1、工 程 测 量 （简易讲本）,主 讲 人： 程 淞 新疆广益工程建设有限公司,一、测量学概念及其分类,凡是研究地球表面区域内各类物体的几何特征的测绘科学统称为测量学。 分 类： 1、大地测量学：研究区域较大或整个地球，需要考虑地球曲率；分为常规大地测量和卫星大地测量。 2、地形测量学：研究区域较小，不需要考虑地球曲率；一般又可称为普通地形测量。 3、摄影测量学：利用摄影相片来研究地表形状和大小；分为地面摄影测量和航空摄影测量。 4、工程测量学：为建造、管理地球表面人工建筑所进行的测绘工作统称为工程测量学；（勘察设计、施工方样、竣工验收、工程检测保养）,二、测量学发展概述,国际上测量学初步发展时
2、期为十七世纪，主要是将望远镜应用于天象观测。 我国在公元前七世纪，春秋时期管仲所著管子一书中，收集了早期地形图纸27幅；公元前130年，西汉初期的地形图和驻军图是目前发现的最早的地形图。 公元前五世纪至三世纪（战国时期），我国制成了最早的指南工具司南，成为一种最早专业的测量仪器，也是我国四大发明之一。 在宋代，沈括使用水平尺、定向罗盘和日圭绘制了详尽的国家地形图天下州县图，同时制作了相应的立体模型，被称为“木图”，比欧洲最早的地形模型早了七百多年；十八世纪除，也就是清代初期，当时的清政府组织了世界最系统的大地测量，并完成了皇璵全图。此时，我国的测绘科学实质上始终处于世界的前列，此后则没有发展，
3、逐渐落后于世界水平。 新中国成立后，随着综合国力和高端科技的发展，我国的测绘科学才又得到了发展，尤其是航空遥感测绘技术（用于资源勘查），更是处于世界前列。,三、水准测量,（一）概述 1、主要目的： 测出地表（实体）上一系列点的高程。这些点称为水准点，应用到工程测量上被称为水准控制点。 2、分 类： 解放初期，国家测绘总局就对水准测量工作进行了统一规定，依据不同的要求，将其划分了四个等级。以精度分：一等水准测量最高，四等水准测量最低；以用途分：一、二等水准测量主要用于科学研究，同时作为三、四等水准测量的起算依据，三、四等水准测量主要用于国防建设、经济建设和地形测图的高程起算。 在国家划分的等级之
4、外，还有一种水准测量，它是为进一步满足工程建设和地形测图的需要，以国家三、四等水准点为起算点，进行局部高程控制而布设的工程水准测量或图根水准测量，通常就称为普通水准测量（等外水准）。 3、目前国家在进行积极的经济建设，有些特殊工程也被采用了相应高等级的水准测量；南京长江大桥是第一个采用一等水准方式进行测量和控制的工程，而对于关系国家民生的三峡水库，在建设中更是采用了目前精度最高的一等水准控制网。,三、水准测量,（二）常用的水准路线闭合差S为相邻水准点间的距离，以km为单位； L为水准路线长度，以km为单位； 等级水准测量必须为偶数站（减少偶然误差的影响）； 三等水准测量必须采用附和路线往返测，
5、且距离不得累计。,三、水准测量,（三）工作流程 任何工作，都有其基本程序，作为水准测量工作，也有其特殊的工作流程。 1、水准路线的拟定路线的选择和点位的确定； 2、点位的标定水准点的埋置和点之记（形式和位置） 3、外业施测仪器的选用和方法的选择 4、内业计算和平差简易平差（权值平差）和等权代替法平差,三、水准测量,（四）水准测量路线的形式 1、单一水准路线a 附和水准路线：由一个已知点联测到另一个已知点。b闭合水准路线：由一个已知点沿环形路线测回到此已知点。c支水准路线：由一个已知点施测到另一个未知点。必须进行往返测量，一般地形测量中不能超过4km。（实际施工中控制在三站以内）,三、水准测量,
6、（五）水准测量手簿,三、水准测量,（六）三四等水准测量的要求及测量控制标准 1、水准尺：采用木质黑红面双面标尺，必要时采用铟瓦基线尺。 2、仪器类型：等级最低为S3型。 3、读数规则：后前前后（黑黑红红）四等水准也可用后后前前（黑红黑红）,三、水准测量,（七）水准测量误差的主要来源水准测量误差的来源通常可以从三方面进行讨论仪器构造上的不完善，操作中作业人员感官灵敏度的限制，作业环境的影响。本科时就观测误差和作业环境的影响进行探讨。（仪器构造上的不完善将在仪器的使用和日常维护课程进行探讨） 1、水准管气泡居中的误差水准测量的主要条件是实现必须水平，在操作中是人们利用目视依据水准管气泡是否居中来实
7、现，但是由于生理条件的限制，以及水准管中液体与管腔内壁的摩擦阻力和粘滞作用，实际中人类靠自身的视觉不可能到严格辨别气泡的居中状态，因此就产生了相应的误差，称为水准管居中误差。（不可消除，现利用自动安平技术将其大大减弱）（m=0.1tS/p，t以 ” 为单位，p=206265） 2、在水准尺上的估读误差观测时，是通过目视十字丝在厘米间隔内的位置进行估读毫米位，无法产生毫米位的准确值，必然产生毫米位的误差。（不可消除；现在采用倍率放大器进行观测将这一估读误差减弱） 3、水准尺树立不直的误差水准尺的竖直与否直接影响读数的大小，而其原因受到人的因素、水准尺附着的水准气泡和气候（主要是风速）的影响。（目
8、前没有较为可靠的方法进行减弱） 大家可以计算一下空中倾斜1，对4.5米高度的影响（hcosy）。 4、仪器和测尺升降、大气折光、以及前后视仪器转动导致的误差大家可以理解一下，在施工中一般不予考虑。以上是将影响水准测量的因素做了单独分析，而实际中则是综合性的影响，在施工中希望大家注重前三条的影响，熟练操作流程、提高观测速度，就可以大大减少外界因素的影响；尤其是自动安平系统在水准仪器上的应用，更为操作人减轻了相对繁复的工作量，大大提高了观测速度，从而也能够提高我们进行水准测量的精度。,三、水准测量,（八）简易平差配赋计算(以考试题讲解),四、导线测量,（一）综 述 1、主要目的： 是建立国家基本平
9、面控制的一种方法，测出地表（实体）上一系列点的平面位置。这些点称为导线点，应用到工程测量上被称为平面控制点。 介绍：还有一种是三角测量，国家将同一点位的高程和平面坐标均进行确定，则称为三角点，属于国家高等级点，控制网分为一、二、三、四等三角网（或三角索），其下则补充有一、二级小三角网（锁）。所有工程测量以四等三角网（锁）为复核依据，特殊工程会以三等三角网（锁）作为复核依据。 2、导线形式的分类： a 附和导线：起始于一个已知控制点（边），终止于另一个已知控制点（边）。（通用） b 闭合导线：由一个已知控制点（边）出发，任然回到该已知点（边）进行复核。（厂矿、民建、大中型立交工程） c 支导线：
10、起始于一个已知控制点（边），终止于另一个待测控制点（边）。（无检核，一般不用） d 单节点导线网：几条导线汇合与同一结点。（一般不采用） e 多节点导线网：几条导线汇合的结点不少于两个。（一般不采用） f 环 形 导线网：几条导线相互附和并具有相同结点。（国家大型或特殊工程采用） （2002年，在施工襄阳至十堰高速公路高架桥时，我们采用的是一级小三角导线锁进行控制，是我所了解的在施工企业采用的最高导线控制等级）,四、导线测量,3、布设导线的基本要求 a 导线点之间通视条件良好，通视线路附近的大型物体较少； b 导线点间距大致相等，尤其避免相邻两边长度差距过大； c 导线点间距不宜过长，尽量减少
11、测角误差对点位误差的影响； d 导线点一般不出露地表，对于重要的导线点必须绘制点之记。,四、导线测量,（二）工程导线测量主要技术指标,四、导线测量,（三）角度测量的误差来源及其影响 角度测量的误差来源有三个大的方面外界因素影响，仪器误差影响和照准读数误差影响；仪器误差影响结合仪器使用进行讲解，而照准误差由于现在已使用电子读盘显示技术，只简单介绍一下就可以了。 1、外界因素的影响 a 大气层密度变化的影响 由于密度的不均一，导致气体的运动，造成成像不稳定，产生影像的波动。 b 大气透明度的影响 目标成像的清晰与否主要取决于大气的透明度，根本原因是光在物质中的散射。当空气中影响光线散射的物质较多时
12、，仪器中所看到的影像实际是光线经过颗粒物质的散射作用而形成的虚影，其本体的实际大小已经被改变，无法在仪器视野内获得准确的测定点。 c 旁折光的影响 光线经过密度不均匀的空气介质时，经连续折射后形成一条曲线，并向密度大的一方弯曲，导致看到的物体影像并不在视准轴所在的方向上，从而造成测量误差，该误差对于测量工作而言是非常严重的系统性误差，在工作中严禁在山坡、河流、湖泊位置设置控制点，同时应尽量避免在视线通过高大建筑物、烟囱、电杆或树木的侧方。 d 照准目标的相位差； e 温度变化对视准轴的影响； f 外界条件对占标内架的影响。,五、曲线测设,（一）概述 我们知道，由于受到地形地物限制和社会经济发展
13、的需要，交通路线总是不断从一个方向转向另一个方向，这时，我们为了确保车辆的稳定，确保行车的安全性和舒适性，就必须在空间范围内采用曲线进行不同方向的线路连接，就出现了平面曲线和竖曲线；随着经济的发展，经常在短距离内连接不同平面上的直线，人们又发明了立交曲线。 竖曲线一般采用大半径的圆曲线设计，曲折角可用纵坡值的差值来进行计算，实际施工中采用高程进行控制，在此就不进行详细讲解了；今天的重点是平曲线的测设。,五、曲线测设,（二）平曲线的分类 按照曲线的连接方式不同，可以将曲线分为如下几种： a 单圆曲线具有单一半径的曲线；几乎所有的道路都用到这一曲线形式，使用率可以说达到100； b 复曲线由两个或
14、两个以上同向的单圆曲线连接而成的曲线，一般受地形限制的地方会采用此种方式； c 反向曲线由两个不同方向的圆曲线连接而成的曲线；通常称为“道”； d 回头曲线转角接近或超过180的曲线，又称剪刀曲线；多层立交常用到的曲线形式； e 螺旋线线路转角达到360的曲线。,五、曲线测设,（三）各类曲线的图形实例 各类曲线图.dwg,五、曲线测设,（四）单圆曲线测设的方法： 单圆曲线测设的方法有多种； 传统方法以钢尺测距配合经纬仪放样的方法。包括偏角法、切线支距法、弦线偏距法、弦线支距法、割线法；其中常用的是偏角法和切线支距法（不同的理解）。 新方法随着经纬仪与电子设备的结合，以及卫星技术的实用发展，目前
15、勘察设计部门一般采用了GPS测量技术进行大地坐标的采点和放样；而施工单位，更多的是利用全站仪（光电测距设备）进行极坐标法放样。 针对本公司的具体情况，讲解偏角法、弦线偏距法和极坐标法的放样。,五、曲线测设,（五）传统方法图例 传统的方法：传统放样方法示意图.dwg 极坐标法：坐标法在施工中的使用方法极坐标放样示意图.dwg 坐标法：适用于GPS测量手段,五、曲线测设,（六）圆曲线的要素和主要点里程及计算 a 包括半径R、偏角（线路转角）a、切线长T、曲线长L、外失距E和切曲差q。内业设计前，R、a为已知数据，则其他要素可利用圆的几何公式和三角学原理计算得出。 b 圆曲线要素示意图.dwg c
16、圆曲线要素的计算公式T=Rtg（a/2）L=Ra/180 E=R sec（a/2）-1 q=2T-L d 圆曲线主要点里程的计算和复核。 e圆曲线主要点的测设。,五、曲线测设,（七）圆曲线的偏角法测设 （八）圆曲线的切线支距法法测设 （九）圆曲线的弦线偏距法测设 传统放样方法示意图.dwg （十）圆曲线的极坐标法测设 极坐标放样示意图.dwg,六、带有缓和曲线的圆曲线测设,（一）缓圆曲线及其曲线要素及计算（带有缓和曲线的圆曲线简称为缓圆曲线） 缓和曲线是为了保证线路在空间位置的顺接，以确定行车安全为目的而增设的一种曲线，线性为螺旋线或高次抛物线，我国一般采用螺旋线。 a 曲线要素和单圆曲线相同
17、，但是在计算时增加了三个缓和曲线参数。 b缓圆曲线要素示意图.dwg c 缓圆曲线要素的计算公式T=m+（R+p）tg（a/2）L=R(a-2 0) /180 +2L0E= （R+p） sec（a/2）-Rq=2T-L d 相关参数L0 缓和曲线长度 0 HY(YH)点的缓和曲线角度m 切线增加的长度 p 圆曲线段相对于切线的内移量后三个数据称为缓和曲线参数，可按照以下公式计算：0 = L0 /2Rp = 2L0 2/24R-L04/(2348R3) m = L0 /2-L03/(240R2) （为标准常数，236265”1弧度的秒数）,五、曲线测设,（二）缓和曲线主点的测设及复核 在测设缓圆
18、曲线主点，根据确定的R、a、L0进行曲线要素的计算（第一节c中公式），但是HY点需进行计算才能得出。 （三）对缓圆曲线的简略分析 在此我们将整条曲线分成缓和段和圆曲段分别进行分析； 1、缓和段：缓和段计算示意图.dwg 如图所示，利用微积分原理可得出 （关于微积分在此不做讲述）： dx=dL*cos dy=dL*sin 而缓和曲线上任一点可以通过定积分得出： xi=Li-Li5/(40c2)+Li9/(6912c4) yi=Li3/(6c)-Li7/(336c3)+Li11/(42240c5) 注：c为可变常数，c=RL0 2、圆曲段：缓和段计算示意图.dwg 首先利用独立坐标系及单圆几何性质
19、可以得出： x=Rsinai y=R（1-cosai） 而圆曲线进行内移后，导致实际坐标与原单圆坐标存在坐标增量m和p，则实际坐标值为 x=Rsinai+m y=R（1-cosai）+p 注：ai=1800（Li L0）/( R)+ 0 ,五、曲线测设,（三）偏角法测设 在施测时一般将整条曲线分成缓和段和圆曲段分别进行测设； 1、缓和段:：设站于ZH(HZ)点 缓和段计算示意图.dwg 因实际的 ij 很小，则利用近似原理有ij =tg ij=yj/xj 将下式只取第一项 xi=Li-Li5/(40c2)+Li9/(6912c4) yi=Li3/(6c)-Li7/(336c3)+Li11/(4
20、2240c5) （c=RL0） 则可推出： ij =Li2/（6RL0） 各点偏角值与该点距起点的曲线长度的平方成正比 继续进行计算即可得出各点的偏角值。 【 注： i0= L0/（6R） 】 若能进行等分，则角度计算更为简单，大家可以自己讨论一下。 2、圆曲段：设站于YH(HY)点 缓和段计算示意图.dwg 关键是要得到设站点【YH(HY)点】与圆曲线的切线方向。 0和i0可以通过计算得出，,五、曲线测设,（四）极坐标法测设（利用独立坐标系和计算的坐标值进行放样）前期准备工作量较大，但通过编程技术和卡西欧计算器配合，速度是目前施工中最快、精度最高的放样方式。 大家可以讨论一下：利用全站仪的情况下，如何建立我们在施工线路中的独立坐标系进行坐标法放样。 方案提示：讨论后进行。,课 程 结 束谢 谢,
