建筑工程测量电子教案.docx

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建筑工程测量电子教案

第一章绪论

§1.1建筑工程测量的任务

教学目标：

使学生了解测量学的定义和建筑工程测量的主要任务。

重点难点：

测量学的基本概念及在工程建设各阶段的主要任务。

教学内容：

一．测量学的基本概念

1、基本概念

测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和海底）点位的科学。

2、测量工作分类

测量工作可分为两类：

测定和测设。

测定：

将地面已有的特征点位和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。

测设：

将工程建设的设计位置及土地规划利用的界址划分在实地标定，作为施工和定界的依据。

测设又称施工放样。

二、在工程建设各阶段的主要任务

工程建设一般分为勘测设计、施工建设、运营管理三个阶段，在这三个阶段中测量工作的主要任务是：

勘测设计_阶段——控制，测绘地形图

施工建设阶段——施工放样，竣工测量

运营管理阶段——安全监测，变形观测

§1.2地面点位的确定

教学目标：

理解各种坐标系的定义，掌握测量工作的基本概念及基本原则。

重点难点：

各种坐标系的定义及异同。

教学内容：

一、地球的形状和大小

1、地球自然形体：

是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。

2、大地水准面：

设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。

3、大地体：

大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。

4、参考椭球体及参考椭球面

参考椭球体：

一个非常接近大地体，并可用数学式表示几何形体，作为地球的参考形状和大小。

它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。

参考椭球面：

参考椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。

二、测量工作的基准线和基准面

测量工作的基准线—铅垂线。

测量工作的基准面—大地水准面。

测量内业计算的基准线—法线。

测量内业计算的基准面—参考椭球面。

三、确定地面点位的方法

（一）地面点的高程

（1）绝对高程H（海拔）——地面点到大地水准面的铅垂距离

（2）相对高程H’——地面点到假定水准面的铅垂距离。

（3）高差——hAB=HB-HA=H’B-H’A

（4）我国的高程系统

主要有：

1985国家高程系统

1956黄海高程系统

地方高程系统。

如：

珠江高程系统。

（二）地面点在投影面上的坐标

坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。

1、地理坐标（属于球面坐标系统）

适用于：

在地球椭球面上确定点位。

2、平面直角坐标

适用于：

测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。

其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：

（1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）

（2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。

相同点：

数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。

测量上的平面直角坐标

数学上的平面直角坐标

（三）高斯平面直角坐标

适用于：

测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。

1、6°带的划分

（1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0°开始，将整个地球分成60个带，6°为一带。

（2）公式：

——中央子午线经度；N——投影带的带号。

2、3°带的划分

从东经开始，将整个地球分成120个带，3°为一带。

有：

——中央子午线经度；N——投影带的带号。

3、我国高斯平面直角坐标的表示。

方法：

（1）为了避免坐标出现负值先将自然值的横坐标Y加上500000米；

（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。

如：

国家投影坐标为（51000，20637680），则其所在的6°带的带号为多少？

在带号内的自然坐标为多少？

（20带，51000，137680）

四、用水平面代替水准面的限度

（一）、对距离的影响

在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。

（二）、对高程的影响

地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。

§1.3测量工作概述

教学目标：

使学生对测量工作的基本内容和基本原则有初步的认识。

重点难点：

测量工作的基本内容和基本原则

一、测量工作的基本内容

基本内容：

高差测量（h）、角度测量（β、α）、距离测量（S、D）

外业工作：

测定和测设。

内业工作：

观测数据处理和绘图。

二、测量工作的基本原则

1、布局上“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，工作次序上“先控制后细部”。

2、又一原则。

即：

“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。

第二章水准测量

高程测量的概念

根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。

即：

H未=H已+h

高程测量的方法分类

按使用的仪器和测量方法分为：

水准测量（leveling）

三角高程测量（trigonometricleveling）

气压高程测量（airpressureleveling）

GPS测量。

（GPSleveling）

§2.1水准测量原理与仪器操作

教学目标：

使学生掌握水准测量原理及如何操作水准仪

重点难点：

重点：

水准测量原理；

难点：

视差的概念。

教学内容

一、基本原理

水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。

结论：

A、B两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。

二、仪器和工具

（一）水准仪（level）

1.望远镜（telescope）

2.水准器（bubble）有两种：

圆水准器（circularbubble）——精度低，用于粗略整平。

水准管（bubbletube）——精度高，用于精平

特性：

气泡始终向高处移动。

（二）水准尺（levelingstaff）——主要有单面尺、双面尺和塔尺。

（三）尺垫（staffplate）

放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。

水准仪的使用

操作程序：

粗平—瞄准—精平—读数

（一）粗平—调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

（二）瞄准

视差概念、产生原因、消除方法

（三）精平

（四）读数—精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

§2.2普通水准测量的实施及成果整理

教学目标：

使学生掌握水准路线的布设、水准测量闭合差的分配。

重点难点：

水准测量闭合差的分配。

教学内容：

一、水准点（BenchMark）

二、水准路线（levelingline）

1．闭合水准路线（closedlevelingline）

2．附合水准路线（annexedlevelingline）。

3．支水准路线

（spurlevelingline）。

三、水准测量的实施（外业）

1.观测要求

2.水准测量记录表

四．水准测量的成果处理（内业）

（一）计算闭合差：

（二）分配高差闭合差

高差闭合差限差（容许误差）

分配原则：

按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

（三）计算各待定点高程

§2.3普通水准仪的检验与校正

教学目标：

使学生掌握普通水准仪的检校方法、自动安平水准仪的使用，并对精密水准仪有初步的认识。

重点难点：

普通水准仪i角的检验与校正

教学内容

一、水准仪轴线的几何关系

水准仪轴线应满足的几何条件是：

水准管轴LL//视准轴CC

圆水准轴L’L’//竖轴VV

横丝要水平（即：

⊥竖轴VV）

二、水准仪的检验与校正

（一）圆水准器的检验与校正

（二）十字丝横丝的检验与校正

（三）水准管轴平行于视准轴（i角）的检验与校正

§2.4自动安平、精密、电子水准仪简介

一.自动安平水准仪（compensatorlevel）

二.精密水准仪（preciselevel）

三．数字水准仪（digitallevel）及条纹码水准尺（codinglevelstaff）

第三章角度测量

§3.1角度测量原理

教学目标：

使学生掌握DJ2、DJ6光学经纬仪各部件的作用及读数的方法。

重点难点：

DJ2、DJ6光学经纬仪读数的方法。

教学内容

一、水平角定义

从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角，称为水平角。

其范围：

顺时针0º~360º。

二、竖直角定义

在同一竖直面内，目标视线与水平线的夹角，称为竖直角。

其范围在00~±900之间。

如图当视线位于水平线之上，竖直角为正，称为仰角；反之当视线位于水平线之下，竖直角为负，称为俯角。

§3.2光学经纬仪（opticaltheodolite）的使用

一、DJ6光学经纬仪的构造（对照实物讲解）

1.照准部（alidade）

2.水平度盘（horizontalcircle）

3.基座（tribrach）

二、J6的读数方法

分微尺测微器读数法：

分微尺的分划值为1ˊ，估读到获0.1ˊ（即：

6"）。

“H”——水平度盘读数，“V”——竖直度盘读数。

三、J2光学经纬仪的构造

与J6相比，增加了：

测微轮——用于读数时，对径分划线影像符合。

换像手轮——用于水平读数和竖直读数间的互换。

竖直读盘反光镜——竖直读数时反光。

四、J2的读数方法

一般采用对径重合读数法——转动测微轮，使上下分划线精确重合后读数。

（见图）

五、经纬仪的安置

1、垂球对中整平法步骤

2、光学对中整平法步骤

§3.3水平角测量（horizontalangleobservation）

教学目标：

使学生掌握水平角观测的两种常用方法——测回法、方向观测法。

重点难点：

重点：

经纬仪安置及水平角测回法观测方法。

难点：

方向观测法的观测方法及各项限差的规定。

一、测回法

1．适用：

两个方向的单角（∠AOB）。

2．观测步骤：

⑴盘左瞄准左边A，配度盘至0X´，读取a1。

⑵顺时针旋转瞄准右边B，读取b1。

则上半测回角值：

β1=b1-a1。

⑶倒镜成盘右，瞄准右边B，读取b2。

⑷逆时针旋转瞄准左边A，读取a2。

则下半测回角值：

β2=b2-a2

⑸计算角值。

若β1-β2≤±40"（图根级）则有：

β=（β1+β2）/2

3．记录

二、方向观测法

1．适用：

在一个测站上需要观测两个以上方向。

2．观测步骤：

（1）上半测回

选择一明显目标A作为起始方向（零方向），用盘左瞄准A，配置度盘，顺时针依次观测A、B，C，D，A。

（2）下半测回

倒镜成盘右，逆时针依次观测A，D，C，B，A。

同理各测回间按1800/n的差值，来配置水平度盘。

3．记录、计算

§3.4竖直角测量

教学目标：

使学生掌握竖直角观测的方法。

重点难点：

重点：

竖直角观测、计算的方法。

教学内容：

一、竖直度盘（verticalcircle）的构造

二、竖直角（verticalangle）的计算公式

三、竖盘指标差（indexerrorofverticalcircle）

1、定义

2、计算公式

（1）指标差：

x=（L+R-360°）/2

（2）结论：

取盘左盘右的平均值，可消除指标差的影响。

四、竖直角的观测及记录

一般规范规定，指标差变动范围，J6≤25秒、J2≤15秒

§3.5光学经纬仪的检验与校正

教学目标：

熟悉经纬仪的几项基本检校项目。

重点难点：

难点：

经纬仪的几项基本检校项目。

教学内容：

一、经纬仪的主要轴线及应该满足的条件

二、经纬仪的检验与校正

1．照准部水准管轴的检校

2．十字丝竖丝的检校

3．视准轴的检校

4．横轴的检验与校正

5．指标差的检校

6．光学对中器的检校

7．圆水准器的检校

§3.6水平角观测的误差分析

一、物的误差

二、人的误差

三、环境的误差

第四章：

距离测量与直线定向

教学目标：

使学生掌握精密钢尺量距、电磁波测距的方法及方位角的计算。

重点难点：

重点：

方位角的概念及计算。

难点：

尺长方程式的含义。

§4.1钢尺量距（steeltapemeasuring）

一、量距工具

二、钢尺量距

钢尺量距最基本的要求——平、准、直

按精度分：

一般量距和精密量距

（一）一般量距步骤

（二）精密量距步骤

§4.2电磁波测距（EDM）简介

一、电磁波测距（electro-magneticdistancemeasuring）的基本原理

s=ct/2

二、分类

1．按测程分：

短程、中程、远程。

2．按传播时间t的测定方法分：

脉冲法测距、相位法测距。

3．按测距仪所使用的光源分：

普通光源、红外光源、激光光源。

4．按测距精度分：

Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。

三、使用

§4.3直线定向

直线定向（lineorientation）：

确定地面直线与标准方向间的水平夹角。

一．标准方向（基本方向）分类

1、真子午线方向（turemeridiandirection）

2、磁子午线方向（magneticmeridiandirection）

3、轴子午线（坐标纵轴）方向（ordinatesaxisdirection）

二．方位角（azimuth）

1．定义

2．分类及关系：

（1）真方位角Ａ＝磁方位角Ａm＋磁偏角δ＝坐标方位角α＋子午线收敛角γ

（2）同一直线正反坐标方位角相差180°，即：

三．方位角测量（方位角推算举例）

第五章：

测量误差的基本知识

教学目标：

测量误差基本知识

重点难点：

重点：

各种误差的概念。

难点：

误差传播定律的应用。

、

§5.1测量误差的概念

测量误差按其对测量结果影响的性质，可分为：

一．系统误差（systemerror）

二．偶然误差（accidenterror）

此外，在测量工作中还要注意避免粗差（grosserror）（即：

错误）的出现。

§5.2衡量精度的指标

测量上常见的精度指标有：

中误差、相对误差、极限误差。

一、中误差

二、相对误差

三、容许误差

§5.3误差传播定律

一、误差传播定律（举例题说明）

二、权（weight）的概念

1.定义

2.规律：

权与中误差的平方成反比，故观测值精度愈高，其权愈大。

第六章：

小区域控制测量

§6.1概述

教学目标：

使学生掌握控制测量的概念、目的、作用与分类。

重点难点：

控制网的作用与分类。

教学内容

一、控制测量（controlsurvey）

1、目的与作用

2、有关名词

（1）小地区（小区域）

（2）控制点

（3）控制网

（4）控制测量

3、控制测量分类

（1）按内容分

（2）按精度分

（3）按方法分

（4）按区域分

二、国家控制网

三、小区域（15km2以内）控制测量

§6.2导线测量

教学目标：

使学生掌握导线测量的概念、布设形式、外业工作、内业计算。

重点难点：

导线测量的内业计算。

教学内容

一、导线的定义及适用范围

二、导线布设形式

1．闭合导线

2．附合导线

3．支导线

三、导线的外业

1．踏勘选点及建立标志

2．测水平角

3、量水平边长

四、导线的内业计算

（一）几个基本公式

1.坐标方位角的推算

2.坐标正算公式

3.坐标反算公式

（二）导线计算过程

推算各边坐标方位角——计算各边坐标增量——推算各点坐标。

（三）闭合导线平差计算

（四）附合导线平差计算

（五）查找导线测量错误的方法

§6.3三、四等水准测量

教学目标：

使学生掌握三、四等水准进行小区域高程控制测量的方法

重点难点：

三、四等水准测量的观测方法及成果计算。

教学内容

一、适用：

平坦地区的高程控制测量。

二、精度要求和技术要求。

（见表）

三、作业方法

1、每站观测程序（见图）

（1）顺序——“后前前后”（黑黑红红）；一般一对尺子交替使用。

（2）读数——黑面按“三丝法”（上、中、下丝）读数，红面仅读中丝。

2、计算与记录格式（见P114表6-12）

（1）视距=100×|上丝-下丝|

（2）前后视距差di=后视距-前视距

（3）视距差累积值∑di=前站的视距差累积值∑di-1+本站的前后视距差di

（4）黑红面读数差=黑面读数+K-红面读数。

（K=4787mm或4687mm）

（5）黑面高差h黑=黑面后视中丝-黑面前视中丝

（6）红面高差h红=红面后视中丝-红面前视中丝

（7）黑红面高差之差=h黑-（h红±0.100m）

（8）高差中数（平均高差）=[h黑+（h红±0.100m）]/2

（9）水准路线总长L=∑后视距+∑前视距

§6.4三角高程测量

教学目标：

使学生掌握三角高程测量进行小区域高程控制测量的方法

重点难点：

三角高程测量原理、观测方法及成果计算。

教学内容

一、适用于：

地形起伏大的地区进行高程控制。

实践证明，电磁波三角高程的精度可以达到四等水准的要求。

二、原理（见右图）

三、观测与计算

测竖直角、量仪器高、量觇标高（棱镜高）。

其技术要求，见各种规范。

第七章大比例尺地形图的基本知识及其测绘

§7.1地形图的基本知识

教学目标：

使学生掌握比例尺的种类和比例尺精度，地形图分幅的方法与图外注记方法，地形图的地物、地貌、注记符号。

重点难点：

比例尺精度，分幅与编号方法，等高线的特性。

教学内容

一、地形和地形图

二、地形图的比例尺

1.表示方法

2.分类

三、地形图的图名、图号和图廓

1.目的

2.方法及分类：

梯形分幅、矩形分幅、任意分幅

四、地物符号：

比例、半比例、非比例符号

五、地貌符号——等高线

1、定义

2、典型地貌的等高线

3、等高距、等高线平距、地面坡度

4、等高线按用途分类

5、等高线的特性

§7.2视距测量

教学内容

一.视距测量原理及公式

1.视线水平时

2.视线倾斜时

§7.3地形图测绘前的准备工作

教学目标：

使学生掌握坐标格网的绘制和控制点的展绘。

重点难点：

坐标格网的绘制的方法和控制点的展绘方法。

教学内容

一．图纸的选用

主要有：

1.磅纸2.聚脂薄膜

二．坐标格网的绘制

1．目的

2．方法分：

坐标格网尺法

圆规的对角线法

软件绘制方法。

如：

AutoCAD或CASS软件。

三．控制点的展绘

1.根据控制点坐标，确定所在的方格，再用比例尺展出该点。

2.检查

§7.4碎步测量的方法

教学目标：

使学生了解大比例尺地形图的测绘方法。

重点难点：

大比例尺地形图的测绘原理与方法。

教学内容

一、碎部点的选择：

地物、地貌的特征点

二、经纬仪法测图

（一）配置

工具和人员

（二）步骤

1.安置仪器：

在控制点A安置经纬仪，量取仪器高。

2.定向：

后视（盘左瞄准）另一控制点B，度盘置。

3.立尺：

立尺员把塔尺立到地形、地貌特征点上，

4.观测：

瞄准点1的塔尺，分别读取上、下丝之差、中丝读数、竖盘读数L、水平角β。

5.记录、计算：

记录上述观测值，按视距测量公式计算出点1的水平距离D和高程H。

6.展碎部点：

在图纸上，按β、D，定出点1的位置。

7.绘制地形图（地物和等高线）

（1）地物的描绘——按图式规定。

（2）等高线的勾绘

首先描绘出地性线（山脊线、山谷线），再在相邻碎部点之间，按平距与高差成比例的关系，内插出等高线。

第八章地形图的应用

§8.1地形图的基本应用

教学目标：

使学生掌握地形图的使用方法。

重点难点：

地形图的识读。

教学内容

一、确定图上点的平面坐标与高程

1、平面坐标——用比例尺在图上量取。

2、高程——目估内插。

二、确定图上直线的距离、方向（方位角）、坡度

1、图上直线距离

（1）解析法

（2）图解法

2、图上直线的坐标方位角

（1）解析法——量取两点坐标，用坐标反算公式计算。

（2）图解法——用量角器量取。

3、确定图上直线的坡度

三、绘制指定方向的纵断面图（profile（diagram））

1、沿指定方向量取两相邻等高线间的平距，用一定比例标在横坐标轴上；

2、再按各点的高程以一定比例标在纵坐标轴上。

3、纵坐标高程比例一般比水平比例大510倍。

四、按限制的坡度选定最短线路

按坡度和比例尺计算相邻等高线间的最小平距，有：

D=h/i，再按此距离画弧。

五、确定汇水面积

计算由山脊线围成的面积。

§8.2图形面积的量算

教学目标：

使学生掌握地形图上一定轮廓范围内面积量算的方法。

重点难点：

解析法。

教学内容

一、方格纸法——数方格的个数，计算面积。

二、平行线法——分解成梯形，计算面积。

三、解析法

四、求积仪法

第九章施工测量的基本工作

教学目标：

使学生掌握使用测量仪器进行水平距离、水平角和高程的测设。

进而掌握平面点及水平线、坡度线的测设工作。

重点难点：

平面点的直角坐标、极坐标的测设方法。

教学内容

§9.1施工测量概述

一、施工测量的目的和内容

二、施工测量的特点

三、施工测量的原则

四、施工测量前的准备工作

§9.2测设的基本工作

一、测设工作的概念

1．定义

2．测设的基本工作—水平距离、水平角和高程。

3．测设的方法—分直接法和归化法

二、水平距离的测设

（一）直接法——从起点A直接用钢尺或测距仪在给定方向上，丈量待放样的水平距离，得B点。

（二）归化法

用直接法测设出B点——精密丈量其距离——根据差值，实地改正。

三．水平角的测设

（一）正倒镜分中法——较精确的直接法。

（二）归化法。

四．高程的测设

1．高程点放样的方法

在已知点BM和待放样高程点P中间位置附近架仪，后视BM点，读后视读数a得视线高Hi=HBM+a上、下移动水准尺，使前视读数b=Hi-HP，并沿尺底画线，得P点。

2．楼层高程的传递方法

设HA为楼底层±0.000m的室内地坪高程，则楼层B点的高程为：

3．水平线50线的概念及测设：

在室内墙上测设一条比地面高50cm的水平线。

§9.3点平面位置的测设

点平面位置的测设方法

（一）直角坐标法

1．适用：

有彼此垂直的主轴线时。

2．方法：

3．检核：

四角是否等于90°

（二）极坐标法

1．适用：

无彼此垂直的主轴线且便于量距时。

2．方法

（三）角度交会法（方向线交会法）

适用：

不便量距时

方法：

计算测设元素水平角

（四）距离交会

适用：

距离较短，便于量距时。

方法：

计算测设元素D1、D2——量取D1、D2，得待测设点。

第十章工业与民用建筑中的施工测量

教学目标：

1、掌握施工平面控制网建立的几种形式及高程控制网的建立；

2、民用建筑施工中的测量工作。

重点与难点：

重点：

建筑方格网的建立；

建筑基线的测设方法；

民用建筑物的定位。

难点：

建筑方格网的建立；

建筑基线的测设方法；

复杂民用建筑物施工测量。

§10.1建筑场地上的施工控制测量

一．施工平面控制网的建立

1．布设形式

建筑基线

建筑方格网

导线

2．建筑基线的形式及要求

（1）布设形式有：

“一”字形、“L”形、“十”字形、“T”形。

（2）要求：

主轴线方向应与主要建筑物的轴线平行，主轴点不应少于3个。

3．建筑基线的测设方法

（1）根据建筑红线测