基层水利实用技术与管理,水利工程相关知识,工程测量基础知识,一、水准面及坐标 二、距离丈量 三、普通水准测量 四、经纬仪测量 五、施工放样 六、测量新技术简介,一 水准面与坐标,地面点的空间位置是用坐标和高程来表示的。地面点的平面位置常用地理坐标、平面直角坐标或极坐标表示。高程是地面点到大地水准面的铅垂距离，该距离称为该点的绝对高程，也称海拔。,1.大地水准面 处于静止状态的某一平均海水面，继续延伸通过所有大陆与岛屿所形成的闭合曲面称为大地水准面。当测量范围较小（半径在1025KM）时，可用水平面代替曲面作为水准面，由此产生的误差可进行修正。目前，我国以黄海多年平均海水面作为相对大地水准面（将其高程假定为零），现采用的是“1985年渤海高程系”，水准原点高程实际是72.206m，按零计。之前曾采用过“1956年黄海高程系”和“天津大沽高程系”。 2.地理坐标 经过南北极和英国格林尼治天文台的地球表面连线为起始经线，记为0。与起始经线相对着的经线标记为180。0向东的各条经线标记为东经0180，0向西的各条经线标记为西经0180。垂直地轴（南北极连线）的平面与地球表面相交的交线称为纬线,其中过地球球心且垂直地轴的平面（称为赤道面）与地球表面相交的交线称为赤道，,赤道是最大的纬线，标记为0，赤道以北各纬线标记为北纬090，赤道以南各纬线标记为南纬090。地面点的平面位置可用其所在位置的经度和纬度表示，也可根据点的经纬度坐标确定其地面位置。 3.平面直角坐标 一般以纵轴 ox 表示南北方向、横轴 oy 表示东西方向建立平面直角坐标系。地面上任意点的平面位置可以用该点到ox 、 oy 轴的距离表示，并通过原点o的坐标值推算该点的坐标值（x、y）；也可根据点的坐标值在建立的坐标系中将该点表示出来。原点o的坐标值可以用其在国家控制网中的绝对坐标值，也可以去假定数值（相对坐标）。 4.极坐标 地面上任意点的位置可以用该点与已知边之间的水平夹角及该点到已知点的水平距离表示。,二距离丈量,地面点的平面位置是该点投影到水平面上的位置，所以两点之间的图上距离是指水平距离，则距离丈量是丈量两点之间的水平距离，如果丈量倾斜距离应进行折算。,1.距离丈量工具 常用工具有钢尺、皮尺、绳尺、花杆、测钎等。精度要求较高用钢尺丈量，精度要求低可用皮尺或绳尺丈量。花杆主要用来标定丈量方向或是测点位置。测钎用来标志测点位置或记数已测过整尺次数。 2.距离丈量方法 （1）在平坦地面上可直接 丈量水平距离，如图1-10所示， 丈量时先在A、B点插花杆，然 后在花杆标定方向（尺手目测 定向或另一个尺手指挥调整） 由一点向另一点逐尺丈量并累 加计算距离，丈量时注意将尺子拉紧、找平，每完成一个尺段都用测钎做位置标记，为提高精度可往返丈量并取平均数。,（2）在倾斜地面丈量水平距离：阶梯平量法：当地面坡度不大时，在丈量方向上由高点向低点逐尺丈量，并累加计算距离。丈量时将尺子拉平，并用垂线在地面上标记出本尺段端点，以作为下一尺段的始点，如此重复完成丈量，如图1-11（a）所示。斜量法：沿斜坡直接丈量出倾斜距离L，再根据倾斜角按三角函数计算水平距离D： D=Lcos 也可根据A、B两点之间的高差，按勾股定理推求D，如图1-11（b）所示。,（3）丈量精度要求高时，用钢尺、拉力器（控制拉力）分段（不超过尺子长度，端点设置固定桩）并多次重复丈量取平均数，丈量斜距离按高差推算水平距离。不能采用目估水平、阶梯分段以及连续多尺段长距离丈量的方法。,三普通水准测量,水准测量是利用水准仪提供的水平视线读取在水准尺上的相应读数，并据以推算高差、高程及视距的一种测量方法，这也是水准测量的原理。 水准测量分为等级（一四等）水准测量和普通（等外）水准测量，等级水准测量与普通水准测量在原理、基本工作方法等方面相同，但等级水准测量对所用仪器、工具、观测与计算方法都有更高或特定要求。以下仅介绍普通水准测量。,(一)水准仪及水准尺 1.水准仪的结构 普通水准仪由望远镜、水准器及基座三部分组成。 (1)望远镜。它由目镜、十字丝、物镜组成，转动物镜对光螺旋可使观测目标的成像变得清晰；转动目镜调节螺旋可使十字丝变得清晰；有一条纵丝和三条水平横丝组成三个十字丝，分别称为上丝、中丝和下丝. (2)水准器。它包括长水准管和圆水准器。长水准管位于望远镜一侧，通过微调螺旋可使长水管与望远镜一起做微小的上下俯仰变化，从而使长水准管气泡居中并达到望远镜视线水平。圆水准器安置在基座上，用以标示仪器的粗略整平。 (3)基座。它由脚螺旋、圆水准器组成，仪器通过基座与三脚架连接。 2.水准尺 用于等级测量的水准尺是直式、成对使用的双面尺。黑面为主尺，尺底从零开始分划和标注；红面为辅尺，尺底分别从4687mm和4787mm开始分划和标注。用与普通水准测量的,水准尺由直式尺、折式尺，尺长35m，尺底从零开始分划和标注，尺面分划一般到厘米或半厘米，分米和整米处标注相应数字。 3.水准仪的使用 它包括安装水准仪、粗略整平、照准和调焦、精确整平和读数。 (1)安装水准仪。调整三脚架腿至适宜长度，选择适宜位置，蹬踩支架腿踏板使支架尖角入土，以此将三脚架稳固并使架头大致水平地支设在测站上，然后将仪器用中心螺栓连接在三脚架上。 (2)粗略整平。松开制动螺旋，转动仪器，使圆水准器置于两脚螺旋之间，如图所示。用两手同时向内或向外转动脚螺旋使气泡移至 连线的中间n处，然 后转动螺旋使气泡居 中，转动仪器方向，重 复以上步骤使更加准确。,(3)照准和调焦。将望远镜对准明亮背景，转动目镜调节螺旋使十字丝成像清晰。松开制动螺旋，转动望远镜并通过望远镜筒上的缺口和准星粗略瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。转动物镜调焦螺旋使水准尺影像清晰，再转动水平微动螺旋精确瞄准（如使十字丝纵丝照准尺面中央），如图1-15。消除视差。若眼睛靠近目镜微微上下移动而十字丝和目标影像有相对运动，称为视差可通 过反复调节物镜和目镜的调焦螺旋消 除视差。 (4)精确整平。转动长水准管的 微倾螺旋使气泡居中，视窗内的图像 吻合成U形。 (5)读数。每次读数前都需精确整 平。读数时先找到十字丝两侧所标注 的数字，然后由小数字向大数字方向 读，依次将米、分米和整厘米数读出 将非整厘米估读到毫米，如图113：,图中的中丝读数为0.716m。读书后仍 应检查气泡是否居中，否则在精确整 平和重新读数。 (二)高程测量 1.水准点 高程已知的控制点称为水准点（ BM），分为等级水准点和普通水准点 。等级水准点是用较高等级的测量方 法测定高程并没有永久性固定标志的 控制点。普通水准点是用较低等级测 量方法测定高程的控制点。 2.水准线路 依次由各测点（包括水准点、待测点及辅助测点）所组成的测量路线称为水准路线，分为附合水准路线、闭合水准路线和支水准路线。从某一个水准点出发，测经各待测点及辅测点后，至另一个水准点结束的测量路线为附合水准路线。从某水准点出发测经各待测点及辅助测点后，再回到原水准,点所形成的闭合圈为闭合水准路线。从某水准点出发测完所有待测点后再按原路线测回到原水准点的测量路线为支水准路线。 3.观测记录与计算 在适当位置（视线好、仪器到前后测尺的距离相近、最远距离不宜超150m） 按适宜高度安设仪 器，瞄准水准尺， 细整平，读取中丝 读数。凡在已知高 程点上的读数（包 括转点上的第二次 读数）记为“后视 读数”，同一测站 （仪器安设点）上 最后一个未知高程点上的读数记为“前视读数”，中间其他未知高程点上的读数记为“间视读数”。若图1-14中A点高程,已知，则有： 已知点的高程+后视读数=仪器的视线高程（简称视线高）即 视线高=HA+a 测点高程=视线高程-前视或间视读数 即 HB=HA+a-b (三)视距测量 视距是借助仪器的视线测得的仪器中心至水准尺所在位置的水平距离。用水准仪测量视距的利用上、下丝读数差计算距离，即 视距D=K h 式中：K为视距系数，k =100， h为上、下丝读数之差。 (四)断面测量 在拟测量断面上选设观测点（如转折点、地形变化点、直线定向点、加密点），测量各点高程，直接丈量或推算各点之间的水平距离，根据高程的水平距离可绘制断面图。,四经纬仪测量,经纬仪主要用于角度（水平角、竖直角）测量，也可用于高程和视距测量。按读数设备不同分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪，工程上常用DJ6光学经纬仪。,(一)DJ6 光学经纬仪的结构与读数方法 经纬仪的基本构造包括照准部、水平度盘和基座。 DJ6 光学经纬仪的读数装置常采用分微尺测微器，仪器的度盘分划并标注1，分微尺上每小格为1，可估读到0. 1 (6 )，如图1-15所示。 (二)经纬仪的安装与使用 1.对中与整平 测量角度时必须将经纬仪安 置在角顶上，这需要对中（仪器 竖轴对应在测点上）其主要安置 步骤如下。 (1)将三脚架安置在测站上， 目估使架头大致水平并使架头中 心大致对准标志点。 (2)在三脚架上连接固定仪器 ，通过固定三脚架的一条假腿移动其余两架腿的方法粗略对中（观察对中器的照准圈大致对准测站标志点），并踩踏三,脚架腿使其入土稳固。 (3)旋转脚螺旋使照准圈精确对准测站标志点。 (4)采用伸长或缩短三脚架腿或踩踏架腿入土的方法使圆水准器气泡居中（粗整平）。 (5)多次重复步骤(3)和步骤(4)，使其同事满足对中和粗整平。 (6)细整平和对中。先旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中；然后松开水平制动螺旋，转动照准部使长水准管平行于任意两个脚螺旋连线。如下图： 两手同时向内或向外旋转脚螺旋使气泡居中，转动照准部90,再旋转第三个脚螺旋使气泡居中。重复以上步骤直至满足整平精度要求。 (7)再次检查仪器对中情况，若细整平后又使居中有所偏移，当偏移量较小时，可松开仪器中心连接螺旋，在架头上平移仪器使其精确对中，然后拧紧连接螺旋再重新细整平。如偏移过大，则重复操作(3)(4)(5)(6)各步骤直至对中和整平均达到要求。 2.照准目标 调节望远镜目镜使十字丝清晰；松开水平和望远镜制动螺旋，转动仪器粗略照准目标后再拧紧制动螺旋，然后利用微动螺旋精确照准目标（观测水平角时用竖丝照准目标底部观测竖直角时用横丝中丝照准目标顶部或底部）。调节物镜调焦螺旋使目标清晰，并注意消除视差。 3.读数 读数方法如前所述，读数时打开度盘照明反光镜使读数窗内亮度最好，要注意调节读数显微镜目镜使度盘影像清晰。 观测读数时，先读出与分微尺相交的刻度盘（分划线）,上所标注数字(度数)，然后再在分微尺上读出整数分并估读出非整数分（换算为秒），如图 中所示水平盘读数为 21507 50 竖直盘读数为 7848 20 4.置数 角度观测或施工放样时常 常需要使某读数为零或预置在 某定值上，称为置数。置数方 法可归纳为“先照准后置数”， 即精确照准目标，再打开度盘 变换手轮保险装置，转动度盘 变换手轮使度盘读数等于预定 数值，然后关上变换手轮保险装置。 (三)角度测量 1.水平角测量,水平角是通过目标的方向线 投影在水平面内所形成的夹角。 如欲测算图1-17中水平角，应 在角顶点O安置经纬仪，对中、 整平后瞄准A点读数（a）,再瞄 准B点读数（b），则 =b-a 为提高测量精度，常用测回 法或全圆方向法进行观测。 (1)测回法。用盘左（竖盘 在望远镜左侧，正镜）按顺时针方向依次观测读数，可求得： z=b1-a1 称为前半个测回。用盘右（竖盘在望远镜右侧，倒镜） 按逆时针方向依次观测读数，可求得： y=b2-a2 称为后半个测回。两个半测回为一个测回，其观测结果取两个半侧回的平均值即：,=(z+y) (2)全圆方向法。在一个测站同时观测多个水平角（如A、B、C、D多个目标）时，常用全圆方向法进行观测。用盘左按顺时针方向依次观测A-B-C-D-A，由D点转到A点称为归零，构成顺时针方向的全圆，为前半各测回。换成盘右按逆时针方向依次观测A-D-C-B-A，构成逆时针方向的全圆，为后半个测回。 前后两个半测回为一个测回，一个测回的角度值取两个半测回的平均值，多个测回时取各个测回的平均值。 2.竖直角测量 竖直角是通过目标的方向线在竖直平面内与水平线之间的夹角，通常用a表示，其大小为0 90，有仰角（位于水平线之上的竖直角，记为“+”或省略不记）和俯角（位于水平线之下的竖直角，记为“-”）之分。 由于望远镜视线水平时竖盘读数是个定值（记为初始数s）,所以测量竖角时，只需瞄准目标读数（用盘左盘右分别测读，记为D）即可，竖直角的大小等于s与D之间的,