工程測量(教材)

1、精品第一章緒論內(nèi)容：掌握工程測量的基本概念、任務(wù)與作用；理解水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面、地理坐標(biāo)系(大地、天文)、獨立平面直角坐標(biāo)系、高斯平面直角坐標(biāo)系、絕對高程、相對高程和高差的概念；了解用水平面代替水準(zhǔn)面的限度、測量工作的組織原則和程序及本課程的學(xué)習(xí)方法。重點：測量上平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)上笛卡爾平面直角坐標(biāo)系的異同；測量工作的組織原則和程序。難點：大地水準(zhǔn)面、高斯平面直角坐標(biāo)系的概念；地面上點位的確定方法。§1.1測量學(xué)的發(fā)展、學(xué)習(xí)意義及要求一、測量學(xué)的發(fā)展概況1、我國古代測量學(xué)的成就我國是世界文明古國，由于生活和生產(chǎn)的需要，測量工作開始得很早，在測量方面也取得了輝煌的成就?，F(xiàn)舉出以下幾

2、例。(1)長沙馬王堆三號墓出土的西漢時期長沙國地圖一一世界上發(fā)現(xiàn)的最早的軍用地圖。馬£堆出土文物圖片之需感謝下載載理E堆出土文物圖片之二及沙國南部在軍圖長沙國南部駐軍圖草本注：世界上現(xiàn)存最古老的地圖是在古巴比倫北部的加蘇古巴城(今伊拉克境內(nèi))發(fā)掘的刻在陶片上的地圖。圖上繪有古巴比倫城、底格里斯河和幼發(fā)拉底河。大約是公元前2500年刻制的，距今大約四千余年了。(2)北宋時沈括的夢溪筆談中記載了磁偏角的發(fā)現(xiàn)。(3)清朝康熙年間，1718年完成了世界上最早的地形圖之一皇與全圖。在清朝康、雍、乾三位皇帝的先后主持下，自康熙十七年至乾隆二十五年，即1708年至1760年的五十余年間，是中國大地

3、測量工作取得輝煌成就，繪制全國地圖、省區(qū)地圖和各項專門地圖最多的興盛時期，亦是世界測繪史上首創(chuàng)中外人士合作先例，在一千余萬平方公里的中國大陸上完成了大規(guī)模三角測量的宏偉業(yè)績。2、目前測量學(xué)發(fā)展?fàn)顩r及展望(1)全站儀的測量室內(nèi)外一體化。(2)全球定位系統(tǒng)GPS(Globalpositioningsystem)的發(fā)展。(3)遙感RS(Remotesense)的發(fā)展。(4)地理信息系統(tǒng)GIS(Geographicinformationsystem)的發(fā)展。(5)3s技術(shù)的結(jié)合，和數(shù)字地球(digitalearth)的概念。數(shù)字地球(Digital Earth)3、本課程的意義及要求學(xué)習(xí)本課程的意義：

4、（1）土木工程（包括公路、建筑、市政）的設(shè)計、施工、竣工、擴建維修及變形監(jiān)測均要進(jìn)行測量工作。（2）從高職專業(yè)的特點，更要學(xué)好測量。高職教育是培養(yǎng)高等級專門應(yīng)用性人才，高職專業(yè)更加注重動手能力的培養(yǎng)，而測量課程是培養(yǎng)動手能力的重要途徑之一。掌握好本課程的要求：認(rèn)真聽課，做好筆記；獨立完成作業(yè)；實驗課認(rèn)真對待。4、測量學(xué)科的分類測量學(xué)的定義：測量學(xué)是研究地球的形狀和大小以及確定地面（包含空中、地下和海底）點位的科學(xué)。根據(jù)它的任務(wù)與作用，包括兩個部分：測定（測繪）由地面到圖形。指使用測量儀器，通過測量和計算，得一系列測量數(shù)據(jù)，或把地球表面的地形縮繪成地形圖。測設(shè)（放樣）由圖形到地面。指把圖紙上規(guī)劃

5、設(shè)計好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。測量學(xué)科的分類：測量學(xué)科按照研究范圍和對象的不同，產(chǎn)生了許多分支科學(xué)。一般分為：普通測量學(xué)、大地測量學(xué)、攝影測量學(xué)、工程測量學(xué)和制圖學(xué)。工程測量是指工程建設(shè)和資源開發(fā)的勘測設(shè)計、施工、竣工、變形觀測和運營管理各階段中進(jìn)行的各種測量工作的總稱。§ 1.2 面點位的確定地面點位的確定，一般需要三個量。在測量工作中，我們一般用某點在基準(zhǔn)面上的投影位置（x,y）和該點離基準(zhǔn)面的高度（H）來確定。一、測量基準(zhǔn)面1、測量工作基準(zhǔn)面水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面。測量工作是在地球表面進(jìn)行的，而海洋占整個地球表面的71%,故最能代表地球表面的是海水面

6、，人們將海水面所包圍的地球形體看作地球的形狀。測量工作基準(zhǔn)面自然選擇海水面。水準(zhǔn)面一一靜止海水面所形成的封閉的曲面。大地水準(zhǔn)面一一其中通過平均海水面的那個水準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面的特性一一處處與鉛垂線正交、封閉的重力等位曲面。鉛垂線一測量工作的基準(zhǔn)線。水準(zhǔn)面和大地水準(zhǔn)面圖2、測量計算基準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)橢球由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，引起鉛垂線的方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，致使大地水準(zhǔn)面成為一個復(fù)雜的曲面，無法在這個曲面上進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的處理。為了計算方便，通常用一個非常接近于大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)式來表示的幾何體來代替地球的形狀，這就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)橢球”的概念。旋轉(zhuǎn)橢球：由一橢圓（長半軸a,短半軸b）繞其短半軸b旋轉(zhuǎn)而成的

7、橢球體。二、地面點的坐標(biāo)坐標(biāo)分為地理坐標(biāo)、高斯平面直角坐標(biāo)和平面直角坐標(biāo)。1、地理坐標(biāo)（屬于球面坐標(biāo)系統(tǒng)）一一用經(jīng)度和緯度來表示。適用于：在地球橢球面上確定點位。2、平面直角坐標(biāo) 一一用坐標(biāo)（x , y ）來表示。適用于：測區(qū)范圍較小，可將測區(qū)曲面當(dāng)作平面看待。其與數(shù)學(xué)中平面直角坐標(biāo)系相比，不同點：（1）測量上取南北方向為縱軸（X軸），東西方向為橫軸（Y軸）（2）角度方向順時針度量，象限順時針編號。相同點：數(shù)學(xué)中的三角公式在測量計算中可直接應(yīng)用。數(shù)學(xué)上的平面直角坐標(biāo)測量上的平面直角坐標(biāo)3、高斯平面直角坐標(biāo)適用于：測區(qū)范圍較大，不能將測區(qū)曲面當(dāng)作平面看待。測量上常采用的方法是高斯投影當(dāng)測區(qū)范圍較

8、大，若將曲面當(dāng)作平面來看待，則把地球橢球面上的圖形展繪到平面上來,必然產(chǎn)生變形，為減小變形，必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▉斫鉀Q。方法。高斯投影方法是將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上O0 °開始，將整(1)6。帶的劃分1)為限制高斯投影離中央子午線愈遠(yuǎn)，長度變形愈大的缺點，從經(jīng)度個地球分成60個帶，6。為一帶。丁繇中尖中午斤見黯號中央子午線經(jīng)度；N 投影帶的帶號。(2)3。帶的劃分從東經(jīng)30'開始， 將整個地球分成 120個帶，3。為一 帶。中央子午線經(jīng)度；N投影帶的帶號。4、我國高斯平面直角坐標(biāo)的表示。方法：(1)先將自然值的橫坐標(biāo)Y加上500000米；(2)再在新的橫坐標(biāo)Y

9、之前標(biāo)以2位數(shù)的帶號。例題:國家高斯平面點P(3032586.48,20648680.54)，請指出其所在的帶號及自然坐標(biāo)為多少？(1)點P至赤道的距離：X=3032586.48m(2)其投影帶的帶號為20、P點離20帶的縱軸X軸的實際距離：Y=648680.54-500000=148680.54m三、地面點的高程1、絕對高程H(海拔)地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。2、相對高程H'地面點到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。3、高差hAB=HB-HA=H'B-H'A五、我國的高程系統(tǒng)主要有:(1) 1985國家高程系統(tǒng)(2) 1956黃海高程系統(tǒng)1985年國家高程系統(tǒng)中，其高程為(3

10、) 地方高程系統(tǒng)。如：珠江高程系統(tǒng)。其中，我國的水準(zhǔn)原點建在青島市觀象山，在72.260米；在1956年黃海高程系統(tǒng)中的高程為72.289米。§ 1.3 量工作概述一、測量的基本工作由于地面點間的相互位置關(guān)系，是以水平角（方向）、距離和高差來確定的，故測角、量距、測高程是測量基本工作，觀測、計算和繪圖是測量工作的基本技能。二、測量工作中用水平面代替水準(zhǔn)面的限度用水平面來代替水準(zhǔn)面，可以使測量和繪圖工作大為減化，下面來討論由此引起的影響。1、對水平角、距離的影響一一在面積約320平方km內(nèi)，可忽略不計。2、對高程的影響一一即使距離很短也要顧及地球曲率的影響。三、測量工作的基本原則1、布

11、局上由整體到局部”，精度上由高級到低級”，工作次序上先控制后細(xì)部2、又一原則。即：前一步工作未作檢核，不進(jìn)行下一步工作第二章水準(zhǔn)測量內(nèi)容：理解水準(zhǔn)測量的基本原理；掌握DS3型微傾式水準(zhǔn)儀、自動安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點、水準(zhǔn)尺和尺墊；掌握水準(zhǔn)儀的使用及檢校方法；掌握水準(zhǔn)測量的外業(yè)實施（觀測、記錄和檢核）及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理（高差閉合差的調(diào)整）方法；了解水準(zhǔn)測量的注意事項、精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及操作方法。重點：水準(zhǔn)測量原理；水準(zhǔn)測量的外業(yè)實施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。難點：水準(zhǔn)儀的檢驗與校正。8.1高程測量（HeightMeasurement）的概念測量地面上各點高程的工作，稱為高程測量。高程測量根據(jù)所使用的

12、儀器和施測方法的不同，分為：(1)水準(zhǔn)測量(leveling)(2)三角高程測量(trigonometricleveling)(3)氣壓高程測量(airpressureleveling)(4)GPS測量(GPSleveling)22水準(zhǔn)測量原理一、基本原理水準(zhǔn)測量的原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線”，測量兩點間高差，從而由已知點高程推算出未知點高程。水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺IlH=IlA+ha后視讀數(shù)A后視點b前視讀數(shù)B前視點1、A、B兩點間高差：=Hl/*H2、測得兩點間高差站后，若已知a點高程w,則可得b點的高程:%=丹乂十人口3、視線高程：月。=石3中辦4、轉(zhuǎn)點TP(turningpoint)的概念：

13、當(dāng)?shù)孛嫔蟽牲c的距離較遠(yuǎn)，或兩點的高差太大,放置一次儀器不能測定其高差時，就需增設(shè)若干個臨時傳遞高程的立尺點，稱為轉(zhuǎn)點。二、連續(xù)水準(zhǔn)測量如圖所示，在實際水準(zhǔn)測量中，A、B兩點間高差較大或相距較遠(yuǎn)，安置一次水準(zhǔn)儀不能測定兩點之間的高差。此時有必要沿A、B的水準(zhǔn)路線增設(shè)若干個必要的臨時立尺點，即轉(zhuǎn)點(用作傳遞高程)。根據(jù)水準(zhǔn)測量的原理依次連續(xù)地在兩個立尺中間安置水準(zhǔn)儀來測定相鄰各點間高差，求和得到A、B兩點間的高差值，有：則：hAB=h1+h2+hn=2h=/a/b結(jié)論：A、B兩點間的高差"乩5等于后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和。§ 2.3 準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺一、水準(zhǔn)儀(level)如圖

14、所示，由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。DS3微傾式水準(zhǔn)儀自動安平水準(zhǔn)儀I字統(tǒng)分別瓶©(b)1、望遠(yuǎn)鏡(telescope)由物鏡、目鏡和十字絲(上、中、下絲)三部分組成。2、水準(zhǔn)器(bubble)有兩種:圓水準(zhǔn)器(circular bubble)精度低，用于粗略整平；水準(zhǔn)管(bubbletube)精度高，用于精平。、水準(zhǔn)尺(levelingstaff)水準(zhǔn)尺主要有：單面尺、雙面尺和塔尺。1、尺面分劃為1cm,每10cm處(E字形刻劃的尖端)注有阿拉伯?dāng)?shù)字。2、雙面尺的紅面尺底刻劃：一把為4687mm,另一把為4787mm。、尺墊(staffplate)放置在轉(zhuǎn)點上，為防止觀測過程中

15、水準(zhǔn)尺下沉。四、水準(zhǔn)儀的使用操作程序：粗平一一瞄準(zhǔn)一一精平一一讀數(shù)（一）粗平一一調(diào)節(jié)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)氣泡居中。1、方法：對向轉(zhuǎn)動腳螺旋1、2使氣泡移至1、2方向的中間一一轉(zhuǎn)動腳螺旋3,使氣泡居中。2、規(guī)律：氣泡移動方向與左手大拇指運動的方向一致。（二）瞄準(zhǔn)1、方法：先用準(zhǔn)星器粗瞄，再用微動螺旋精瞄。2、視差概念：眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標(biāo)像有相對運動。產(chǎn)生原因：目標(biāo)像平面與十字絲平面不重合。消除方法：仔細(xì)反復(fù)交替調(diào)節(jié)目鏡和物鏡對光螺旋。（三）精平1、方法：如圖所示微傾式水準(zhǔn)儀（tiltlevel）,調(diào)節(jié)微傾螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡成像拋物線符合。2、說明：若使用自動安平水準(zhǔn)儀（compen

16、satorlevel）,儀器無微傾螺旋，故不需進(jìn)行精平工作。（四）讀數(shù)一一精平后，用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。1、方法：從小數(shù)向大數(shù)讀，讀四位。米、分米看尺面上的注記，厘米數(shù)尺面上的格數(shù),毫米估讀。2、規(guī)律：讀數(shù)在尺面上由小到大的方向讀。故對于望遠(yuǎn)鏡成倒像的儀器，即從上往下讀，望遠(yuǎn)鏡成正像的儀器，即從下往上讀。如圖所示，從小向大讀四位數(shù)為0.725米。§ 2.4 準(zhǔn)測量的實施與成果整理一、水準(zhǔn)點(BenchMark)通過水準(zhǔn)測量方法獲得其高程的高程控制點，稱為水準(zhǔn)點，一般用BM表示，有永久性和臨時性兩種。(見圖)設(shè)青忙件域木磨酥布木仲注I堵箱水暹標(biāo)上焊改(常砧17、水準(zhǔn)路線(lev

17、elingline)水準(zhǔn)路線依據(jù)工程的性質(zhì)和測區(qū)情況，可布設(shè)成以下幾種形式：1、閉合水準(zhǔn)路線(closedlevelingline)。由已知點BM1已知點BM12、附合水準(zhǔn)路線(annexedlevelingline)。由已知點BM1已知點BM23、支水準(zhǔn)路線(spuNevelingline)。由已知點BM1某一待定水準(zhǔn)點A。4、水準(zhǔn)網(wǎng)：若干條單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成的圖形。三、水準(zhǔn)測量的實施(外業(yè))1、觀測要求如圖，有:(1)水準(zhǔn)儀安置在離前、后視距離大致相等之處。(2)為及時發(fā)現(xiàn)觀測中的錯誤，通常采用兩次儀器高法”或雙面尺法兩次儀器高法：高差之差h-h'<±5mm;

18、雙面尺法，紅黑面讀數(shù)差<±3mmh黑-h紅<±5mm。2、水準(zhǔn)測量記錄表機站運號后塞hJK平河斷崇舐舉尚程后視1eha1.13tfP1.677-0.5432TP11,444Tf2L324+01203TFET.322TT30.6TC4TP3LS20Tr41.43S+03855TT41.422BUB1.304+0118E7.64Z5.616+1.0就注意：（1）起始點只有后視讀數(shù)，結(jié)束點只有前視讀數(shù)，中間點既有后視讀數(shù)又有前視讀數(shù)。（2）2-工"二2%只表明計算無誤，不表明觀測和記錄無誤。（內(nèi)業(yè)）力=£% -工編力-2& =工端力二7%

19、-%）四、水準(zhǔn)測量的成果處理（一）計算閉合差：1、閉合水準(zhǔn)路線：2、附合水準(zhǔn)路線：（二）分配高差閉合差1、高差閉合差限差（容許誤差）九二如北適用干平原區(qū)久0+127適用于山區(qū)對于普通水準(zhǔn)測量，有：小農(nóng)式中，冬高差閉合差限差，單位：mmL水準(zhǔn)路線長度，單位：km;n測站數(shù)2、分配原則：按與距離L或測站數(shù)n成正比，將高差閉合差反號分配到各段高差上。（三）計算各待定點高程用改正后的高差和已知點的高程，來計算各待定點的高程。五、水準(zhǔn)測量的成果實例【例】如圖為按圖根水準(zhǔn)測量要求施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果略圖。BM-A和BM-B為已知高程的水準(zhǔn)點，圖中箭頭表示水準(zhǔn)測量前進(jìn)方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點間

20、的高差(以m為單位)，路線下方數(shù)字為該段路線的長度(以km為單位)，試計算待定點1、2、3點的高程。解算如下：第一步計算高差閉合差：飛工一二?)第二步計算限差：一-.一.-：因為fk<|4I可進(jìn)行閉合差分配。外5m斌/km第三步計算每km改正數(shù)：匕第四步計算各段高差改正數(shù)：匕="/。四舍五入后，使z匕二一力。故有：V1=-8mm,V2=-11mm,V3=-8mm,V4=-10mm。第五步計算各段改正后高差后，計算1、2、3各點的高程。改正后高差=改正前高差+改正數(shù)ViH1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.

21、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)可用EXCEL軟件計算如下圖:Ac1.DEF工表2.3等外本港測號上的成果處理2點名路線長(km)觀測高差(m)改正數(shù)附)改正后高差(高程的)F34蟲28641L6Z331-0.0082.32347.609r522.12.813也01052.802550-411563LT2.244_0.00854252548,159BM-B2JL43-0.011.4249.579S和7.44.33TL037&2934

22、9.579:910閉合差(m)0.03711閉和差允許值(m)0.1088118121km高姿改正數(shù)(m)T.0。5§2.5水準(zhǔn)儀的檢驗與校正一、水準(zhǔn)儀軸線的幾何關(guān)系水準(zhǔn)儀軸線應(yīng)滿足的幾何條件是：1、水準(zhǔn)管軸LL/視準(zhǔn)軸CC2、圓水準(zhǔn)軸L'L'/豎軸VV3、橫絲要水平(即：±豎軸VV)如下圖所示：二、水準(zhǔn)儀的檢驗與校正（一）圓水準(zhǔn)器的檢驗與校正1、檢驗：氣泡居中后，再將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°,看氣泡是否居中。2、校正：用腳螺旋使氣泡向中央移動一半，再用撥針撥動三個校正螺旋”，使氣泡居中。同水準(zhǔn)據(jù)（二）十字絲橫絲的檢驗與校正1、檢驗:整平后，用橫絲的

23、一端對準(zhǔn)一固定點P,轉(zhuǎn)動微動螺旋，看P點是否沿著橫絲移動。2、校正：旋下目鏡處的十字絲環(huán)外罩，轉(zhuǎn)動左右2個校正螺絲卜字線分劃板護(hù)罩望運債筒一F字矮校正疆隹卜字蛭分劃板分壓環(huán)螺絲、壓環(huán)（三）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸（i角）的檢驗與校正1、檢驗：(1)平坦地上選A、B兩點，約50m。(2)在中點C架儀，讀取a1、b1，得h1=a1-b1(3)在距B點約23m處架儀，讀取a2、b2，得h2=a2-b2(4)若h2wh1,則水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸，有i角。因為h1為正確高差b2的誤差可忽略不計，故有：I=P%對于S3水準(zhǔn)儀，若i角大于20"時，需校正。2、校正方法有二種：(1)校正水準(zhǔn)管旋轉(zhuǎn)微傾

24、螺旋，使十字絲橫絲對準(zhǔn)(a2'=h1+b2),撥動水準(zhǔn)管校正螺絲”，使水準(zhǔn)管氣泡居中。§ 1.1 字絲一一可用于自動安平水準(zhǔn)儀保持水準(zhǔn)管氣泡居中，撥動十字絲上下兩個校正螺絲”，使橫絲對準(zhǔn)a2'。§ 2.6 動安平、精密、電子水準(zhǔn)儀簡介、自動安平水準(zhǔn)儀(compensatorlevel)1、原理一一與普通水準(zhǔn)儀相比，在望遠(yuǎn)鏡的光路上加了一個補償器。2、使用一一粗平后，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)觀察警告指示窗若全部呈綠色，方可讀數(shù)；最好狀態(tài)是指示窗的三角形尖頂與橫指標(biāo)線平齊。3、檢校一一與精通水準(zhǔn)儀相比，要增加一項補償器的檢驗，即：轉(zhuǎn)動腳螺旋，看警告指示窗是否出現(xiàn)紅色；以此來檢查

25、補償器是否失靈。二、精密水準(zhǔn)儀(preciselevel)(每公里往返平均高差中誤差1mm)1、精密水準(zhǔn)儀一一提供精確的水平視線和精確讀數(shù)。精密水準(zhǔn)儀2、精密水準(zhǔn)尺一一刻度精確(錮鋼帶水準(zhǔn)尺invarlevelingstaff)3、讀數(shù)方法(1)精平后，轉(zhuǎn)動測微螺旋，使十字絲的楔形絲精確夾準(zhǔn)某一整分劃線。:14865.0mm。(2)讀數(shù)時，將整分劃值和測微器中的讀數(shù)合起來。如(數(shù)字水準(zhǔn)儀 (digital level) 及條紋碼水準(zhǔn)尺 (coding level staff)1、具有自動安平、顯示讀數(shù)和視距功能。2、能與計算機數(shù)據(jù)通訊，避免了人為觀測誤差。§ 2.7 準(zhǔn)測量誤差及注意

26、事項來源有：儀器誤差、操作誤差、外界條件影響。一、儀器誤差主要有：視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸(i角)的誤差、水準(zhǔn)尺誤差二、操作誤差主要有：水準(zhǔn)氣泡未嚴(yán)格居中、視差、估讀誤差、水準(zhǔn)尺未豎直。三、外界條件影響的誤差主要有：儀器下沉、尺墊下沉、地球曲率、大氣折光、氣溫和風(fēng)力。四、水準(zhǔn)測量的注意事項：（一）觀測：1 、觀測前應(yīng)認(rèn)真按要求檢驗水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺；2、儀器應(yīng)安置在土質(zhì)堅實處，并踩實三角架；3、前后視距應(yīng)盡可能相等；4、每次讀數(shù)前要消除視差，只有當(dāng)符合水準(zhǔn)氣泡居中后才能讀數(shù)；5、注意對儀器的保護(hù)，做到“人不離儀器”；6、只有當(dāng)一測站記錄計算合格后才能搬站，搬站時先檢查儀器連接螺旋是否固緊，一手托住儀

27、器，一手握住腳架穩(wěn)步前進(jìn)。（二）記錄：1 .認(rèn)真記錄，邊記邊回報數(shù)字，準(zhǔn)確無誤的記入記錄手簿相應(yīng)欄中，嚴(yán)禁偽造和傳抄;2 .字體要端正、清楚、不準(zhǔn)涂改，不準(zhǔn)用橡皮擦，如按規(guī)定可以改正時，應(yīng)在原數(shù)字上劃線后再在上方重寫；3 .每站應(yīng)當(dāng)場計算，檢查符合要求后，才能通知觀測者搬站。（三）扶尺：1 .扶尺人員認(rèn)真豎立水準(zhǔn)尺；2 .轉(zhuǎn)點應(yīng)選擇土質(zhì)堅實處，并踩實尺墊；3 .水準(zhǔn)儀搬站時，應(yīng)注意保護(hù)好原前視點尺墊位置不移動。第二章角度測量內(nèi)容：理解水平角、豎直角測量的基本原理；掌握光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造、操作與讀數(shù)方法；水平角測量的測回法和方向觀測法；掌握豎盤的基本構(gòu)造及豎直角的觀測、計算方法；掌握光學(xué)經(jīng)緯儀

28、的檢驗與校正方法；了解水平角測量誤差來源及其減弱措施及電子經(jīng)緯儀的測角原理及操作方法。重點：光學(xué)經(jīng)緯儀的使用方法；水平角測回法測量方法；豎直角測量方法；難點：光學(xué)經(jīng)緯儀的檢驗與校正。§ 3.1 度測量原理角度測量(angularobservation)包括水平角(horizontalangle)測量和豎直角(verticalangle)測量。一、水平角定義從一點出發(fā)的兩空間直線在水平面上投影的夾角即二面角，稱為水平角。其范圍：順時在同一豎直面內(nèi)，目標(biāo)視線與水平線的夾角，稱為豎直角。其范圍在0。出0。之間。如圖當(dāng)視線位于水平線之上，豎直角為正，稱為仰角；反之當(dāng)視線位于水平線之下，豎直角

29、為負(fù)，稱為俯角。§ 3.2 光學(xué)經(jīng)緯儀(opticaltheodolite)經(jīng)緯儀是測量角度的儀器。按其精度分，有DJ6、DJ2兩種。表示一測回方向觀測中誤差分別為6"、2"。一、DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀圖§ 3.3 alidade)2、水平度盤(horizontalcircle)3、基座(tribrach)二、J6的讀數(shù)方法1、J6經(jīng)緯儀采用分微尺測微器讀數(shù)法”，分微尺的分劃值為1/估讀到獲0.1'（即:6"）。如圖，水平度盤讀數(shù)為：73°0424"o§ 3.4 ”一-水平度盤讀數(shù)，V”一一

30、豎直度盤讀數(shù)。三、J2光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造如圖與J6相比，增加了：1、測微輪一一用于讀數(shù)時，對徑分劃線影像符合。2、換像手輪一一用于水平讀數(shù)和豎直讀數(shù)間的互換。3、豎直讀盤反光鏡一一豎直讀數(shù)時反光。四、J2的讀數(shù)方法般采用對徑重合讀數(shù)法一一轉(zhuǎn)動測微輪，使上下分劃線精確重合后讀數(shù)。123°48r12.爐28°14'24,2"42c五、經(jīng)緯儀的安置內(nèi)容及要求：對中（centering）±小于3mm整平（leveling）小于1格1 、垂球?qū)χ姓椒ú襟E（ 1）移動或伸縮三腳架（粗略對中）（ 2）腳架頭上移動儀器（精確對中）（ 3）旋轉(zhuǎn)腳螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居

31、中（整平）（ 4）反復(fù)（2）、（3）兩步。2 、光學(xué)對中整平法步驟（1）大致水平大致對中眼睛看著對中器，拖動三腳架2個腳，使儀器大致對中，并保持“架頭”大致水平。（2）伸縮腳架粗平根據(jù)氣泡位置，伸縮三腳架2個腳，使圓水準(zhǔn)氣泡居中。（3）旋轉(zhuǎn)三個腳螺旋精平按“左手大拇指法則”旋轉(zhuǎn)三個腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中。1 ）轉(zhuǎn)動儀器，使水準(zhǔn)管與1、2腳螺旋連線平行。2 ）根據(jù)氣泡位置運用法則，對向旋轉(zhuǎn)1、2腳螺旋。3）轉(zhuǎn)動儀器90°，運用法則，旋轉(zhuǎn)3腳螺旋。（4）架頭上移動儀器，精確對中（5）腳螺旋精平。（6）反復(fù)（4）、（5）兩步。氣泡居中，L2等高氣泡居中，3與1.2等高旋轉(zhuǎn)三個腳螺旋進(jìn)行精

32、平的示意圖§ 3.3 水平角測量(horizontalangleobservation)水平角的測量方法常用的有測回法(methodofobservationset)、方向觀測法(methodofdirectionobservation)。一、經(jīng)緯儀(theodolite,transit)的安置內(nèi)容及要求：對中(centering)小于土3mm整平(leveling)小于1格1、垂球(plumbbob)法2、光學(xué)對中器(opticalplummet)法二、瞄準(zhǔn)方法步驟：粗瞄一制動一調(diào)焦一微動精瞄。兩個基本概念：盤左(正鏡)、盤右(倒鏡)三、測回法1、適用：兩個方向的單角(/AOB)。

33、2、觀測步驟：(1)盤左瞄準(zhǔn)左邊A,配度盤至0°0X'，讀取al。(2)順時針旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)右邊B,讀取bl。則上半測回角值：31=b1-a1(3)倒鏡成盤右，瞄準(zhǔn)右邊B,讀取b2。(4)逆時針旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)左邊A，讀取a2。則下半測回角值：國=b2-a2(5)計算角值。若31-區(qū)WM0"(圖根級)則有：3=(31+區(qū))/23、記錄格式測站盤位目標(biāo)水平度盤讀數(shù)°半測回角值°一測回角值°'備注O左A000112701236701233B701348A1800124701230右B2501354若要觀測n個測回，為減少度盤分劃誤差，各測回間應(yīng)按

34、180/n的差值來配置水平度盤。測回法測水平角方法，可小結(jié)如下：|AWu則翳9駕盤由西5S&a四、方向觀測法1、適用：在一個測站上需要觀測兩個以上方向。2、觀測步驟：(如下圖，有四個觀測方向)(1)上半測回選擇一明顯目標(biāo)A作為起始方向(零方向)，用盤左瞄準(zhǔn)A,配置度盤，順時針依次觀測A、B、C、D、A。(2)下半測回倒鏡成盤右，逆時針依次觀測A、D、C、B、A。同理各測回間按180。/n的差值，來配置水平度盤。3、記錄、計算(1)2c值(兩倍照準(zhǔn)誤差)：2C=盤左讀數(shù)(盤右讀數(shù)±180°)。一測回內(nèi)2c互差，對J2司8"。對J6不作要求。(2)半測回歸零差

35、：對J2<12"對J6<18"。(3)各方向盤左、盤右讀數(shù)的平均值：平均值=盤左t賣數(shù)+(盤右讀數(shù)±180°)/2注意：零方向觀測兩次，應(yīng)將平均值再取平均。(4)歸零方向值：將各方向平均值分別減去零方向平均值，即得各方向歸零方向值。(5)各測回歸零方向值的平均值：同一方向值各測回間互差，對J2司2"對J6<24"。方向觀測法可小結(jié)如下：盤左的時針般用鳴盤右逆時料ADCM§ 3.4 直角測量一、豎直度盤(verticalcircle)的構(gòu)造1、豎直度盤的構(gòu)造包括：(1)豎盤(verticalcircle)(2

36、)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管(verticalindexbubbletube)(3)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋。其中，豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管和豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋，可采用豎盤指標(biāo)自動歸零補償器(verticalindexcompensator)來替代。2、指標(biāo)線固定不動，而整個豎盤隨望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動。3、豎盤的注記形式有順時針與逆時針兩種。二、豎直角(verticalangle)的計算公式住1、順時針注記形式口對故有：a左=90°-L,a右=R-270一測回豎直角a=(a左+a右)/22、逆時針注記形式i£r>a&注有：a左=L-90°,a右=270-R一測回的豎直角為：a

37、=(a左+a右)/2三、豎盤指標(biāo)差(indexerrorofverticalcircle)1、定義由于指標(biāo)線偏移，當(dāng)視線水平時，豎盤讀數(shù)不是恰好等于90?；?70。上，而是與90?；?70。相差一個x角，稱為豎盤指標(biāo)差。當(dāng)偏移方向與豎盤注記增加方向一致時，x為正，反之為負(fù)。2、計算公式(1)指標(biāo)差：x=(L+R-360°)/2對于順時針注記的：正確的豎直角0=(90+x)-L=a左+xofR-(270+x)=a右-x(2)結(jié)論：取盤左盤右的平均值，可消除指標(biāo)差的影響。四、豎直角的觀測及記錄(格式見表)般規(guī)范規(guī)定，指標(biāo)差變動范圍，J6磴5"、J2<15"則站目

38、標(biāo)盤位豎盤讀數(shù)°'半測回豎直角°'指標(biāo)差(")一個測回豎直角°'備注M764512131448-6131442豎直度盤是O2831436131436順時針注記N1220336-32033612-320324的。2375648-320312§3.5光學(xué)經(jīng)緯儀的檢驗與校正如圖所示，經(jīng)緯儀的主要軸線1、豎軸VV(verticalaxis)2、水準(zhǔn)管軸LL(bubbletubeaxis)3、橫軸HH(horizontalaxis)4、視準(zhǔn)軸CC(collimationaxis)5、圓水準(zhǔn)器軸L'L'(circle

39、bubbleaxis)、經(jīng)緯儀軸線應(yīng)滿足的條件1、VV，LL照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸的檢校。2、HH，十字絲豎絲一一十字絲豎絲的檢校3、HH±CC一一視準(zhǔn)軸的檢校4、HH±VV橫軸的檢校5、豎盤指標(biāo)差應(yīng)為零一一指標(biāo)差的檢校6、光學(xué)垂線與VV重合一一光學(xué)對中器的檢校7、圓水準(zhǔn)軸L'L'/VV圓水準(zhǔn)器的檢驗與校正(次要)二、經(jīng)緯儀的檢驗與校正1、照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸的檢校(1)檢驗：用任意兩腳螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中，然后將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)180。，若氣泡偏離1格，則需校正。(2)校正：用腳螺旋使氣泡向中央移動一半后，再撥動水準(zhǔn)管校正螺絲，使氣泡居中。此時若圓水準(zhǔn)器氣泡不居中，則撥動圓水

40、準(zhǔn)器校正螺絲。2、十字絲豎絲的檢校(1)檢驗：用十字絲交點對準(zhǔn)一目標(biāo)點，再轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡微動螺旋，看目標(biāo)點是否始終在豎絲上移動。(2)校正：微松十字絲的四個壓環(huán)螺絲，轉(zhuǎn)動十字絲環(huán)，使目標(biāo)點始終在豎絲上移動。3、視準(zhǔn)軸的檢校(1)檢驗：如圖，在平坦地面上選擇一直線AB,約60m100m，在AB中點O架儀，并在B點垂直橫置一小尺。盤左瞄準(zhǔn)A,倒鏡在B點小尺上讀取B1;再用盤右瞄準(zhǔn)A,倒鏡在B點小尺上讀取B2。H(T耳斗nC-p4-OSJ6:2c>60"J2:2c>30"時，則需校正。(2)校正：撥動十字絲左右兩個校正螺絲，使十字絲交點由B2點移至BB2中點B3。4、橫軸

41、的檢驗與校正(1)檢驗：如圖，在2030m處的墻上選一仰角大于30°的目標(biāo)點P,先用盤左瞄準(zhǔn)P點,放平望遠(yuǎn)鏡，在墻上定出P1點；再用盤右瞄準(zhǔn)P點，放平望遠(yuǎn)鏡，在墻上定出P2點。對J6經(jīng)緯儀：i>20"時，則需校正。(2)校正：用十字絲交點瞄準(zhǔn)P1P2的中點M,抬高望遠(yuǎn)鏡，并打開橫軸一端的護(hù)蓋，調(diào)整支承橫軸的偏心軸環(huán)，抬高或降低橫軸一端，直至交點瞄準(zhǔn)P點。此項校正一般由儀器檢修人員進(jìn)行。5、指標(biāo)差的檢校(1)檢驗：用盤左、盤右先后瞄準(zhǔn)同一目標(biāo)，計算指標(biāo)差x=(L+R-360)/2。對J6經(jīng)緯儀：x>1J2經(jīng)緯儀：x>30"時，要進(jìn)行校正。(2)校正

42、：用指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋使中絲對準(zhǔn)(R-x)位置，再有撥針使指標(biāo)氣泡居中。6、光學(xué)對中器的檢校(1)檢驗：精密安置儀器后，將刻劃中心在地面上投下一點，再旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，每隔120投下一點，若三點不重合，則需校正。（2）校正：用撥針使刻劃中心向三點的外接圓心移動一半。7、圓水準(zhǔn)器的檢校（次要）（ 1）檢驗：精平（水準(zhǔn)管氣泡居中）后，若圓水準(zhǔn)氣泡不居中，則需校正。（ 2）校正：用圓水準(zhǔn)氣泡校正螺絲使其居中。§ 3.6 水平角觀測的誤差分析一、儀器構(gòu)造誤差（一）視準(zhǔn)軸誤差的影響，盤左盤右觀測的平均值可抵消該誤差。（二）橫軸不水平誤差的影響，盤左盤右觀測的平均值可抵消該誤差。（三）縱軸誤差的影響（

43、1） 縱軸誤差的影響不僅隨觀測目標(biāo)的垂直角的增大而增大，而且與橫軸所處的方向有關(guān)；（2） 盤左盤右取平均不能消除該項誤差。盤右讀數(shù)（四）照準(zhǔn)部偏心差的影響在度盤對徑方向上讀取讀數(shù)而取平均值的方法及盤左、的平均值都可消除該項誤差的影響。（五）其他儀器誤差的影響度盤刻劃不均勻誤差，豎盤指標(biāo)差。二、與觀測者有關(guān)的誤差（ 1）儀器對中誤差（ 2）目標(biāo)偏心誤差（ 3）照準(zhǔn)誤差（ 4）讀數(shù)誤差三、與外界條件有關(guān)的誤差（ 1）溫度的變化（ 2）大風(fēng)的影響（ 3）大氣折光（ 4）大氣透明度（ 5）地面穩(wěn)定性四、角度測量的注意事項：1 、觀測前應(yīng)檢校儀器。2 、安置儀器要穩(wěn)定，應(yīng)仔細(xì)對中和整平。一測回內(nèi)不得再對

44、中整平。3 、目標(biāo)應(yīng)豎直，盡可能瞄準(zhǔn)目標(biāo)低部。4、嚴(yán)格遵守各項操作規(guī)定和限差要求。5 、當(dāng)對一水平角進(jìn)行m個測回觀測，各測回應(yīng)配度盤，每測回觀測度盤起始讀數(shù)變動值為180/m6 、觀測時盡量用十字絲中間部分。水平角用豎絲，豎直角用橫絲。7 、讀數(shù)應(yīng)果斷、準(zhǔn)確。特別應(yīng)注意估讀數(shù)。當(dāng)場計算，如有錯誤或超限，應(yīng)立即重測。8 、選擇有利的觀測時間和避開不利的外界條件。§3.7電子經(jīng)緯儀60年代以來，隨著近代光學(xué)、電子學(xué)的發(fā)展，使角度測量向自動化記錄方向改進(jìn)有了技術(shù)基礎(chǔ)，從而出現(xiàn)了電子經(jīng)緯儀等自動化測角儀器。電子經(jīng)緯儀在結(jié)構(gòu)及外現(xiàn)上和光學(xué)經(jīng)緯儀相類似，主要不同點在于讀數(shù)系統(tǒng)，它采用光電掃描和電

45、子元件進(jìn)行自動讀數(shù)和液晶顯示。電子測角雖然仍舊是采用度盤來進(jìn)行，但不是按度盤上的刻劃，用光學(xué)續(xù)數(shù)法讀取角度值，而是以度盤上取得電信號，再將電信號轉(zhuǎn)換成角度值。電子測角的度盤主要有編碼度盤、光柵度盤和動態(tài)測角度盤三種形式。因此，電子測角也就有編碼度盤測角，光柵度盤測角和編碼度盤結(jié)合測角，以及動態(tài)測角等四種形式。如瑞士克恩(KERN)廠的E1型和E2型電子經(jīng)緯儀采用光柵度盤，德國OPTONJ于1978年生產(chǎn)的E1ta-2型電子速測儀，采用的是編碼度盤，而現(xiàn)在主流速測儀的測角系統(tǒng)大多用的是動態(tài)測角系統(tǒng)，測角精度可達(dá)0.5。從90年代起，國內(nèi)廠家如北京光學(xué)儀器廠、南方測繪儀器公司生產(chǎn)的電子經(jīng)緯儀測角精

46、度均在在5左右。以下是北京和蘇州生產(chǎn)的兩款電子經(jīng)緯儀。第四章距離測量(distancemeasure)與直線定向(lineorientation)內(nèi)容：理解距離的概念、了解距離測量的儀器和工具，掌握鋼尺普通量距、精密量距的實施及成果三項改正、精度評定方法；掌握電磁波測距的基本原理和使用；掌握直線定位、方位角的概念及方位角的計算；了解磁偏角和子午線收斂角的含義及用羅盤儀測定磁方位角的方法。重點：鋼尺量距、電磁波測距的方法；方位角的概念及計算方法。難點：精密量距的三項改正；磁偏角和子午線收斂角的含義。距離測量的方法，主要有以下幾種:電磁波硬彈巨EDM(electro-magneticdistanc

47、emeasuring)鋼尺量距(steeltapemeasuring)視距法測距(stadiameasurement) 4.1 車W尺量品巨(steeltapemeasuring)一、量距工具bob)、測釬O有：鋼尺(steeltape)、標(biāo)桿(measuringbar)、垂球(plumb(measuringrod)、溫度計(thermometer)、彈簧秤(springbalance)二、鋼尺量距鋼尺量距最基本的要求一一平、準(zhǔn)、直按精度分：一般量距和精密量距(一)一般量距步驟1、定線(linealignment)。按精度分：目估法和經(jīng)緯儀法。2、丈量。(1)喊預(yù)備“、好”前后尺手同時讀數(shù)。(

48、2)在山區(qū)丈量時，可采用平量法、斜量法。目估法直線定線圖斜量法示意圖3、內(nèi)業(yè)成果整理。丈量精度用相對誤差”來衡量：?。?+以）要求：一般量距<1/3000（平坦），W1/1000（山區(qū)）。（二）精密量距步驟（*）1、經(jīng)緯儀定線。在樁頂畫出十字線。2、精密丈量。（1）前尺手零端用標(biāo)準(zhǔn)拉力拉緊鋼尺。（2）前讀尺員發(fā)預(yù)備”，后讀尺員發(fā)好”；此時前后尺手同時讀數(shù)。（3）移動后尺整厘米刻劃，按上述方法再測二次，三次較差不超限時（一般不得超過23mm）,取平均值作為尺段結(jié)果。每測完一尺段，用溫度計讀取一次溫度。（4）要進(jìn)行往返測量。/ri3、測量各樁頂間高差。4、內(nèi)業(yè)成果整理某鋼尺的尺長方程式：.-

49、4鋼尺在t溫度時的實際長度；口一一鋼尺的名義長度檢定時，鋼尺實際長與名義長之差；鋼尺的膨脹系數(shù)鋼尺使用時的溫度；鋼尺檢定時的溫度。斜距的各項改正：(1)尺長改正M-a(2)溫度改正%=&a-左)(3)傾斜改正,.丁匚41=/-4-AJjr+A/j+A/r故斜距上經(jīng)改正后為：此tE例題:某鋼尺的尺長方程式為lt=30+0.0025+1.2X10-5X30X(t-20)。該鋼尺一尺段量得AB兩點間的距離為29.8755m,丈量時的溫度為26.5度，AB的兩點間高差為-0.115m。求AB兩點間的水平距離。解：DAB=29.8755+(0.0025/30)X29.8755+1.2X10-5X

50、29.8755X(26.5-20)+-(-0.115)2/(2X29.8755)=29.8801m 4.2 4.2電磁波測距（EDM）簡介、電磁波測距(electro-magneticdistancemeasuring)的基本原理測距儀（EDMigtrument）反光樓鎮(zhèn)（摩加日成）如圖所示，電磁波測距是通過測定光波在兩點間傳播的時間計算距離的方法。有：D=ct/2式中：c為空氣中的光速；t為光波在兩點間往返的時間。二、分類1、按測程分：短程、中程、遠(yuǎn)程。2、按傳播時間t的測定方法分：脈沖法測距、相位法測距。3、按測距儀所使用的光源分：普通光源、紅外光源、激光光源。4、按測距精度分：I級、n級

51、、出級。注：測距誤差及標(biāo)稱精度測距儀測距誤差可表示為：+曲寫為：演©=±（且+8。）式中，A固定誤差；B比例誤差系數(shù)。如：某測距儀出廠時的標(biāo)稱精度：±(5+5X10-6D)mm,簡稱5+5”三、使用1、 一般安裝在經(jīng)緯儀上使用。見使用說明書。2、 常數(shù)預(yù)置3、 設(shè)置棱鏡常數(shù)。一般原配棱鏡為零，國產(chǎn)多為-30mm。(具體見說明書)4、 置乘常數(shù)。輸入氣溫、氣壓或用有關(guān)公式計算出值。5、 傾斜改正。有：0平=為C°S篁,由測距儀自動改正。§4.3直線定向及方位角測量直線定向(lineorientation)的定義：確定地面直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間的水平夾角。一、標(biāo)準(zhǔn)方向(基本方向)分類1、真子午線方向(turemeridiandirection)地面上任一點在其真子午線處的切線方向。2、磁子午線方向(magneticmeridiandirection)地面上任一點在其磁子午線處的切線方向。3、軸子午線(坐標(biāo)縱軸)方向(ordinate