及课后教学效果分析
五、测量工作的基本内容
测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程。
待定点的坐标和高程一般不是直接测定的,而是观测已知点和待定点之间的几何位置关系，然后计算出待定点的坐标和高程。
基本内容：
高差测量（h）、角度测量（β、α）、距离测量（S、D）
外业工作：
测定和测设。
内业工作：
观测数据处理和绘图。
六、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”。
2、又一原则。
即：
“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。
优点：
①减少误差积累；②避免错误发生；③提高工作效率。
问题思考：
1、测量工作的两个原则及其作用是什么？
2、确定地面点位的三项基本测量工作是什么？
《建筑工程测量》教案
授课时间9月14日第03次课
授课章节
第一章（第1节）水准仪的结构水准测量原理
任课教师
及职称
朱华硕士在读
教学方法
与手段
方法：
讲授法
手段：
实习。
教学目的与要求：
使学生掌握水准测量原理及如何操作水准仪
教学重点、难点：
水准测量原理；
水准仪的结构
难点：
视差的概念
课时分配计划
第一节课对课程简介，第二节课讲授水准仪的构造，
。
布置作业：
预习水准测量方法
下次课预习要点：
水准测量方法；
实施情况及课后教学效果分析
对本课程有了大致的了解，对测量的认识更进一步。
《建筑工程测量》教案
授课内容:
一、高程测量的概念
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
三角高程测量
气压高程测量
GPS测量。
二、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。
a——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：
2．测得两点间高差
后，若已知A点高程
，则可得B点的高程。
。
3．视线高程：
4．转点的概念。
结论：
A、B两点间的高差
等于后视读数之和减去前视读数之和。
《建筑工程测量》教案
授课时间9月14日第04次课
授课章节
第一章（第1节）水准仪的结构水准测量原理
任课教师
及职称
朱华硕士在读
教学方法
与手段
方法：
讲授法
手段：
实习。
教学目的与要求：
使学生掌握水准测量原理及如何操作水准仪
教学重点、难点：
水准仪的使用操作
课时分配计划
第三四节课讲授水准仪的简单操作。
布置作业：
复习水准测量方法掌握水准仪的使用
下次课预习要点：
预习水准测量的外业；巩固水准仪的使用方法
实施情况及课后教学效果分析
三、仪器和工具
（一）水准仪
1．望远镜——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。
2．水准器有两种：
圆水准器——精度低，用于粗略整平。
水准管——精度高，用于精平。
特性：
气泡始终向高处移动。
3．基座
（二）水准尺——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
放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。
四、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。
2．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）
《建筑工程测量》教案
授课时间9月21日第05次课
授课章节
第一章（第1节）水准仪的使用
任课教师
及职称
朱华硕士在读
教学方法
与手段
方法：
讲授法
手段：
实习。
教学目的与要求：
学会水准仪的使用
掌握水准仪的简单操作
教学重点、难点：
水准仪的调平
课时分配计划
水准仪的简单操作，学会水准仪的使用。
布置作业：
由于知识点较多，难过较大，需要学生反复看书，掌握所讲授知识。
下次课预习要点：
角度测量；
实施情况及课后教学效果分析，
《建筑工程测量》教案
授课内容:
一、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BM，一般用表示。
有永久性和临时性两种。
（见图）
二、水准路线
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。
由已知点BM1——已知点BM1
2．附合水准路线。
由已知点BM1——已知点BM2
3．支水准路线。
由已知点BM1——某一待定水准点A。
4．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
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）
，只表明计算无误，不表明观测和记录无误。
《建筑工程测量》教案
授课时间9月21日第06次课
授课章节
第一章（第1节）普通水准测量的实施及成果整理
任课教师
及职称
朱华硕士在读
教学方法
与手段
方法：
讲授法
手段：
实习。
教学目的与要求：
学会水准仪的使用和测量方法
使学生掌握水准路线的布设、水准测量闭合差的分配
教学重点、难点：
水准仪的调平
水准测量闭合差的分配
课时分配计划
第一节课三四等水准测量，
第二节课讲授水准仪的检验和校正。
布置作业：
巩固水准测量知识，熟练掌握水准仪的使用。
掌握水准测量内业和外业的基本知识。
下次课预习要点：
角度测量；
实施情况及课后教学效果分析，
三．水准测量的成果处理（内业）
（一）计算闭合差：
1．闭合水准路线：
2．附合水准路线：
（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：
式中，
——高差闭合差限差，单位：
mm
L——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。
四、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：
第一步计算高差闭合差：
第二步计算限差：
因为
，可进行闭合差分配。
第三步计算每km改正数：
第四步计算各段高差改正数：
。
四舍五入后，使
。
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Vi
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）
问题思考：
1.设A为后视点，B为前视点，A点的高程是20.123m.当后视读数为1.456m,前视读数为1.579m,问A、B两点的高差是多少?
B、A两点的高差又是多少？
绘图说明B点比A点高还是低?
B点的高程是多少?
2.何为视准轴?
何为视差?
产生视差的原因是什么?
怎样消除视差?
3.水准仪上圆水准器与管水准器的作用有何不同?
，何为水准器分划值？
4.转点在水准测量中起到什么作用？
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