武大工程测量复习整理.docx

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武大工程测量复习整理

定义一：

工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。

一般的工程建设分为规划设计、施工建设和运营管理三个阶段。

工程测量学是研究这三阶段所进行的各种测量工作。

定义二：

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。

定义三：

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、机器和设备为研究服务对象。

二、研究应用领域

（1）测量仪器与方法

（2）测绘数据处理和应用

（3）精密工程测量（4）地下和深层建筑物测量

（5）工程测量标准（6）变形监测、预报及控制

（7）特殊工程测量（8）工程测量信息化和自动化等

第二节工程测量学内容的划分

一、按工程建设阶段划分

（1）勘察设计阶段的控制测量和地形测量（测图）

（2）施工阶段的施工测量和设备安装测量（放样）

（3）管理阶段的变形观测和维修养护测量（变形及维修）

二、按服务对象可分为：

（1）工业与民用建筑测量

（2）铁路公路测量

（3）水利、桥梁测量（4）矿山测量（5）城市测量

（6）管线测量（7）工业及国防测量（8）地籍测绘

三、工程测量的主要内容

（1）工程测量中的地形图测绘

（2）工程控制网布设及优化设计

（3）施工放样技术和方法

（4）工程的变形监测分析和预报

（5）工程测量的通用和专用仪器

（6）工程测量学中的误差及测量平差理论

平差理论与传统测量相同，但有自身的特点：

主要体现在变形监测数据的检验、预测方法的建立等方面，包括的自由网平差、拟稳平差、稳健估计（或称抗差估计）等

四、工程测量常用的技术

（1）常规地面测量技术

（2）卫星定位技术（GPS）

（3）影像技术（4）水下地形测量技术

（5）特种量测技术（6）信息管理技术

五、工程测量的特点

（1）与其它测量的相同点：

基本理论、方法、观测手段、平差原理及仪器使用相同

1）测量精度要求变化大，从高精度测量到低精度测量

2）有特殊的测量仪器和特殊的点位装置

3）测量场地小、干扰大（作业环境复杂）

4）测量时间性强，数据多

5）工程背景要求高

今后的发展：

（1）GPS定位技术的大力发展，结合基准站，动态RTK测量精度可达到mm级和亚mm级。

（2）激光技术，

1）三维激光扫描

2）激光自动跟踪系统ME5000精密激光测距仪

3）石英钟伸缩仪

4）测量机器人（TCA2003）

5）激光准直仪、激光铅直仪、激光导向仪等

（3）摄影测量技术的发展

（4）GIS的发展

（5）高精度陀螺仪的发展

总体可概括为：

四化、十六字

四化：

（1）内外业一体化

（2）数据获取和处理自动化

（3）测量过程控制和系统行为的智能化

（4）测量成果和产品的数字化

十六字：

连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便

第二章工程建设中的测量工作与信息管理

一、工程规划设计阶段的测量

主要是地形图测绘和各种剖面图绘制，另外在勘察阶段地质调查、钻孔定位等

二、工程施工建设阶段的测量

工程施工阶段的测量主要是按设计图纸要求将设计的建筑物位置、形状、大小及高程，在实地标定出来，以便进行施工，这一过程也称为施工放样（测设）。

（一）施工测量

工程建筑物的放样，同样必须遵循“从整体到局部”、“先控制后碎部”的原则和工作程序。

施工测量工作主要有：

（1）建立施工控制网——保证测量精度，避免误差累积

1）对于地形平坦但通视比较困难的地区，一般布设导线网；

2）对于地形起伏较大的山岭地区（如水利枢纽）及跨越江河的工程，一般采用GPS网或边角网。

3）对于线状工程（如铁路和公路）多采用GPS与全站仪相结合所布的导线网。

4）地下工程一般采用导线测量

（2）施工放样

1）对于一般建筑工程多采用极坐标法和直角坐标法；

2）对于跨河工程一般采用前方交会、轴线交会等方法

3）GPS-RTK

4）自由设站法——后方交会等

（二）监理测量

（1）对控制网进行全面复测、检查

（2）验收承包人的施工定线

（3）验收承包人测定的原始地面高程

（4）桥梁下、上部结构的施工放样的检测。

（5）对每层路基的厚度、平整度、宽度、纵横坡度进行抽查

（6）审批承包人提交的施工图

三、工程营运管理阶段的测量工作

实际上该部分测量工程主要是建筑物安全监测（变形监测）和设备的调整测量

第一节工程控制网的分类和作用

一、测量控制网的分类

（1）全球控制网

（2）国家控制网

（3）工程控制网

二、工程控制网的分类、作用和建网步骤

（一）分类

1、按用途分：

（1）测图控制网

（2）施工（测量）控制网

（3）变形监测网（4）安装（测量）控制网

2、按网点性质分：

（1）一维网（或称水准网、高程网）

（2）二维网（或称平面网）

（3）三维网；

3、按网形分：

（1）三角网

（2）导线网（3）混合网（4）方格网

4、按施测方法分：

测角网、测边网、边角网、GPS网；

5、按坐标系和基准分：

附合网（约束网）、独立网、经典自由网、自由网；

6、按其他标准划分：

首级网、加密网、特殊网、专用网。

（二）作用

（1）为工程建设提供工程范围内统一的参考框架，为各项测量工作提供位置基准

（2）满足工程建设不同阶段对测绘在质量（精度、可靠性）、进度（速度）和费用等方面的要求。

（3）工程控制网具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。

（三）建网步骤

工程控制网的布设采用逐级布设方式。

主要步骤：

与一般测图相同

1）确定控制网的等级；2）确定布网形式；3）确定测量仪器和操作规程；4）在图上选点构网，到实地踏勘；5）埋设标石、标志；6）外业观测；7）内业数据处理；8）提交成果。

三、施工控制网

1、施工平面控制网具有以下特点：

（1）控制的范围较小，控制点的密度较大，精度要求较高

范围：

一般几百平方米——几十平方公里

（2）使用频繁

（3）受施工干扰大→控制点密度要求大

（4）投影面特殊

（5）施工控制网常采用独立的坐标系，其坐标轴平行或垂直于建筑物的主轴线

（6）有时分两级布网，次级网可能比首级网的精度高

四、变形监测网

五、安装测量控制网

1、为大型设备构件安装定位及建筑物和设备变形观测和设备调整服务。

2、布设要求：

控制点的密度和位置能满足设备构件的安装定位要求。

3、布设形式：

安装测量控制网通常是一种微型边角网，边长较短，一般从几米至一百多米。

第二节工程控制网的基准和建立方法

一、工程控制网的基准

1、工程控制网的基准可分为以下三种类型：

（1）约束网（有多余的已知数据）。

（2）最小约束网（经典自由网）。

只有必要的已知数据。

（3）无约束网（自由网）。

2、基准秩亏——实际上就是网缺乏必要的已知数据

若将全部网点的坐标作为未知数，则表现为观测值和坐标值之间的联系不固定，这将产生平差线性模型的图形矩阵A的列亏。

法方程矩阵N将出现秩亏。

这种由于没有固定基准所引起网产生平移或者转动，称为基准秩亏。

二、工程控制网基准的建立方法

（一）工程控制网的基准

（1）国家坐标基准

（2）局部坐标（工程坐标）基准

（2）三差改正：

1）边长归化改正——将所测量的边长归算到参考椭球面的改正

2）投影改正——将参考椭球面上的方向和边长投影到高斯平面上的改正，与测区到中央子午线的远近有关。

3）方向改正——将所测量的方向归算到参考椭球面的改正

（二）自由网平差

在一个平差模型中，若已知点坐标数多于基准秩亏数，这种平差为约束网平差。

特点：

引起网的形状和比例尺发生变化。

自由网平差是指网的内部几何图形要根据多个点的近似坐标来确定。

如果取所有点的近似坐标，则称为全自由网平差，如果只取一部分点的近似坐标且这些点的坐标个数又大于基准秩亏数d，则称为局部自由网平差。

采用自由网平差不会破坏网的内部几何图形

第三节工程控制网的质量准则

一、工程控制网的质量准则（精度、可靠性、灵敏度和费用准则）

（一）精度准则

1、总体精度准则

（1）E准则——置信超椭球的最大半轴应尽可能地小

（2）体积准则——置信超椭球的体积应尽可能地小

（3）方差准则（A准则）——置信超椭球的半轴平方和应尽可能地小

体积准则的缺点是：

即使体积达到最小，但个别半轴仍较大。

方差准则可克服上述缺点。

（4）平均精度准则

（5）均匀性和各向同性准则——均匀性是指网中所有点具有相同形状和大小的误差（或置信）椭圆，而各向同性则是表示在均匀的条件下还具有各方向精度相等的性质，即椭圆变成了圆

2、点位精度和相对点位精度

（1）描述点位精度的常用标量分如下两种：

1）赫尔默特（平均）点位误差（称为迹准则）

2）维克迈斯托点位误差（称为面积准则）

（2）相对点位精度——用相对误差椭圆描述

（3）未知数函数的精度

控制网中用直接连接或不直接连接的两点间的距离作未知数函数来描述相邻精度。

（4）主分量——用置信椭球半轴表示，实际上表明了观测误差最大和最小的方向

（5）准则矩阵——是人为设计的控制网坐标未知数的协方差矩阵，其元素是根据网的精度要求确定的。

二、可靠性准则

指发现（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）。

一般采用多余观测、重复观测或者多余已知点进行检查。

保证观测的可靠性。

三、灵敏度准则

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。

四、费用准则

第五节施工测量控制网建立

一、施工控制网的布设原则

（1）整体→局部

（2）先控制→后碎部

（3）顾及施工顺序、方法、场地等

二、施工测量控制网的布设形式

（一）平面控制网

（1）三角网

（2）测边网（3）边角网

（4）导线网（5）GPS网

（二）高程控制网

（1）水准网

（2）三角高程网

二、施工测量控制网精度的确定

（一）误差来源

（1）施工误差m施（构件制造误差、施工安装误差等）

（2）测量放样误差（控制点误差m控和测设误差m放）

（二）精度确定方法

（1）当控制点误差占测设总误差的40％时，它使放样点位的测设总误差仅增加10％，这样的影响可忽略不计

（2）等影响原则

三、工民建施工测量控制网的建立

（1）厂区控制网

（2）厂房控制网

四、桥梁、隧道、水利枢纽施工测量控制网的建立

1、桥梁施工测量控制网的布设

（1）布设要求：

1）布在不受水淹和稳定的地方

2）在河岸轴线上各设一个控制点

3）要有足够的强度和密度，以方便放样

4）桥梁控制网的边长一般在0.5～1.5倍的河宽范围内

（2）布设形式

（a）大地四边形（b）双大地四边形

（c）大地四边形＋三角形（d）三角形

2、 桥梁施工测量控制网的精度确定（两个实例）

（1）误差来源：

1）测设误差2）构件生产误差3）施工误差4）安装误差

（2）根据桥梁架设确定控制网的精度

①桥梁架设的极限误差=钢梁制造误差＋支座垫板安装误差

②控制测量误差为钢梁架设误差的

（3）从桥墩放样的允许误差分析控制网的必要精度

方法：

取控制网测量误差占测设误差M的40％考虑

（二）隧道施工测量控制网的建立

建立方法和误差分析

（三）水利枢纽施工测量控制网的建立

1、两重性

（1）松散性——分为不同的整体，结构复杂

（2）整体性——各整体在平面位置及高程上相互联系，具有较高的精度要求

形式：

三角网、测边网、边角网、导线网和GPS网

第六节典型工程控制网

一、隧道（洞）工程控制网

洞内导线的设计可分由大地四边形构成的交叉双导线网两种形式，长导线边按500m设计，大地四边形的两条短边可用钢尺量取且不作方向观测。

由于大地四边形全导线网的观测量大，且靠近洞壁的侧边易受旁折光影响，所以采用交叉双导线网更好。

为增加检核，应每隔一条侧边闭合一次，成为由重叠四边形构成的交叉双导线网。

二、桥梁施工控制网

一般要求在桥轴线上布点，以控制桥长和进行桥轴线放样

第七节控制点的埋石与标志

第八节工程控制测量内外业一体化

第四章 工程施工测设的基本方法及精度分析

一、方法：

1、平面位置

（1）极坐标法

（2）直角坐标法（3）交会法

（4）正倒镜投点法（5）RTK法

2、 按测设程序可分为：

（1）直接测设法

（2）归化测设法

归化测设：

将直接测设法所标定的点作为过渡点，通过测量过渡点与已知点间的关系，计算过渡点实际位置与正确位置的差值，通过差值对过渡点进行改正（归化），归化法所采用的差值可以是距离归化值，也可以是坐标归化值

（二）高程测设

水准法或三角高程

第五节铅垂线放样

一、经纬仪＋弯管目镜法

二、光学铅垂仪法

三、激光铅垂仪

第六节平面测设方法的精度分析

第七节  特种工程测量技术与仪器

一、激光扫平仪

二、准直测量

Ø测小角法

Ø活动标牌法

Ø激光准直法——①激光经纬仪准直②波带板激光准直

Ø引张线法等。

三、激光铅垂仪（激光垂线仪）

四、三维激光扫描仪

五、平行光管技术

六、垂线和引张线技术

七、倾斜仪的应用

八、流体静力水准测量

九、手持式激光测距仪

第五章工程建设中的地形图与应用

一、工程建设三个阶段：

（1）选址阶段（规划）

（2）初步设计（3）施工设计

不同阶段需要不同比例尺的地形图。

 二、地形图的特点

（1）具有可量性和可定向性

（2）综合性和易读性

（3）主要性和舍弃性

（4）局限性

三、地形图比例尺的选取原则：

（1）满足规划设计各阶段的要求

（2）易于使用

（3）满足工程精度要求

四、模拟地形图的误差来源主要有：

✓解析图根点的展绘误差m展；

✓图解图根点的测定误差m图；

✓测定地物点的视距误差m视；

✓测定地物点的方向误差m向

✓地形图上地物点的刺点误差m刺

五、数字法测图主要误差来源：

✓定向误差对地物点平面位置的影响——m定；

✓对中误差对地物点平面位置的影响——m中；

✓观测误差对地物点平面位置的影响——m测；

✓棱镜中心与待测地物点不重合对地物点平面位置的影响

—m重。

六、地形图在工程建设中的应用

（1）绘制地形断面图

（2）按规定坡度选定最短路线

（3）确定开挖方量

5.5工程竣工图（现状图）测量与编绘

主要讲解了竣工图内容、特点、原则、要求及总图编绘等

特点：

✓不但与勘察和施工阶段的测量工作有关，而且与设计、施工和生产管理也有着密切的关系。

✓竣工图的精度应以细部坐标点的测量中误差来确定（竣工图上所有建（构）筑物均以解析法测其细部坐标来表示它的平面位置），而不取决于测图比例尺。

✓测图比例尺的大小仅解决图纸负荷和设计使用方便问题，不作为测图精度的依据。

✓竣工图还具有测图内容繁杂，以及根据不同用途而采取不同的技术措施等特点。

原则：

✓控制测量系统应与原有系统保持一致。

✓测量控制网必须有一定的精度标准

✓充分利用已有的测量和设计的资料

第四节水下地形图测绘

一、水下地形图概念及用途

（1）概念

水下地形图——用等高线表示水底地形高低起伏的地图

水深图——用等深线描述水底地形相对于某一起算面的深度分布情况的图

海图——大范围内（如海域）施测的水深图，如果采用统一编号，则称为海图

（2）水下地形测量特殊性

Ø水下地形不可见，不能选择特征点，只能均匀布点

Ø水下地形测量一般以水面为基准，而水面高程是变化的，测量时应及时观测水位的变化

水下地形测量=水深测量+船的平面位置测量

二、水下地形测量的定位方法

（1）无线电定位

（2）电子速测仪定位

（3）差分GPS定位（3）水下声学定位等。

三、水深测量和水位观测

主要仪器设备

（1）测深杆（0~5m）

（2）测深绳（≤20m）

回声测深仪

（3）测深仪多波束测深仪（0.5~300m）

双波束测深仪

激光测深仪

四、测深点定位方法：

1）前方交会2）后方交会3）断面索法

4）极坐标法5）无线电定位6）GPS定位

深度基准面概念

水深计算的起算面称为深度基准面，理论深度基准面是理论上可能出现的最低潮面，位于平均海水面以下高度为L的平面处。

在内河和湖泊采用最低水位、平均低水位或设计水位作为深度基准面。

五、测深线、测深点的布设

1．测深点的布置——散点法或测深线法

2．测深线的布设形式

（1）与河流主流或岸线垂直，线间距一般为图上的10～20mm

（2）河道转弯处，布置成扇形

（3）辐射状布设

六、水下地形测量方法及编绘

第六章工程建筑物的施工放样

第一节建筑限差和精度分配

一、建筑限差

二、精度分配及放样精度要求

（一）等影响原则

设设计允许的总误差为，允许测量工作的误差为1，允许施工产生的误差为2；允许加工制造产生的误差为3。

若假定各工种产生的误差相互独立，则可写出：

（二）忽略不计原则

6.2常用施工放样方法

一、直接放样方法

1、高程：

水准仪直接放样和全站仪无仪器高作业法放样

2、角度放样

3、距离放样

（1）点位放样

Ø极坐标法

Ø全站仪坐标法

Ø交会法

Ø直接坐标法（如GPSRTK法）等

（2）垂线放样

1）经纬仪＋弯管目镜法

2）光学铅垂仪法

3）激光铅垂仪

（2）归化法放样点位

1）距离交会归化法

2）角度交会归化法

3）测大角归化法

4）构网联测归化法放样

第八章工业设备的安装和检校测量

特点：

（1）保证每个部件之间的精密连接，精度要求高

（2）有特殊的测量仪器和方法

（3）不同对象安装要求的精度不同

（4）伴随工程建设的全过程

第一节精密微型安装测量控制网的建立

一、直伸三角形网

二、环形控制网

环形控制网一般布设成测高环形三角网和大地四边形环锁等形式。

（一）测高环形三角网

能显著地改善方位角传递的精度，有效地克服了三角形因视线靠近隧道壁产生的旁折光影响，实质上是以测边、测高达到高精度测角的目的

（二）大地四边形环锁

四边形环锁的图形结构比较坚强，测量全部边不测角度，也是一种较好的布设方案

三、三维控制网

三维控制网缺陷:

三角高程测量的精度较低，与平面位置的精度不匹配，特别是在野外大气折射对垂直角的影响很大。

三维控制网的优点：

1）避免了二次布网、观测和平差的繁琐工作；

2）避免了一些相关元素分开处理在精度上、时间上和信息上带来的损失，理论上更加完善。

第二节设备安装和检校测量仪器与方法

一、传统的测量方法

✓机械测量法——样板法和数控机床法

✓光学测量法——双五棱镜法、经纬仪钢带尺法和五棱镜带尺法等

✓电学测量法等。

二、射电全息法

三、三坐标测量机

第三节精密定线和短边方位传递

一、精密定线的方法 

（一）外插定线

（二）内插定线（正倒镜法）

（三）机械法准直测量

二、短边方位传递——平行光管技术

（1）对中误差；

（2）望远镜调焦误差；（3）照准误差

第四节三维工业测量系统

（1）极坐标测量系统（包括全站仪测量系统、激光跟踪测量系统、激光雷达/扫描测量系统）

（2）经纬仪交会测量系统（3）摄影测量系统

（4）距离交会测量系统（5）关节式坐标测量机。

第九章铁路及公路测量

一、铁路、公路设计阶段

（1）勘测设计阶段

（2）施工建设阶段

（3）竣工及试运营阶段

二、概念

根据图上设计重要路段，在实地标定出线路的位置叫勘测

当初步设计批准后，结合现场实际情况确定线路的位置，并为施工设计收集必要的资料，称为定测

初测是铁路初步勘测设计阶段所有测量工作的总称。

主要任务：

①选点插旗；②导线测量；③水准测量；④带状地形图测量（现在一般航测完成）

在铁路初测阶段布设水准点和进行的水准测量称为基平测量

以基平测量的水准点为基础，测定沿线各导线点，百米桩及加桩点的高程，用以给制线路纵横断面图，称为中平测量。

三、曲线测设

曲线:

平曲线（圆曲线、缓和曲线、回头曲线等）和竖曲线

（一）圆曲线的测设

圆曲线的测量三要素：

圆曲线的起点ZY，中点QZ和终点YZ也称主点

1、圆曲线的要素

（1）曲线半径R

（2）偏角（即曲线转向角）α

（3）切线长T（4）曲线长L（5）外点矩E

（6）切曲差（校正数或起距）q

2、各要素计算

3、主点里程计算

ZY里程＝JD里程－T

YZ里程＝ZY里程＋L

QZ里程＝ZY里程＋L/2

JD里程＝QZ里程＋q/2＝ZY里程＋T

（二）圆曲线的测设方法：

（1）偏角法

（2）切线支距法（3）弦线支距法（4）弦线偏距法（5）极坐标法

（三）复曲线测设

两条或两条以上半径不同的同向圆曲线组成的曲线称为复曲线。

（四）缓和曲线的测设

在直线与圆曲线间插入一段半径由∞逐渐变化到R的曲线，这种曲线称为缓和曲线

（1）特点

（2）缓和曲线要素及参数

主点：

ZH（直缓点）HY（缓圆点）QZ（曲中点）YH（圆缓点）HZ（缓直点）

参数计算：

主点里程计算：

ZH点里程=JD里程-T

HY里程=ZH点里程+l0

QZ里程=ZH点里程+l/2

YH里程=HY里程+l0

HZ里程=YH里程+l0

JD里程=QZ点里程+q/2（检核用）

（3）缓和曲线偏角的特点：

曲线上各点的偏角值与该点距起点的曲线长的平方成正比，且等于该缓和曲线转角的三分之一。

（五）困难地段的曲线测设

（1）虚交

（2）用偏角法测设园曲线过障碍物的方法

（3）用偏角法测设缓和曲线过障碍物的方法

（4）曲线起点或终点不能置仪器的情况

（六）回头曲线的测设

第六节公路工程测量

完全非对称线形和非对称非完全线形参数计算

第七节管线测量

第八节线路勘测设计一体化

第十章桥梁工程测量

一、桥梁坐标系建立——其坐标轴采用平行或垂直桥轴线方向，坐标原点选在工地以外的西南角上。

桥梁控制网选择桥墩顶平面作为投影面。

二、桥梁误差来源：

1）制造误差2）拼装和安装误差3）架设误差

三、桥梁控制网布设和精度确定方法

四、桥梁施工放样方法

五、桥梁变形观测方法

第十一章水利工程测量

与桥梁工程测量类似。

仅仅变形观测存在一定的差异：

对于土坝、土石混合坝，主要观测垂直和水平位移、裂缝、浸润线、渗流量、土压力、孔隙水压力等。

对于混凝土坝、圬工坝，主要观测变形、应力、温度、渗流量、扬压力和伸缩缝等。

（2）抗震、滑坡、崩岸观测

第十二章工业及民用建筑测量

第一节概述

一、工业与民用建筑测量的主要内容：

（1）平整场地测量、土石方工程量计算

（2）主轴线定位测量

（3）建筑物放线

（4）基础施工测量

（5）建筑物轴线的投测及高程传递

（6）设备安装测量

（7）变形与沉陷观测

（8）设备维修与调试

二、施工测量的特点：

（1）土建工程精度要求低，设备安装测量精度要求高

（2）建筑物一般沿轴线布设，因此控制网也布成轴线

（3）测量方法与建筑物类型、位置、尺寸大小等有关

（4）施工测量要顾及施工顺序

（5）点位破