工程測(cè)量原理與方法

其次講工程測(cè)量學(xué)的原理、方法和技術(shù)Theory,way,technologyofengineeringsurveying技術(shù)、空間測(cè)量方法與技術(shù)。難 量方法與技術(shù)、空間測(cè)量方法與技術(shù)總課時(shí)：4學(xué)時(shí)講 授：4學(xué)時(shí)概述工程測(cè)量學(xué)與大地測(cè)量學(xué)、攝影測(cè)量與遙感學(xué)、地圖制圖學(xué)海洋測(cè)繪和測(cè)繪儀器學(xué)一樣，是現(xiàn)代測(cè)繪學(xué)的分之學(xué)科。它即遵循測(cè)繪學(xué)的根本原理、方法和技術(shù)，又為了解決工程和工程建設(shè)中的測(cè)繪技術(shù)問題，工程測(cè)量學(xué)也觀測(cè)量和測(cè)量定位原理工程測(cè)量的實(shí)質(zhì)是：1>〔平X，Y，H〕及其隨時(shí)間的變化。2>〔X，Y，Z〕通過各種觀測(cè)量將設(shè)計(jì)實(shí)體放樣到實(shí)地。觀測(cè)量：1>角度〔方向〕觀測(cè)量〔高度角〔線間的夾角〕所用儀器：經(jīng)緯儀、全站儀2>距離觀測(cè)量所用儀器：鋼尺、皮尺、銦瓦線尺〔叫丈量法或機(jī)械法〕〔叫視距法或視差法〕測(cè)距儀、全站儀〔叫物理測(cè)距法〕GPS全球定位系統(tǒng)〔偽距法〕3>高差觀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)正常高程之差〔用于工程變形測(cè)量〕4>方位角觀測(cè)量地面上某一方向線與真北方向的夾角〔真方位角〕所用儀器：陀螺儀〔用于礦山、鐵路與大路隧道及城市地鐵隧道中〕工程測(cè)量中測(cè)量定位原理工程測(cè)量中所承受的坐標(biāo)系統(tǒng)：1>平面—高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)系或獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系2>測(cè)量定位原理：1>高差與高程的測(cè)定點(diǎn)之間的高差〔2-1：Hab=a-b的高程為：H H hab A AB的高差計(jì)算：h h S tan CS2ivAB 12 0 12 0 1 2S 為兩點(diǎn)之間的實(shí)測(cè)水平距離， 0

為PN兩點(diǎn)間的垂直角i、v ：1 2分別為儀器高和站標(biāo)高，C1KC K，RB的曲2R率半徑。Sd0可以用下式進(jìn)展計(jì)算：h h1(i

v)1(i v)h12 h

1 1 2 2 2 12y(Hm m)hy12式中：

R 2R2hd

1 )tan (2 12 21H A、Bmy A、Bm2＞點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)的測(cè)定極坐標(biāo)法的原理如下：：A、B兩點(diǎn)，求P點(diǎn)的坐標(biāo)X X P

SCOSBPY Y SSINP B BPX X

PYP

B BA Y SSIN B BA PY Y arctan B ABA X XB A各種改正計(jì)算得到。當(dāng)用于放樣時(shí)過程相反：PAP長(zhǎng)、AB和AP的方位角，從而得到放樣元素α和S ：AP AB AP(X (X X )2(YBAY)2B AAP通過放樣元素在實(shí)地上標(biāo)定出P點(diǎn)測(cè)角前方交會(huì)的原理：α、β為觀測(cè)角，P〔如圖〕

cotXB

cot(YB

Y)A )P cotcot )YA

cotYB

cot(X X B AP cotcot 2>點(diǎn)的空間三維直角坐標(biāo)的測(cè)定P方交會(huì)法，按下式計(jì)算：

sin2sin(

cos1 1

tan1 2)

z L 2 1sin sin

1 sin(

)YLsin(21

sin

1 2 1 2) z

tan2

2tan zzZ 1 22

2

sin()1 2

121

和、2 1

為在A、B兩點(diǎn)上架設(shè)儀器所測(cè)的P點(diǎn)的水平角和垂直角，L12

為兩臺(tái)儀器間的垂直角。儀器實(shí)測(cè)的是方向值r 和rAP BP

，設(shè)兩臺(tái)儀器間的方向值為r 和rAP BAr r 則有：1AB APr r2 BP BA我們把確定初始參數(shù)r 、r

和L的值稱為系統(tǒng)定向。設(shè)兩臺(tái)AB BA 12儀器間的高差為：H Ltan12 12其中：L：用基準(zhǔn)尺進(jìn)展丈量得到因此，系統(tǒng)定向主要為確定參數(shù)r 、rAB BA通用的地面測(cè)量方法和技術(shù)一、角度與方向測(cè)量1、光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)角光學(xué)經(jīng)緯儀是一種一般的測(cè)角儀器，在掌握測(cè)量中用于各種等級(jí)的測(cè)角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)等，在工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中按測(cè)角精度分為DJ1、DJ2、DJ6T2、T3。2、陀螺經(jīng)緯儀定向①、三北方向及其之間的關(guān)系圖中：△ C表示儀器常數(shù) 子午線收斂角0A0 周密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊的地理方位角0 地面周密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊的坐標(biāo)方位角 陀螺方位角T C子午線收斂角A 井下定向邊的地理方位角 井下定向邊的坐標(biāo)方位角‘ 陀螺方位角T②、陀螺經(jīng)緯儀的定向作業(yè)過程⑴、在地面邊上測(cè)定儀器常數(shù)過測(cè)定陀螺方位角 來求算儀器常數(shù)。TA 0 T⑵、在井下定向邊上測(cè)定陀螺方位角30C測(cè)定‘TA’T⑶、儀器上井后重測(cè)定儀器常數(shù)⑷、求算子午線收斂角一般地面周密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊的是坐標(biāo)方位角 需0要求算的井下定向邊，也是要求出其坐標(biāo)方位角，而不是地理A，因此，需要求算子午線收斂角。A 0 0 0 當(dāng)儀器所在點(diǎn)在中心子午線以東為正，以西為負(fù)，其值0可依據(jù)安置儀器點(diǎn)的高斯平面坐標(biāo)求算：Ky式中： 以分為單位K 由表中查，Y 點(diǎn)的橫坐標(biāo)，KM⑸、求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角A 0 T

0 0 T井下定向邊的坐標(biāo)方位角為：T

平 因此：0 T

’T

0 數(shù)，可用下式計(jì)算：y0y式中： 單位為秒；32.23tg〔1060〕yy和是地面和井下定向點(diǎn)的橫坐標(biāo)。yy0二、長(zhǎng)度測(cè)量1、機(jī)械法包括銦瓦線尺懸空丈量法、皮尺和鋼尺量距2、視距法利用視距裝置由上下絲進(jìn)展間接測(cè)距的方法。3、電磁波測(cè)距其中相位測(cè)距使用最廣。其測(cè)距公式為：1 C D4

0

K C0為真空中的光速，f器常數(shù)。測(cè)距誤差分：固定誤差〔與測(cè)距無關(guān)，比例誤差〔與距離成比例大氣折射誤差和相位測(cè)定誤差是測(cè)距的主要誤差。降低相位誤差是提高調(diào)制信號(hào)頻率，降低大氣折射誤差是通過測(cè)定沿光路的氣象元素〔溫度、氣壓、濕度，所以對(duì)于一臺(tái)儀器影響測(cè)距精度最大的是大氣折射率誤差。三、高程測(cè)量1、光學(xué)幾何水準(zhǔn)測(cè)量差大小分為：S05、S1、S3、S10。2、電磁波測(cè)距三角高程目前，在丘陵、山區(qū)電磁波測(cè)距三角高程可代替三、四等水準(zhǔn)測(cè)量。由于折射系數(shù)誤差對(duì)高程測(cè)定影響隨邊長(zhǎng)的平方增長(zhǎng)，因此，7002100工作中為了提高精度除進(jìn)展對(duì)向觀測(cè)外有時(shí)有意抬高站標(biāo)高。四、近景攝影測(cè)量〔略〕二、電子全站儀〔略〕三、測(cè)量機(jī)器人〔Georobot〕了人照準(zhǔn)和讀數(shù)。其作業(yè)方式有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。比例尺測(cè)圖和施工放樣，其測(cè)程在數(shù)百米以內(nèi)。監(jiān)測(cè)及大型工程的施工放樣測(cè)量。四、電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀是通過對(duì)標(biāo)尺的圖象經(jīng)過一段空氣在望遠(yuǎn)鏡像平面CCD輸、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理功能。專用測(cè)量方法工程測(cè)量的專用測(cè)量方法和技術(shù)集中反映在儀器上，主要用于周密工程傾斜、基準(zhǔn)線〔偏距、定位測(cè)量、周密投點(diǎn)。主要特點(diǎn)是高精度、自動(dòng)化、遙測(cè)、持續(xù)觀測(cè)。一、周密角度測(cè)量周密角度測(cè)量主要承受的是周密光學(xué)經(jīng)緯儀、周密電子經(jīng)緯儀和周密〔測(cè)定某一方向線與真北方向之間的水平角。目前電子經(jīng)角法，又分編碼法、動(dòng)態(tài)法和增量法，前兩種屬于確定法，后一種屬于相對(duì)法。測(cè)角分粗測(cè)和精測(cè)兩步，由于，光電測(cè)角消退了讀數(shù)誤差、度盤偏心誤差和刻劃誤差，所以，其測(cè)角精度主要由對(duì)中誤差、照準(zhǔn)誤差和外界大氣條件的影響。〔兩臺(tái)儀器空間交會(huì)〕用于滑坡監(jiān)測(cè)二、周密距離測(cè)量法分為干預(yù)法和相位法。離〔毫米至米。三、周密水準(zhǔn)測(cè)量周密水準(zhǔn)測(cè)量的專用測(cè)量方法和技術(shù)主要是微水準(zhǔn)測(cè)量、激光掃平水準(zhǔn)測(cè)量和液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量。前兩種承受專用的微型水準(zhǔn)尺和激光水1、微水準(zhǔn)測(cè)量微水準(zhǔn)測(cè)量：承受短視線的觀測(cè)方法。上述誤差的有效途徑。2、液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量利方程描述：PgHc或 PgH1 1 1 1

PgH2 2 2 2ρ為液體的密度，g重力加速度，H，C如圖：處于封閉狀態(tài)時(shí)，Pρ、ggagbhbhhab目前測(cè)定液面高度的方法：①、目視法〕四