工程测量培训幻灯片.ppt

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1、主要培训内容,1、工程测量基本知识2、水准测量3、角度测量及控制测量4、工程控制网的建立5、核电测量与火电测量的区别6、测量管理程序,1、工程测量基本知识,1.1 测量常用坐标系介绍（1）大地坐标系（2）空间直角坐标系（3）WGS-84坐标系（4）平面直角坐标系测量中平面直角坐标系有：高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系以及建筑施工坐标系。测绘工作中所用的平面直角坐标系与解析几何中所用的平面直角坐标系有所不同，测量中的平面直角坐标系以纵轴为X轴，表示南北方向，向北为正；横轴为Y轴，表示东西方向，向东为正；象限顺序依顺时针方向排列。,平面直角坐标系,（a）测量平面直角坐标系（b）数学平面直角坐

2、标系,1.2.1 概念 地面点到高度起算面的垂直距离称为高程。高度起算面又叫高程基准面。选用不同的高程基准面，可以得到不同的高程系统。在一般的测量工作中是以大地水准面作为高程基准面。某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离,称为该点的绝对工程或海拔,简称高程,用H表示.1.2.2 现用高程基准面 由青岛验潮站验潮结果推算的黄海平均海面作为我国高程起算的基准面。我国曾采用青岛验潮站1950-1956年期间的验潮结果推算了黄海平均海面，称为“1956年黄海平均高程面”，以此建立了“1956年黄海高程系”。我国自1959年开始，全国统一采用1956年黄海高程系。后来又利用该站1952-1979年期间的验潮

3、结果计算确定了新的黄海平均高程，称为“1985国家高程基准”。由1956年黄海平均海水面起算的青岛水准原点高程为72.289m，由1985国家高程基准起算的青岛水准原点高程为72.260m。1.2.3 相对高程 假定一个水准面作为高程基准面，地面点至假定水准面的铅垂距离，称为相对高程或假定高程。,1.2 高程,1.3 方位角,1.3.1基本方向真北方向过地面某点真子午线的切线北端所指示的方向，称为真北方向。坐标北方向坐标纵轴（X轴）正向所指示的方向，称为坐标北方向。磁北方向磁针自由静止时其所指北端所指的方向称为，磁北方向。1.3.2 子午收敛角与磁偏角子午收敛角过一点的真北方向与坐标北方向之间

4、的夹角称为子午收敛角，用表示。磁偏角由于地球磁极与地球南北极不重合，因此过地面上一点的磁北方向与真北方向不重合，其间的夹角称为磁偏角，用表示。1.3.3 方位角由直线一端的基本方向起，顺时针方向至该直线的水平角度称为该直线的方位角。方位角的取值范围是0360。真方位角由真北方向起算的方位角，用A表示。坐标方位角由坐标北方向起算的方位角，用表示。磁方位角由磁北方向起算的方位角，用Am表示。,1.3.4 方位角之间的关系,三种方位角之间的关系,1.3.5 正、反坐标方位角,如图所示，以A为起点、B为终点的直线AB的坐标方位角B，称为直线AB的坐标方位角。而直线BA的坐标方位角BA，称为直线AB的反

5、坐标方位角。由中可以看出正、反坐标方位角间的关系为：,方位角的推算在实际工作中并不需要测定每条直线的坐标方位角，而是通过与已知坐标方位角的直线连测后，推算出各直线的坐标方位角。如图所示，已知直线12的坐标方位角12，观测了水平角2和3，要求推算直线23和直线34的坐标方位角。,由上图可以看出：因2在推算路线前进方向的右侧，该转折角称为右角；3在左侧，称为左角。从而可归纳出推算坐标方位角的一般公式为：计算中，如果前360，应自动减去360；如果前0，则自动加上360。,1.4 平面直角坐标正、反算,设A为已知点，B为未知点，当A点坐标（XA，Y A）、A点至B点的水平距离S和坐标方位角均为已知时

6、，则可求得B点坐标（XB，Y B）,通常称为坐标正算问题。,XB=XA+XAB YB=YA+YAB式中，XAB=S*cosABYAB=S*sinAB所以，XB=XA+S*cosABYB=YA+S*sinAB,直线的坐标方位角和水平距离可根据两端点的已知坐标反算出来，这称为坐标反算问题。如上图所示，可求得直线AB的坐标方位角AB和水平距离S。AB=arctan（YAB/XAB）S=YAB/sinAB=XAB/cosAB上两式中，XAB=XB XA，YAB=YB YA应当指出，上式中YAB、XAB应取绝对值，计算得到的为象限角R，象限角取值范围为090。而测量中通常用坐标方位角表示直线的方向，因此

7、，计算出象限角R后，应将其转化为坐标方位角，其转化方法见下表,水准测量,.1 水准测量原理与方法原理：利用水平视线，借助水准尺直接测量各点间高差，然后根据已知高程推算待求高程。、B两点的高差为：AB=-B点的高程HB 可用下式计算：HB=HA+(-),2.2 常用水准仪介绍水准仪是用于水准测量的仪器，目前我国水准仪是按仪器所能达到的每千米往返侧高差中数的偶然中误差这一精度指标划分，共分为四个等级。,2.3 水准测量外业观测施测及注意事项2.3.1 普通水准测量国家三、四等以下的水准测量为普通水准测量。进行连续水准测量时，为了能及时发现观测中的错误，通常采用双面尺法或两次仪器高法进行观测，以检查

8、高差测定中可能发生的错误。2.3.2国家三、四等水准测量通常采用木质的两面有分划的红黑面标尺。三、四等水准测量在一站上的水准仪照准双面水准尺的顺序为：“后前前后”（黑、黑、红、红）；四等水准测量每站观测顺序也可为“后后前前”（黑、红、黑、红）。,2.3.3 精密水准测量精密水准测量一般指国家一、二等水准测量。,观测顺序：往测：奇数站为后-前-前-后；偶数站为前-后-后-前返测：奇数站为前-后-后-前；偶数站为后-前-前-后,2.3.4 水准测量注意事项（1）仪器到前后水准尺的距离尽量相等，其差应小于各等级规定的限制。（2）同一测站观测时，不应两次调焦。（3）每测一段的往测与返测的测站数均应为偶

9、数，否则应加入标尺零点差改正。（4）测段往返测高差较差超限时应重测，重测后应选用两次合格结果。（5）工作间歇时应在水准点上结束。2.4 水准测量误差来源a）仪器误差视准轴与水准管轴不平行的误差；水准尺误差。b）观测误差精平误差；调焦误差；估读误差；水准尺倾斜误差。、c）外界环境的影响水准仪水准尺下沉误差；大气折光的影响；日照及风力引起的误差。,2.5 水准仪i角误差检验及校正,三、方法和步骤检验：设水准管轴不平行于视准轴，它们之间的交角为i。当水准管气泡居中时，视准轴不在水平线上而倾斜了i角，水准仪至水准尺的距离越远，由此引起的读数偏差也越大。检验时，在平坦地面的一直线上选定J1，A，B，J2

10、四点，点间距均为20.6m，如下图所示。,精密水准仪i角检验,J1和J2点用小木桩或测钎标志，A和B点安置尺垫。水准仪先安置于J1点，精平仪器后分别读取A，B点上水准尺的读数a1，b1。如果i=0，视线水平，在A、B点上水准尺的读数应为a1，b1，由i角引起的读数误差分别为和2。然后把仪器搬至J2点，精平仪器，分别读取A、B点上水准尺的读数a2，b2。视线水平时的正确的读数应为a2，b2，读数误差分别为2和。在J1点和J2点测得的正确高差分别为如果不顾及其它误差，则h1=h2，由此得到由于由i角引起：最后得到：规范规定,用于一二等水准测量的仪器i角不得大于15;用于三四等水准测量的仪器i角不得

11、大于20,否则应进行校正。,校正：对于DSl级水准仪，当i15”时，需要进行水准管轴平行于视准轴的校正(i角校正)。校正在J2测站上进行，先求出水准尺A的正确读数a2：将a2的后三位数字安置在测微器上，转动微倾螺旋，在水准尺上使楔形丝夹住a2的前三位数字的注记分划。此时，视准轴已水平，但水准管气泡已不居中(两端影像不符合)，用校正针拨动水准管位于目镜一端的上、下两个校正螺丝，使水准管两端的影像符合(居中)，即水准管轴亦处于水平位置，满足LC的条件。校正水准管前，应首先决定要抬高还是降低水准管有校正螺丝的一端(目镜端)，以决定校正螺丝的转动方向。在转动校正螺旋时，必须遵循“先松后紧”的规则，否则

12、，非但不能达到校正的目的，而且容易损坏校正螺丝。经校正后，应再进行一次i角的检验。必要时，再进行一次校正。,3 角度测量及控制测量,3.1角度测量原理,水平角和垂直角,水平角，就是相交的两条直线的夹角在水平面上的投影，角值0360。竖直角，是同一竖直面内目标方向与一特定方向之间的夹角。,3.2常用经纬仪分类经纬仪，依据度盘刻度和读数方式不同，分为游标经纬仪、光学经纬仪及电子经纬仪。经纬仪的类型很多，国内经纬仪系列是按野外“一测回方向观测中误差”这一精度指标划分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级。3.3 全站仪和自动全站仪介绍 全站仪是全站型电子速测仪的简称，它集电子经纬仪、光

13、电测距仪和微处理器于一体。全站仪的基本功能是在仪器照准目标后，通过微处理器的控制，能自动完成测距、水平方向和天顶距读数、观测数据的显示、存储等。自动全站仪是一种能进行自动搜索、跟踪、识别和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。3.4 测量控制网测设方法,控制网测设方法,观测顺序如下：（1）选择其中一个边长适中、成像清晰地方向（如A）作为起始方向，并以此调好望远镜焦距，在一测回中不再变动。（2）在盘左位置照准零方向A，并配置好度盘。（3）顺时针方向旋转1-2周，精确照准零方向A，并读取水平角度数。（4）顺时针方向旋转照准部，依次照准B、C、D并读数，最后回到零方

14、向A再照准并读数（称为归零）。以上操作称为上半测回观测。（5）纵转望远镜，逆转照准部1-2周，从零方向A开始，依次逆转照准D、C、B，再回到A并读数，称为下半测回观测。其余各测回观测均按规定配置度盘，操作如上。当方向不超过3个时，按规范要求半侧回中不归零。3.4.2 距离测量距离是几何测量的基本元素，一般采用电磁波测距。,3.4.1角度观测方向观测法(全圆测回法)，适用于观测两个以上的方向,4 工程控制网建立,工程控制网及其特点 工程控制网的布设 工程控制网的施测与数据处理,工程控制网及其特点,工程控制网分类 按用途分为：测图控制网、施工测量控制网（包含安装测量控制网）、变形监测网。按网点的性

15、质分为：一维网（高程网）、二维网（平面网）、三维网。按测量方法分为：高程网、三角网、测边网、边角网、GPS网。按测量基准分为：约束网（附合网）、独立网、自由网。,工程控制网及其特点,工程控制网的作用 工程控制网为在工程建设范围内提供统一的坐标、高程基准和控制测量误差积累。测图控制网是测图图根点加密的依据，其密度满足测图需要。施工控制网是放样的依据，也用于施工期间变形监测。变形监测网是变形观测的依据，控制点相对于监测点有较高的稳定性。,工程控制网及其特点,工程控制网的特点 控制点分布与工程相适应，施工控制网应满足施工放样需要。施工控制网、变形监测网要求控制点保证某一方向的精度及点之间的相对精度。

16、施工控制网投影面一般在施工的平均高程面上。平面控制网常采用工程独立坐标系。,工程控制网及其特点,工程控制网的建立过程 工程控制网的设计。进行图上设计、野外选点，确定网形、观测方法、精度等级、标石类型等。需要时可进行网的优化设计。控制点的选点埋石、观测墩的浇筑。控制网的观测及观测值的检验。控制网观测数据处理，平差计算和精度评定，成果整理。,工程控制网的布设,工程控制网的质量准则 精度准则包括总体精度、点位精度、相对点位精度、未知数函数的精度等，反映网的精度。可靠性准则包括内部可靠性和外部可靠性，指发现观测值粗差能力和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力。灵敏度准则仅对变形监测网，是在某一方向上网点

17、精度的反映，网的灵敏度越高，要求观测值的精度也越高。费用准则有两个原则：费用一定，网的质量最好；网的质量满足要求，费用最小。,工程控制网的布设,工程控制网的布设原则 分级布设逐级控制，有时可布设全面网。要有足够的精度和可靠性。施工控制网和变形监测网的精度一般高于测图控制网。要有足够的点位密度。要有统一的规格，制定规范。工程控制网规范有：城市测量规范、工程测量规范、精密工程测量规范以及一些专业工程测量规范等。,工程控制网的布设,工程控制网坐标系和高程基准 平面坐标可采用工程独立坐标系，大型工程项目为使地形图和国家坐标系一致，应和国家基本控制点联测。而高程一般采用国家高程基准。工程独立坐标系可以是

18、任意中央子午线和工程主轴线为坐标轴。投影带和投影面的选择应满足投影长度变形小于施工测量要求。控制范围很大时，应考虑分带投影。当控制范围较小时，可把局部地球表面看作平面。,工程控制网的布设,工程控制网的优化设计 控制网优化设计分为：零类（基准）设计、一类（图形）设计、二类（观测精度）设计和三类（已有网的改进）设计。控制网的优化设计方法有解析法和模拟法。,工程控制网的施测与数据处理,平面控制网建立主要采用GPS测量、也采用边角网和导线网。高程控制网建立主要采用水准测量和三角高程测量方法，在地形平坦地区可采用GPS水准代替相应精度的水准测量。工程控制网的数据处理包括观测值检验和网的平差。平差是求未知

19、数（坐标、高程）的最佳估值、评定总体精度、点位精度、相对点位精度以及未知数函数精度等（主要方法有间接平差法、条件平差法）。,5 核电测量与火电测量的不同,5.1 布网方式不同火电测量控制网，一般布置成规则的矩形格网，称为建筑方格网；建筑方格网的建立原则，由整体到局部，其程序一般采用先做整个控制建筑场地的主轴线，然后按各个布局不同精度要求来建立方格网；方格网大小，要根据建筑物的实际情况决定，方格的边长一般在100-200m为宜；方格网点布设在建筑物周围、次要通道上或空隙处，坐标数值最好是5或10的整倍数。每个方格网点均需埋设混凝土墩，且随着施工的进行容易被损坏，产生不必要的浪费。核电测量控制网，

20、一般采用分级布设方式，分为首级网、次级网、加密网、微网等，其布网方式比较灵活，比建筑方格网选点自由。5.2 精度不同核电工程主厂房控制网要求按精密工程测量三角网测量中三级精度要求布设，采用边角同测的方式进行测量，要求对所有可见边进行完全边角测量。核电建设工程设计到和安全，工程定位精度要求高，控制网点位相对精度要求小于2mm。用于大型设备的安装测量控制网，其控制点的点位中误差要求在1mm以内。发电机汽轮机安装时，平面和高程定位中误差均要求1mm。,5.3 核电测量的特殊性 核电厂主厂房平面控制点埋设要求采用永久性强制对中观测墩，为保证控制点的稳定性，控制点观测墩埋设采用钢筋混凝土浇注。观测墩底面均埋设于基岩50厘米以下，顶面预埋不锈钢强制对中盘，强制对中盘与观测墩内主筋焊接连接，采用水准仪将强制对中盘进行精确整平。核电厂的选址一般都在沿海地区，这些地区一般天气潮湿，风力较大，采用常规测量控制桩点位不稳固，易变形，给施工测量带来诸多不利因素。而采用强制对中装置可有效提高观测精度，可以为工程施工提供更为可靠的基准。核电厂工程测量对精度的要求特别严格，一般采用0.5级的仪器才可以达到其要求的精度。,6 测量管理程序,详见工程测量管理程序,