1、建筑工程测量教学案建筑工程测量教案作者: 日期：建筑工程测量课程类别：必修课课程性质：专业核心课程、考试课学时数：156学分：8.5课程的性质与任务建筑工程测量是建筑工程技术、工程监理专业学生必修 的专业技术基础课。其作用和任务是：通过理论教学和实 验，使学生获得必要的建筑工程测量基本知识、基本理论和 操作技能训练，为后续课程以及学生将来从事施工和施工技 术管理等工作打下一定的基础，培养学生分析解决施工中实 际测量问题的能力和基本素质。课程的具体任务是使学生：1.掌握测量学的基本理论，基本知识；了解水准仪、 经纬仪等常用测量仪器的构造；掌握其使用方法。2.掌握识读、绘制和使用大比例尺地形图和编
2、绘竣工 总平面图的初步技能；具有建（构）筑物的施工放样和和变形 观测的初步技能。3.具有较强的动手能力和分析解决一般建筑工程测量实际 问题的初步能力。学时:2学时第一章绪论教学目的:1、了解建筑工程测量的任务与内容现在与发展方向。2、理解测量工作的基准面和地面点位确定的方法。3、掌握高斯-克吕格正形投影的分带计算。教学任务与内容:1、建筑工程测量的任务与作用2、 地面点位的确定3、 测量工作的原则和程序学时:2学时。教学条件:多媒体教室。 1.1测量学简介测量学是研究地球的形状、大小确定地球表面各种物体的形状、大 小、空间位置的科学。(1)地物和地貌1)地物地面上天然或人工形成的物体，包括湖泊
3、、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。2)地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵与平原等。地形 地物和地貌的总称。(2)测量学的任务测定与测设1)测定一一使用测量仪器和工具，通过测量和计算，将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定符号缩小绘制成地形图。2)测设将地形图上设计的建筑物、构筑物的位置在实地标定出来，作为施 工的依据。(3)测量在国民经济建设中的应用1)城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设1设计阶段一一测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计 使用；2教学条件：多媒体教室学习方法：理论讲述、带领 学生做课后习题教具:教材、笔记、出勤表、笔互动：提问互动：用幻灯片给学生演
4、示地球的图片。施工阶段一一将设计建构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；3工程完工后一一测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理用；对某些重要建构筑物在建设中和建成后 进行变形观测，保证建筑物安全。2）铁路、公路建设的测量工作1测绘路线附近地形图，在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。2建桥前，测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量 与河床地形图、桥梁轴线长度，为桥梁设计提供资料，将设计桥台、桥墩位置标定到实地。3开挖隧道前，在地形图上确定隧道位置，计算隧道长度与方向，指示隧道开挖方向，保证隧道正确贯通。 1.2地球的形状和大小（1） 、地球1） 南北极稍扁
5、，赤道稍长，平均半径为 6371km 的椭球。2） 表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态。最高处一一中国珠穆朗玛峰， 8844.43m2005 年中国测得。最低处一一马里亚纳海沟 ，-10911m ,1995 年日本探测 艇海沟号（Kaiko）测得。3） 海洋面积一一71%，陆地面积 29%。（2） 地球的物理特性1） 重力与铅垂线1重力地球质点受万有引力与离心力的合力。2铅垂线方向 重力方向。2） 水准面水准面一一静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的 封闭曲面。处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。因高度可变，水准 面不唯一。3） 大地水准面与平均海水面
6、吻合的水准面。静止海水面向大陆延伸，形成的不规 则的封闭曲面。大地水准面一一唯一。参考欄球力素值序坐标衆粘称f7eer21934北京爬标系63782451:398 30.006934215229660.006738525414321980厲安砸*小乐63781401 398 2570.00669435M9995S0.006739501 B19173WGS-84坐标系(GPS 用)63781371:298.25722350.0066&4379990130.(X)67599674223 1.3测量坐标系与地面点位的确定(1)参心坐标系与地心坐标系物理空间一一三维空间。表示地面点在某空间坐标系的位置
7、需三个 参数；确定地面点位 确定其在某个空间坐标系的三维坐标。空间坐标系一一地心坐标系和参心坐标系 。“地心”地球质心， WGS-84 为地心坐标系。参心” 参考椭球中心，参心与地心一般不重合。互动：演示大地原点图片1954北京坐标系与1980西安坐标系属参心坐标系。 工程测量使用参心坐标系，地心坐标系与参心坐标系可以相互转 换。大地地理坐标系表示地面点在参考椭球面上的位置。基准一一参考椭球面和法线。用大地经度L ,大地纬度B表示。P点大地经度L P点大地子午面与首子午面的两面角P点大地纬度B P点的法线与赤道面的夹角。 大地经、纬度是根据起始大地点的大地坐标， 按大地测量所得数据推算得到。起
8、始大地点 大地原点，该点大地经纬度与天文经纬度一致。 我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-石际寺村大地原点 建立的大地坐标系 1980西安坐标系。大地原点的地理坐标约为东经 108 55 ，北纬 34 32 ，海拔 417.2m。(3)平面直角坐标系球面坐标对局部测量不方便，工程测量一般在平面直角坐标系进 行。地球是一个不可展的曲面，通过投影将地球表面物体化算到平 面上，一定存在变形。案例一一切橙子。1)高斯平面坐标系高斯投影一一保持球面上的角度不变，边长存在变形，保角投影。德国科学家高斯在 18201830 年间，为解决德国汉诺威地区大地 测量投影问题，提出的一种投影方法； 1912年起，德国学者
9、克吕格将高斯投影公式加以整理扩充并推导出了实用计算公式。使用高斯 投影的国家一一德国、中国、前苏联。地球按经线划分为带一一投影带；用空心椭圆柱横套在参考椭球外面；椭圆柱与某一子午线相切一一中央子午线，椭球面上图形按保角投影原理投影到椭圆柱体面上；沿过南北极的母线切开椭圆柱体，展开成平面，定义平面直角坐标系。按投影经度范围划分统一 6。带高斯投影首子午线起，每隔经度 6。划分为一带(称统一 6。带)西t东划分地球为一一60个带。带号N从首子午线开始，用阿拉伯数字表示。第一个6。带中央子午线的经度为 3 。带号N与中央子午线经度L0的关系 L0=6N 3Itt配已知任意点经度L,计算所在6 带的带
10、号公式N= Int(L +3) - 6+0.5)北京天安门：东经 116 23 26 ，北纬39 54 27 香港会展中心：东经 114 10 22 ，北纬22 17 05 澳门大三吧牌坊：东经 113 32 31 ，北纬22 11 49台北中山纪念堂：东经 121 31 18 ，北纬25 02 04N11 6Py 戯 址保角投影一一球面上的角度投影到横椭圆柱面上保持不变，但长度 变长。只有中央子午线与赤道投影后长度不变，并相互垂直。建立 的直角坐标系一一高斯平面直角坐标系。与数学笛卡尔坐标系的差 巳异，x轴与y轴互换位置，象限顺时针编号，我国位于北半球， x坐标值恒为正，y坐标值则有正有负，
11、最大 y坐标负值约为-334km。为保证y坐标恒为正，我国统一规定将每带的坐标原点向西移 500km ，既给每个点的y坐标值加500km。为确定投影带位置， y坐标前冠口带号。高斯投影长度变形一一离中央子午线越远，长度变形越大；减小长度变形的方法之一一一缩小投影带宽，经差。2统一 3。带高斯投影带号 n与中央子午线经度 L 0的关系一一L 0=3n已知经度L,计算所在3。带带号公式 n= lnt(L十6+0.5)我国大陆经度范围东经 73 27 东经135 09 用公式 N=Int(L +3)十6+0.5)求出统一 6。带投影带号范围一一 1323 用公 式n= Int(L - 3+0.5)求
12、出统一 3。带投影带号范围 2545两种投影带的带号不重复根据 y坐标前的带号可以判断属于何种投影带。3任意带高斯投影城市测量规范规定长度变形值 2.5cm/km(1/40000) 可采用高斯投影任意带平面直角坐标系统，案例 广东江门中心经度东经113 10 ，位于统一 3 带的38号带（中央子午线经度为114 ）中央子午线以西 98km。长度变形为 1/8329 1/40000 。为使长度变形1/40000 ，选择中央子午线经度 =113 10 进行高斯投影；建立江门市独立坐标系；江门市区最边缘距离中央子午线23km，长度变形缩小为 1/1500001/40000 。2）大地地理坐标与高斯平
13、面坐标的相互变换由 L,B tx,y高斯投影正算。由x,y tl,B 高斯投影反算。将某带 x,y t相临带x,y 高斯投影换带计算。计算公式较复杂，用光盘程序 PG2-1.exe 计算。先用Windows 的记事本编写一个文本数据文件。存盘文件名的前两个字符应为da。 1.3.2 一维高程系（1）高程定义A点高程 A点到大地水准面的垂直距离， HA表示。大地水准面的确定一一在海边设立验潮站，长期观测，求得海水面的平均高度作为高程零点，以通过该点的大地水准面为高程基准面。WGS-84 坐标系一一原点位于地球质心， z轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极（CTP）方向，x轴指向BIH198
14、4.0 的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。 1.4地球曲率对测量工作的影响测区范围较小，大地水准面近似为水平面时对水平距离和高程的影响 1.5测量工作概述（1）、测量的任务一一测定和测设1）测定一一地物，地貌一定比例尺缩绘成地形图。在测区布设控制点 A,B,C,D,E,F ，测出其x,y,H坐标，已知点安置仪器，测量地物与地貌特征点坐标，特征点坐标按比例尺缩小展绘到图纸。地物、地貌特征点一一碎部测量碎部点坐标的方法与过程 碎部测量。2）测设一一将图纸设计的建构筑物放样到实地。已设计出P、Q、R三幢建筑物，用极坐标法标定到实地一一在 A点安置仪器，F点定向，拨角B 1,在该方
15、向上量距 S1结论测定、测设在控制点上进行。测量工作的原则一一先控制后碎部测量规范规定，测量控制网 由高级向低级分级布设。平面三角控制网一一一等、二等、三等、四等 5 、10 和图根网的级别分级布设，一等网一一精度最高，图根网一一精度最低。控制网等级高，网点之间的距离大、点的密度稀、控制的范围大。控制网布网 原则一一从整体到局部。 1.6测量常用计量单位与换算测量常用角度、长度、面积学时:22学时教学条件：多媒体教室学习方法:理论讲述、带领学生做室外测量训练教具:教材、笔记、出勤表、笔几种法定计量单位的换算关系第二章 水准测量教学目的:1、了解测定地面点高程的几种方法和原理。2、理解在建筑工程
16、测量中被广泛应用的视线高测 量方法，转点和测站的意义。3、掌握水准仪的基本操作程序、度数方法、 记录计算和各项检验校正。教学任务与内容:1、水准测量的原理2、 水准测量的仪器和工具3、 水准仪的基本操作程序4、水准测量方法学时:22学时。教学条件:多媒体教室。教学方法:先用多媒体理论教学，然后带领学生做室外测量练习。高程测量 测量地面点的高程。方法 水准测量、三角高程测量、 GPS高程测量、气压高程测量、水准测量一一精度最高 2.1水准测量原理水准仪一一水平视线，读取水平视线在标尺上的读数，水准测量方向AB。A尺-一后视尺，读数a后视读数B尺-前视尺，读数b前视读数AB高差 hAB=abA点高
17、程HA已知，求出B点高程HB= HA + hAB 视线高程Hi= HA +aB点高程HB= Hi b提问：如何计算高差A, B两点相距较远时，连续水准测量。中间设置转点（TP），放置尺垫。h1=a1 bl , h2=a2 b2 , h3=a3 b3 , , hn=anbn。hAB= hl + h2 + h3 + + hn= 2 hihAB= 2ai 2bi 2.2水准测量的仪器与工具水准仪，水准尺，尺垫。微倾式水准仪调整微倾螺旋一管水准气泡居中一水平视线，水准仪望远镜、水准器、基座。3）水准尺与尺垫水准尺：2m5m，有四种类型，常用直尺。直尺一一A、B尺，两把一对，每把有黑、红两面分划与注记。
18、A尺黑面分划 03m，红面分划4.687m7.687m 。B尺黑面分划03m，红面分划4.787m7.787m 。A、B尺黑面注记的零点差为0，红面注记的零点差为0.1m。 2.3水准测量的方法水准点水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。一、二等为精密水准测量，三四等为普通水准测量。为统一全国高程系统和满足各种测量的需要国家各级测绘部 门在全国各地埋设并测定了很多高程点称水准点 (BM)，分地面点与墙上点。(2)水准路线水准点之间进行水准测量所经过的路线 。附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。检核条件 高差闭合差fh。附合水准路线：fh= 2hi (HBM2 HBM1)。闭合水准路线：
19、fh= 2hi 0= 2hi。支水准路线：fh= 2h往+2h返。(3)水准测量方法每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。1)两次仪器高法两次不同仪器高度的水平视线一一(改变仪器高度应在10cm以上)测定相邻两点间的高差，图根水准测量两次高差之差应小于5mm，否则应重测。2)双面尺法读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，前、后视尺的黑 面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个 高差，两次高差之差应小于5mm，否则应重测。1瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；2瞄准后视点水准尺红面分划精平读数；3瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数；4瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。 上述观测顺序简
20、称为“后一后一前一前”。志2-1水准测量记录（两沈仪器髙法）成号水睢尺读煞mm(tn)平均高垒仙）备注后视前視1113413.4281Q11TP11677-0.5431554 0.5-132TPl1如TP21324+0.130(+U.9W)1508Id. 1IC3TP218221710TP30S76血46(0.0001前倒+0.746+A.9464TF3TP41435+O3851翅5TPS1422DMD13DS+0.1M(+A.502)14临-KI.116+011514,448检按计算z15.51413.4742.0401.020（5）水准测量成果处理根据已知水准点的高程，水准路线高差观测值,
21、 分配高差闭合差，计算出未知点的高程。 附合水准路线 fh= 2hi （H终H起）。 闭合水准路线 fh= 2hi 0= 2hi。支水准路线fh= 2h往+艺h返。图根水准高差闭合差允许值fh平坦地区 fh允=土 40 VL（mm）山地 fh 允=土 12 Vn（mm）fh fh允时，可以分配高差闭合差。原则：反号，按路线长Li（平坦）或测站数ni（ 山地）比例分配高差改正数Vi公式: 教学目的:1、了解经纬仪的精度分级和仪器精度的概 念。第三章 角度测量实验：测定下图各点的标咼 其中A点（红点）坐标为：2、 理解水平角、竖直角的测量原理，读数和置数 方法，照准目标的位置，观察限差要求，水平角
22、观察的误差 来源和消减的措施。3、 掌握经纬仪对中、整平的方法，测回法和竖直 角的观测、记录和计算。教学任务与内容:1、水平角测量原理2、 光学经纬仪3、 水平角的观测4、 竖直角的观测5、 经纬仪的检校学时：24学时。教学条件:多媒体教室。角度类型一一水平角与竖直角。角度测量一一测量地面点连线的水平夹角视线方向与水平面的竖直角仪器一一经纬仪，全站仪。水平角测量一一求算点的平面位置，竖直角测量一一测定高 差，或将倾斜距离化算为水平距离。北纬(N): 45度52分28秒 东经(E) : 126度30分2秒 高度(Z): 117.000 米 3.1角度测量的基本概念(1)水平角测量原理地面一点与两
23、个目标点的连线在水平面投影的夹角， 或过例2-1按图根水准测量要求 施测某附合水准路线观测成 果，BM A和BM B为已知 高程水准点，箭头为水准测量 前进方向，路线上方的数字为 测得的两点间的高差，路线下 方数字为该段路线的长度，试 计算待定点1，2，3点的高 程。L.Tt* Ng计算高差闭合差fh，限差fh 允。fh= Shi (HB HA) =4.330-(49.579- 45.286)=0.037m=37mm fh 允= 40 V L= 40 V7.4= 109mm用MtKfljlMAHBM-AQLI.2iLT二坤-OlAit|曲BAI-B4+* JMfh 0 ;视线在水平线下方为俯角
24、，竖直角 0。铅 垂面内安置一个刻度圆盘，视线水平时的竖盘读数为90。，视线倾斜时的竖盘读数为 L ,视线方向竖直角a=90 - L 0 3.2光学经纬仪国产光学经纬仪型号（Da dice liang Jing wei yi）DJ07 ，DJ1，DJ2，DJ6，DJ30，D，J 代表 “大地测量”和“经纬仪”，07，1，2，6，30分别为一测回方向观测中误差秒数。工程测量常用DJ6级。徕卡光学经纬仪型号（Theodolite）T4（0.5 ），T3 （1），T2 （2 ），T1 （6 ）（1） DJ6级光学经纬仪的结构方向经纬仪和复测经纬仪。方向经纬仪一一用于地表测量。复测经纬仪一一用于光线较
25、暗的地下工程测量。结构一一基座，水平度盘,照准部1） 基座三个脚螺旋，一个圆水准气泡一一粗平仪器。水平度盘旋转轴套在竖轴套外围，仪器固定在基座上；2） 水平度盘圆环形光学玻璃盘片，盘片边缘刻划顺时针注记0360。角度值。3） 照准部教学条件：多媒体教室学习方法：理论讲述、带领学生做室外测量训练教具:教材、笔记、出勤表、笔演示：角度测量的原理演示：国产经纬仪水平度盘上，能绕竖轴旋转的全部部件总称，竖轴、 U形支演示：经纬仪的构造架、望远镜、横轴、竖盘指标管水准器、读数装置， 竖轴VV 照准部旋转轴，水平度盘变换螺旋。(2)DJ6级光学经纬仪的读数装置演示：经纬仪使用中的对中度盘，光路系统，测微器
26、。水平度盘和竖盘上的分划线，经 棱镜和透镜成像，显示在望远镜旁的读数显微镜内。有测微 尺读数装置，单平板玻璃读数装置两种。 3.3经纬仪的使用(1)经纬仪的安置内容一一对中，整平。使仪器竖轴位于过测站点的铅垂线 上，水平度盘和横轴处于水平位置，竖盘位于铅垂平面内。 方法垂球对中，光学对中。打开三脚架腿，调整长度使脚架高度适合于观测者高度，张 开三角架，安置在测站上，架头大致水平。取出经纬仪放置 在三角架头上，仪器基座中心基本对齐三角架头的中心，旋 紧连接螺旋。1)垂球对中法安置经纬仪将垂球悬挂于连接螺旋中心的挂钩上，调整垂球线长度使垂 球尖略高于测站点。粗对中与粗平：平移三脚架，使垂球尖 大致
27、对准测站点中心，将三脚架的脚尖踩入土中。精对中： 稍微旋松连接螺旋，双手扶住仪器基座，在架头上移动仪 器，使垂球尖准确对准测站点，旋紧连接螺旋。垂球对中误 差应小于土 3mm。精确整平：旋转脚螺旋，在相互垂直的 两个方向使照准部管水准气泡居中。2)使用光学对中法安置经纬仪演示：经纬仪的照准光学对中器的结构。粗对中一一手握三角架，眼睛观察光学对中器，移动三脚架，对中标志基本对准测站点中心，脚尖踩入土中。精对中 旋转脚螺旋对中，使对中误差 1mm。粗平一演示：水平角观测方法伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。精平一一转动照准部， 旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向居中。精 平操作会略微破坏已完成的对中关系。再次精对中一一旋松连接螺旋，眼睛观察光学对中器，平移 仪器基座(注意，不要有旋转运动)，使对中标志准确对准测 站点中心，拧紧连接螺旋。旋转照准部，在相互垂直两方向 检查管水准气泡居中情况否则从再次精对中开始重复操作。(2)瞄准和读数测角照准标志竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球线或觇牌。水平角测量，望远镜十字丝竖丝瞄准照准标志。1目镜对光一一望远镜对向明亮背景，转动目镜使十字丝 清晰；2粗瞄目标一一望远镜上的粗瞄器瞄准目标 ，水平、垂直制动；3精瞄目标一一从望远镜观察，旋转水平、垂
