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工程测量基本知识
工程测量学，研究工程建设在规划设计、建筑施工、运行管理各个阶段所进行各项测量工作理论、措施、技术。工程测量任务包括建立测量控制网；提供规划设计所需要地形图、断面图和其他有关资料；工程施工放样，施工测量，竣工测量；工程运行管理期间沉陷、位移、变形等安全监测工作。
一、基础知识
测量工作中，地面点空间位置是用坐标和高程来表达（确定）。表达地面点平面位置常用坐标有地理坐标、平面直角坐标，小范围内也可用极坐标；高程是地面点到大地水准面铅垂距离，称为该点绝对高程，也称海拔。
目前，我国以黄海平均海水面作为大地水准面。1985年决定采用新确定黄海平均海水面作为我国高程起算面，称为“1985年黄海高程系”。
之前，我国曾以天津大沽平均海水面作为大地水准面。
距离、水平角及高程是确定地面点相对位置三个基本几何要素，则距离测（丈）量、水平角测量及高程测量是测量基本工作。
结合工作实际，本着学习基础知识、掌握基本技能原则，现重点学习距离丈量、一般水准测量（高程、视距、断面测量）。
二、距离丈量
地面点平面位置是该点投影到水平面上位置，因此，两点之间图上距离是指两点之间水平距离。距离丈量一般是丈量两点之间水平距离，假如测得是倾斜距离，就要进行折算。
（一）距离丈量常用工具
距离丈量常用工具有钢尺、皮尺、绳尺、花杆、测钎等。丈量精度规定高时，一般使用钢尺；精度规定低时，可用皮尺或绳尺；花杆重要是用来标志位置、标定方向；测钎用来标志位置或记数已测过整尺次数。
（二）平坦地面一般精度距离丈量
丈量平坦地面上两点（应设有明显标志）之间水平距离，由两人各持尺子一端，从一点量向另一点，当两点之间距离不小于一种尺段时，背面人（后尺手）对准起始刻度、并指挥前面人（前尺手）调整丈量方向与两点连线一致，目估调整使尺子水平并拉紧，然后标示出尺子终点位置，依次逐尺段进行测量、标识、记录和计算，最终求得两点之间水平距离；当两点之间距离局限性一种尺段时，可直接拉紧、调平，并分别读取起止点读数，然后计算两点之间距离，或一端对准起始刻度、另一端直接测读水平距离数。
（三）倾斜地面一般精度距离丈量
[img=380,158]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-3.png[/img]在倾斜地面上丈量两点之间水平距离，一般由高处往低处分段（阶梯状）进行。后尺手对准起始位置，前尺手拉平尺子、读记数据、在读数位置（尺子终端刻度或合适位置，以以便拉平尺子和做标识为宜）悬挂垂球、将对应点投放在地面上（作为下一测段起点），至此完毕一种测段丈量；依次
类推，可完毕斜坡上A、B
之间水平距离丈量，见
图1-1。
当两点高程已知、且
两点之间斜坡较平顺时，
也可直接沿斜坡丈量倾斜
距离，然后按勾股定理推
算水平距离。
（四）较高精度距离丈量
进行较高精度距离丈量，多是直接丈量两点之间斜距，然后按两点之间高差修正，推算出水平距离；只准用钢尺进行丈量，并用拉力器控制拉尺子拉力到达某值；每次丈量距离不能超过一种尺子长度，分段进行丈量时，尺段分界点设置固定桩及精确标志（如铁钉、红点）；同一尺段需反复、多次（可每次变化起始与末端读数）丈量，取平均数作为两点之间距离。
精度规定高时，不能采用目估水平、阶梯分段、以及持续多尺段长距离丈量措施。
三、一般水准测量
水准测量是运用水准仪提供水平视线、读取水平视线在水准尺上对应读数、并据以推算高差（或由已知点高程推算未知点高程）及视距（通过测量数据推算水准仪至测点之间水平距离）一种测量措施。这就是水准测量原理。
根据精度不一样，水准测量分为等级水准测量和一般（等外）水准测量。我国等级水准测量由高到低依次分为一、二、三、四等，等级以外水准测量称为等外水准测量或一般水准测量。等级水准测量与一般水准测量原理相似，基本工作措施相似；但等级测量对所用仪器、工具、以及观测与计算措施均有更高或特殊规定。如下仅按一般水准测量讲述。
（一）水准仪及水准尺
1、水准仪构造
一般水准仪由望远镜、水准器、及基座三部分构成。
（1）望远镜：由目镜、十字丝、物镜构成。通过转动物镜对光螺旋，可进行物镜对光，使观测目成像变得清晰；通过转动目镜调整螺旋，可使十字丝变得清晰；十字丝由四条线构成，垂直一条为纵丝、中间较长一条横丝为中丝、上下两条短横丝分别称为上下丝。
（2）水准器：包括长水准管和圆水准器。长水准管位于望远镜旁侧，通过调整（转动微倾螺旋）可使长水准管与望远镜一起作微小上下俯仰变化，当长水准管气泡居中时，望远镜中视线便成水平；圆水准器在基座上，用以标示仪器粗略整平。
（3）基座：重要由脚螺旋、圆水准器构成。仪器通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。
2、水准仪安设整平与使用
（1）安设三脚架：打开三脚架，放置在拟安设位置，通过移动支架腿位置、蹬踩支架腿使支架尖角入土、使三脚架稳固并使架头大体水平。
（2）安设仪器：将仪器安顿（用螺栓连接）在三脚架上，拧紧中心螺旋。
（3）粗略整平：转动脚螺旋，使圆水准器气泡居中，即实现粗略整平。整平时，一般是先转动（同步或分别转动）两个螺旋，使气泡处在两螺旋连线中间对应位置，然后转动第三个螺旋，使气泡居中；也可不分先后次序，视情调整脚螺旋，使气泡居中即可。为了提高粗略整平质量，可转动仪器（变换圆水准器位置），反复检查、整平。
（4）细整平：转动仪器，瞄准水准尺（观测目），调整对光使目图象及十字丝清晰后，再进行细整平，仪器细整平，是通过转动微倾螺旋、使长水准管气泡居中（从视窗内观测，使两个“半U形气泡”像吻合，展现“U”形）。一定注意：每次读数前都要检查长水准管气泡与否居中，必须使其居中（细整平）后再读数。
（5）仪器使用：转动望远镜，瞄准水准尺，旋紧制动螺旋；调整目镜（转动目镜调整螺旋），使观测者清晰看到十字丝；转动物镜对光螺旋，使观测者清晰看到水准尺（图象）；转动仪器水平微动螺旋，使十字丝竖丝照准尺面中央；同步运用目镜调整螺旋和物镜对光螺旋、通过反复交替调整、消除视差（视差是指尺像没落在十字丝平面上，即当眼睛靠近目镜并上下微动时，十字丝横丝在水准尺上读数随之变动），使尺像落在十字丝平面上；每次细整平后，再进行读数。
3、水准尺
水准尺是进行水准测量时用于读数工具。水准尺有不一样种类，可分别合用于精度不一样水准测量。
用于等级水准测量水准尺是直式双面尺。所谓双面尺，不仅两面颜色不一样（一面是黑白相间分划，称为黑面，为主尺；另一面为红白相间分划，称为红面，为辅尺），并且两面数字标注不一样（黑面尺底从零开始，而红面尺底从4687毫米或4787毫米开始），测量时，尺子两面都要读数，特用以检查校核读数，这种双面尺又要成对（一种4587，一种4787）使用。
用于一般水准测量水准尺有直式尺、折式尺、塔尺三种。尺长3～5米；不管是单面分划、还是双面（黑面——黑白相间分划；红面——红白相间分划）分划，尺面数字标注都是尺底从零开始；尺面分划一般是到整厘米，也有到半厘米，每分米及整米处标注对应数字（米、分米）。
水准尺读数：首先读取米和分米数字，当十字丝横丝处在水准尺上两个数字之间时，选用较小数字；另一方面读取厘米数，由较小数字开始、向较大数字方向读取，能精确地读取厘米数（数数有多少个整分划、折算出厘米数）；第三是读取毫米数，对于不是整厘米分划，要约估读取到毫米。
（二）高程测量
1、水准点
进行高程测量时，高程已知控制点（其详细高程值随不一样高程系统而不一样，如黄海高程、大沽高程），称为水准点（BM）。水准点分为等级水准点和一般水准点。等级水准点，是用较高等级测量措施测设、并设有永久性固定标志控制点；一般水准点，是用较低等级或一般水准测量措施测设（从等级水准点引测确定）、一般只是设有木桩等临时标志控制点。
2、施测路线
为了便于观测和计算各点高程、检查测量成果，实行水准测量时，须按照一定施测路线进行。施测路线，即依次由各测点（水准点、待测点、以及临时增长辅助测点）所构成测量路线，也称为水准路线。水准路线分为附合水准路线、闭合水准路线和支水准路线三种形式。
（1）附合水准路线：从一种水准点出发，测经各待测点，测至另一种水准点结束。通过比较本次测得高差与否与两个水准点之间实际高差（精确）相等或相近（在容许误差范围内），判断测量成果精度与否到达规定；若成果可用，还可根据测站数、测量距离、两个水准点之间实际高差，对测量误差进行修正。
（2）闭合水准路线：从一水准点出发，测经各待测点，最终再测回（来回路线不一样）到原水准点，形成一种闭合圈。
（3）支水准路线：从一水准点出发，测完所有待测点后，再按原路线测回（也称为来回观测）到原水准点。
3、观测读数、记录计算
（1）选择合适位置安设仪器：仪器距各测点距离合适，到前后两测尺距离尽量相近、最远距离一般不超150m；仪器高度合适，能看到各测尺并在尺子上读数不适宜太大或太小，力争使观测者操作舒适；将仪器安设在视线开阔地方，保证看到测尺。
（2）读数与记录：瞄准竖立于测点（水准点、待测点等）上水准尺，细整平后，读取中丝所在位置读数；精确记录读数：但凡在已知高程点上读数（包括水准点上读数、及转点上第二次读数）记为“后视读数”；在未知高程点上读数记为“前视读数”，假如在同一种测站（每安设一次仪器，为一种测站）持续测多种待测点高程，也可将中间待测点上读数记为“间视读数”，而只将本测站最终一种读数记为“前视读数”。
（3）计算高程
如图1-2，已知点高程 + 该点上水准尺读数（后视读数）= 仪器视线高程（简称视线高）；同一测站各点具有相似视线高；测点高程=视线高程-测点上水准尺读数（间视或前视读数）。
[img=439,211]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-24371.png[/img]

图1—1—5  水准测量原理

图中：A点高程已知，记为HA；在A点上读数（后视读数）为a；
B点为待测点，在B点上读数（前视读数）为b；
则：视线高==HA+a；  B点高程HB==HA+a-b；  其中，a-b=⊿h（高差）
高程测量记录计算格式可参照下表：
表1—1—1    高程测量记录计算表
地点：                日期：        年    月    日    观测者：
测站

测点

后视

视线高

间视

前视

高程

备注

测线：                天气：                            记录者：
（三）视距测量
视距是借助仪器视线测得仪器中心至水准尺所在位置之间水平距离。
视距测量是用视距丝、按几何光学和三角学原理、测定水平距离和高差一种测量措施。
用水准仪、经纬仪都可以进行视距测量，经纬仪既可以提供水平视线、也可以运用倾斜视线进行视距测量，应根据地形条件选择使用水准仪或经纬仪。
水准仪和经纬仪十字丝均有上、中、下三条横丝，运用中丝测算高程，运用上、下丝测算距离（可将上、下丝称为视距丝）。
仪器中心至水准尺所在位置之间水平距离（即视距）大小与上下丝读数差成正比、与视线与否水平（倾斜程度用竖直角表达）有关。
1、视线水平视距测量
当地形比较平坦时，可借助于水平视线进行视距测量。用水准仪或经纬仪都可进行视线水平视距测量， 选用水准仪比较以便、简朴。
视线水平时，视距D=KL。其中，K为视距系数，制造仪器时使K=100；L为上、下丝读数之差。
视线水平时，仪器安设点与水准尺放置点之间高差⊿h=i-v。其中，i为仪器高；v为中丝读数
假如仪器安设点高程已知，则可求得水尺点高程：水尺点高程=仪器点高程+i-v
2、视线倾斜视距测量
当地势起伏变化较大、不便用水平视线进行视距测量时，可用倾斜视线进行视距测量，视线倾斜测量只能使用经纬仪。
视线倾斜时，视距（水平距离）D=KL*cos2ɑ
式中：K为视距系数，K=100；
L为上、下丝读数之差；
ɑ为竖直角（仰角为正、俯角为负）
视线倾斜时，仪器安设点与水准尺放置点之间高差为：⊿h=1/2*KL*sin2ɑ+i-v
式中：i为仪器高；v为中丝读数。
假如仪器安设点高程已知，则可求得水尺点高程。
（四）断面测绘
1、断面及断面测量
断面图和剖面图既有相似之处、也有所区别，描述不一样对象时，两者突出重点不一样。地形断面图，相称于用一种假想剖切平面在指定位置并沿指定方向将地面切开，一般只画出剖切平面与地表面交线；建筑物或物体断面图，也是用一种假想剖切平面在指定位置并沿指定方向将建筑物或物体切开，需画出剖切平面与建筑物或物体接触部分图形；而对于剖面图，不仅要画出接触部分图形，还要表达出剖面材料。
断面图有位置及方向之分，常用有纵断面图和横断面图。
断面测量，实际就是在断面位置（或桩号）已经选定状况下，测量出断面上所选择测点高程和各测点之间水平距离，根据高程和水平距离即可绘制出断面图。
实行断面测量，一般使用水准仪或经纬仪，可采用丈量距离+高程测量措施来完毕，也可用视距测量措施完毕。当采用视距测量措施进行断面测量时，所用仪器必须安设在断面位置上、及选择测点上。采用丈量距离+高程测量措施，可不受此限制，只要测出测点高程即可，操作比较简朴。
断面位置确实定：纵断面一般选择在拟建或已建建筑物轴线位置；横断面与轴线垂直，横断面一般选择在整里程桩（如公里、百米、五十米）、断面尺寸变化、地形变化等有代表性位置。
测点选择：纵断面上测点一般选择整里程桩、地形变化处、已建建筑物尺寸变化处、以及距离太长时加点等；横断面上测点一般选择断面中心桩（对应轴线位置）、边界点、地形变化点、棱角拐点、尺寸变化点等。
断面测量记录计算格式如下：
表1—1—2      断面测量记录计算表
地点：                日期：        年    月    日      观测者：
测线                  天气：                            记录者：
测点

距离

后视

视线高

间视

前视

高程

备注

间距

起点距

2、断面图绘制
根据断面测量成果（水平距离、高程），可绘制出断面图。断面图一般绘制在方格纸上，纸上下方向（纵轴）表达高程，左右方向（横轴）表达水平距离。断面图绘制重要包括：
（1）选择比例尺：根据断面实际尺寸和选用纸张大小，确定合适比例尺，以以便实际尺寸与图上尺寸折算且使所绘制图可以布置得开、布局合理、图形协调美观，当高度和距离大小悬殊时，也可分别选择高程比例尺和距离比例尺。
（2）确定起始点位置和数据：起始点包括坐标原点和图形开始点，选择起始点位置，目是使绘制图形在图纸上位置合理（即布局合理）。纵轴高程数值根据图形高程变化范围确定，结合图形在图纸上上下位置，可确定坐标原点起始高程数（取整数）；横轴上数据，根据表达措施不一样、有不一样选择：当用里程桩表达距离时，选择开始桩位置、并标注各里程桩，也可将开始桩选择在原点。当用各测点之间水平距离绘图时，选定图形开始点之后，其对应位置相称于0点，其他测点按互相之间水平距离推算即可。
（3）根据选定坐标和起始点位置，按各测点高程和水平距离，点绘出各测点位置，将各点依次连接起来，即成为断面形状。
（4）按规定加深线条，标注尺寸、高程、比例尺，写出有关阐明，画出标题栏并填写有关内容，断面图绘制完毕。
3、断面面积计算
有关断面面积计算，分状况可采用如下措施：
对于规则或可以分解为规则图形，可以按几何形状面积公式计算图上面积，再按单位图上面积所代表实际面积折算出断面实际面积；也可以先将图形边长折算为实际边长，然后按面积公式直接计算出断面实际面积。
对于不规则图形，可以用数方格措施求出图上面积，也可以借助于求积仪求出图上面积，然后根据图上面积所代表实际面积折算出断面实际面积。