1、测量的基础知识及应用SDL型数字水准仪0.2mm 瑞士拓普康02型全站仪一、测量的基础知识1、什么是测量学测量学是研究地球的形状大小以及确定地球表面的各种物体的形状、大小和空间位置的科学。2、测量的分类按照测量的任务不同，可分为大地测量学、地形测量学和工程测量学，当然还有海空主体测量学、天文测量学等，因是很深层次的科学，不在我们现在的研究之列，今天主要讲这三方面的测量学的基本知识：2、测量的分类（1）大地测量学的任务是研究和确定地球的整体的形状和大小，研究地球的重力场和按一定坐标系建立国家统一的点位控制网以满足测绘地形图和工程建设的需要，由于其研究的范围大，所以需要考虑地球的曲率。（2）地形测
2、量学的任务是研究地球表面的起伏形状和各种物体按一定的比例尺测制形成的地形图的理论和方法，地形图的用途非常广泛。2、测量的分类（3）工程测量学是研究各种工程，如城市市政建设、厂矿企业、农田水利、道路桥梁修建、公用民用建筑等工程，在勘察、设计、施工放样、竣工验收和运营管理等各阶段所需的测量工作。一、测量的基础知识3、地球的形状和大小我们所进行的测量工作，无论是全国范围的大地测量，还是小范围的地形测量，还是施工场地的地形工程测量，都是在地球表面上施测的，而且是整个地球的一部分，或是很小的一部分，由于地球表面是不规则的，整体上是个曲面，因而首先要科学地确定地球的形状和大小，才能用适宜的数学方法处理好测
3、量数据和获得准确的成果。地球的形状从表面上看是很复杂的，有高峻的山峰和起伏的丘陵，也有平原、盆地一、测量的基础知识和辽阔的海洋，珠峰8848.13m，玛丽亚纳海沟深达11022m，虽然有这样的起伏，但在相对地球整体上对庞大的地球形状的影响并不大，陆地29%，海洋71%,可以忽略不计。如果将地球看成是被海洋包围的球体，就可以总体上反映地球的形状，于是人们就设想有一个静止 的平均的海平面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，这个曲面所包围的地球形状称为大地体，并以大地体作为地球的形状和大小的标准。大地体总的形状像旋转椭球体，其表面称参考椭球面。其长半径a=6378140m，短半一、测量的基础知识径b=
4、6356755.3m，偏率=1：298.257，曲率=a-b/a，赤道周长：40055公里，每度间距111.25公里，向北和向南逐渐减少。经线周长39920公里，每度间距110.9公里，称为椭球基本元素，我国采用坐标系就是建立在这个椭球上的称为1980年国家大地测量坐标系。其原点在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，称为国家大地原点，泾阳县永乐镇在东经109、北纬34.8（约），天津市在东经118、北纬39（约）在一般的测量中可视为地球为圆的，其半径为6371Km，这些数值是1975年国际大地测量与地球物理联合会通过的。地球的形状一、测量的基础知识按严格要求，在地面上进行测量工作，应参考椭球面为测量
5、基准面，但实用上大都采用重力方向垂直的大地水准面，因为重力方向用向学的方法即可得到，以大地水准面和铅垂线作为测量的基准面和基准线可大大简化操作和计算，但大范围、高精度的测量工作仍以参考椭球面作为测量计算的基准。一、测量的基础知识4、地面点位的确定及其表示（1）地面点的平面坐标：地面点在大地水平面上的投影位置用球面经度和纬度表示，称为地球坐标。把地球南北方向分成360，这些连接南北的线称为经度线、也称为子平线，首经线（首子午线）通过英国格林威治天文台的子午线划分，自西向东共分为360，东西各180，称为东经和西经，定为x轴，赤道为横坐标，定为y轴，二轴交叉点为地面坐标原点，构成地面平面坐标系。地
6、球的坐标轴图一4、地面点位的确定及其表示（2）高斯平面直角坐标高斯投影：从首子午线（英国格林威治天文台的子午线）开始自西向东将地球划分成经差6的60个带，从西向东编号，各带的中间的子午线为中央子午线，用投影的设想把每个带投影到平面上展开，每个带都以中央子午线为纵轴即x轴，赤道为横轴即y轴，二轴相交点为坐标原点，这样就构成高斯平面直角坐标系。当然，为了投影的实际需要和方便测量，当要求投影变小时，还可以按经差3或1.5划分投影带。我国采用6带和3带坐标系。4、地面点位的确定及其表示yx图二4、地面点位的确定及其表示高斯投影直角坐标的带差：大家都知道，地球是一个椭球，表面是一个椭球面，按高斯投影的方
7、法，每个投影带中边缘都有两个点位完全相同，但坐标却不同的现象，这就是投影带的带差缘故。这样，在实际测量过程中，需要进行坐标带差换算，也叫换带。因换带计算要做较复杂的计算过程，这里只简单和大家介绍一下，作为一般了解。如在实际测量工作中，确实遇到两带相交时，当地测给部门会给出相应数据的，这种情况在修筑较长的公路、铁路时会遇到。目前我们接触的工程很少有这种情况。AA图三一、测量的基础知识5、测量的坐标轴与数学的坐标轴的关系测量的坐标轴x轴是纵轴，y轴是横轴，正好数学的轴相反，测量的x轴是测量坐标方位角的正向起点，顺时针旋转形成与起始轴的夹角，这也是与数学中的转角相反的，那么一些数公式在测量计算中是不
8、是可以利用呢？答案是完全可以的。6、任意直角坐标系在高斯平面直角坐标系中的正负方向以赤道为界，向北为正，向南为负；横坐标以中央子午线为界，向东为正，向西为负。我国位于北半球，所以坐标系x均为正，各yxpopyox图四图五yppxo图六任意直角坐标系6、任意直角坐标系带的的横坐标y则有正有负。我国地域辽阔，省、市、区和X很多，为了实际测量的方便，规定横坐标向西移动500公里，这样纵横坐标均为正值。在实际测量中，在小范围内进行，可以不考虑大地椭球面，把大地水准面当作平面看待，即可直接在大地水准面上建立平面直角坐标系和沿铅垂线投影地面点位，为使坐标系内的点位坐标，不出现负值，可在测区西南角以外选定坐
9、标原点，过原点的子午线为x轴，通原点与子午线垂直的直线为y轴，用这种方法定位坐标系就叫任意直角坐标系。一、测量的基础知识7、地面点的高程地面点沿铅垂线至大地水准面的距离称为该点的绝对高程或海拔，简称高程。我国境内除天津、河北个别地区外（大估高程也要参考青岛标准），是以青岛验潮站历年观测的黄海平均海水面为基准面，并在青岛建立水准原点，其高程为72.260米，称为1985年国家高程基准，全国各地布置的国家高程控制点（水准点）均以此水准原点为准。有时测区附近没有从基准起算的水准点，可采取假定高程系统，以任意假定的水准面为起算高程的基准面，称假定高程或相一、测量的基础知识对高程。8、地面点的三维坐标原
10、点已经讲过，地面上任意一点都具备三个特性，即纵坐标、横坐标和高程，即是地面点的三维坐标，从而确定地面点的空间位置，通过已知三维坐标（x、y、h）测量至欲求空间的水平距离，水平角（方位角）和高差经过计算求得欲求点的三维坐标。大地原点和水准原点分别是全国的已知坐标点和已知高程点，全国范围内的一系列平面控制点就是从大地原点和水准原点开一、测量的基础知识始测量和计算的，在局部地区进行测量时应以这些控制点为已知，测量和计算其他所需控制点。9、测量工作的程序和原则测量工作应遵循“从整体到局部”，先控制后碎部的程序和原则进行的，这是因为基本测量工作中距离、角度、高差都会含有误差，各种误差累计到一起，使测算求
11、的点位和高程必然含有误差，如果从已知点开始，起点测量和推算各点的三维坐标，则点位越多，累积的误差就越大，与地面点的实际位置就会产生位移。而按照“从整体一、测量的基础知识到局部”先控制后碎部的原则进行测量工作。在整个测区内建立一定数量的控制点，用较高精度测定这些点的三维坐标，并用严密的数学方法处理有误差的测量数据，即去除和改正各种测量误差和地球曲率的影响，使所测算的点位和高程达到统一的精度，这就是从整体上先作控制测量的含意，然后在以这些控制点为依据，进行其他具体的测量工作。由于控制点的精度较高，而且是统一的，则根据控制点所进行的各部分测量其精度也是统一的，所以国家规定了控制网的等级。、级，四个等
12、级。一、测量的基础知识10、测量的基本工作和方法测量的基本任务就是完成前面说的地面点的定位工作，具体地说就是把地面点用测量手段测算出该点三维坐标来，并把该点按坐标系在图上标出些具体点来，或把图上点的三维坐标用测量的方法在实际地面上找到该点的具体位置。那么测量工作的具体任务是什么呢？（1）角度测量（2）距离测量（3）水准测量（4）直线定向测量。角度测量：分为水平角测量和竖直角测量，是测量的基本工作之一。10、测量的基本工作和方法水平角是水平面上相交两直线的夹角，由于地面高低不平，就是平坦地区也不是水平的，因而地面上的两直线夹角不是水平角，但可以借助仪器求出地面两直线在水平面上的投影夹角，便可得到
13、相交直线的水平角。这便是全站仪测量水平角的原理。水平角的测量方法：A测四法:多用于两个方向之间的水平角的测量。BCCBAA图八10、测量的基本工作和方法*盘左（也称正镜）瞄准A，读取A点读数，如0110，记录下来些，顺时针方向瞄准B点，读取B点读数，如：471230，以上观测计上半测曲。*打开自动把手，纵转望远镜成盘右位置（称为倒镜）。盘右先瞄准B点，读B点读数，如2271256然后顺时针方向瞄准A点，读取A点读数，如1800150，以下来回完成。AB图九10、测量的基本工作和方法均值记录下来。(左盘和右盘之差不能大于40，如超限应重新观测）。*如果测量精度要求多个测回（n个），为了减少度盘误
14、差，影响每测定一测回，应改变度盘的起始读数，用 180n计算起始读数值。B方向测量法：简称方向法，在观测 3个方向以上时需采用这种方法。*左盘将把始盘安置在稍大于0（如00200 ），以次方向瞄准A点（称起始方向或0方向）。*顺时针方向观测B、C、D记下读数。*继续旋转照准部，再次观测A，称为归0，如读数00212，由于观测转3周，又称全圆方向法，目的是检查观测中仪器是否发生变化，以上称半测回。OABC图十10、测量的基本工作和方法*纵向望远镜成右盘（倒镜）瞄准A点，如读数为1800218，然后逆时针方向旋转，依次观测D、C、B各方向，再归0到A点，如读数1800206，称下半测回。上、下两个
15、半测回称一次测回。（2）距离测量：测量地面上两间的距离和方向是测量的基本工作，所谓两点间的距离是指该两点投影到水平面上的水平距离。*钢尺量距：具体方法就不讲了，但有一点应说明：因地面高低不平，用钢尺量距时，要用水准测出每段高差，在计算出水平距离。（误差修正，略）10、测量的基本工作和方法*光电测距仪测距：光电测距是近年来一种先进的测量方法，它具有测距远、精度高、受地形限制少、效率高等特点，尤其是发光和接收器件的改进，以及大规模集成电路的应用，光电测距仪向进一步自动化、小型化、多功能方向发展，测距仪与光学经纬仪配套称速测经纬仪，测距仪与电子经纬仪组成一个整体，并配有电子簿，称全站型经纬仪。光电测
16、距受 长度、通视条件、时间、温度等影响较大施测时应进行误差修正（误差修正略）。（3）水准测量：测定地面点的高程工作称为高程测量，由于使用的仪器和测量方法的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量等，利用水准仪测定高程的方法称为水准测量，它是高程测量中常用和最基本的方法，精度相对也较高。（测站、转点、前视、后视）10、测量的基本工作和方法*水准仪DS?，“D”大地测量，“S”水准仪，“3”仪器的精度指数，每公里往返测高差中，偶然中误差不超过 3mm。数字水准仪：SDL*水准尺与尺垫：水准尺是水准测量使用的标尺，通常有杆式尺和塔式尺两种。杆式尺常用优质木材制成，近年根据精度要求配有
17、X钢标尺，一般长为2m、3m、5m，红白面和黑白面，精度0.2mm。用数字水准仪量可读至0.1mm。精度非常高。（4）直线定向：确定地面点之间的相对位置，除了需要测量两点之间的水平距离外，还需要直线与标准方向的夹角，这项工作称为直线定向。*标准方向的种类：真子午线方向：地面点通向地球南北极的真子午线切线方向线可用天文测量和陀螺经纬仪，全站仪来测定。磁力子午线子午线北极南极图十一图十二10、测量的基本工作和方法磁子午线方向：地点通向地球南北磁极的方向线，即磁针在地球磁场作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向，用罗盘（指北针）可以测定。（全站亦能测定）坐标纵线方向：地面点平行于高斯投影直角坐标系
18、x轴方向线。在测量工作中，常用方位角来表示直线的方向。从直线起点的坐标方向北端开始，顺时针方向量到直线的夹角，称为该直线的方位角。真子午线方位角，磁子午线方位角，坐标方位角真子午线与磁子午线的夹角称磁偏角，直磁角真子午线与坐标线之间的夹角，称子午线收敛角。磁子午线与坐标线夹角坐标磁偏角。AB图十三10、测量的基本工作和方法由于地面点的真子午线（或磁子午线）之间不平行，直线的E、F真（磁）方位角不恰好差180，这样计算方位角很不方便，故在测中一般都采用坐标方位角。*这些复杂的计算过程，经全站仪存储计算，只要输入相当数据，变全能得到。EFFEABABAA/BB真方位角图十四图十五图十六二、测量在施
19、工中的应用1、施工测量指的是土建、道路、桥梁、地铁、隧道、管线工程施工阶段的测设工作，施工测量与地形测量的相同之处是：遵循从整体到局部的原则，根据已知相应的高等级控制点建立施工控制网，平差计算控制网的各点的三维坐标。作为施工测量的依据。与地形测量不同的是：施工放样。就是根据控制点，将设计图纸上设计的建筑物按其设计的平面位置、尺寸、高程，标定到施工场 地上，而且还要在工程建成后，需进行竣工测量和绘制竣工图，以反映施工与设计的变更部分和全部施工的结果。另外在施工过程中还应对建筑物二、测量在施工中的应用进行变形观测，以随时了解建筑物在平面位置和高程方面所产生的位移和沉降，是否在规定限度内，以确保工程
20、质量和安全。无论是施工“控制网”还是“施工放样”都要根据工程测量规范规定的相应精度要求进行测量，测量精度直接影响工程质量，因此在施工前必须复核已知的控制点位和加密的“施工控制点位”，然后必须对施工放样的起始数据和计算数据进行效核，查证无误后才能交付使用，监理要进行检查和验收。施工测量是施工过程很重要的一个过程，它贯穿施工作业的始终，而且先于施工的其他作业，因此要根据施工进度和质量的要求，拟定施工测量方案和计划，而且需经相关部门审批。由于施工现场比较繁杂，测量标志极易破坏，因此测二、测量在施工中的应用量标志应埋设在便于使用和保护的地方，如果设立的保护设施和测量标志一旦被毁或碰撞移位，应及时恢复。
21、2、施工放样的几种方法直角坐标法工地场地如果布置了轴线或方格网，在已知点上安置经纬仪或全站仪，瞄准A点，根据放样点的坐标与已知点的坐标差量两点间距离，然后用同样的方法量B点的坐标差，两坐标差点延长交点便是所求点的位置。同样可以放样出多点，此方面便宜行。工业、民用建筑多用此方法进行施工放样。极坐标法此法是根据两点间的距离和该点直线与已知直线的夹角测设所求点的平面位置，相当于测设一个点的坐标。XP(x.y)yoXy图十七2、施工放样的几种方法A、B为两个已知点，C点是放样点（其坐标图纸上已给出），要求计算出角（水平角）和水平距离DAC：计算公式：=AC AB（AC和AB用经纬仪或全站仪测出）。AC
22、=tg1yc-ya/xc-xa=yac/xacAb=tg1yb-ya/xb-xa=yab/xacDac=4=po3=po21tg4=x/y tg1 4=y/xx2AC y2ACCBABCyCyAxBx1234ABcyx图十八图十九图二十2、施工放样的几种方法2、施工放样的几种方法放样时在A点置仪器（经纬仪或全站仪）正镜 00000，瞄准B点转角在AC方向上量水平距离DAC，定出C点，倒镜同法1800005，若两点重合，取其平均点位即可。用全站仪进行极坐标法放样，只要输入两个已知点坐标再测出 AB和AC和AB的直线距离就可以了。（3）交会法：有两种方法，一个是角度交会法，一个是距离交会法。角度交
23、会法，就是AB两点同时设测站，测A点至求点P点，但要求用C点进行检验，C点为已知点。如果没有第三方已知点时，应反复效核以避免差错和提高精度。?图中A、B、C三点均为已知点，测A和B，AB距离根据两点坐标可算出，利用正玄定理求出AP和BP来，在A、B两点设站定好A和B，两台仪器交点就是P点。PABC图二十一二、测量在施工中的应用距离交会法：是利用已知点至放样点的距离交会出的所求点的平面位置，分别以A、B点为圆心，以AP和BP的距离为半径，分别在所求平面点的方向通过两个弧，两个弧的交点就是所求点的平面位置。此法比较简单易行，不需要仪器，但要求场地平整，且以距离不超过整尺为宜。3、全站仪的应用及使用
24、方法（只是简单介绍一下）大家都知道，测量工作需要测量仪器为测量工具，测量仪器也随着时间的发展，在不断的更新和提高。全站仪应该是到目前为止，应是比较适应的测量仪器了，当然，现在最先进的测量仪器是卫星定位仪 SPS定位仪，只要输入相应三维坐标数据，便可在相应的范围内直接找出平面点的位置，也可在任意点的位置上找出该点在本区域内的三维坐标数据，但3、全站仪的应用及使用方法因该仪器价格比较贵和使用较复杂，目前施工中的测量仪器很少使用，还都在较高层次的控制网中使用。目前工地测量工作大量使用的测量仪器还是全站仪居多，因此就讲一下全站仪的使用。（1）全站仪具有经纬仪的测水平角的功能、电子测距仪的测距功能、罗盘
25、仪的测方向角功能、水准仪的测量高程功能、同时还具有计算机的计算存储功能、与电脑连接功能，所以称之为全站仪。全站仪的种类很多，精度标准也不一样，有进口的也有国产的，进口的以瑞士和德国、法国的为上品，其次日本的、美国的也可以，当然国产的也有上品，价格从几十万到几万高，低的也有万元左右的，价格决定仪器的品质，但也不一定很高的就好，但总的来讲，没有一定的价值，这个仪器也好不到哪去。目前工地上使用的3、全站仪的应用及使用方法全站仪以中等价格的居多。如果精度要求高一点工程如地铁工程、隧道工程、结构工程、高等级道桥工程就要用较高精度的全站仪才能完成。如果普通工业民用建筑和一般的市政工程和道路工程用一般的全站
26、仪就能满足施工测量的要求了，但不用太低的，虽然有些全站仪说明中讲的不错，但因厂家大小、产品精度达不到要求，价格太低的，是不能用的，尤其是有些小队伍使用的大多都是低劣的全站仪，在监理审查时一定要注意。（2）今天就讲一下瑞士拓普康0.1秒的全站仪的使用方法和步骤（仅以个人使用过程回忆说一说过程，具体操作时应参考使用说明书）：虽然各种品质的全站仪使用大体相同，但具体操作时还是不一样的，因此今天只以拓普康为例，只起到抛砖引玉的作用。3、全站仪的应用及使用方法?全站仪?瑞士拓普康02型3、全站仪的应用及使用方法*架设仪器：将全站仪镜头放置在三脚架平面板上，使架头大致水平，旋动连接螺旋将镜头固定在脚架上。
27、*对中定位：使仪器中与测站点位于同一铅锤线上，可以移动脚架，使对中标志红外线对准测站点的中心。*整平：目的是使仪器竖轴铅锤，水平度盘水平，根据水平角的定义，是两条方向线夹角在水平面上的投影。所以水平盘一定要水平，使粗平、精平，使水准气泡居中。*测设：打开全站仪开关，进入菜单选项，选择程序点击进入，在选择第一菜单选择进入，在显示 SETOUT选项中选择OCCPT2页。全站仪显示输入坐标点号，输入你应测设点的编号，如001点击确认（ENT），全站仪再次显示输入坐标，把全站仪测站点的坐标输入后视，也就是已知点的坐标，点击确认，然后照准3、全站仪的应用及使用方法这个后视点，点击确认，仪器会显示 SET和ZERO选项，依次点击ZERO和SET点击确认，建站完成，放样，选择 SET选项中的POINTS选项，输入放样点点号确认，然后输入放样点坐标确认，根据仪器上显示调整角度和距离，知道调好为止，该点放样工作结束。以此类推，逐个测设出所需要放样的点位来。到此为一段落，只是简要粗略的讲一下测量的基础认识和应用，但愿能起到抛砖引玉的作用，由于个人水平有限，知识面窄小和理解能力的差异，讲的不系统、不科学，可能还有相当多的错误，诚请各位领导批评指正，不到和不准确的还应以测给法和相关测量规范规定为准，感谢领导和同志们牺牲了宝贵的时间来听我胡咧咧。
