工程测量教案.docx
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工程测量教案
《水利工程测量》
教案
成教班
2011年至2012年第1学期
教师授课教案
课程名称：
水利工程测量2011年至2012年第1学期第次课
班级：
成教班编制日期：
201１年月日
教学单元（章节）：
第一章 绪论
目的要求：
1、了解测量学的概念，建筑工程测量的主要任务；
2、掌握大地水准面的概念；
3、熟悉测量中采用的平面直角坐标；
4、了解测量基本工作、测量工作基本原则；
知识要点：
1、测量概念
2、水准面概念
3、点位空间直角坐标（X、Y、H）
技能要点：
1、分析问题能力
教学步骤：
介绍工程建设情况，了解测量作用、工程测量的基本任务。
提出学习本课程的目的、要求、方法。
介绍测量基本工作。
教具及教学手段：
多媒体教学
作业布置情况：
2题
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
第一章绪论
§1.1测量学的基本内容、任务与作用
一、测量学概念:
是研究如何测定地面点的平面位置和高程，将地球表面的起伏形态及各种固定物体测绘成图，以及确定地球的形状和大小的科学。
二、测量学内容：
1、测定——使用测量仪器，通过一定的测量程序和方法，确定地球表面的形状和大小及点位关系，并以图表的形式描述出来。
2、测设——把图纸上设计好的建筑物的平面位置和高程在地面上标定出来。
三、测量学分类（按照研究对象和研究范围的不同）：
1、大地测量学
研究区域：
大范围
任务：
①研究地球的形状和大小。
②建立国家统一坐标系。
③研究地球重力场的理论、技术和方法。
2、地形测量学
研究区域：
局部小范围（测量R≤10km）
任务：
①测绘地物、地貌。
②确定地面点的点位。
3、摄影测量学
按照获得像片方法的不同可分为：
航空摄影测量学、地摄影
测量学、水下摄影测量学；
任务：
①早先用于测绘地形图；
②现在建立GIS地理信息系统并应用与其他各领域。
4、工程测量学
任务：
在工程建设勘测设计、施工、竣工验收及运营管理各
阶段所进行的各种测量工作。
5、制图学
任务：
①研究地图极其制作的理论、工艺和技术。
②利用已有的测量成果成图，编制各种基本图和专业
用图。
四、工程测量任务：
1、大比例尺地形图测绘——使用测量仪器，按一定的测量程序和方法，把将要进行工程建设地区的各种地物（如道路、桥梁等）和地貌（地势的高低起伏形态，如山头、盆地、丘陵等）按规定的符号及
一定的比例测绘在图纸上，供规划设计使用，这项工作称为地形测图。
2、施工放样——使用测量仪器，把图纸上设计好的建筑物的平面位置和高程在地面上标定出来，作为施工的依据，也叫测设。
3、变形监测——在建筑物建成后的运营管理阶段，对建筑物的稳定性及变化情况进行监督测量，以确保建筑物的安全。
另外，在建筑物施工过程中，也要进行变形监测，以指导和检查工程的施工。
§1.2地球的形状和大小
一、概述：
二个事实：
珠穆朗玛峰:
8844.43m，马里亚纳海沟:
-11022m
海洋：
71％陆地：
29％
地球半径：
6371km
二、基本线、面
1、铅垂线——重力的方向线。
是测量工作的基准线。
2、水准面——设想一个静止的海水面穿过陆地和岛屿形成一个包围地球的封闭曲面。
水准面有无数个。
3、大地水准面——代替海水面静止时水面的平均海水面。
是测量工作的基准面。
大地水准面仅有一个。
特点：
①是重力等位面，处处与铅垂方向垂直；
②是有微小起伏的不规则曲面。
4、大地体——大地水准面所包围的地球形体。
三、旋转椭球面（参考椭球面）
选用一个非常接近大地水准面，并可用数学式表达的规则的几何形体来代表地球的总形状，这个数学形体称为旋转椭球体。
其包围它的面称为旋转椭球面。
长半轴a、短半轴b、扁率α
目前，我国采用国际大地测量协会IAG–75参数：
a=6378140m；α=1∶298.257；推算值b=6356755.288m。
四、圆球面：
6371km
五、平面
§1.3 地面点位的确定
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需要三个要素，通常是确定地面点在球面或平面上的投影位置，即地面点的坐标（x，y），以及地面点到大地水准面的铅垂距离，即地面点的高程（H）。
一、平面位置的确定
（1）假定平面直角坐标系（重点介绍）
（2）高斯平面直角坐标系
二、高程位置的确定
1、绝对高程/海拔/高程
地面上某点到大地水准面的铅垂
距离，称为该点的绝对高程，又称海
拔。
用H表示。
2、相对高程
地面上某点到任意水准面的铅垂
距离，称为该点的假定高程或相对高程。
用H'表示。
3、高差
地面上两点的高程之差称为高差，
用h表示。
A、B两点的高差为：
hAB=HB－HA=H'B－H'A
1985国家高程基准（现在）
水准原点高程为72.260m。
确定地面点位的三个基本要素
§1.4 用水平面代替水准面的限度
一、对水平距离的影响：
在10km为半径的圆面积范围内，以水平面代替水准面所产生的距离误差可以忽略不计。
对于精度要求较低的测量，还可以扩大到以25km为半径的范围。
二、对高程的影响：
当进行高程测量时，即使距离很短也必须顾及地球曲率的影响。
§1.5 测量工作概述
一、测量基本工作
1、水平距离2、水平角3、高差
二、测量工作的基本原则与程序
1、精度上：
由高级到低级
2、布局上：
由整体到局部
3、工作步骤上：
先控制后碎部
三、测量工作的基本工序
1、控制测量
在测区内，选择一系列具有控制意义的骨干性地面点，并联结成图形。
然后，精确测定这些点的平面位置（x，y）和高程（h），作为后面测量工作的依据。
2、碎部测量
在控制点上安置仪器，测量周围的地物和地貌，并且绘制在图纸上。
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、掌握高程测量基本原理；
2、了解水准仪DS3的构造；
3、掌握水准仪的操作使用；
知识要点：
1、水准测量原理
2、水准仪、水准尺、尺垫
3、水准仪使用测量概念
技能要点：
1、水准仪认识及使用
教学步骤：
介绍测量基本工作，高程、高差概念，高程测量方法。
教具及教学手段：
多媒体教学
作业布置情况：
2题
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
§2.1水准测量原理
一、水准测量基本原理
利用水准仪提供的水平视线，对竖立在地面两点上的水准尺上分别读取水平视线的读数，以测定两点间的高差，从而由已知点的高程推算未知点的高程。
二、高程计算方法：
1、由高差计算高程
2、由仪器的视线高程计算高程
A点的视线高程，即A点的高程加后视读数
B点高程：
三、连续水准测量
hAB=（a1－b1）+（a2－b2）＋……＋（an－bn）
=∑（a－b）=∑hi
§2.2水准测量的仪器和工具
一、水准仪
按等级分为精密型（DS0.5、DS1、N3）和普通型水准仪（DS3、DS10）指每公里往、返测得高差中数的中误差，以毫米计。
“D”和“S”分别为“大地测量”和“水准测量”的汉语拼音第一个字母，“0.5”、“1”、“3”代表仪器可能达到的指标称精密度，即指每公里往、返测得高差中数的中误差，以毫米计。
N3是国外精密型水准仪。
按整平方式可分微倾水准仪和自动安平水准仪。
DS3型水准仪的基本构造
水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。
1、望远镜
望远镜的作用是提供一条照准目标的视线。
主要用于照准目标并在水准尺上读数。
视准轴——物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。
2、水准器
水准器有管水准器和圆水准器两种。
水准器是用来标志视准轴是否水平或仪器竖轴是否铅直的装置。
（1）管水准器
水准管轴——通过零点与圆弧相切的直线，称为水准管轴。
水准管分划值——水准管上相邻两分划线间的圆弧（弧长2mm）所对的圆心角称为水准管分划值。
（2）圆水准器
圆水准器轴——通过零点所作球面的法线，称为圆水准器轴。
DS3水准仪圆水准器分划值一般为8′/2mm～10′/2mm。
3、基座
基座主要由轴座、脚螺旋和连接板组成。
其作用是支撑仪器的上部。
整个仪器用中心连接螺旋与三脚架连接。
（作用、轴线、螺旋）
二、水准尺
水准尺是水准测量时使用的标尺，常用的水准尺有塔尺、折尺和直尺三种。
三、尺垫：
作用：
其半球顶点作为转点标志，水准仪立于其上，可减小水准尺的下沉，保证测量精度。
三、水准仪的使用
1、安置
2、粗平
3、瞄准
4、精平
5、读数
自动安平水准仪的操作步骤：
安置、整平、瞄准、读数。
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、认识水准仪DS3的构造；
2、练习并掌握水准仪的操作使用；
知识要点：
1、水准仪构造
2、水准仪使用
技能要点：
1、水准仪使用方法
教学步骤：
介绍水准仪构造、水准仪使用。
教具及教学手段：
作业布置情况：
实习报告
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
实习一：
水准仪的认识
一、计划与设备
1、实验学时数安排2学时，实验小组由4－5人组成。
2、实验设备为每组DS3型水准仪1台，水准尺一对，记录板一块。
3、实验场地安排不同高度的五根水准尺，各组在练习仪器安置、整平、瞄准、精平、读数的基础上，每人练习观测三根水准尺，分别编号为A、B、C，记录在实验报告中。
二、方法与步骤
1、安置仪器
将三角架张开，使其高度在胸口附近，架头大致水平，并将脚尖踩入土中，然后用连接螺旋将仪器连在三脚架上。
2、粗略整平
先对向转动两只脚螺旋，使圆水准器气泡向中间移动，再转动另一脚螺旋，使气泡移至居中位置。
3、瞄准目标
转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；转动仪器，用准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋（手感螺旋有阻力），转动微动螺旋，使水准尺成像在十字丝交点处。
当成像不太清晰时，转动对光螺旋，消除视差，使目标清晰。
4、精确整平
在水准管气泡窗观察，转动微倾螺旋使符合水准管气泡两端的半影像吻合，视线即处于精平状态。
5、读数
在同一瞬间立即用中丝在水准尺上读取米、分米、厘米，估读毫米，即读出四位有效数字。
三、注意事项
1、不要在没有消除视差情况下进行读数。
2、在水准尺上读数时，符合水准气泡必须居中，不能用脚螺旋调整符合水准气泡居中。
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、掌握普通水准测量
2、掌握水准测量的成果整理
知识要点：
1、普通水准测量的测、记、算
2、水测量成果计算
技能要点：
1、普通水准测量方法
2、计算能力
教学步骤：
介绍水准测量等级概念、普通水准测量的测、记、算，水准测量的成果计算。
教具及教学手段：
多媒体教学
作业布置情况：
2题
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
§2.3水准测量方法
一、水准点概念
各种固定的高程标志点。
常用BM表示水准点。
水准点有永久性和临时性两种。
二、水准路线概念
是水准测量所经过的路线。
根据已知水准点与待定点连接方式不同，单一水准路线布设成下面三种形式：
闭合水准路线、附合水准路线、支水准路线。
三、普通水准测量一测站观测方法
1、在测站点安置水准仪，粗略整平；
2、照准后视水准点，精确整平，读取中丝读数；
3、照准前视水准点，精确整平，读取中丝读数；
四、数据记录与计算
例：
§2.4 水准测量成果计算
1、水准路线闭合差的计算
（1）闭合水准路线
高差闭合差
（2）附合水准路线
高差闭合差
（3）支水准路线
高差闭合差
等级
允许闭合差（mm）
一般应用范围举例
三等
有特殊要求的较大型工程、城市地面沉降观测等；
四等
综合规划路线、普通建筑工程、河道工程等；
等外
（图根）
水利工程、山区线路工程、排水沟疏浚工程、小型农田等；
2、水准路线闭合差的分配
（1）计算高差闭合差，检查是否超限
①如果|fh|≤|fh允|，进行后续计算；
②如果|fh|＞|fh允|，必须重测。
（2）分配高差闭合差
将高差闭合差按测站数或距离成正比反符号平均分配到各观测高差中。
按路线长度分配
按测站数分配
（3）计算改正后的高差
（4）计算待定点高程
例：
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、掌握普通水准测量的测、记、算
知识要点：
1、观测程序
2、记录计算
技能要点：
1、普通水准测量方法；
2、计算能力
教学步骤：
介绍普通水准测量的观测、记录、计算方法，组织学生分组练习。
教具及教学手段：
作业布置情况：
实习报告
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
实习二：
普通水准测量
一、计划与设备
1、实验安排2学时，实验小组由4－5人组成。
2、实验设备每组为水准仪一台，水准尺2根，尺垫2个，记录板1块。
3、实验场地选定两点A、B。
4、用变换仪器高法多次测量A、B两点之间的高差。
二、方法与步骤
1、安置仪器
将仪器架设在A、B两点的中间，整平；将两根水准尺分别安放在A、B两点上；
2、水准测量
先瞄准后视A点上的水准尺，精平，用中丝读取后尺读数，记入表中；转动照准部瞄准前视点B上的水准尺，并精平读数，记入表中；利用公式h=a-b，计算出A、B两点之间的高差hAB1。
三、注意事项
1、在每次读数之前，要消除视差，并使符合水准气泡严格居中；
2、从已知水准点A出发，水准测量至B、C点，然后再测至A点（或另一个水准点）。
根据已知点高程（或假定高程）及各测站的观测高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查是否超限。
对闭合差进行调整，求出待定点B、C的高程。
3、在已知点和待定点上不能放置尺垫，但转点必须用尺垫，在仪器迁站时，前视点的尺垫不能移动。
4、每人至少测一测站。
5、
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教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、了解三、四等水准测量的技术要求
2、掌握四等水准测量的方法
3、了解三等水准测量的方法
知识要点：
1、四等水准测量的测、记、算
2、三等水准测量的测、记、算
技能要点：
1、四等水准测量的测、记、算
教学步骤：
实际工作中，当要求观测精度较高时，可采用等级水准测量。
教具及教学手段：
多媒体教学
作业布置情况：
2题
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
§2.5 三、四等水准测量
一、主要技术要求
♦三、四等水准测量的技术指标
①标准视线长度≤75100m
②视距差≤35m
③视距累积差≤610m
④黑、红面读数差≤23mm
⑤黑、红面所测高差之差≤35mm
二、四等水准测量
1、观测顺序：
后、后、前、前或黑、红、黑、红
2、计算与校核
（1）视距部分
后视距离=（下丝-上丝）×100，即（9）=[
（1）-
（2）]×100
前视距离（10）=[（4）-（5）]×100
前后视距差=后视距离-前视距离，即（11）=（9）-（10），绝对值≤3m
前后视距累积差（12）=本站的（11）+前站的（12），绝对值≤10m
（2）高差部分
后视尺黑红面读数差=K+黑-红，即（14）=K+（3）-（8），绝对值≤3mm
前视尺黑红面读数差（13）=K+（6）-（7），绝对值≤3mm
黑面高差（15）=（3）-（6）
红面高差（16）=（8）-（7）
黑红面高差之差（17）=（15）-（16）=（14）-（13），绝对值≤5mm，若两尺K不同，高差以黑面为准
高差中数（18）=[（15）+（16）]/2，若两尺K不同，高差以黑面为准
（3）校核
∑（9）-∑（10）=末站（12）
[∑（15）+∑（16）]/2=∑（18）（以黑面为准）
∑（3）-∑（6）=∑（15）
∑（8）-∑（7）=∑（16）
水准路线总长L=∑（9）+∑（10）
三、三等水准测量
1、观测顺序：
后、前、前、后或黑、黑、红、红
2、计算与校核
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课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、掌握四等水准测量的方法
知识要点：
1、四等水准测量的方法
技能要点：
1、四等水准测量的方法
2、计算能力
教学步骤：
介绍四等水准测量技术要求、方法、记录、计算。
教具及教学手段：
作业布置情况：
实习报告
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
实习三—四：
四等水准测量
一、计划与设备
1、实验时数安排4学时，实验小组由4－5人组成。
2、实验设备每组为水准仪一台，水准尺2根，尺垫2个，记录板1块。
3、实验场地选择一条闭合水准路线，中间设置三个坚固点A、B、C作为水准点，以A点为已知高程点假定高程为10.000m。
由A点出发，测定B、C点高程，并测回到A点，组成闭合水准路线。
对闭合差进行调整，求出待定点高程。
二、方法与步骤
1、从已知点A出发，固定点A、B、C中间设置若干个转点。
2、每测站观测程序为：
（1）后视尺黑面，水准器气泡居中，读下、上、中丝读数；
（2）后视尺红面，水准器气泡居中，读中丝读数；
（3）前视尺黑面，水准器气泡居中，读下、上、中丝读数；
（4）前视尺红面，水准器气泡居中，读中丝读数。
3、每测站各读数按四等水准表格记录；计算和校核计算要求如下：
（1）视线长≤100m。
（2）前、后视距差d≤±5m。
（3）红、黑面读数差≤±3mm。
（4）h黑－h红≤±5mm。
（5）视距差累计值∑d≤±10m。
三、注意事项
1、每测站观测完毕，要立即进行计算和校核，符合要求后方可搬站。
否则，需要重测。
2、本站的∑d接近10m时，下一站要调整前、后视距，使之减少，但一次不超过5m。
3、要求学生每人至少测、记、算一个测站的数据，测回至所选点。
每人上交一份实验报告。
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教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、掌握水准仪提供水平视线的必要条件；
2、熟悉水准仪的检验与校正；
3、熟悉水准仪的误差来源及消减方法。
知识要点：
1、检验项目
2、检验方法
3、校正方法
技能要点：
1、检验方法
2、校正方法
教学步骤：
利用水准仪测出合格成果，仪器应满足什么条件，如何检验、校正。
教具及教学手段：
多媒体教学
作业布置情况：
2题
课后分析与小结：
授课教师：
授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
§2.6水准仪的检验与校正
一、水准仪应满足条件
水准仪的几个重要轴线之间必须满足下列条件才能提供水平视线
1、圆水准器的水准轴平行于仪器的竖轴
2、十字丝横丝垂直于仪器的竖轴
3、水准管的水准轴平行于视准轴
二、水准仪的检验和校正
1、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正
检验：
安置仪器后，调节脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后将望
远镜绕竖轴旋转180°，此时若气泡仍然居中、表示此项条件满足要求；若气泡不再居中，说明此项条件不满足。
则应进行校正。
校正：
校正时，用脚螺旋使气泡向零点方向移动偏离量的一半，这时竖轴处于铅直位置。
然后用校正针调整圆水准器下面的三个校正螺丝，使气泡居中。
2、十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验与校正
检验：
整平仪器后，将横丝一端照准一明显目标，然后旋转水平微动螺旋，使目标移到横丝的另一端，若目标点始终不离开横丝，则表明水平，否则应进行校正。
校正：
旋开十字丝护盖，松开十字丝环的四个固定螺丝中的两个，旋转十字丝环，使横丝的一端移至偏离位置的一半，最后旋紧十字丝环的固定螺丝，旋上护盖。
（一）
3、水准管轴平行于视准轴的检验与校正（重点掌握）
检验：
在较平坦的地面上选定相距80m～100m的A、B两点。
第一步：
将水准仪安置在A、B两点中点，使两端距离相等，用变
化仪器高法测出A、B两点的两次高差，两次测得的高差小于5mm时，取平均值hAB作为最后结果。
hAB=（a1-x）-（b1-x）=a-b
第二步：
将水准仪搬至距离A点（或B点）约2m～3m处。
精平后读取中丝读数a2和b2。
因为仪器离A点很近，i角误差引起的读数偏差可忽略不计，因此根据a2和正确高差hAB，算出B点尺上视线水平时的正确读数b2′。
b2′=a2－hAB
如果b2′=b2说明两轴平行。
否则，有i角存在。
校正：
转动徽倾螺旋，使十字丝的横丝对准B点尺上读数b′处，此时视准轴处于水平位置，而水准管气泡不再居中，用校正针先拨松水准管左右端校正螺丝，再拨动上、下两个校正螺丝，使偏离的气泡重新居中，最后要将校正的螺丝旋紧。
此项校正需反复进行，直至达到要求为止。
（二）十字丝横丝垂直于竖轴的检验校正
三、水准尺的检验和校正
1、一般检视
2、圆水准器的检验和校正
3、水准尺分划的检验
§2.7水准测量的误差与注意事项
水准测量误差主要有三个方面，即仪器误差、观测误差和外界条件的影响。
一、仪器误差
1、水准仪误差
水准仪经校正后，仍存在有视准轴不平行水准管轴的残余误差，在测量中，使前、后视距离相等，在高差计算中就可消除其影响。
2、水准尺误差
该项误差包括水准尺分划不准确和零点误差等。
尺子零点误差可采取设置偶数测站的方法来消除。
二、观测误差
1、水准气泡居中误差
（D——为视线长度）
2、水准尺读数误差
（V——望远镜放大率；60〞——人眼分辨的最小角度。
）
3、水准尺倾斜误差
三、外界条件影响
1、地球曲率和大气折光（球气差）的影响
（D——视线长度；R——地球半径）
当前后视距相等时，这两项误差可以消除。
2、仪器和尺子的升降误差
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
20年至20年第学期第次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章 水准测量
目的要求：
1、了解水准仪检、校项目
2、熟悉水准
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