工程测量复习重点教学文稿.doc

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1.1学科定义 3
3.3精度准则 3
3.3.1 精度准则 3
1总体精度准则 3
2、点位精度和相对点位精度 3
3、未知数函数的精度 3
4、主分量 3
5、准则矩阵 3
3.3.2 可靠性准则 3
1、内部可靠性 4
2、外部可靠性 4
3.3.3 灵敏度准则 4
3.3.4 费用准则 4
4.1角度测量仪器 5
光学经纬仪的基本结构 5
水平角观测 5
垂直角观测 5
电子经纬仪 5
目标照准自动化 5
陀螺经纬仪 5
4.2 距离测量 5
钢尺量距 5
电磁波测距 6
双频激光干涉测距 6
偏距测量 6
4.3高程测量 6
几何水准测量 6
液体静力水准测量 6
三角高程测量 6
倾斜测量 6
7.1变形监测 7
变形监测： 7
变形监测的特点 7
8.2.1设备安装和检校测量仪器与方法 7
9.1线状工程测量 7
10.1桥梁 8
1）桥梁基本术语 8
2）上部结构 8
3）下部结构 8
11.2河流梯级开发规划阶段的测量 8
河流水面高程的测定 8
横断面测量 9
纵断面编绘 9
12.5文物和古建筑测量 9
13.1地下工程 9
地下工程的种类 9
地下工程测量的特点 10
13.3地面和地下控制测量 10

1.1学科定义
工程测量学是研究各种工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。 工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。 工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程和机械设备为研究服务对象。
定义一比较大众化，易于理解。
定义二较定义一更具体、准确，且范围更大。
定义三更加概括、抽象和科学。
定义二、三除建筑工程外，机器设备乃至其它几何实体都是工程测量学的研究对象，且都上升到了理论、方法和技术，强调工程测量学所研究的是与几何实体相联系的测量、测设的理论、方法和技术，而不是研究各种测量工作。

主要内容：工程测量（工程建筑）；
工业测量（机器设备）；
主要任务：为服务对象提供测绘保障
主要分类：普通工程测量；
精密工程测量（发展方向）；
3.3精度准则
3.3.1 精度准则
1总体精度准则
1）. E准则
置性超椭球（误差椭球）的最大半轴应尽可能地小
2）. 体积准则
置性超椭球的体积应尽可能地小
3）. 方差准则（A准则）
置性超椭球的半轴平方和应尽可能地小
4）. 平均精度准则
5）. 均匀性和各向同性准则
2、点位精度和相对点位精度
3、未知数函数的精度
4、主分量
5、准则矩阵
3.3.2 可靠性准则
定义：控制网发现（或探测）观测值粗差的能力（称内部可靠性）和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力（称外部可靠性）。
作用：可靠性准则可以提供衡量控制网内部观测值相互控制、检核的量化数值和可能出现但不能被发现的最大模型误差值。
提高实现质量（可靠性）的方法
对网进行第二次独立观测（复测）
布网时事先考虑用独立的附加观测值来控制网的结构、检验平差模型（较常用）
1、内部可靠性
内部可靠性是假设控制网中只有一个观测值 包含粗差 且观测值粗差主要由某种系统性影响或点的变动所引起的假设情况下导出的。
内部可靠性的特点：
1） ，值越小，观测值地位越高。
2） 越小，该观测值的粗差越难被发现。
3）观测值的内部可靠性与观测值精度成反比
4）在观测精度确定的情况下，多余观测数 越大，多余观测分量 也越大，建网费用也越大。
5）一个好的控制网，观测值的多余观测分量应大于0.3。
2、外部可靠性
对于网的质量来说，未被发现的模型误差对于点位坐标或其函数的影响具有更大意义。
粗差对未知数的影响因子：

内外可靠性具有一致性。
3.3.3 灵敏度准则
灵敏度准则仅对变形监测网而言，定义为在给显著水平 和检验功效 下，通过对周期平差结果进行统计检验，所能发现的某一位移向量的下界值。
一般将变形向量用表示其大小的模 和表示其方向的单位向量 来表示，即

灵敏度用 来度量， 愈小，灵敏度愈高。
在变形监测网设计中，除考虑精度、可靠性和费用等准则外，要求所布设的网对需要监测的变形向量具有尽可能高的灵敏度。
灵敏度实质上是特殊方向上的网点精度的反映，网的灵敏度愈高，所要求的观测值的精度也愈高。
3.3.4 费用准则
控制网的费用一般包括用于设计、造标埋石、交通运输、仪器设备购置、观测、计算、检查等各项费用。
网的设计有两个原则：
最大原则（费用一定，网的质量最好）
最小原则（质量满足要求，费用最小）
建网费用常用观测值权的函数来度量，如：

据统计，网的测量费用与网的计算费用相比，后者不到8％。通过优化设计，增加微不足道的设计计算费用，可显著降低测量费用。

不难理解，精度愈高，观测值的权愈大，则建网费用愈高；同样，多余观测数愈多，网的可靠性提高，也要以增加费用为代价。
4.1角度测量仪器
角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪和电子经纬仪两大类。
光学经纬仪的基本结构
基本结构主要包括照准部（望远镜）、读数装置（含水平度盘、垂直度盘）、安平设备及基座和对点器等
我国光学经纬仪系列分为J07、J1、J2、J6等型号，J为经纬仪汉语拼音的第一个字母，下标表示仪器的精度指标。
水平角观测
盘左盘右法 测回法。
垂直角观测
三丝法 中丝法。
电子经纬仪
在光学经纬仪的照准部中，将读数系统用电子度盘代替光学模拟度盘，实现度盘读数的自动化，则成为电子经纬仪。
目标照准自动化
用于电子经纬仪的角度传感器主要有两种：编码度盘和动态测角系统。
在角度测量时，ATR自动识别并照准目标主要有三个过程：
＊目标搜索过程
＊目标照准过程
＊测量过程
优点：加快了测量速度；
测量结果稳定可靠
陀螺经纬仪
经纬仪与陀螺仪配合使用，成为陀螺经纬仪。目前，自动化陀螺经纬仪的主要产品有德国威斯特发伦采矿联合公司的Gyromat2000和日本索佳公司（SOKKIA）的AGP1等。
陀螺马达 灵敏部 挂带
陀螺经纬仪的测量步骤
＊ 将仪器安置到三脚架上并精确对中、整平；
＊ 连接陀螺仪与经纬仪之间的数据通信电缆；
＊ 经纬仪开机，陀螺仪开机；
＊ 启动测量程序进行定向测量；
＊ 经纬仪照准测线目标，盘左、盘右观测两测回，将结果输入到陀螺仪中，即可计算并显示侧线方位角。
测角装置采用TDA5005全站仪，还实现了目标的自动跟踪功能
4.2 距离测量
距离是几何测量的基本元素，距离测量的方法主要有三种：
＊直接丈量
＊间接视距测量
＊物理测距
钢尺量距
钢尺长度与温度的函数关系：

钢尺量距一般包括以下几方面工作：
＊定线
＊量距
＊测量定向桩之间的高差
＊成果整理
电磁波测距
电磁波测距是通过测定电磁波在待测距离上往返传播的时间
直接测距；
相位式测距原理：相位式测距是通过测量调制波在测线上往返传播所产生的相位移间接地测定电磁波在测线上往返传播时间的。
电磁波测距仪分类
＊ 按载波分：光波测距仪、微波测距仪和多载波测距仪；
＊ 按测程分：短程测距仪、中程测距仪、远程测距仪和超远程测距仪；
＊ 按精度分：超高精度测距仪、高精度测距仪、一般精度测距仪；
＊ 按测距方式分：脉冲式测距仪、相位式测距仪和混合式测距仪
电磁波测距仪的使用
测距仪一般由照准头、控制器、电源和反射器四部分组成，一般与经纬仪连接使用
＊ 仪器加常数和乘常数改正；
＊ 气象改正；
＊ 倾斜改正。
双频激光干涉测距
偏距测量
测定一点至一条直线的垂直距离，称为偏距测量。
△尼龙丝准直系统：系统由三部分组成：尼龙丝，带有探测器的尺子及控制装置
△激光准直系统：该系统由一带有专门光学系统的激光源及一台光电
管接收机组成
4.3高程测量
几何水准测量
电子水准仪基本结构：基本构造由光学机械部分、自动安平补偿装置和电子设
备组成。电子设备主要包括：调焦编码器、光电传感器
（即线阵CCD器件）、读数电子元件、单片微处理机、接
口（外部电源和外部存储记录）、显示器件、键盘以及影
像数据处理软件等，标尺采用条形码标尺供电子测量使用
电子水准仪的性能及特点：读数客观、精度高、速度快、效率高、操作简单
电子水准仪对标尺进行读数不如光学水准仪灵活、电子水准仪受外界条件影响较大
液体静力水准测量
三角高程测量
倾斜测量
虽然地面或建筑物的倾斜可用常规的测量方法测定两点间高差的变化，从而求出倾斜值，但在一些工作面倾斜测量和连续自动化倾斜监测中，一般采用专用的倾斜测量仪。目前倾斜仪的种类很多，大体上可以分为“短基线”倾斜仪和“长基线”倾斜仪两种。前者一般用于垂直摆锤或水准气泡作为参考线；后者一般根据静力水准测量的原理做成。
7.1变形监测
变形监测：
对监视对象或物体(简称变形体)进行测量，以确定其空间位置随时间的变化特征。
包括全球性、区域性、和工程的变形监测。
变形内容：主要包括水平位移、垂直位移监测，偏距、倾斜、扰度、弯曲、扭转、震动、裂缝等的检测。主要是描述变形体自身形变和刚体位移的几何量的监测。
除以上内容外还有包括与变形有关的物理量监测，如应力、应变、温度、气压、水位、渗流、渗压、扬压力等的监测。
变形体自身的形变：
伸缩、错动、弯曲和扭转。
变形体的刚体位移:
整体平移、转动、升降和倾斜。
意义：1、实用意义：保障工程安全。
2、科学意义：解释变形的机理，验证变形的假说，检验设计是否合理，为修改设计、制定规范提供依据。
变形监测的特点
•要进行周期观测，每一周期的观测方案如监测网的图形、使用仪器、作业方法乃至观测人员都要尽可能一致。
•动态、持续监测。
•要求精度高，对于重要工程，一般要求“以当时能达到的最高精度为标准进行变形观测设计”。
8.2.1设备安装和检校测量仪器与方法
传统的测量方法主要有机械测量法、光学测量法和电学测量法等。机械测量法是用机械的方法对天线进行检测，主要有样板法（旋转样板法和固定样板法）和数控机床法两种，至今还为天线行业所应用；光学测量法主要有双五棱镜法、经纬仪钢带尺法和五棱镜带尺法等；其他测量方法还有钢丝测距法、激光测距法、微波测距法和小车测量法等。
射电全息法是利用天线的远场复方向图与天线口面上的场分布间的傅立叶变换关系，由远场方向图的测量来反推天线口面上的场分布（振幅和相位分布），并由天线口面上场的相位分布，用光线追迹得到天线表面相对于理想抛物面偏差的信息。测量误差：接收机噪音、指向和跟踪误差、大气闪烁、天线馈源的相位响应和信号源的偏振效应等。在测量小口径天线时的测量精度要低于光学测量系统。
三坐标测量机测量原理：将被测物置于三坐标测量机的测量空间，可获得被测物上各点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测物的几何尺寸、形状和位置。
9.1线状工程测量
线状工程：铁路、公路、石油与燃气管线、渠道、管道、城市综合管网、输电线及索道工程等。为各种线状工程勘测设计、施工安装与运营管理阶段所进行的测量工作。
铁路公路工程测量的各个阶段
一、初步方案，它根据有关政治、经济、交通和自然条件进行室内选线和野外勘查，全面分析、比较、论证道路建设的意义以及技术、经济上的合理性和可行性，提出路线的初步方案；
二、初测，它是在前面工作的基础上进一步安排路线，落实路线局部方案；
三、定测，它是在初步设计基础上，将纸上定线的路线方案进行实地放线；
四、施工检查，在建设过程中进行施工检查；
五、竣工测量。
线状工程测量的主要内容：中线测量；纵、横断面测量；带状地形测量；施工放样；竣工测量和有关调查工作等。
其主要目的是为设计、施工、运营管理提供必要的基础资料。
10.1桥梁
1）桥梁基本术语
荷载：桥梁所承受的重力（竖直的）或外力（竖直的或水平的）
承重结构：起承受重力作用的部分
上部结构：桥面与承重结构的统称，也称作跨越结构或桥跨结构
桥墩：支撑承重结构的支承物，岸边的支承物兼挡墙称作桥台。
下部结构：桥墩与桥台的统称，也称作支承结构。
桥轴线：桥渡的中心线，桥轴线两岸控制桩的距离称为桥轴线长度
2）上部结构
•承重结构是梁的，主梁可以用钢（钢板梁、钢箱梁、铜街梁）、钢筋混凝土（跨度不大时）或预应力混凝土做成。
•承重结构是拱的叫做主拱（多于一片拱时称拱肋）；承重结构是悬索的叫做主索或大缆。
•桥面设在承重结构上方的叫做上承式桥。
•桥面设在承重结构下方的叫做下承式桥。
3）下部结构
桥梁的下部结构通常就由支座、墩台、基础三个部分组成。
•上、下部结构之间保证力的作用位置明确并且连接牢固的支点构造，叫做支座。（活动支座、固定支座）
•桥墩与桥台一般用石砌筑或混凝土灌筑而成，在旱地上有时可用钢做成
•承受墩台底部压力的土壤或岩石叫做地基。沉井与沉桩统称深基础
11.2河流梯级开发规划阶段的测量
一般来讲，山区河流的开发目标以发电为主，而平原河流的开发目标则以航运、灌溉为主。这种对整条河流（或局部段）综合开发的规则称为流域规划，它是国民经济发展计划的一个组成部分。
流域规划的主要内容之一是制定河流的梯级开发方案，合理地选择枢纽位置和分布。
在进行梯级布置时，不仅需要在地形图上确定合适的位置，而且还应确定各水库的正常高水位。
测量人员应提供该流域内的地形图、河流纵断面图以及河谷地形图。
整个流域范围内可提供1:50000～1:100000的流域地形图。
为初步确定各梯级水库的淹没情况及库容，需用1:10000～1:50000的地形图。
可收集国家基本图或其他勘测单位的现有图提供设计使用。在收集资料时，除具体成果、成图外，还应收集下列资料：施测单位、时间、作业规范，标石耐久程度和保存情况，实测结果所达到的各项精度指标，所采用的坐标系统等。
河流水面高程的测定
在河流上每隔一定的间距设有水文站，但为详细了解河流水面的变化特征，还须沿河流布设一定数量的水位点，水位点应尽可能位于河流水面变化的特征处。
①水位点的密度应根据河流的比降、落差、横断面形态变化等来确定，同时也要考虑各设计阶段的要求。在流域规划时期，水位点的间距可长一些。根据不同的比例尺要求，从0.4～2.5km不等。对于水面比降急剧变化的地段，应适当增设水位点。②水位点的平面位置可根据地形图上的测站点或明显地物点用解析或图解支导线或图解交会法测定；其精度与编绘纵断面图时地形图上的平坦地区地物点的精度要求一致。③为测定水面高程，首先沿河流建立统一的高程控制，然后再设立水位点进行水位观测。控制点的高程一般采用等级几何水准法测定，其精度要求视地形条件、水面比降和路线长度而定。
横断面测量
•横断面的位置一般可根据设计用途由设计人员会同测量人员先在地形图上选定;
•横断面的间距视河流大小和设计要求而定
•断面基点应埋设在最高洪水位以上，并与控制点联测，以确定其平面位置和高程，作为横断面测量的平面和高程控制;
•横断面的编号可以从某一建筑物的轴线或支流入口处由上游向下游或由下游向上游按顺序统一编号，并在序号前冠以河流名称或代号
横断面测量常用方法：断面索法、交会法、GPS（RTK）法等。
纵断面编绘
河流纵断面是指沿着河流深泓点（即河床最低点）剖开的断面。
河流纵断面图一般是利用已有的水下地形图、河道横断面图及有关水文资料进行编绘的，其基本步骤如下：
1.量取河道里程；
2.换算同时水位，同时水位的计算一般根据距离或时间作线性内插；
3.编制河道纵断面表，内容包括：点编号、点间距、累计距离、深泓点高程、瞬时水位及时间、洪水位及时间、堤岸高程等；
4.绘制河道纵断面图，一律从上游向下游绘制。
12.5文物和古建筑测量
近景摄影测量方法：正直摄影、等偏摄影、交向摄影。
三维激光扫描测量方法：1、激光扫描采样三维激光扫描仪的工作过程，实际上就是一个不断重复的数据采集和处理过程，它通过具有一定分辨率的空间点所组成的点云图来表达系统对目标物体表面的采样结果。2、模型生成与拼接大多数情况下，一幅扫描点云图无法建立物体的整个模型，因此，如何将多幅点云图精确地“装配”在一起，处于同一个坐标系下，是要解决的问题。通过激光扫描点云数据的合并，可完成扫描对象的拼接。数据拼接中转换精度直接影响到建立对象模型的质量和使用。
三维激光扫描与近景摄影测量的区别
（1）原始数据格式不同扫描所得到的数据是由带有三维坐标的点所组成的点云，可量测，而摄影测量所得到的是影像照片，单张照片无法量测。（2）拼合各测站间数据的方式不同扫描系统采用坐标匹配方式；摄影测量则采用相对定向和绝对定向方式。（3）测量精度不同激光扫描得到的测点精度高于摄影测量中的解析点，且精度分布均匀。
13.1地下工程
地下工程的种类
一. 地下通道工程，如隧道工程(包括铁路隧道、公路隧道以及输水隧洞)、城市地下铁道工程等;
二. 地下建(构)筑物，如地下工厂、仓库、影剧院、游乐场、舞厅、餐厅、医院、图书室、地下商业街、人防工程以及军事设施等;
三. 为开采各种矿产而建设的地下采矿工程。
地下工程测量的特点
与地面工程测量相比，地下工程测量具有以下特点：
(1) 地下工程施工面黑暗潮湿，环境较差，经常需进行点下对中，有时边长较短，因此测量精度难以提高；
(2) 地下工程的坑道往往采用独头掘进，洞室之间互不相通，不便组织校核，出现错误不能及时发现。随着坑道的进展，点位误差的累积越来越大；
(3) 地下工程施工面狭窄，并且坑道往往只能前后通视，造成控制测量形式比较单一，仅适合布设导线；
(4) 测量工作随着坑道工程的掘进，而不间断的进行。一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核；
(5) 由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的测量方法（如为保证地下和地面采用统一的坐标系统，需进行联系测量）和仪器。
13.3地面和地下控制测量
地下工程的地面平面控制测量可根据地下工程的特点、范围、地形条件，采用精密导线、三角测量及GPS技术进行。高程控制测量可采用精密水准测量或光电测距三角高程测量进行。地下控制测量可采用导线测量、水准测量和三角高程测量。
现场标定法、隧道地面控制网、地下矿山工程平面控制网、地下工程的高程控制测量
仅供学习与参考