2023年测量员必备测量知识.pdf
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1、第一部分 测量工作在施工生产中作用由于社会的发展,工程项目的增多,测量技术已经广泛地应用于工程建设的各个阶段。应用于工程建设上,其任务共分三项:测图;放样;监测。测图工作是设计和测绘部门的重要任务,我们只需了解一些概念即可。监测可理解为监控测量,监测的重要内容为:在施工过程中对地质和地形变化情况进行监视。例如:在隧道施工过程中,对围岩受敛情况及拱顶下沉情况进行观测,以及其它大型建筑物和高路基或地质不良地段需要经常地观测它们的变形情况,以便采用相应的措施,保证工程质量和人员、行车的安全。对于我们施工单位而言,测量工作的重要任务就是放样,由于测量放样工作贯穿着工程的全过程。放样亦称测设,就是把图纸
2、上设计好的各种建筑物按设计规定测设到地面上,并用一定的标志表达出来,作为施工的依据。测量技术是为人类生产服务的一门技术,在施工生产中,测量具有十分重要的作用。例如:在铁路、公路勘测设计的时候需要测绘较大比例尺的地形图和断面图,以便设计部门运用该图选择和拟定线路位置;我们施工单位要将设计好的线路位置准确地标定在地面上;整个工程完毕后还要进行竣工测量等总之,在整个工程建设过程中,无论是勘测设计阶段,施工阶段和运营阶段,这些工作都离不开测量。测量工作的质量将直接影响工程建设的设计方案及施工的进度和工程质量。因此,作为工程技术人员,只有纯熟掌握和理解各种基本测量操作技术及必要的计算技巧,才干通过测量对
3、各种建筑物进行精确的定位、放样。测量的实际工作分为外业和内业两个内容,其外业工作(放样工作)即为测量地面上各点之间的角度、水平距离和高差,测量成果的好坏亦取决于这三项工作的质量;内业工作涉及资料计算、现场放样记录、成果整理复核等。第二部分水准测量一水准测量的原理水准测量亦称高程测量,拟定地面上某一点的高程所进行的测量称为高程测量。拟定一点的高程通常可采用水准测量方法和三角高程测量方法,而水准测量方法是最准确的也是最普通的使用方法(三角高程测量方法将在全站仪使用部分做介绍)。水准测量又称为几何水准测量(我们施工单位也称为抄平),是运用水准仪配合水准尺测定地面点高程的常用方法。要拟定一个点的高低位
4、置(也就是要知道这个点的高程),一方面要拟定一个起算面(水准面)。目前我国采用“1985年国家高程基准”,它是国家测绘机构在青岛验潮站附近设立固定标石,用精密水准测量方法成年累月长期观测记录而求得的,这个固定标石点称为青岛水准原点,高程为 72.260m,是国家一等水准网和全国高程测量的起点。其他等级的国家水准点高程均以此推算。青岛水准原点的高程即黄海平均海水面至该点的高差,我国都把青岛水准原点附近的黄海平均海水面作为大地水准面,也就是我国计算高程的起算面。地面上某一点沿铅垂线方向至大地水准面的距离称为绝对高程或海拔(简称为高程或标高),用“H”表达。大地水准面的绝对高程为零。有时在局部地区,
5、求某一点的高程有困难时,也可以假定一个水准面作为高程的起算面。地面上一点A 至大地水准面的铅垂距离用HA表达;至假定水准面的铅垂距离用H A表达,如图2-1。地面上任意两点的高程之差称为高差,运用水准仪进行高程测量的基本原理如下:地球上各点至大地水准面的铅垂线不平行的而汇交于地心的。但在小范围内我们可以把大地水准面当作水平面,所 以HA、HB以及hAB可见图2-1所示。A 点对B 点的高差为:hAB=HA-HB=HA-HB在施工测量时,测定两点的高差是运用水准仪进行的,如图2-2所示:设已知A 点的高程为HA,现需要测定B 点的高程,在 A、B 两点之间安顿水准仪,在 A、B 两点之间竖立水准
6、尺,运用水准仪提供的水平视线,从仪器中分别读取A、B 两点上水准尺的读数为a 和 b,由图中几何关系可得出B 点对A 点的高差:hAB=ab则 B 点的高程为:HB=(HA+S)b=HA+(ab)这里我们把已知点A 点称为后视点,A 点上水准尺的读数称为后视读数;B 点称为前视点,B 点上水准尺的读数称为前视读数。计算高差时总是用后视读数减去前视读数。当a b 时,高差为“+”,说明前视点比后视点高;反之则前视点低于后视点。图2-2二仪器和工具水准仪:由望远镜、水准器、基座三部分组成。1 .望远镜一一由物镜、目镜和十字丝(上、中、下丝)三部分组成。2 .水准器有两种:圆水准器一一精度低,用于粗
7、略整平。水准管一一精度高,用于精平。目前我们项目部各工点采用的水准仪均为自动安平水准仪,它没有水准管;本来使用的微倾式水准仪重要采用水准管进行精平,现在工地上已很少使用。3.基座为了支承并水平转动仪器,需要一个基座;仪器的竖轴与支架连成一个整体插入基座的轴套里,使望远镜能绕竖轴转动。水准尺水准尺简称标尺,供仪器读数用。重要有单面尺、双面尺和塔尺几种,水准尺规定顺直,刻划准确、清楚,采用木质和铝合金材料制作。铁路五等水准测量常用的为塔尺,尺面分划为1cm或5mm,每10cm处(E字形刻划的尖端)注有阿拉伯数字。双面尺又称黑红双面标准尺,由两把尺组成,双面标准尺的黑面底部读数均由0开始;红面尺的底
8、部读数:一把为4687mm,另一把为4787nlm。双面尺重要用于三、四等水准测量或者规定较高精度的水准点引测。尺垫在水准测量中,为使高程得到可靠的传递并使水准尺不致于下沉,常采用尺垫作转点,以防止观测过程中水准尺下沉。三水准仪的使用操作程序:粗平一一瞄准一一精平一一读数 粗 平 一一调节脚螺旋,使圆水准气泡居中。规律:气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。瞄 准1.方法:先用准星器粗瞄,再用微动螺旋精瞄。2.视差概念:眼睛在目镜端上下移动时,十字丝与目的像有相对运动。产生因素:目的像平面与十字丝平面不重合。消除方法:仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。精 平若使用自动安平水准仪,仪器无微倾
9、螺旋,故不需进行精平工作。(4)读数一一精平后,用十字丝的中丝在水准尺上读数。1.方法:米、分米看尺面上的注记,厘米数尺面上的格数,毫米估读。2.规律:读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器,即从上往下读,望远镜成正像的仪器,即从下往上读。四普通水准测量的实行及成果整理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,一般常用BM表达。有永久性和临时性两种。永久性水准点的高程由设计部门提供,临时性水准点的高程由施工单位自行引测。水准路线水准路线依据工程的性质和测区情况,可布设成以下几种形式(如下图所示):1.闭合水准路线由已知点BM1出发,通过若干待测点,最后回到已知点
10、BM1。2.附合水准路线由已知点B M 1 出发,通过若干待测点,附合到已知点B M 2。3.支水准路线由已知点B M 1 出发,引测到某一待定水准点A。外业观测观测规定:1 .水准仪安顿在离前、后视距离大体相等之处。2 .为及时发现观测中的错误,通常采用“两次仪器高法”,即改变仪器高度(0.1 0.2 m 左右),重新安顿仪器,再测一次高差,两次仪器高法高差之差h-h,5 m m 时取平均值作为本站高差,否则要重测;或采用“双面尺法”进行高差观测。双面尺法规定红黑面读数差 b2,得h 2=a2-b2(4)若 h 2#h 一 则水准管轴不平行于视准轴,有 i 角。由于h为对的高差bz 的误差可
11、忽略不计,故有:对于S 3水准仪,若 i 角大于20 时,需校正。2.校正方法有二种:a.校正水准管(重要用于微倾式水准仪)旋转微倾螺旋,使十字丝横丝对准(a?=h i+bj,拨动水准管“校正螺丝”,使水准管气泡居中。b.校正十字丝(重要用于自动安平水准仪)保持水准管气泡居中,拨动十字丝上下两个“校正螺丝”,使横丝对准a?读数即可。七自动安平、精密、电子水准仪简介自动安平水准仪1.原理:与普通水准仪相比,在望远镜的光路上加了一个补偿器。2.使用:粗平后,望远镜内观测警告指示窗若所有呈绿色,方可读数;最佳状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。3 .检校:与普通水准仪相比,要增长一项补偿器的检查
12、,即:转动脚螺旋,看警告指示窗是否出现红色;以此来检查补偿器是否失灵。精密水准仪(每公里往返平均高差中误差W l m m)1、精密水准仪一一提供精确的水平视线和精确读数;2、精密水准尺一一刻度精确(锢钢带水准尺)。3、读数方法(1)精平后,转动测微螺旋,使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。(2)读数时,将整分划值和测微器中的读数合起来。数字水准仪及条纹码水准尺1、具有自动安平、显示读数和视距功能。2、能与计算机数据通讯,避免了人为观测误差。八水准测量误差及注意事项误差来源有:仪器误差、操作误差、外界条件影响。1.仪器误差重要有:视准轴不平行于水准管轴(i角)的误差、水准尺误差。2.操作误差重
13、要有:水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。3 .外界条件影响的误差重要有:仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。注意事项水准测量的误差对高程的影响很大,了解误差的性质及其对成果的影响是很有必要的;特别是系统性误差,虽然对单个测站来说微局限性道,但累计的结果却是不可忽视的。掌握这些规律,就可很好的指导我们的操作,获得优质的成果。在整个测量过程中,只要有一个测站犯错,就会导致整个测段内的成果不合格。要做到每个测站都对的无误,测量人员必须紧密配合,认真细致的做好扶尺、观测、记录、计算等每一项工作。现将水准测量注意事项列下:扶 尺“四要”1 .尺子要检查:测量前要检查标尺刻
14、划是否准确,塔尺衔接是否严密,测量过程中要随时检查尺底或尺垫是否粘有泥土。2.转点要牢固:转点最佳用尺垫,或者选择坚硬稳固而又有凸棱的石头上,保证转点在两个测站的前后视中不改变位置。3.扶尺要检查:塔尺如有横向倾斜,观测者易于发现可指挥立直;如前后倾斜则不易发现,会导致读数偏大。故扶尺者身体要站直,如尺上有水准器时要检查使气泡居中。4.要用同一的尺:由于塔尺底部的磨损或包铁松动,将会使尺底部零点位置不准,为消除其影响,在同一测段要用同一个尺。且测站数为偶数。观 测“六要”1.仪器要检校:测量前要把仪器校正好,使各轴线间满足应有的几何条件。2.仪器要安稳:中心螺旋连接要稳固可靠,松紧适当,架腿要
15、踩实,观测者不得扶压或骑跨架腿,观测过程中不得碰动仪器。3.前、后视要等长:前、后视等长的水准测量,可 以 消 除i角误差以及地球曲率的影响,假如地面坡度不大还可消除大气折光的影响。普通水准测量最大视线长度不得大于1 5 0 m,视线不要靠近地面,最小读数要大 于0.3 m o4.视线要水平:使用微倾式水准仪度数前气泡要符合,为避免匆忙读数之差错,读数前后均应检查气泡是否符合。烈日下要打伞。5.读数要准确:读数前要消除视差,要认准横丝,要认请标尺刻划特点,每次读数最佳读两次。6.迁站要慎重:未读前视读数时不得匆忙搬动仪器,以免使水准路线 中 间“脱节”,导致返工;半途休息时,应将前视点选择在容
16、易寻找的地方,并作好标志,列如记录,以便下次续测。记录四要1.要复诵:读数列入记录时要边记边复诵;避免听错记错。如观测者兼作记录时,记完后可再看一下读数,以资复核。2.记录要清楚:按规定格式填写,笔迹要端正,点号要记请,前后视读数不得漏掉,不得颠倒。3.要原始记录:要在现场用硬铅笔(H B)填写在记录簿中,不得眷抄,以免转抄错误。记录错误时,不得用橡皮擦改,要在错误数字处画一横线,并将对的数字写在上方。4.计算要复核:记录者要及时根据读数计算出高差,记入记录簿并作计算的检查,再由另一人复核。记录簿要将司仪、记录、计算者署名齐全,以明确责任。九 三、四等水准测量三、四等水准测量除用于国家高程控制
17、网的加密外,还常用于小地区的首级高程控制(工程建设中高速公路的高程一般均采用四等水准测量进行)。三、四等水准测量比前述的国家等级外(铁路上常用的五等)水准测量在方法上和精度上都有所不同。现将三、四、五等水准测量规定列于下表(表2.9.1),供参照使用。技术项目三等四等五等仪器及工具D S 3型水准仪、双面标准尺D S 3型水准仪、双面标准尺D S 3型水准仪、双面普通尺测站观测程序后-前一前一后后一后一前一前视线最低高度三丝能读数三丝能读数中丝读数大于0.3 m最大允许视距7 5m1 0 0 m1 50 m每段前后视距差W 2 mW 3 mJ 2 0 m累积视距差这6 mJ 1 0 m视距读数
18、法三丝读数(上一下)三丝读数(上一下)直接读视距K+黑-红W 2 m m 3 m n i黑红面高差之差S 3 m mW 5m m高差闭合差W 1 2 5/L m mW 2 0 J L m m(3 0 J L m m 三、四等水准测量的规定和方法1.观测和记录三、四等水准测量每站的观测和记录顺序见表2.9.1.I o2.测站上的计算与检核视距计算:后视距 2式中:S 实测斜距;6一天顶角;D一计算平距,D=s i n 8 X S oi 仪器高;I 前视棱镜高。R 一地球曲率半径,6 3 7 1 k m。其他说明:1.当两点距离较大时(大于1 0 0 0 m),应在两点中间加桩,以减少折光和测角的
19、误差影响。2.天顶角应采用盘左、盘右法观测,其指标差应小于7。第三部分 角度测量角度测量涉及水平角测量和竖直角测量。测量水平角是为了拟定地面点的平面位置;测量竖直角是为了间接测定地面点的高程。一.角度测量的原理1水平角定义从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角,称为水平角。其范围:顺时针0,3602竖直角定义在同一竖直面内,目的视线与水平线的夹角,称为竖直角。其范围在0 90之间。如图当视线位于水平线之上,竖直角为正,称为仰角;反之当视线位于水平线之下,竖直角为负,称为俯角。二.光学经纬仪的使用经纬仪是测量角度的仪器。按其精度分:有 D J6 D J 2 两种。D、J表达大地测量经
20、纬仪的意思,“6”和“2”表达一测回方向观测中误差分别为6 、2 。目前,型经纬仪在我们公司已所有淘汰,重要采用D J 2 型经纬仪测角。1 .D J 2 光学经纬仪的构造与。工相比,增长了:测微轮一一用于读数时,对径分划线影像符合。换像手轮一一用于水平读数和竖直读数间的互换。竖直读盘反光镜一一竖直读数时反光。2 .D J 2 经纬仪的读数方法一般采用对径重合读数法一一转动测微轮,使上下分划线精确重合后读数。3 .经纬仪的安顿内容及规定:对中W 3 m m整平W 1 格大体水平大体对中眼睛看着对中器,拖动三脚架2个脚,使仪器大体对中,并 保 持“架头”大体水平。伸缩脚架粗平根据气泡位置,伸缩三
21、脚架2个脚,使圆水准气泡居中。旋转三个脚螺旋精平按“左手大拇指法则 旋转三个脚螺旋,使水准管气泡居中。1)转动仪器,使水准管与1、2 脚螺旋连线平行。2)根据气泡位置运用法则,对向旋转1、2 脚螺旋。3)转动仪器9 0,运用法则,旋转3 脚螺旋。4)架头上移动仪器,精确对中5)脚螺旋精平。6)反复4)、5)两步。三水平角测量的方法A常用的有:测回法;方向观测法。/两个基本概念:0 X?_ B盘 左(正镜)、盘 右(倒镜).测回法1 .合用:两个方向的单角(N A 0 B)。2 .观测环节:1)盘左瞄准左边A,读取a i。2)顺时针旋转瞄准右边B,读取b”则上半测回角值:P .=b,-al o3
22、)倒镜成盘右,瞄准右边B,读取b z。4)逆时针旋转瞄准左边A,读取a Z。则下半测回角值:2=b2-a25)计算角值:B =(3+以)/23 .记录格式(见表)若要观测n 个测回,为减少度盘分划误差,各测回间应按1 8 0/n 的差测站测回测点水平角读数2C水平角值平均角值备注:盘左盘右1A0 02 30180 02 35-59 5 18 179 5 18 16B9 5 20 48275 20 51-32A9 0 10 23270 10 27-49 5 18 15B185 28 3805 28 42-4值来配置水平度盘。测回法观测水平角时,各测回间同方向2 c 值互差不得大于1 3 ;两测回
23、间同一方向值互差不得大于1 0。舟七七T 人 顺时针立 倒镜血逆时针测 回 法 小 结:盘左左边A-右边B 巴3 盘右右边B-左边A方向观测法1 .合用:在一个测站上需要观测两个以上方向。2 .观测环节:(如图,有四个观测方向)1)上半测回选择一明显目的A作为起始方向(零方向),用盘左瞄准A,配置度盘,顺时针依次观测A、B,C,D,A o2)下半测回倒镜成盘右,逆时针依次观测A,D,C,B,A o同理各测回间按1 8 0%的差值,来配置水平度盘。3 .记录、计 算(见下表)测站测回测点水平度盘读数2C平均值归零后读数各测回归零方向平均值简图及角值盘左盘右01(0 02 13.5)A0 02 1
24、2180 02 0840 02 100 00 000 00 00B37 44 15217 44 13237 44 1437 42 0037 42 02.5C110 29 0429 0 29 004110 29 02110 26 48110 26 41.5D150 14 51330 14 456150 14 48150 12 34150 12 34A0 02 18180 02 1620 02 172(9 0 03 13)A9 0 03 20270 03 1289 0 03 160 00 00B127 45 22307 45 148127 45 1837 42 05C200 30 1020 30
25、055200 30 07.5110 26 55D240 15 5060 15 437240 15 46.5150 15 34A9 0 03 13270 03 0769 0 03 10(1)2 c 值(两倍照准误差):2 C=盘左读数一(盘右读数 1 8 0 )0一测回内2 c 互差:W 1 3 。(2)半测回归零差:W 8。(3)各方向盘左、盘右读数的平均值:平均值=盘左读数+(盘右读数 1 8 0 )/2注意:零方向观测两次,应将平均值再取平均。(4)归零方向值:将各方向平均值分别减去零方向平均值,即得各方向归零方向值。(5)各测回归零方向值的平均值:同一方向值各测回间互差:W 1 0 。方
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