工程测量学概论教学课件PPT.ppt

第一部分：测量学概论,测量学的定义 根据它的任务与作用，包括两个方面： 测定（测绘） 测设（放样）,.地面点位的表示方法 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，通常用三个量表示：该点的二维球面坐标或投影到平面上的二维平面坐标，以及该点到大地水准面（黄海水平面）的铅垂距离，即确定地面点在投影面上的坐标和点到大地水准面的铅垂距离X、Y、H,.地面点的高程 1.绝对高程H到大地水准面的铅垂距离。 2.相对高程H到假定水准面的铅垂距离。 3.高 差hAB=HB-HA=HB-HA,.测量工作的程序和原则,布局上：由整体到局部 精度上：由高级到低级 次序上：先控制后细部,测量工作的又一原则:,“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。,第二部分 水准测量,.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，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。,水准点示意图,.水准路线,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。,图形：水准路线布设形式,.水准测量的实施 .观测要求,前进方向,（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-h5mm,图形：水准测量实施与记录对照图,4.水准测量成果整理步骤,4.1计算高差闭合差,公式：,故对于闭合水准路线，有：,对于附合水准路线，有：,4.2分配高差闭合差,4.2.1计算高差闭合差的容许值,对于普通水准测量：,式中，fh容高差闭合差限差，单位：mm； L水准路线长度，单位：km ； n测站数 。,4.2.2分配原则,按与距离L或测站数n成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。,4.3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。,5.水准测量成果整理实例,【例】如图按图根水准测量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。,第一步计算高差闭合差：,第二步计算限差：,故可进行闭合差分配,例题解算,第三步计算每km改正数：,例题解算,第四步计算各段高差改正数：,。 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,四舍五入后，使：,故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。,例题解算,故可得： 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),第三部分 角度及距离测量,3.1角度测量 角度分为水平角和竖直角,水平角是地面上一点出发的两条直线之间的夹角在水平面上的投影. 竖直角是一个竖直平面内倾斜视线与水平面间的夹角. 用经纬仪测量水平角度一般用“测回法”,即盘左盘右各自读取A和B的两个水平度盘读数，角度之差的平均值即为A和B之间的水平角,若需要在一个测站上观察多个方向上的水平角，同理将起始方向归为零，依次盘左观测读数，再盘右观测，随着全站仪的使用，测量水平角变的简单可行 竖直角观测也很简单，盘左盘右两种状态下依次读取竖盘读数，按照公式计算竖直角但是测量前应该弄清楚竖盘是顺时针全圆标记还是逆时针全圆标记，这关系到竖直角的计算公式,§4-4 三角高程测量,掌握三角高程测量的基本原理和计算方法； 熟悉三角高程测量的作业方法。,已知两点之间的水平距离D(或斜距S)，观测垂直角， 从而计算高差。 使用于山区或不便于进行水准测量的地区。 三角高程测量要求考虑地球曲率的影响。,一.三角高程测量原理 二.较远距离的三角高程测量 三.三角高程测量的其他特点,三角高程测量是一种间接测定两点之间高差的方法,一.三角高程测量原理,一.三角高程测量原理,在距离200米以内，把大地水准面看成水平面,二.一般情况下的三角高程测量,二.一般情况下的三角高程测量,距离较远时，考虑地球曲率差和大气折光差对高差 的影响，应对观测得到的高差加“两差”改正：,(三）三角高程闭合线路计算,即1KM,5cm,三.三角高程测量的其他特点,三角高程测量两点距离较远时，应考虑加两差改正； 两点间对向观测高差取平均，能抵消两差影响； 三角高程测量通常组成附合或闭合路线，以检验精度； 据有关研究，用电子全站仪进行三角高程测量，能 代替二等水准测量。,四、三角高程测量的其他特点,.距离测量 距离测量的方法有钢尺量距、视距测量、光电测距等 钢尺量距很简单，主要是保证钢尺在A 、 B两点之间的直线上（定线），测量距离满足相对误差即可 视距测量是利用水准仪或经纬仪中的十字丝在视距标尺上的距离按几何光学原理测距，光电测距利用电磁波放射接受，按时间及速度测距 目前普遍使用全站仪精确测距钢尺作为辅助测距,第四部分 控制测量,.控制测量的定义 控制测量是指在整个测区范围内，选定若干个具有控制作用的点（控制点），设想用直线连接相邻的控制点，组成一定的几何图形（控制网），用精密的测量仪器和工具，进行外业测量，并根据外业资料用准确的计算方法，确定点的平面位置和高程的工作，它分为平面控制测量和高程控制测量,.控制测量的目的与作用 .为测图或工程建设的测区建立统一的平面控制网和高程控制网 .控制误差的积累 .作为进行各种细部测量的基准,.控制测量分类,.按内容分： 平面控制测量：测定各平面控制点的坐标X、Y。 高程控制测量：测定各高程控制点的高程H。 .按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级（一等网精度最高） .按方法分：天文测量、常规测量(三角测量、导线测量、水准测量)、卫星定位测量 .按区域分：国家控制测量、城市控制测量、小区域工程控制测量（小于15km2以内范围内的控制网）,国家控制网,平面：国家平面控制网由一、二、三、四等三角网(triangulation network)组成。 方法：导线测量、三角测量、三边测量、GPS测量 高程：国家高程控制网是由一、二、三、四等水准网(leveling network)组成。 国家控制网的特点：高级点逐级控制低级点。,图形1：国家一、二等平面控制网布置形式,一等三角网,二等三角网,.导线测量,.定义及分类 1导线的定义：将测区内相邻控制点（导线点）连成直线而构成的折线图形。 2适用范围：主要用于带状地区 (如：公路、铁路和水利) 、隐蔽地区、城建区、地下工程等控制点的测量。,.导线布设形式,1闭合导线 多用于面积较宽阔的独立地区。 2附合导线 多用于带状地区及公路、铁路、水利等工程的勘测与施工。 3支导线 支导线的点数不宜超过2个，仅作补点使用。 还有导线网，其多用于测区情况较复杂地区。,图形：导线的布设形式,.导线的外业,1踏勘选点及建立标志 2测水平角转折角(左角、右角)、连接角 3.量水平边长 .联测,一.方位角定义,一.方位角的定义,方位角从标准方向起，顺时针量到直线所成的 夹角。从0360。,地面同一直线，由 于起始的标准方向 不同，其方位角的 名称和数值也不同。,标准方向 方位角名称 测定方法,真北方向(真子午线方向) 真方位角A 天文方法测定,磁北方向(磁子午线方向) 磁方位角Am 罗盘仪测定,坐标纵轴(中央子午线方向) 坐标方位角 计算而得,1.正反方向角,二.坐标方位角,例1 已知 CD= 782024， JK=3261230， 求 DC，KJ：,解：DC=2582024 KJ=1461230,1.正反方向角,2.方向角与象限角的关系,2.方向角与象限角的关系,(2).方向角与象限角的关系(表6-6),第象限 R=,第象限 R=180-,第象限 R= -180,第象限 R=360-,(1).象限角直线与X轴的夹角，R=090。,.导线的内业计算计算各导线点的坐标,（一）几个基本公式 1、坐标方位角(grid bearing)的推算,注意：若计算出的方位角360°，则减去360°；若为负值，则加上360°。,或：,例题:方位角的推算,1,2,3,4,5,95,130,65,128,122,12,30,1,2,3,4,5,已知：12=300，各观测角如图，求各边坐标方位角23、34、45、51。,解： 23= 12-21800=800 34= 23-31800=1950 45=2470 51=3050 12=300（，故与题给的无误）,.坐标正算公式,由A、B两点边长DAB和坐标方位角AB，计算坐标增量。见图有：,其中，XAB=XB-XA YAB=YB-YA,.坐标反算公式,由A、B两点坐标来计算AB、DAB,AB的具体计算方法如下：,（1）计算：,（2）计算：,（3）根据XAB、YAB的正负号判断AB所在的象限。,.闭合导线平差计算步骤,1绘制计算草图，在图上填写已知数据和观测数据。 2角度闭合差(angle closing error)的计算与调整。,（1）计算角度闭合差： =测-理 = 测-(n-2)180,（3）若在限差内，则平均分配原则，计算改正数：,（4）计算改正后新的角值：,3按新的角值，推算各边坐标方位角。,4按坐标正算公式，计算各边坐标增量。 5坐标增量闭合差计算与调整,（1）计算坐标增量闭合差：,导线全长相对闭合差：,导线全长闭合差:,（2）分配坐标增量闭合差。,若K1/2000（图根级），则将fx、fy以相反符号，按边长成正比分配到各坐标增量上去。并计算改正后的坐标增量。,6坐标计算 根据起始点的已知坐标和经改正的新的坐标增量，来依次计算各导线点的坐标。,例题：闭合导线坐标计算表,第五部分 施工测量（放样）,以道路工程为例，施工测量主要包括：在施工现场找到定测时的控制点（交点桩、转点桩、主要里程桩、水准点）等等，为放样做准备，恢复路线中线位置中线确定后，一般情况下过段时间才能施工，这段时间内部分控制桩可能被破坏或丢失，因此在施工前必须复核控制桩来确定中线位置施工中这些点可能被挖掉或掩埋，必须在中线附近测设施工控制桩，水准点在施工前也应该进行复测，同时为方便应该加密水准点 施工测量的基本工作主要包括测设已知水平距离、测设已知水平角、测设已知高程的点,.道路施工测量 包括.恢复中线测量（施工前复核可能破坏的控制点） .施工控制桩测设（为防止中桩施工中挖掉，在不被施工破坏到且便于引测的地方测设的控制桩） .路基边桩的测设（横断面上设计路基边坡线与地面相交的点） .竖曲线的测设（纵断面上纵坡连接曲线）,.桥梁施工测量 包括桥梁桥位处的平面放样、墩台基础平面位置的放样、墩身、墩帽放样、桥台锥坡放样以及高程放样 一般小跨径桥梁，先根据桥位桩号在道路中线上测设桥墩和桥台的中心点A 、 B 、 C，同时在河两岸测设控制桩a 、 b 、 c 、 d，在中心点架设全站仪利用后视a 、 b 、 c 、 d测出与中轴线垂直方向上的桥墩桥台的控制桩e 、f 、g 大跨径要布置桥位三角网进行精密测量,#建筑工程测量概述,建筑工程测量概述,施工测量的基本工作,施工测量的基本工作,一.设计长度的测设 二.设计角度的测设 三.设计平面点位的测设 四.设计高程的测设 五.设计坡度的测设 六.铅垂线的测设,三.设计平面点位的测设,三.设计平面点位的测设,将设计的平面点位测设到实地上。,(一).直角坐标法,(一).直角坐标法(多用于建筑物轴线的放样),(二).极坐标法,(二).极坐标法,1.计算放样数据(P303公式):,2.用经纬仪测设，用钢尺测设D，得P点设计位置。,四.设计高程的测设,例：已知水准点A的高程 HA=24.376m，要测 设某设计地坪标高 HB=25.000m。测设 过程如下：,四.设计高程的测设,2. 高程的传递放样,2.高程的传递放样,待测设高差大，用钢尺代替水准尺。,同样方法也可向高处传递高程。,六.铅垂线的测设,六.铅垂线的测设,挂垂球得铅垂线 精度差，稳定性差(易受风力影响)，操作费力。,用专用仪器铅垂仪投测铅垂线(P308图) 能向上、下瞄出精确的铅垂视线 能向上、下投射出精确的铅垂激光束,建筑施工控制测量,为施工场地建立施工专用控制网 平面控制 建筑基线、建筑方格网(平坦地区) 导线网、三角网(山区或条件复杂地区) 高程控制 布设水准点,建筑施工控制测量,一.概述,二.平面施工控制网 特点,特点 精度要求高； 采用建筑坐标系(坐标轴方向与建筑群主轴线平行 或垂直)； 各边相互平行或垂直，且为整数； 点位便于保存(布置于设计的通道位置)； 测设控制点，然后调整。,优点 计算简单用加、减法计算直角坐标法放样数据 使用方便布置在待测设建筑物的就近位置 放样迅速用直角坐标法放样,二.平面施工控制网,2.测设方法,2.测设方法,(1).根据建筑红线测设建筑基线平行推移法,一般精度要求： ABC=9010 AB、BC相对误差1/10000,建筑基线测设方法(2),(2).根据测量控制点测设建筑基线,1.建筑坐标换算成测量坐标,1.建筑坐标换算成测量坐标,P,例：某建筑坐标系如下图，P点在建筑坐标系中的坐 标为P(80.000，40.000)，将其换算成测量坐标。,建筑坐标换算成测量坐标例,解：由坐标转换公式：,P点的测量坐标： XP=1218.570+80cos2030-40sin2030 =1279.495 YP=3054.600+80sin2030+40cos2030 =3120.083,2.测量坐标换算成建筑坐标,2.测量坐标换算成建筑坐标,XP= (XP-X0)cos+(YP-Y0)sin YP=-(XP-X0)sin+(YP-Y0)cos,(11-3-2),P,三.高程施工控制网,预埋水准点，一个工地至少设23个点，定期校测； 点位稳固，便于保存，便于使用； 布设水准路线，引测新设水准点的高程。精度满足 施工要求。,三.高程施工控制网,(四).基础施工测量,开挖基槽或开挖基坑，槽底或基坑底标高控制。 确定开挖边线； 控制开挖深度； 基础结构施工的轴线控制。,4.基础施工测量,第六部分 GPS简介,.GPS的定义及历史 1定义 全球定位系统GPS（Global Positioning System）,是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。,2GPS的产生与发展,利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。 美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。 1957年10月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生,.GPS的组成,GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成。,1、空间部分 由21颗工作卫星 和3颗备用卫星。,GPS卫星图片1,GPS卫星图片2,.地面控制部分,Colorado springs,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。,.用户接收机部分,GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。 大地型接收机又分单频型和双频型。,图片：导航型GPS机,手持型GPS机,车载型GPS机,图片：大地型GPS接收机,单频机,双频机,.GPS定位方法分类,.绝对/单点定位(point positioning)确定观测点在WGS-84系中的坐标，即绝对位置。 .相对定位(relative positioning)确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标，即相对位置。,.GPS的后处理测量方法,1静态测量(static surveying) （1）方法：将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。,（2）用途 是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。 （3）精度 可达到（5mm+1ppm）,2动态测量,（1）方法：先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1点静止观测数分钟后，在其他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。动态相对定位的作业范围一般不能超过15km。 （2）用途：适用于精度要求不高的碎部测量。 （3）精度：可达到（1020mm+1ppm）,图形：相对定位模式,静态相对定位模式,动态相对定位模式,.GPS实时动态定位（RTK）方法,1.RTK工作原理及方法 与动态相对定位方法相比，定位模式相同，仅要在基准站和流动站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。,2RTK用途：适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量。,3作业范围：目前一般为10km左右。 4精度：可达到（1020mm+1ppm）,经验交流,态度：处处小心、事事谨慎 方法：双检制，分级复核，既有成果互检，随时检查 组织：人员分工不分事 制度：定期复核制度，内、外业作业标准化操作制度,一、如何保证测量的准确性,经验交流,目的：测量成果的使用目的决定测量精度 方法：永久与临时相结合，测量计划 团队：人员分工协作、提高工作效率 沟通：测量人员与技术人员、测量人员与现场操作人员相互沟通，下发交底。,二、如何提高现场测量成果的效率,