测量学 指导.docx
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测量学指导
测量学实验指导书
佛山科学技术学院旅游与资源环境系
《测量学》
授课提纲E:
\CTQ\2003夹\jx\测量01.doc
课时安排
一章
绪论
1
一作用、任务（为什么要学？
）二学什么？
三怎样学？
四测量学的发展
五主要参考书？
1
九章
交会法和小三角
测量
一前方交会
二后方交会
三其它交会
2
二章
测量学基本知识
1
一形状大小二水准面
三测图原理
四地形图认识*五实验须知
1
十章
三角高程测量
2
一三角高程测量理
二竖盘构造及竖直角测量
三三角高程测量应
2
三章
直线丈量与定向2
一地面点的标定和直线定线
二直线丈量三直线定向
四成果整理
2
十一章
视距测量
2
一视距测量原理
二视距测量计算工具
2
四章
水准仪及其使用2
一水准仪原理
二水准器、水准尺、望远镜
三水准仪构造和使用
2
十二章
光电测距
4
一红外测距仪
2
五章
水准测量
一概述二路线拟定
三水准测量的施测
四水准仪检验与校正
4
十三章
平板仪及其使用2
机动2
一平板使用
二前方交会
三后方交会
2
六章
误差理论的基本知识0
一观测误差
二偶然误差
三误差处理
0
十四间
碎部测量
2
一碎部点的测量法
二碎部测图方法
三地物的测绘
2
七章
经纬仪及水平角测量
一水平角观测概念二经纬仪原理
三经纬仪校正及使用
四水平角、竖直角施测
十五章
地形图分幅编号
0
八章
导线测量
一导线测量的一般知识
二外业工作
三计算和精度
2
十六章
大比例尺地形图测量4
一地形控制测量
二测站点的测定
三图边测图
四地形图的检查
4
实验一水准仪使用实验二水准仪检验校正
实验三三等水准测量
实验四经纬仪检验校正
实验五水平角测量
实验六竖直角测量
实验七陡坡距垂直距实验八平板仪水准仪配合测量
实验九大比例尺地形图测量
12（理论1）绪论和实验须知1920（实验六）竖直角测量
34（实验一）水准仪使用2122（理论4）三角高程和交会法
56（理论）水准仪和水准测量2324（实验七）陡坡距垂直距
78（实验二）水准仪检验校正2526（理论5）视距和碎步测量
910（实验三）三等水准测量2728（实验八）平板仪水准仪配合测量
1112（理论2）经纬仪和水平角2930（理论6）大比例地形图
1314（实验四）经纬仪检验校正3132（实验九）大比例尺地形图测量
1516（实验五）水平角测量3334课上闭卷考试
1718（理论3）竖直角和导线
E：
CTQ\JX\2003夹\测量01.doc
第一章绪论
一对象1位置、形状、大小
2随着生产、生活而发展（最初用绳子丈量，指南针定向，公元前7世纪见图）
3正朝自动化、数字化、高精度化发展（二乘理论、摄影技术、航空航天、微处理技术发展有关）
二任务1测定—从实况到地图
2测设—从图纸到实地
三分科1普通测量学—是测量学的基础（我们主要学习内容）
2大地测量学
3摄影测量学
4工程测量学
5海道测量学
四作用1提供数据及地图资料
2提供施工指导
3预报地震
4满足日常生活、工作需要
五目的1掌握和了解手段和方法
2仪器的正确使用
3能进行水准、角度、距离测量，大比例尺地图的测绘。
六基本内容见2页
七实习须知
1一般规定阅读有关课文及说明
携带资料
规定时间进行
记录铅笔、回报、不擦拭
用后清点
2仪器借用以组为单位借用水准6套、经纬4套
借时清点、借条注明编号、缺失
运前扣好、小心防碰撞
结束清洁、清点
3仪器安装取出前看清安放位置
先松螺丝、后安放，一手握、一手拧螺丝
先脚架、稳妥、对中、
取后闭箱、禁坐箱防晒防雨
4仪器使用安后有人守转动时先松螺后转动
灰尘勿擦拭，应专用扫先制动后微动，不过紧，用中间一段螺纹。
出故障，应报告
5仪器搬迁：
近距离时，连脚架一起搬迁
连接处应紧，制动螺丝应放松
左手托仪器，右手抱脚架，稳步前行。
6装箱：
清除灰尘，套上盖
松开制动
一手握支架，一手松螺丝
正确就位，不强压
再拧紧制动螺丝，关箱上锁。
第二章测量学基本知识
一地球形状和大小的概念
1水准面：
静止的水面称为水准面。
（水准面是很多的，在重力相同时，水分子不流动，形成一个重力等位面。
水准面的特点是处处与铅垂线方向正交，
2大地水准面：
平均静止的海水面，向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面，称为大地水准面。
平均静止的海水面实际上大自然是不存在的，为此，我国在青岛设立验潮站，长期观测黄水面的变化，取其平均值，作为我国大地水准面的位置（其高度为零），并在青岛建立了水准原点。
平均海水面是代替海水静止时的水面，是一个特定重力位的水准面，称为大地水准面。
K5
3大地体：
由大地水准面所包围的形体称为大地体。
由于海水有潮汐，时高时低，所以取其平均的海水面作为地球形状和大小的标准，它所包围的形体称为大地体。
K5
由于地球表面起伏不平和内部物质结构分布不均，引起铅垂线方向不规则变动，所以大地水准面实际上是一个略有起伏的不规则曲面，不便于计算和建立坐标系。
为此，人们就用一个可以用数学公式表示又很接近大地水准面的参考椭球面来代替它。
我国目前采用的参考椭球数据是a=6378140m。
a为椭圆长半轴，其形状由长半轴和短半轴决定。
k2
由于地球扁率很小，一般在测量计算时可以将地球看成圆球，其半径R约不6371km。
4大地原点：
为确定地面点的位置，我国在陕西省泾阳县永乐镇境内选择并埋设了大地原点，建立全国统一的坐标系，叫“1980年国家大地坐标系”。
中华人民共和国成立初期，我国曾建立并使用“1954年北京坐标系”，作为临时过渡性的坐标系。
K2
陕西省泾阳县永乐镇境内－－1980年国家大地坐标系。
“1954年北京坐标系”
5圆球半径：
由于地球扁率很小，一般在测量计算时可以将地球看成圆球，其半径R约不6371km
其椭圆扁率为1：
298.257k2
二地面点位置的表示方法
地面点的位置通常由该点投影到参考椭球面的位置（坐标）和点到大地水准面的铅垂距离（高程）来确定。
1地面点坐标：
独立平面直角坐标系：
在较小范围内用，可近似把球面看成平面，
将地面点直接沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角从标系确定地面点的位置十分方便，规定向北为正x,向东为正y，坐标原点选在测区西南角以外。
K2
高斯平面直角坐标系：
当测区范围较大时，不能把地球看成平面，此时用大地坐标来表示地面点位，则其测量计算工作又不方便。
为将球面点位投影并绘到平面上，必须采用适当的投影方法即高斯投影来实现，用高斯投影方法可以得到高斯平面直角坐标系。
*我国国家基本地形图都是采用高斯分带投影的方法。
K98
高斯投影性质是横切椭圆柱等角投影。
*地面点投影到参考椭球面的位置一般用大地坐标（大地经度L和大地纬度B）表示，但工程建设中，为方便起见，常采用以上二种直角坐标系来表示。
K2
2地面点高程：
绝对高程：
地面点到大地水准面的铅直距离称为该点的绝对高程，简称高程或海拔。
我国的高程起算面是与黄海平均海水面相吻合的大地水准面，该面上的各点高程为零。
河K3
静止的水面称为水准面。
1956年黄海高程系，青岛水准原点（72.289m），利用青岛验潮站1950－1956年的观测资料，求出黄海平均海水面作为大地水准面。
我国目前采用“1985年国家高程基准”，它是利用青岛验潮站1953－1979年观测资料，经过计算而建立的，并测算出原国家水准原点高程为72.260m，从该水准原点出发，以不同的精度用水准测量的方法测定了许多水准点，供高程测量用。
＊平均静止的海水面并向大陆、岛屿方向延伸而形成的闭合曲面，称为大地水准面。
平均静止的海水面实际上大自然是不存在的，为此，我国在青岛设立验潮站，长期观测黄海海水面的变化，取其平均值，作为我国大地水准面的位置（其高度为零），并在青岛建立了水准原点。
目前，我国采用“1985国家高程基准”为基准，青岛水准原点的高程为72.260m,全国各地的高程都以它为基准进行测算。
熊春宝等编2页
＊与水准面相切的平面称为水平面，
＊天文经纬度：
是以天文测量的方法直接测定的，
而大地经纬度是以根据大地测量的数据推算的。
两者不同的是基准面和基准线不同。
相对高程：
假定高程：
当测区范围内没有高程已知的水准点时，可以任意假定一个水准面作为高程起算面，地面点到这个假定水准面的铅直距离为该点的假定高程或叫相对高程。
K3
高差：
地面两点的绝对高程或相对高程之差称为高差，k3
三用水平面代替水准面的限度
用水平面代替水准面，必然会影响高程和距离测量的精确度。
河3
1对距离的影响：
原因分析略
通过推论可知，在距离为10km时，误差/真值=1/1217700小于1/100万的最精密测量的容许误差。
2对高度的影响：
推论表明，高度差是随距离平方的增加而增加的，当D取200m时，高度差为0.31m，这是不允许的，因此进行高程测量时，即使距离很近，也要考虑地球是曲面（即地球曲率）对高程的影响。
四测量的基本工作和基本原则
1基本工作是：
距离、角度、高程
2基本原则是：
先整体后局部，先高级后低级，先控制后碎步，边工作边校核
复习题：
1测量学的研究对象是什么？
2测量学的任务是什么？
测定和测设有何区别？
3什么叫水准面、大地水准面？
水准面有何特性？
4什么是绝对高程、相对高程？
5根据1956年黄海高程系，测得A点高为213.464m，B点高程为213.529m，
试计算改用1985年国家高程后，A、B两点的高程。
K4
213.464
A
213.464
213.435
72.289
-213.529
B
-213.529
-213.5
-72.260
72.289
1956年
72.260
1985年
实习一水准仪的使用
实习目的要求：
要求每个同学学会水准仪的使用，
包括—安置、粗平、调焦、瞄准、精平、读数。
连读3部水准仪数据，并记录3次读数。
了解工程水准仪（DS3级）的基本构造和性能，
认识其主要构件的名称和作用。
实验时数：
2学时实验小组由6人组成
实验设备：
每组水准仪1台，水准尺2根
一水准仪作用：
可用来测高程和距离。
测量地面点高程的工作叫高程测量。
有三种方法：
水准测量、三角高程测量、气压高程测量。
其中水准测量是最常用和精度较高的高程测量方法。
河5
二水准仪原理：
求高差，推未知点高程。
根据已知点的高程，利用水准仪提供的水平视线，测量地面高程已知点和未知点间的高差，从而推知未知点高程。
高差=后视-前视河5
三水准仪构造：
望远镜—主要作用是使人们看清远处目标，并提供读数用的水平视线。
望远镜内安置有调焦透镜：
通过转动调焦螺丝，可使远近不同的目标都能清晰地落在十字丝划分板上；
目镜的作用是将十字丝和目标的像同时放大；
十字丝的作用是提供精确瞄准目标的标准。
十字丝由中丝（中间一条水平位置的横丝）、横丝（上、下两条短视距线）、一条竖丝构成；
为控制望远镜的左右转动，水准仪都安装了一套制动和微动装置，用于精确瞄准目标。
制动螺丝拧松后，微动螺丝就不起作用。
河6
水准器—其主要作用是用来观察仪器和视线是否水平。
圆水准器：
气泡居中，说明圆水准器轴就处于铅垂位置，
长水准器：
长水准管轴水平，则视准轴也水平。
圆水准器一般只用于粗略整平仪器，
而用长水准管精确整平视线。
河7
基座—主要由轴座、脚螺丝和连接螺丝组成。
轴座用来支承仪器上部，
连接螺丝用来连接仪器与三脚架，
通过脚螺丝可使圆水准气泡居中，从而整平仪器。
河7
四水准仪使用：
1安置和粗平：
张开三脚架，调整脚架高度，目估大致水平，
取仪器连接，固定，
粗平就是转动脚螺丝使圆水泡居中，方法是先两脚，后第三脚，
2调焦与瞄准：
作用是使观测者能通过望远镜看清楚水准尺并对准它，以便读数。
目镜调焦：
对准远处明亮背景，调整目镜螺丝使十字丝最清晰
粗略瞄准：
松开制动，转动望远镜，使照门、准星、目标成一直线，拧紧制动
物镜调焦：
转动物镜调焦螺丝，使水准尺的像清晰落在十字分划板上。
精确瞄准：
转动微动螺丝，使竖丝大致平分水准尺的像。
消除视差：
方法是仔细进行物镜调焦，使十字丝最清晰。
如果十字丝没有调到“最清晰”，则应先调好十字丝再进行物镜调焦，直到视差消除为止。
所谓视差，就是由于调焦不准，水准尺的像并不落在十字丝划分板上，此时，眼睛在目镜旁上下移动，就会发现十字丝和尺像有相对移动，这种现象称为视差，视差的存在会影响测量的准确性。
3精平和读数：
精平是在读数前转动微倾螺丝，使符合水准气泡符合。
旋动时，大姆指的运动方向与符合气泡中左侧半个气泡像的移动方向一致。
当望远镜转到另一方向时，符合气泡不一定符合，应重新精平，待气泡符合后才能读数。
气泡符合后，应立即读取十字丝横丝所揸数值。
读数前应清楚水准尺的注记方式。
由于是像是倒立的，因此，读数时应自上而下，从小到大读，
一般先估读出mm数，然后再报出全部四位。
河9
水准测量中，精平和读数是两项不同的操作步骤，但具体作业时却把这两项操作视为一体，即精平后再读数，读数后要立即检查气泡是否仍然符合，只有这样才能获得准确的观测成果。
河9
记录表如下：
实验一记录表第组观测时间：
仪器号：
次序
点号
水准尺读数（m）
差值（m）=黑-红
黑面
红面
第一次
1
观测者
2
观测者
3
观测者
第二次
第三章水准测量
第一节水准测量原理
水准测量原理是：
根据已知点高程，利用水准仪提供的水平视线，测量地面高程已知点和未知点间的高度。
K5图示：
略
前进方向
后视尺水平视线b前视尺
B
a
A
大地水准面
（1）测量A、B两点间的高差：
hAB=a-b即后视读数-前视读数
（2）计算高程：
hB=hA+hAB
视线高法只需安置一次仪器就可测出多个前视点的高程。
此法常用于施工测量中。
河5
*三角高程测量因我们没有仪器，不讲；
*气压测量高程误差太大，相差3-5m很正常。
邓讲
第二节水准测量仪器和工具
水准测量必须使用水准仪、水准尺和尺垫。
我国制造的水准仪按仪器精度不同，可分为DS0.5、DS1、DS3、DS10、DS20、五个等级。
我们学习工程建设中常用的DS3型微倾水准仪和其它常用测量工具。
S—表示水准
S3表示三级云南ND1NS3
北京BS3重庆NS3-1
南京NS3武汉NS3
1、水准仪：
前面实验一已介绍过。
2、水准尺：
水准尺是带有刻划的供测量照准读数使用的标尺，
它由伸缩性小、不易变形的优质木材或玻璃钢制成。
常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。
塔尺一般用于较低精度的水准测量；双面尺一般用于精度较高的水准测量。
要求（K+黑）-红≤0.002（允许值）
K值有两种：
K=4.687K=4.787
相应有7.6877.787的上限邓笔记
这样注记的目的是为了校核观测时的读数错误。
河8
3、尺垫：
用生铁铸成，一般呈三角形状，中间突出1个小半球。
*“D”和“S”“大地”和“水准仪”的汉语拼音的第一个字母，
其下标0.5、1、3、10、20表示该类仪器的精度，即每千米往、返测得高差中数的中误差，以毫米计。
谭荣一11
工程测中常使用的DS3型水准仪，使用该仪器进行水准测量，每千米可达到±3mm的精度。
谭12
第三节水准测量的方法与要求
一、水准点和水准路线
1水准点：
国家测绘部门测出并布设的标志点。
水准测量是从已知高程点开始的，国家测绘部门根据青岛水准原点，在全国范围内埋设了很多点并测算出这些点的高程，这些点就是水准点，用BM表示。
河9
按精度高低分可他为4个等级：
、
、
、
工程建设中多为
等以下的普通水准测量，
*永久性水准点的标石一般用混凝土预制而成，顶面嵌入半球形的金属标志；
临时性水准点可选地面上突出的坚硬岩石或房屋勒脚、台阶，用红漆作标记，也可用大木桩打入地下，桩顶上钉一半球形钉子作为标志。
谭13
埋设水准点后应绘制出水准点附近的草图，标明编号和周围地物的相对位置以供日后查找和使用。
*我国用黄海基面，也叫青岛基面。
●珠江基面+0.586m=黄海基面。
●珠江基面+0.791m=八五高程。
据邓水文笔记
1956年黄海高程系，青岛水准原点（72.289m），利用青岛验潮站1950－1956年的观测资料，求出黄海平均海水面作为大地水准面。
我国目前采用“1985年国家高程基准”，它是利用青岛验潮站1953－1979年观测资料，经过计算而建立的，并测算出原国家水准原点高程为72.260m，从该水准原点出发，以不同的精度用水准测量的方法测定了许多水准点，供高程测量用。
2水准路线：
水准测量所经过的路线。
有两种：
单一水准路线和水准网两种，
我们需了解比较简单的单一水准路线。
单一水准路线有三种形式：
闭合水准路线：
1BMA
3
2
从一个已知点出发，沿若干待测高程点进行测量，最后又回到原已知点所构成的环形路线叫闭合水准路线。
附合水准路线：
从某一已知高程水准点出发，沿若干待高程点进行水准测量，最后测到另一已知高程水准点所构成路线叫附合水准路线。
BMA
BMA
支水准路线：
从某一已知高程水准点出发，沿待测点进行水准测量，既不闭合也不附合的路线叫支水准路线。
为了校核，支水准路线应进行往返测量。
河11
BMA
二、水准测量的方法与校核
1观测方法
当所测两点相距较远或高差较大时，不可能安置一次仪器就测出两点间高差，必须选择若干过渡点，将测量路线分成若干段进行观测，这些过渡点称为转点。
河10
h3
h2
h1
大地水准面
H=h1+h2+h3….
测站观测与计算：
步聚包括：
安置并粗平仪器；
瞄准后视尺，精平后读中丝，记入表中；
瞄准前视点的尺，精平后读中丝，记入表中；
计算测站高差，并记入表中；
选好第二个转点，将水准仪搬移至TP1、TP2两点的中间
高程计算：
计算B点高程，记入表中
记录表如下：
水准测量观测手簿：
仪器号：
测站
点号
水准尺读数（m）
高差（m）
高程m
备注
后视a
前视b
+
-
1
BMA
0.676
0.333
49.872
TP1
0
0.343
2
TP1
1.265
0.573
TP2
0
0.692
3
TP23
0.843
0.419
TP3
0
0.424
4
TP3
1.002
0.409
B
0
1.411
50.788
计算Σ
Σa
0
Σb
+
-
-49.872
校核
3.786-2.870=
+0.916
Σa–Σb=
Σh=+1.325+（-0.409）=+0.916
Hb-Hbma
=+0.916
计算校核：
要求每页记录都要进行计算校核；
若三个值相等，则说明计算正确。
Σa–Σb=Σh=Hb-Hbma
2校核方法
计算校核只能检查出计算上有无错误，不能检查观测是否有误，因此，水准测量中还要采用一定方法进行校核。
K11
测站校核：
为保证测量精度，在每站观测时都要进行校核，测站校核常用如下两种方法：
用双面尺法；当双面的红、黑所测高差不大于5mm时，取其平均值作为该站高差，否则应重测。
河11
变动仪器高法；若不用双面尺观测，可在测站上用不同的仪器高（高度相差>10cm）观测两次，若这两次高差之差不大于5mm，则取其平均值，否则应重测。
路线校核：
测量工作不可避免地会产生误差，测站校核只能检查出每个测站的观测计算是否符合要求，对一条水准路线而言，有些误差在一个测站上反映不很明显，但随着站数的增多，这些误差积累起来就有可能使整条水准路线的测量成果产生较大的差异，因此外业结束后，还要对水准路线的高差测量成果进行校核计算。
测量上把水准路线高差观测值与其理论值之差叫做做水准路线闭合差。
单一水准路线的高差闭合差的计算公式分别是：
闭合水准路线：
由于理论值Σh理=0，故其闭合差为：
fh=Σh测–Σh理=Σh测
一路线高差闭合差的计算
闭合水准路线高差的理论值∑h理等于零，
附合水准路线的高差理论值HBMB-HBMA,
支线水准路线，往返观测闭合差的理论值为零，
二路线容许闭合差的计算
误差绝对值小于容许值时，认为外业测量工作精度合格，可以下一步高差闭合差的调整计算，大于容许值时，应查明原因，及时返工重测。
K12
fa容=±40根号LmmL为水准路线长度，单位为公里计
或=±12根号nn为测站数，支水准路线的L、n以单程计
平坦地区测量时，用第一个公式计算，
山区测量时（每公里测站数>15）时，用第二个公式计算。
三高差闭合差的调整
一般情况下，同一条水准路线的观测条件基本相同，因此，我们可以认为每个测站观测时产生的误差大致相等，由此可以得出高差闭合差调整原则是：
将高差闭合差反符号按路线长度或测站数成正比地分配各段。
K12
第四节单一水准路线的高程计算
四计算各点高程
第五节水准测量注意事项
测量工作容易产生错误，因此测量时必须杜绝错误、减小误错、提高观测精度和工作效率；
一水准测量误差来源
仪器误差：
残余误差（校正不完善，校正后仍存在部分误差），水准尺误差
观测误差：
气泡居中误差、读数误差、水准尺倾斜误差、视差的影响
外界条件影响：
包括土质、温度、地球曲率及大气折光等。
K16
二水准测量注意事项
1水准仪和水准尺必须经检验校正后才能使用，
2仪器校正前应弄清楚校正目的和校正方法，校正时要“轻、稳、慢”。
3仪器应安置在坚固的地面上，并尽可能使前后视距离相等，操作时手不能压在仪器或三脚架上以防仪器下沉。
4水准尺要直立，尺垫要踩紧。
5读数前要消除视
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