建筑工程测量教案1到4.doc

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第一章绪论

第一讲建筑工程测量的任务及地面点平面位置的确定

教学目的与要求：

了解测量学的概念及分类、地球的形状和大小；

理解测定和测设的概念和区别、建筑物的施工测量、水准面和水平面区别、三种坐标的适用范围、高斯平面直角坐标x，y的含义；

掌握大地水准面、铅垂线的概念及作用，测量学与数学中的平面直角坐标系的区别、测量工作的实质、地面点位置的表示方法。

教学重点、难点：

重点：

测定和测设的区别；

地面点位置的表示方法；

大地水准面、铅垂线的概念及作用；

测量学与数学中的平面直角坐标系的区别。

难点：

高斯平面直角坐标

主要内容：

本章是对测绘工作的简单概括，主要介绍了测绘工作的研究对象、分类、任务、作用以及国、内外测量学的巨大发展。

作用：

对测量学课程的内容、范畴及其任务、作用有了一个基本的认识。

§1-1测绘工作的任务及其在社会主义建设中的作用

主要内容：

测绘科学研究的对象；测绘科学的分类及其研究的内容；测绘工作的任务和作用。

1．测绘科学研究的对象：

地球的形状、大小和地表面上各种物体的几何形状及其空间位置。

2．测绘科学的分类及其任务——从其研究的内容和方法分

1）地形测量学：

研究地球自然表面上的一个小区域内地表面各类物体形状和大小的测绘科学。

由于地球半径很大，可以把这块球面当作平面看待而不考虑其曲率，其研究的内容可以用文字和数字记录下来，也可以用图表示。

2）大地测量学：

研究地球表面及其内部一个较大区域甚至整个地球的形状、大小和其定位等等内容的测绘科学。

任务：

建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和研究地球重力场的理论、技术和方法。

3）摄影测量学：

利用摄影象片来研究地表形状和大小的测绘科学。

（1）地面摄影测量

（2）航空摄影测量

4）工程测量学：

城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作。

任务：

（1）把地面上的情况描绘到图纸上；

（2）把图纸上设计的建筑物桩定到地面上；

（3）为建筑物施工过程中和竣工后所产生的各种变化而进行的变形观测。

5）制图学：

利用测量所得的资料，研究如何投影编绘成地图，以及地图制作的理论、工艺技术和应用等方面的测绘科学。

3．测绘工作的作用

1）从横向看：

在国民经济建设和管理的各个方面，如：

工业与民用建设、公路、铁路、水利枢纽、桥梁、隧道、厂矿企业等等都需用到测量工作。

2）从纵向看：

在经济建设的各个阶段，如：

勘测、设计、施工、竣工及运营管理各个阶段都需用到测量工作。

§1-2测量学的发展概况

主要内容：

国内外测绘科学的发展，现代测绘仪器电子化、数字化、小型化、高精度的发展给测绘工作带来了极大的方便，高效。

1．中国古代测绘科学的发展

夏朝的简单的测量工具；春秋时期记载的地图；战国时期的“司南（指南针）”；西汉初期的已出土的“地形图”及“驻军图”；发现大气折射现象、制图理论等等。

2．国外测绘科学的发展

17世纪初开始，望远镜应用于天象观测；三角测量方法、高斯最小二乘理论解决数据处理问题、投影学说、摄影测量等等。

3．现代测绘科学的发展

电磁波测距仪、自动安平水准仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站型速测仪（全站仪）、陀螺经纬仪、激光经纬仪、人卫大地测量、GPS、全数字摄影测量。

.建筑工程测量的内容

⑴工程规划设计阶段——测绘地形图

⑵工程施工准备阶段——按图样要求实地标定建筑物、构筑物的平面位置和高程

⑶施工阶段——对施工和安装工作进行检验、校核

⑷管理阶段——定期进行变形观测（大型和重要建筑物）

工程建设的每一个阶段都离不开测量工作，测量的精度和速度直接影响到整个工程的质量和速度。

测量放线工——进行工程建设的施工测量

作业：

1．测绘科学有哪些分类？

本书主要介绍的是哪方面的知识？

2．测绘工作在工程建设中有什么作用？

复习、提问：

1.日常生活中，你注意到了哪些测量问题，你能想明白吗？

2.为什么说有工程建设就有测量施工？

课堂小结：

通过这次课，我们首先学习了测量学的概念，它包括了两个主要内容，测定和测设，大家回顾一下，然后我们了解了一下测量学的主要分支和建筑工程测量的内容。

接下去我们学习了测量工作的实质，如何确定点的三维坐标，如何在地球上建立坐标系，重点要弄清楚高斯平面直角坐标的建立办法，以及在小区域范围内建立独立平面直角坐标系的方法，要清楚这两种坐标系与数学上平面直角坐标系的区别和联系。

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第一讲建筑工程测量的任务及地面点平面位置的确定

一、工程测量学的概念

1.测量学：

研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。

2.内容：

测定（测绘或测图）：

是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列特征点的测量数据，或将地球表面的地物和地貌缩绘成地形图。

测设（放样或放线）：

是指用一定的测量方法将设计图纸上规划设计好的建筑物位置，在实地标定出来，作为施工的依据。

（四要素），测定与测设是逆过程。

3.分支：

大地测量学（几何、物理、卫星）、海洋测绘学（水体、海底）、摄影测量与遥感学（地籍、火灾）、普通测量学（地形）、工程测量学、地图制图学。

工程测量学内容：

建筑工程测量、公路测量、铁路测量、矿山测量、水利工程测量。

二、建筑工程测量的任务

1.建筑工程测量：

研究建筑工程在勘察设计、施工和运营管理阶段所进行的各种测量工作的理论、技术和方法的学科。

2.任务：

勘察设计：

大比例尺地形图

施工：

施工控制网、场地平整测量、定位、放线、基础、主体施工测量（放样、构件安装、质量检验）、竣工图测量

运营管理：

变形观测

三、地面点位的确定

测量工作的实质是确定地面点的位置（三维坐标），如何在地球上建立相互垂直的三位坐标系？

1.地球的形状和大小

①自然球体

②大地体（大地水准面包裹的球体）

铅垂线：

重力的方向线。

基准线（高程必须沿铅垂线方向来衡量；高斯平面坐标沿铅垂线方向投影）

水准面：

处处与重力方向线垂直的连续曲面。

有无数个。

水平面：

与水准面相切的平面。

大地水准面：

与平均海水面相吻合的水准面。

基准面（绝对高程的起算面，球面坐标高程为零的球面）。

③[平滑]→地球椭球体（地理经纬度）→[扁率小]→球体（高斯平面）→[大半径小区域]→局部平面（独立平面直角坐标）。

早期为从原苏联引测的1954年北京坐标系，目前采用的国家坐标系称为“1980年国家大地坐标系”，大地原点在陕西泾阳永乐镇。

2.独立平面直角坐标：

当测区范围较小时，可以用测区中心点的水平面来代替大地水准面，在其上建立的测区平面直角坐标系，称为独立平面直角坐标系。

（局部区域内确定点的平面位置）

规定：

南北纵轴为x轴，向北增加；东西横轴为y轴，向东增加；

坐标原点一般选在测区的西南角，使测区内各点坐标均为正值；

坐标象限按顺时针方向编号。

（数学中的公式不需作任何变更应用到测量计算中）

与数学坐标系区别：

x，y轴方向不同，象限顺序不同

与数学坐标系联系：

按照y=x旋转90°即完全重合

第二讲地面点的高程、水平面代替水准面的限度、测量工作的基本工作及原则

教学目的与要求：

了解水平面代替水准面的限度；相关法律与法规。

理解测量的基本工作及原则；高差的方向和正负；高差的大小与高程起算面的关系。

掌握绝对高程、相对高程的概念及其区别；高差的概念。

教学重点、难点：

重点：

绝对高程、相对高程的概念及其区别；

高差的概念；

测量的基本工作及原则。

难点：

水平面代替水准面的限度；

测量的基本工作及原则。

复习、提问：

1.测定、测设的区别是什么？

2.大地水准面、铅垂线的概念及作用？

3.地面点平面位置的表示方法？

4.测量坐标系与数学坐标系的区别是什么？

5.目前我国大地坐标系是什么？

课堂小结：

这次课我们首先重点学习了两个重要概念，高程和高差，实际上这两个概念在我们的生活中已经有了模糊的认识，通过这次课，大家要深刻地领会这两个概念，实际上这两个概念是相通的，高程既是一种高差，高差也可以参照高程定义为两点之间的铅垂距离，高程只不过是提出了一个参照面，按照参照面的不同又分为绝对高程和相对高程。

然后我们了解了用水平面代替水准面的限度，有两个结论大家回顾一下。

接下去我们重点学习测量的三项基本工作和测量的工作原则，大家应当在领会的基础上把握。

一、地面点的高程

设问：

为什么世界各地的山峰可以比高低？

1.绝对高程（高程H）：

地面点到大地水准面的铅垂距离。

（介绍青岛国家水准原点，1956年黄海高程系72.289m；1985年国家高程基准72.260m）

2.相对高程（假定高程H′）：

地面点到假定水准面的铅垂距离。

±0.000m：

建筑底层室内地坪面为该工程相对高程起算面。

设问：

如何比较两个人之间的身高？

3.高差（h）：

地面两点间的高程之差。

理解：

①地面一点比另一点高多少（减法）；以另外一点为零这点高多少。

②；A-基准点、B-待定点；与高程起算面无关。

③高差有方向（待求点相对基准点）

高差有正负（正：

待求点高于基准点；负：

待求点低于基准点）。

④

至此，我们确定了平面位置的基准（高斯、独立平面直角坐标系）和高程的基准（绝对、相对高程），用三个参数x、y、H即可确定地面点的空间位置。

举例：

已知HA=358.236m，HB=632.410m，求hAB和hBA

分析：

hAB指B点相对于A点高差，即B点比A点高多少（用减法），hBA亦然。

解：

hAB=HB-HA=632.410-358.236=274.174m

hBA=HA-HB=358.236-632.410=-274.174m

教材P9图1.3

二、用水平面代替水准面的限度

1.对距离：

公式：

截至2002年能够达到最大测量精度是1：

1000000。

结论：

半径10km范围内距离测量时，用水平面代替水准面，不必考虑地球曲率的影响。

2.对高差：

公式：

结论：

用水平面代替水准面，即使距离很短，也应顾及地球曲率的影响。

三、测量工作概述

1.测定地面点平面直角坐标的主要测量工作是测量水平角和水平距离。

2.测定地面点高程的主要测量工作是测量高差。

此为测量的三项基本工作（由已知到未知）。

四、测量工作的基本原则

1.从整体到局部、先控制后碎部、高精度控制低精度

2.边工作边检查，前一步工作未作检核不能进行下一步工作

目的：

减少误差，避免错误；合理分区，方便组织实施。

第三讲、直线方位角和象限角

真方位角

磁方位角

坐标方位角

教材图1.12和图1.13

换算公式见教材表格1.3

坐标增量

坐标正算

坐标反算

坐标方位角的推算

两直线夹角

第三讲误差理论基本知识

知识目标：

能计算与评定相应的测量误差

能力目标：

能选用合理的办法减少或消除测量误差，控制测量精度

一、测量误差的概念

测量误差，也称观测误差，指的是测量值之间或测量值与真值之间的差异。

等精度观测，观测条件（包括人、仪器、外界环境）相同的各次观测。

二、测量误差的分类

1.系统误差

由于测量仪器、工具构造不完善或校正不准确引起的误差，具有累积性，可以采用恰当的观测程序、观测方法或用计算改正的方法将之消除或削弱。

2.偶然误差

由于分辨力、空气透明度、风力、光线等因素引起的误差，这种误差无法完全消除。

误差理论就是研究和处理偶然误差的理论。

三、偶然误差特性

1.在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定限值。

2.绝对值相等的正误差和负误差出现的概率相等。

3.绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多。

4.当观测次数无限多时，偶然误差的算术平均值的极限为零。

四、观测值精度的评定标准

1.中误差——m（必须先知道真值X）

各个真误差的平方和的平均值的开方。

反映未知量某一批观测值精度的高低，具有整体性，能突出反映测量结果中较大误差的影响。

2.相对误差——1/K

进行距离丈量时采用（量距误差与所量的距离长度有关）。

1/K=观测值中误差/观测值

3.极限误差——△限

一般定两倍中误差为极限误差（出现的概率仅有5%）。

即△限=2m

五、真值未知情况下的中误差计算

1.观测值的算术平均值（真值未知的情况下采用）——x

对于等精度观测，当观测次数无限多时，算术平均值就是真值。

观测次数有限时，算术平均值虽不等于真值，但比如何一个观测值更接近真值，是观测对象的最可靠值，也称为最或然值。

2.观测值的改正数——v

v=x–L（观测值）

[v]=0

3.利用改正数求中误差

m2=[vv]2/（n-1）

六、误差传播定律

各独立观测值的中误差与这些观测值函数的中误差之间的关系的定律，即误差传播定律。

1.倍数函数的中误差

若有z=Kx，则有mz=K·mx

2.和或差函数的中误差（水准测量的中误差）

若有z=x1±x2±…±xn，则有m2z=m21+m22+…+m2n

若各观测值为等精度观测时，m1=m2=…=mn=m

则有m2z=n·m2

3.线性函数的中误差

见公式（2-20）

算术平均值的中误差M2=m2/n

4.一般函数的中误差

倾斜量距水平距离的精度，见公式（2-23）

三角高程测量的高差精度，见公式（2-24）

坐标计算中坐标增量的精度，见公式（2-25/26）

前方交会定点的点位精度，见公式（2-28/29/30/31）

七、不等精度观测的加权平均值及其中误差

不等精度观测的加权平均值x=[PiLi]/[Pi]

定权方法：

⑴根据中误差定权Pi=μ2/mi2

⑵观测值中误差相等，各组观测次数n不同时，各组平均值的权

Pi=c·ni

⑶水准网测量的权的确定及导线边坐标方位角的权的确定

Pi=c/Ni

教材例题以及分析解答

计算数值的凑整规则（教材P18）

第二章水准测量

第一讲水准测量原理、水准测量的仪器和工具、水准仪的使用

教学目的与要求：

了解高程测量的方法；自动安平水准仪与DS3级水准仪的区别；尺垫的作用及设置的位置。

理解水准测量原理；DS3级水准仪的构造及各部件的作用；水准尺刻划注记规律。

掌握高差法、仪高法计算未知点高程的方法；视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴、水准管分划值的概念；水准仪的使用；视差产生的原因及消除方法；水准尺的读数方法。

教学重点、难点：

重点：

水准测量原理；DS3级水准仪的构造及各部件的作用；水准尺刻划注记规律；

高差法、仪高法计算未知点高程的方法；水准仪的使用；

视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴、水准管分划值的概念；

视差产生的原因及消除方法；水准尺的读数方法。

难点：

水准测量原理；DS3级水准仪的粗略整平、精确整平方法；消除视差的方法；

水准尺的读数方法。

采用教具：

多媒体课件、DS3级水准仪、自动安平水淮仪、水准尺、尺垫、三脚架。

复习、提问：

1.为什么在建筑施工测量中，常选定底层室内地坪面为该工程地面点高程起算的基准面？

2.hAB与hBA的含义？

3.水平面代替水准面在距离与高程方面有何影响？

4.测量的基本工作有哪些？

各有什么应用？

测量工作的基本原则是什么？

5.绝对高程、相对高程、高差的定义？

课堂小结：

这次课我们重点学习了水准测量原理，大家要结合前面的知识重点理解，这是我们后面工作的重要基础，确保在工作中不会发生原则性的错误。

在此基础上我们学习了高差法和仪高法，大家要理解高程高差是物体本身固有的，不因我们测量与计算方法的改变而改变。

然后我们学习了重点内容水准测量仪器的构造，以及如何运用仪器进行高差测量，大家要记忆各部件的名称和操作的步骤，下次课我们通过实验亲自体会一下。

第一讲水准测量原理、水准测量的仪器和工具、水准仪的使用

一、高程测量（测定地面点高程）的方法

按所使用的仪器和施测方法分：

水准测量（水准尺、水准仪）、三角高程测量（经纬仪、水准尺）、气压高程测量（气压计）和GPS高程测量（GPS接收机）。

建筑装饰施工中常用水平管和水平尺进行抄平。

二、水准测量原理

1.水准测量：

水平视线（水准仪）+水准尺→待定点与已知点高差+已知点高程→未知点高程。

2.四平行线关系推导计算未知点高程的公式：

①高差法（由一点求另一点）：

直接利用高差计算未知点高程。

（后视读数－前视读数）；

②视线高法（仪高法，由一点求多点）：

用仪器视线高程Hi计算未知点B点高程。

3.注意事项

①区别仅在与计算方法不同；

②视线必须水平；

③水准仪安置的高度对测算地面点高程或高差无影响。

举例：

设A点高程为101.352m，当后视读数为1.154m，前视读数为1.328m时，问高差是多少，待测点B的高程是多少？

试绘图示意。

分析：

高差为后视读数减去前视读数，B点高程可用仪高法或高差法，高差已求，故用后者。

解：

hAB=1.154-1.328=-0.174m

HB=HA+hAB=101.352-0.174=101.178m

利用上图，AB对调即可，理解后视与已知的关系

举例：

已知HA=417.502m，a=1.384m，前视B1，B2，B3各点的读数分别为：

b1=1.468m，b2=0.974m，b3=1.384m，试用仪高法计算出B1，B2，B3点高程。

分析：

仪高法先求视线高程，再按分别减去各前视读数，求得高程。

解：

i=HA+a=417.502+1.384=418.886m

HB1=i-b1=418.886-1.468=417.418m

HB2=i-b2=418.886-0.974=417.912m

HB3=i-b3=418.886-1.384=417.502m

三、水准测量的仪器和工具

1.仪器：

水准仪（型号DS05、DS1、DS3，角标越小越精密），工具：

水准尺和尺垫（转点立水准尺用）。

2.微倾水准仪构造：

①望远镜（看清水准尺）：

物镜、物镜对光螺旋、对光凹透镜：

成像到十字丝分划板

十字丝分划板：

目镜、目镜对光螺旋：

看清十字丝分划板及尺像

视准轴CC：

十字丝交点与物镜光心的连线，延长线为视线。

水准管轴应平行于视准轴。

②水准器（显示水平）：

管水准器：

水准管轴LL：

过零点（分划线对称中心）与圆弧相切的切线，CC∥LL

水准管分划值：

水准管上2mm圆弧所对的圆心角，水准管分划愈小，灵敏度愈高

圆水准器：

圆水准器轴：

过零点（分划线对称中心）的球面法线，∥VV

③基座（支撑上部、连接三脚架、调节水平）：

竖轴VV：

水准仪的旋转轴。

自动安平水准仪：

自动补偿器（加磁阻尼）代替水准管；阻尼制动（摩擦）取代水平制动；增加直读1°水平度盘。

3.水准尺（水准测量时与水准仪配合使用的标尺）：

塔尺（3～5m）：

分cm、0.5cm、mm三种注记；

双面尺（3m）：

cm注记；黑红面相差4687/4787（尺长数）

第二讲水准仪的认识和使用

教学目的与要求：

了解DS3型水准仪各部件的名称，理解其作用。

练习水准仪的安置、粗平、瞄准、精平与读数。

完成测量地面两点间的高差。

教学重点、难点：

重点：

DS3型水准仪各部件的作用；

水准仪的安置、粗平、瞄准、精平与读数。

难点：

粗平、精平与读数。

复习、提问：

1.在同一测站，前后视线是否必须水平一致？

2.试问精确整平时水准管气泡快要居中时，操作上应注意什么？

3.无论水准仪的望远镜成的是正像还是倒像，水准尺的读数都按注记增大的方向去读吗？

4.什么是视差，如何消除视差？

5.精平读数后是否需要再检查精平情况？

6.如果操作过程中发现圆水准器气泡逸出，应如何处理？

课堂小结：

通过这次课每位同学都进行了仪器操作，熟悉了仪器的构造，各部分的名称，同时也学习了如何利用仪器进行高差的测量。

通过实验我们要更好的理解水准测量的原理，操作的原则就是确保提供一条水平视线，理解前后视读数的概念，还要理解高差的概念，高差与我们的测量仪器和计算方法无关。

在操作的层面大家一定要遵守规范，按步骤进行，细致一些，准确一些，保证测量成果的准确。

水准仪的认识和使用

一、目的与要求

1.了解DS3型水准仪各部件的名称及作用。

2.练习水准仪的安置、粗平、瞄准、精平与读数。

3.测量地面两点间的高差。

二、计划与设备

1.实验学时数安排2学时，实验小组由3～5人组成。

2.实验设备为每组DS3型水准仪1台，记录板一块，记录表格，铅笔，测伞1把。

3.实验场地安排不同高度的两个点，分别立两根水准尺，供全班共用，便于检核实验成果。

各组在练习仪器安置、整平、瞄准、精平、读数的基础上，每人都要按步骤独自完整的做一遍，练习观测二根水准尺，分别编号为A、B，记录在实验报告一中。

4.实验结束时，每人上交一份实验报告一。

三、方法与步骤

1.安置仪器

各组因共用两根水准尺，在测站点的选择时，最好应选在两根水准尺连线的垂直平分线上，以免各组观测时相互干扰，有利教师逐组指导和学生测量结果相互校核。

将三脚架张开，使其高度在胸口附近，架头大致水平，并将脚尖踩入土中，力求踩实，然后用连接螺旋将仪器连接在三脚架上。

2.认识仪器

了解仪器各部件的名称及其作用并熟悉其使用方法。

同时熟悉水准尺的分划注记，精确读数。

3.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，使气泡、圆水准器的圆圈及另一脚螺旋大致呈一直线，再转动另一脚螺旋，使气泡移至居中位置。

4.瞄准

转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；转动仪器，用准星和照门（缺口）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，转动物镜对光螺旋，消除视差，使目标清晰，如目标较远，则物镜对光螺旋向后转动，如目标较近，则物镜对光螺旋向前转动。

5.精平、读数

先观察管水准器中气泡的位置，如气泡在前端则微倾螺旋向前转动，如气泡在后端则微倾螺旋向后转动，使管水准器中的气泡基本居中，然后用眼睛在水准管气泡窗观察，缓缓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，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。

读数后再检查一下符合水准管气泡两端的半影像是否吻合。

若气泡不吻合，则应重新精平，重新读数。

6.测量地面两点的高差

按上述DS3型水准仪的使用方法，读出后视尺A的读数，再读出前视尺B的读数，根据高差的计算公式计算A、B两点的高差。

四、注意事项

1.将水准仪脚螺旋调到可上可下的中间位置，三脚架头应在大致水平，仪器安放到三脚架头上，必须旋紧连接螺旋，使连接牢固。

2.转动脚螺旋可使水准仪粗略整平。

转动脚螺旋时要用“气泡移动的方向与左手拇指的旋转方向一致”的原则进行。

3.瞄准目标必须消除视差；水准尺必须扶竖直；掌握标尺刻划规律；读数应由刻划顺序读取（不管上下，只管由小到大）。

4.在水准尺上读数时，符合水准器中气泡必须居中。

精确整平时，微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向一致。