工程测量文题目品牌专业

《水利工程测量》教学辅导

第一章绪论

一、学习重点

1.测量学的任务及其在水利工程专业中的作用

2.确定地面点的基本概念和方法

3.测量工作的程序和原则

二、面授与自学指导

1.在学习地面点位的确定时,首先要认识地球的形状和大小.为了说明地球的形状和大小,引用了大地体,大地水准面和旋转椭球体这三个具有不同含义而又互相联系的名词:大地体是静止的平均海水面向陆地延伸,形成一个封闭的曲面所包围的地球形体,以此作为地球的形状和大小的标准,大地水准面是指静止的平均海水面,受地球重力的影响后所形成的处处与重力方向垂直的曲面.由于地球内部的质量分布不均匀,致使重力方向产生变化,也就使得大地水准面呈现了微小的起伏和不规则形态,参考椭圆体是为便于研究和测定地球的形状和大小,而选用的与大地体相似并能用数学式严密表达的旋转椭球体,称其外表为参考椭球面.我国所采用的地面点的坐标系就是建立在参考椭球体上的,在地面上进行测量工作也应以参考椭球面为基准面,但实用时一般采用与重力方向垂直的大地水准面为基准,因为重力方向用停止摆动的锤球线即可求得.在高精度的测量工作中,仍以参考椭球面为基准面.

2.测量工作中,确定地面点的位置是将其沿铅垂线投影到大地水准面上,投影点在大地水准面上的平面位置用坐标x,y表示,再加上地面点至投影点的铅直距离H,就形成了表示地面点空间位置的三维坐标X,Y,H.

3.高斯投影及高斯平面直角坐标系大地水准面是个曲面,测定到大地水准面上的点位和图形要展示到平面上,无疑要产生位移和变形.为了使测量准确,要采用适宜的方法使其位移为最小,并能保持图形相似的几何关系.高斯的投影方法就满足了这个要求.其具体作法是将地球经差6°划分为一带,进行分带投影,即每带投影一次.投影时为使问题简化,将地球视为圆球,用横圆柱套在地面的外面,使6°带的子午线与横圆柱紧密相切,然后将6°带的曲面投影到横圆柱上.这样投影后的子午线仍是一条直线,且长度不变,赤道投影后是一条与子午线相垂直的直线.将圆柱面沿过南北两极的母线剪开并展平,而得到高斯投影平面.

取高斯投影平面上的子午线为纵坐标轴X,赤道为横坐标轴Y,X,Y轴的交点为坐标原点,即形成了高斯平面直角坐标系.虽然它与数学的X,Y轴相反,但由于前者的旋转角是由纵坐标轴X的正向顺时针转动得到的,而后者是由横坐标轴Y的正向逆时针转动得到的,所以数学中的三角公式完全适用于高斯平面直角坐标系.

4.由于大地水准面是弯曲的,在地面上测量两点间的距离,投影到大地水准面上的长度是弧长,需经改正才能成为水平距离.能否将大地水准面当做水平面经推导求得公式(1-3)证明,在半径为10km的范围内进行测量工作,可将大地水准面作为水平面看待,在此范围内所量距离,在大地水准面上投影的弧长与其在水平面上投影的长度之差,在测量误差的允许范围内.然而,大地水准面高程以曲率对高程的影响甚大,由式(1-5)计算可知,即使测量高程的距离为1km,所得地面点高程以曲面为基准和以水平面为基准的高程之差也能达8cm,因此,在测量高程时,应根据其距离进行改正.

5.测量工作的程序和原则是"从整体到局部"和"先控制后碎部".这是因为测量工作中有误差,而且误差积累会越来越大,采取上述原则会避免误差的累积,消除和减小误差的影响,使测量的成果满足精度要求.比如,在一定的范围内测定10个点的坐标和高程,这10个点都会含有误差.如果再根据这些点去测绘道路,河流等地物,由于这些点位有误差,所测道路,河流也因有误差而移位和变形,一条笔直的大道会测成弯曲的,或方向偏离而连接不起来.如果先从整体上将这10个点的坐标和高程进行数据处理,消除和减弱一些误差的影响,并使其达到统一的精度要求.然后再以这些点去测定局部的一些地物,地貌,则所得结果也能达到统一的精度要求,不致产生较大的位移和变形,即能满足实际的需要.

第二章水准仪及水准测量

一、学习重点

1.水准测量原理,外业测量和内业计算方法

2.微倾式水准仪的使用和检验

二、面授与自学指导

1.水准测量原理是借助一条水平视线和带刻划的标尺,测定地面上的两点(如,点)的高差(hAB),再根据已知高程(HA)求得待求点高程(HB).

高差hAB等于后视读数α-前视读数b

待求点高程HB等于已知高程HA+高差hAB

2.精读教材 2-2中的部分内容,初步掌握水准仪的构造及其作用,对望远镜的成像原理及性能只作一般了解.并按照安置仪器,概略整平,照准目标,精确整平和读数的步骤,在教师指导下,对仪器实际操作,切实掌握使用方法.

3.掌握水准路线的概念,外业计算检核和测站检核方法.

4.各种因素引起的测量误差,在一个测站可能表现不很明显,但随着测站的增多,会产生误差累积.因此,对水准路线而言,产生的测量误差不允许超过规定的高差闭合差容许值,以满足测量精度要求.在此前提下,进行高差闭合差的调整和求算待定点高程.

(1)高差闭合差计算水准路线高差闭合差的表达式为

⊿h等于∑h观测-∑h理论

对于附合水准路线∑h理论等于H终-H始

∴⊿h等于∑h观测-(H终-H始)

对于闭合水准路线则为∑h理论等于0

∴⊿h等于∑h观测-0等于∑h观测

对于支水准路线则为⊿h等于h往-h返

(2)⊿h的调整对于等外水准测量(指图根水准测量),高差闭合差容许值为

山地⊿h允等于±10mm(n为测站数)

平地⊿h允等于±40mm(L为路线长度,单位km)

当⊿h≤⊿h允时,可按各测段测站数或测段长度成比例反号分配.对支水准路线,取往,返高差绝对值的平均值作为路线最终高差,符号与往测符号相同.

5.掌握教材 2-5中水准仪主要轴线应满足的几何关系及检验方法.其中水准管轴LL平行视准轴CC是水准仪能提供一条水平视线的关键条件.LL//CC虽经检验校正,仍会残留一个微小的交角,因此应弄懂使前,后视距相等,可正确测出两点高差的道理.

6.一般了解水准测量误差来源及消除,减小误差的方法.

7.对精密水准仪和自动安平水准仪一般了解.

第三章经纬仪及其使用

一、学习重点

1.水平角和竖直角测量原理

2.光学经纬仪的读数方法

3.角度测量的方法和计算

4.经纬仪的使用和检验

二、面授与自学指导

1.水平角及其测量原理任意两方向线在同一水平面上的铅直投影所夹之角称为水平角.测量原理是把地面上两方向线投影到水平度盘上,再根据度盘的分划,求出它们之间的水平夹角.

2.精读教材 3-2中有关度盘读数方法的内容,只有掌握读数方法,才能正确地用经纬仪测角.学习时应从读数装置的构造入手,多次进行实际操作练习,不要死记硬背.

(1)分微尺读数方法(J6级光学经纬仪采用)图1所示,注有"Hz"的窗口为水平盘读数窗,"V"为竖直度盘读数窗.以水平度盘为例,读取的度值应是落在分微尺范围内的度盘分划注记数,图中的度值应为112°,小于1°的读数应以分微尺上的0分划线为指标线,由度盘度值分划线所对的分微尺的分划线读出,图中分微尺读数为54′00″.两次读数值合在一起即为最后读值(112°54′00″).同理,竖盘读数为89°06′18″.

图1

(2)单平板玻璃测微器读数方法(J6级光学经纬仪采用)转动测微轮,将度盘分划线夹在双指标线,读取该分划的度盘数值,再在测微尺上根据单指标线,读取小于度盘分划值的分,秒数,两者相加即为最后读数.图2(a)所示水平度盘读数为4°30′+02′00″等于4°32′00″,图2(b)所示竖盘读数为91°+21′20″等于91°21′20″.

图2

3.角度测量是学习的重点,要精读教材 3-5中有关角度测量方法的内容.

(1)测水平角的方法两个方向或不超过三个方向采用测回法,三个以上方向采用全圆测回法.

测回法:如图3所示.

盘左左等于b左-a左

盘右等于b右-a右图3

一测回角值等于(+)

全圆测回法:如图4所示宜采用方向法.观测过程中及观测结束后需进行下列计算

图4

半测回归零差等于起始方向目标A的水平度盘读数a-观测各目标后再次瞄回目标A的读数a′

二倍照准误差(2c)等于盘左读数-(盘右读数±180°)

盘左,盘右平均读数等于[盘左读数+(盘右读数±180°)]

一测回归零方向值等于平均读数-起始方向平均读数

各测回归零方向平均值等于各测回同一方向归零方向值之和÷测回数

目标间的水平角等于右边归零方向平均值-左边归零方向平均值

以上计算方法最好与教材表3-2相对照,可加深对这部分内容的理解.

(2)测竖直角的方法

当物镜仰起时,如读数逐渐增加,则

a等于读数-始读数

当物镜仰起时,如读数逐渐减小,则

a等于始读数-读数

4.仪器的构造使用,可在阅读课文基础上通过实验加深理解.

5.经纬仪的检验,校正是难点.由于仪器轴线是不可见的,因此应精读教材 3-7中的内容,明确各主要轴线应满足的几何关系,在通过实际操作掌握检验方法,并由教师作仪器校正示范,了解仪器校正方法.

6.对教材 3-8的内容只作一般了解,本节讲述了角度测量中的各种误差及减少误差的方法,为学习测量误差(第五章内容)提供了一些基本知识.

第四章直线定向与距离测量

一、学习重点

1.掌握罗盘仪测定磁方位角的方法,理解几种方位角之间的关系,搞清坐标方位角,象限角和正,反方位角

2.了解钢尺比长及尺长方程式

3.视距测量原理,观测和计算

4.了解光电测距仪原理及使用方法

5.学会钢尺量距的一般方法和钢尺量距的精密方法,并能完成计算

二、面授与自学指导

1.直线定向部分主要了解标准方向的种类和它们之间的关系.在测量上主要采用坐标方位角.同一直线的正,反方位角相差180°,例如,等于±180°,读作A到B的方位角,注意下标AB表示直线AB的方向.

2.距离测量是测量基本工作之一.钢尺量距的一般方法主要是目估定线,从A点开始用整尺长逐段丈量,最后至B端点丈量不足一整尺的长度,用公式D等于nl+q计算A,B点间全长为往测距离,用同样的方法丈量为返测距离.取往,返测的平均值作为距离测量的结果.距离测量亦有精度问题,用相对误差来计算.

3.钢尺量距的精密方法采取了下列措施:用经纬仪定线,用大木桩固定概量距离,采用标准拉力在木桩上量距,并测定量距时的温度,木桩间的高差.在计算时加入尺长改正数,温度改正数和倾斜改正数(即三项改正数),这样求得的两点间的水平距离提高了精度.

4.理解光电测距原理,测定时间t有两种方法,即脉冲式和相位式.精密测距均采用相位式,用砷化镓发光二极管发出红外光源,主振荡器产生15MHz(10m光尺)和150kHZ(1000m光尺)的正弦信号,加到砷化镓发光二极管上,这样发出的光是调制光.再经反光镜反射回到接收物镜,聚焦到硅光二极管上,将光信号变成电信号,其相位包含了往返距离上的相位移,又称测距信号,然后经过光尺放大,自动测相等电路,自动显示距离值.

第五章观测误差的基本知识

一、学习重点

1.掌握测量误差的分类及其规律.

2.了解在测量工作中衡量精度的几种标准.

3.掌握算术平均值及其中误差的基本概念和运算.

4.了解误差传播定律及公式的应用.

二、面授与自学指导

1.明确测量误差的存在和产生的原因.观测时的三方面因素称为观测条件,由此区分为等精度观测与不等精度观测,它们在数据处理上是不相同的.本章所述数据处理均为等精度观测.

误差分系统误差和偶然误差,系统误差可以采用一定的方法加以消除,而偶然误差不能消除,只能合理地处理观测数据,达到减少偶然误差对测量成果的影响.

2.衡量精度的标准主要是中误差与相对误差,要注意具体应用.在观测成果中采用容许误差来区别正确与错误的界限,在测量过程中是控制测量精度的有效手段.

3.对某一量进行等精度的一系列直接观测,这些数据如何处理怎样达到最合理的处理数据,本章介绍的算术平均值,是该观测量的最可靠值.那么,如何来衡量观测值的精度,采用公式m等于±计算观测值的中误差即可.

4.在应用误差传播定律时,要列出函数的关系式,关系式中各个自变量必须是互相独立的观测值,这样才能应用定律求出其中误差.

第六章平面控制测量

一、学习重点

1.了解控制测量的重要性和精度的概念.区分国家控制网,城市控制网及小地区控制网,需由高级到低级逐级建立控制网.

2.平面控制测量主要是导线测量与小三角测量.熟悉导线测量的外业工作及其主要技术要求与各项限差.掌握导线的坐标计算方法与步骤.

3.了解单三角锁近似平差计算的方法,步骤.

二、面授与自学指导

1.控制测量分为平面控制测量与高程控制测量两部分.平面控制测量是测定控制点的平面位置(x,y),高程控制测量是测定控制点高程(H).

2.测定点位平面位置主要采用导线测量与小三角测量两种方法.导线测量是本章的重点.小三角测量基本上与导线测量类似,其区别在于导线测量是用钢尺直接量距,小三角测量是通过观测角度,应用三角正弦定律公式,间接求得距离.

3.导线测量外业工作在教材中有较详细的叙述,这里不再赘述.由于导线布设形式的不同,分为闭合导线与附会导线.

闭合导线由于角度观测误差的存在,导致观测图形的内角和不符合理论值∑等于(n-2)·180°,产生角度闭合差β等于-,因此,要消除角度闭合差,使其符合理论值.但在消除闭合差之前,需先用限差衡量一下,如果闭合差超过了限差,应检查原因或重新观测,若闭合差在限差之内,则可按平均分配的原则来消除.

由于测距误差及改正后角度存在残余误差,致使计算的≠0,≠0,而其理论值等于0,等于0,这样将产生坐标增量闭合差x等于-,y等于-,可按边长成正比的原则来消除x,y.

附合导线的理论问题同闭合导线,此处不再赘述.

4.小三角测量的难点在于内业计算.如单三角锁中每个三角形观测三个角度,为了使内角和符合理论值180°,同样存在角度闭合差,可按平均分配闭合差的原则来消除角度闭合差.又如教材图6-13所示,dn是多余观测量,这样产生边长闭合差,按平均分配闭合差原则改正角度来消除边长闭合差.具体方法应用教材中式(6-24),对传距角进行第二次调整,这种调整方法称为近似平差.

第七章高程控制测量

一、学习重点

1.高程控制测量在小地区主要采用四等水难测量.在加密高程控制时,平坦地区一般采用图根水准测量,丘陵地区采用三角高程测量.要熟悉各种方法的布设形式和施测步骤,主要技术要求及各项限差.

2.掌握四等水准测量的观测,记录,计算及各项限差.

二、面授与自学指导

1.高程控制测量主要讲两种方法:一种是直接测量高差,在精度上又区分为四等水准测量与等外水难测量(又称图根水难测量),另一种是间接测量高差,即三角高程测量.

四等水难测量方法较繁琐,但精度较高,适用于高程控制测量,图根水难测量方法简单,精度较低,适用于一般高程测量,三角高程测量适用于山区,近年来采用光电测距仪测量距离,使三角高程测量的精度大幅度提高,可以达到四等水难测量精度.

第八章地形图的测绘

一、学习重点

1.地形图比例尺的种类及比例尺精度,用等高线表示地貌

2.控制点的展绘,经纬仪测绘法测绘地形图的步骤和方法

二、面授与自学指导

1.视距测量是测绘地形图时测定测站点至碎部点的距离和高差的主要方法,其原理是在视线水平时,在望远镜的视距丝与标尺上的视距间隔构成三角形相似的几何关系中,导出测算水平距离的公式D等于Kl(式4-17).而在实用中有两种情况:一种是视线水平时,用于平坦地区求算水平距离和高差的公式,视距测量时只需在读取视距间隔l的同时,再用横丝读取标尺读数S和量取仪器高i,即可用公式(4-17)和(4-18)求得水平距离和高差,另一种是视线倾斜时,用于起伏地区的公式,此式在推导时首先求出视线与标尺不垂直的斜距D′等于Klcos,此斜距改算为水平距离时仍需乘以cos,故最后求得水平距离公式(7-4)为D等于Klcos.在求高差的公式(7-5)中,也需要横丝读数S和仪器高i,如果在观测中使t和i相等,则可减少(i—t)的计算.

2.对于地形图的比例尺和比例尺精度,首先要明确地形图比例尺的定义和表示方法.比例尺分母越大,比例尺越小,反之,分母越小,比例尺越大.大比例尺地形图的精度高于中,小比例尺的精度,比如,地面上0.5m的距离在1:1000地形图上能用0.5mm的长度表示出来,而1:10000地形图上是表示不出来的.根据比例尺精度可确定测量地面点位应达到的精度,比如,测绘1:500的地形图,测量地面点位的精度应达到5cm,达不到此精度就影响了该图的质量和使用.

3.地物和地貌是地形图的基本内容.在地形图上,地物是用各种符号表示的.要了解一些常用的地物符号及其所表示的地物位置,才能准确地测绘和表示地物.比如,有的符号以其中心表示地物位置,有的以其底部的直角顶点表示地物的中心位置,应分清各种表示方法.地貌是以等高统为主,并配合一些符号来表示的.由于地貌的形态千姿百态,表示地貌的等高线也一因之而异,但只要熟悉用等高线表示的几种典型的地貌形态,就能运用等高线勾绘出起伏变化的地形及其特征.

4.要了解测绘地形图的全过程,在其准备工作中,要求能准确绘制方格网,展绘控制点和检查所作的结果.以上工作只要方格网边长准确无误,再按测图比例尺将控制点坐标值准确缩绘到方格网上,即能达到要求.

5.本章所介绍的碎部测量方法是经纬仪测绘法.在施测时,使测站点至各碎部点的方向线间的夹角与测绘到图板上相应的夹角相等,同时将测站点至各碎部点的实测距离按测图比例尺缩绘到图板上.这样,在每一测站上所测量的数据就是用经纬仪观测的各碎部点与已知控制点间的水平角及测站点至各碎部点的水平距离,然后,在图板上用量角器按各点的水平角画出测站点至各点的方向线,并在各方向线上按测图比例尺缩绘测站点至各碎部点的水平距离,随即点出各碎部点的位置.这就满足了图板与地面上相应边的夹角相等和长度成比例,也就实现了图板上所描绘的图形与实地的相似.

第九章地形图的应用

一、学习重点

地形图的基本应用,包括在地形图上确定点位的坐标和高程,确定两点间的距离和直线的坐标方位角,确定直线的坡度和量算图形面积.

二、面授与自学指导

1.学习地形图的识读是为了认清图幅内地物,地貌的分布和特点,按工程对地形的要求选取地形和选用不同比例尺的地形图,为工程建设怎么写作.识读地形图要遵循一定的方法,即先看图廓外的各种注记,再看图内的地形,如果测图年月过久或比例尺不能满足用图要求,则应另选新图,识读地形时要从整体到局部,逐步深入,才能了解每一部分的具体情况.

2.学习地形图的基本应用,在图上确定点位坐标和高程是基础.因为两点间的距离和直线的坐标方位角,就是根据所确定的点位坐标经计算求得的,而确定直线的坡度所需的水平距离和高差,也同样用到点的坐标和高程.

3.在图上量算图形面积通常采用透明方格纸法.这种方法比较简便,为了将毫米方格量算的图上面积化算为平方米,在教材公式(8-6)中,需除以106.有条件使用电子求积仪时,按教材相似度检测绍的使用方法操作即可.

4.按预定方向绘制纵断面图的方法是在毫米方格纸上画两条线:一条是将地形图上的任意方向线AB画为水平线,并将这条方向线与各等高线的交点按原间隔(或一定的比例)和点号移到水平线上,另一条线是AC与水平线AB相垂直,在AC线上标注方向线AB与各等高线交点的高程.然后过AC线的各高程注记点作平行于AB的直线,并从AB线的各等高线交点向上作垂线,至与其同高处交于平行AB的各直线.最后,连接各线的交点即得预定方向上的纵断面图.

5.在地形图上按规定坡度选择线路,其方法是求出相邻等高线之间的平距d(因为d是按规定坡度求得的,所以不会超过规定坡度),再用d与相邻的等高线相截,将各截点连接起来,就是一条按规定坡度选择的路线.

6.在地形图上用方格法进行平整场地的设计,概算填挖土方量,适用于地形起伏不大和变化比较规律的地区.具体作法如下.

(1)在需平整场地的范围内画小方格,其边长一般为20m,画好方格后,根据图上等高线内插求得每个方格四角的高程,并注于各方格角顶的右上方.内插高程时,点位要与高程成比例,不得粗略估计点位.

(2)计算设计高程时,为了简化计算,可根据求方格平均高程时各方格角点用过的次数,用教材中公式(8-8)进行计算.计算设计高程要力求准确,如果计算误差大于1cm,最后在计算填挖土方量时将出现较大的不平衡.

(3)计算填高和挖深时,每个方格角点的地面高程减设计高程必有正值与负值,得正值需挖深,得负值需填高,其数值分别注于各角点的右下方.

(4)最后计算填挖土方量.如果按每个方格的面积乘以四个角点填挖量的平均值,求得每个方格的填挖土方量,再求其总和,则大部分方格的角点填挖量要重复参加计算,而按照教材(8-9)式计算时,每个角点的填挖量只用一次.

施工测设的基本方法

一、学习重点

1.测设的三项基本工作——测设已知水平角,已知水平距离和已知高程.

2.用直角坐标法和极坐标法测设点的平面位置.

二、面授与自学指导

1.了解施工测量的内容,原则及测设精度的要求.

2.精读教材 9-2,掌握测设三项基本工作,每项基本工作应包括一般测法和精密测法两种.

3.精读教材 9-3,掌握测设点的平面位置的四种方法,重点掌握直角坐标法和极坐标法,并明确适合在哪种条件下采用.

例在图1中,M,K为平面控制点,其坐标:

xM等于1624.320m,xK等于1413.570m,

yM等于2016.310myA等于2215.430m欲测设

xA等于1814.120m建筑物上的一点A,其坐标为,试应用极坐标法,求测设数据和DMA.yA等于2085.120m

解等于tg-1等于tg-1

等于tg-1等于21°30′43″

等于tg-1等于tg-1图1

等于tg-1等于135°46′33″

则等于-等于135°46′33″等于-21°30′43

等于114°15′50″

DMA等于等于

等于204.011m

4.学习教材 9-4,了解工程建设中常遇到的已知坡度线的测设方法.