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文檔簡(jiǎn)介
工程測(cè)量學(xué)教案第一講基本知識(shí)一、學(xué)科定義:定義一:工程測(cè)量學(xué)是研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的學(xué)科。定義二:工程測(cè)量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(fā)各個(gè)階段所進(jìn)行的地形和有關(guān)信息的采集和處理、施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)的理論、方法和技術(shù),以及研究對(duì)測(cè)量和工程有關(guān)信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科。定義三:工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。二、學(xué)科分類:大地測(cè)量學(xué)、工程測(cè)量學(xué)、攝影測(cè)量與遙感、地圖制圖學(xué)、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪(與工程測(cè)量相似。)三、學(xué)科內(nèi)容:1、按工程建設(shè)階段劃分:、規(guī)劃階段:提供各種比例尺地形圖,為地質(zhì)勘探服務(wù)。②、施工階段:建立施工控制網(wǎng),實(shí)地放樣。③運(yùn)營(yíng)管理階段:變形觀測(cè)。2、按服務(wù)對(duì)象劃分:①工程測(cè)量中地形圖的測(cè)繪。②工程控制網(wǎng)的步設(shè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)。③施工放樣技術(shù)和方法。④工程的變形監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)。⑤工程測(cè)量的通用和專用儀器。⑥工程測(cè)量學(xué)的誤差及測(cè)量平差理論。四、各階段測(cè)量工作:1、工程勘測(cè)設(shè)計(jì)階段:①工業(yè)企業(yè):地形圖。②線路:初測(cè)、定測(cè)和施工設(shè)計(jì)等。③橋梁:平面和高程控制測(cè)量、橋址定線、斷面測(cè)量、地形測(cè)量等。2、施工階段:①施工測(cè)量:控制網(wǎng)的建立和施工放樣。②監(jiān)理測(cè)量:復(fù)查、驗(yàn)收、檢測(cè)和審批。3、運(yùn)營(yíng)階段:①建筑物變形測(cè)量工作。②工業(yè)設(shè)備安全運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)。③地表沉降測(cè)量。④局部地區(qū)變形⑤變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立。第二講工程控制網(wǎng)的步設(shè)理論與方法一、工程控制網(wǎng)的分類:1、按用途:測(cè)圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)、安裝控制網(wǎng)。2、按網(wǎng)點(diǎn)性質(zhì):一維網(wǎng)(水準(zhǔn))、二維網(wǎng)、三維網(wǎng)。3、按網(wǎng)形:三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、混合網(wǎng)、方格網(wǎng)。4、按施測(cè)方法:測(cè)角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、GPS網(wǎng)。5、按坐標(biāo)系:附合網(wǎng)、獨(dú)立網(wǎng)、經(jīng)典自由網(wǎng)、自由網(wǎng)。6、按其它標(biāo)準(zhǔn):首級(jí)網(wǎng)、加密網(wǎng)、特殊網(wǎng)、專用網(wǎng)。二、作用:為工程建設(shè)提供統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系,以及位置基準(zhǔn)和控制誤差積累三、建網(wǎng)步驟:1、確定控制網(wǎng)等級(jí)。2、確定網(wǎng)形。3、確定儀器和操作規(guī)程。4、圖上選點(diǎn),實(shí)地調(diào)研。5、造標(biāo)埋石。6、外業(yè)觀測(cè)。7、內(nèi)業(yè)處理。8、提交成果。四、測(cè)圖控制網(wǎng):1、作用:控制測(cè)量誤差積累;使圖上點(diǎn)位精度均勻;保證圖幅之間正確拼接。2、精度:依據(jù)測(cè)圖比例尺大小確定。五、施工控制網(wǎng):1、特點(diǎn):①范圍小,密度大,精度高。②使用頻繁。③受施工干擾大。④采用施工坐標(biāo)系。⑤采用工程平均高程面。⑥可分級(jí)布網(wǎng)。2、作用:為工程建設(shè)服務(wù)。六、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng):1、概念:參考點(diǎn)——位于變形體之外的不變點(diǎn)。目標(biāo)點(diǎn)——位于變形體之上的變點(diǎn)。2、坐標(biāo)系選取原則:①變形體較大且不規(guī)則時(shí)可采用大地坐標(biāo)系。②變形體有明顯結(jié)構(gòu)特征時(shí)可采用基于監(jiān)測(cè)體本身的坐標(biāo)系統(tǒng)。③對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)感興趣時(shí)可采用自由基準(zhǔn)。七、工程控制網(wǎng)基準(zhǔn):1、概念:基準(zhǔn)--通過控制網(wǎng)平差求解未知點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)所給出的已知數(shù)據(jù)。2、分類:①約束網(wǎng)。②最小約束網(wǎng)。③無(wú)約束網(wǎng)。第三講工程控制網(wǎng)質(zhì)量準(zhǔn)則:一、精度準(zhǔn)則:1、總體精度準(zhǔn)則:E準(zhǔn)則:置信超橢球最大半軸盡可能小。體積準(zhǔn)則:置信超橢球體積盡可能小。方差準(zhǔn)則:置信超橢球半軸平方和盡可能小。平均精度準(zhǔn)則:x的跡可與局部精度比較。均勻性和各向同性準(zhǔn)則:網(wǎng)中所有點(diǎn)具有相同大小的誤差橢圓且精度相同。2、點(diǎn)位精度和相對(duì)點(diǎn)位精度:點(diǎn)位精度可用誤差橢圓和置信橢圓描述;相對(duì)點(diǎn)位精度可用相對(duì)誤差橢圓描述。3、未知數(shù)函數(shù)的精度:任意未知數(shù)屮=Fx;O=FExxFo4、主分量:主分量能在總體上描述網(wǎng)的精度關(guān)系,是一個(gè)通用精度準(zhǔn)則。5、準(zhǔn)則矩陣:構(gòu)造原則:所有控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差橢圓半徑相同;其相對(duì)誤差橢圓等于圓;它是對(duì)角陣;點(diǎn)的x坐標(biāo)與y坐標(biāo)隨即無(wú)關(guān)。二、可靠性準(zhǔn)則:1、概念:內(nèi)部可靠性一一發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值粗差的能力。外部可靠性一一抵抗觀測(cè)值粗差對(duì)平差結(jié)果的影響能力。2、作用:提供衡量控制網(wǎng)內(nèi)部觀測(cè)值相互控制檢核的量化數(shù)值;提供未被發(fā)現(xiàn)的最大模型誤差值。三、靈敏度準(zhǔn)則:1、定義:在給定的顯著水平a和檢核功效B下,通過對(duì)周期觀測(cè)的平差結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢查,所能發(fā)現(xiàn)的某一位移向量的下界值。四、費(fèi)用準(zhǔn)則:其費(fèi)用包含:造標(biāo);埋石;交通運(yùn)輸;儀器設(shè)備;觀測(cè);計(jì)算和檢查等。第四講控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和典型工程控制網(wǎng):一、優(yōu)化設(shè)計(jì)分類:1、零類設(shè)計(jì):坐標(biāo)系和基準(zhǔn)選取。2、一類設(shè)計(jì):調(diào)整網(wǎng)點(diǎn)位置。3、二類設(shè)計(jì):改變觀測(cè)精度。4、三類設(shè)計(jì):對(duì)設(shè)計(jì)的網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù):1、提出設(shè)計(jì)任務(wù)。2、制定設(shè)計(jì)方案。3、進(jìn)行方案評(píng)價(jià)。4、進(jìn)行方案優(yōu)化。三、設(shè)計(jì)方法:1、解析法:通過數(shù)學(xué)方程表達(dá)式,用最優(yōu)化方法解算。(適用于各類設(shè)計(jì))2、模擬法:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)則,通過計(jì)算、比較和修改得到最優(yōu)化方案。(適用于一、二、三類設(shè)計(jì))四、隧道工程控制網(wǎng):1、洞外GPS網(wǎng)布設(shè)原則:①在進(jìn)出口線路中線上布設(shè)進(jìn)出口點(diǎn),再在進(jìn)出口點(diǎn)周圍布設(shè)三個(gè)定向點(diǎn)。②坐標(biāo)系采用以進(jìn)出口點(diǎn)連線為X軸,垂直它為Y軸。③貫通面位于隧道中央且與Y軸平行。④洞口處基線一般為300到500米以便于通視。五、橋梁施工控制網(wǎng):1、布設(shè)原則:應(yīng)在其橋軸線兩端布點(diǎn),其控制網(wǎng)兼作變形監(jiān)測(cè)網(wǎng),所以其精度和穩(wěn)定性要求較高。六、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng):1、布設(shè)原則:工作基點(diǎn)除應(yīng)構(gòu)成堅(jiān)強(qiáng)圖形外還要便于采用交會(huì)方法觀測(cè)。第五講控制點(diǎn)的標(biāo)石與標(biāo)志和內(nèi)外也一體化:一、概念:1、標(biāo)石——采用挖坑埋設(shè)的預(yù)制截頭錐體混凝土標(biāo)。2、標(biāo)志——在標(biāo)石或其它穩(wěn)固載體上精確表示控制點(diǎn)位置的設(shè)施。二、標(biāo)石類型:1、普通標(biāo)石:截頭錐體混凝土標(biāo)。2、深埋式標(biāo)石:就地澆注的鋼筋混凝土樁。3、帶強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩:低部為鋼筋混凝土樁,頂部安放強(qiáng)制對(duì)中裝置。4、水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石分為:平面點(diǎn)標(biāo)石;混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石;地表巖石標(biāo);平硐巖石標(biāo);深埋式鋼管標(biāo)。三、標(biāo)志要求:反差大;亮度強(qiáng);無(wú)相位差;有利于精確照準(zhǔn)。四、內(nèi)外業(yè)一體化內(nèi)容:1、內(nèi)業(yè)工作:圖上選點(diǎn),布網(wǎng),平差和成果輸出等。2、外業(yè)工作:踏勘選點(diǎn),埋設(shè)標(biāo)石,外業(yè)觀測(cè)。五、看圖識(shí)別各種標(biāo)石與標(biāo)志第六講工程規(guī)劃階段地形圖及大比例尺地形圖應(yīng)用:一、總圖設(shè)計(jì)方法:1、按生產(chǎn)工藝要求將主要建筑物輪廓繪制在地形圖上。2、考慮生產(chǎn)工藝和地下管線與運(yùn)輸?shù)缆凡贾玫目赡苄缘取?、選擇適當(dāng)?shù)谋壤摺6?、測(cè)繪地形圖方法分類:1、野外實(shí)地測(cè)圖:模擬法;數(shù)字法。2、航測(cè)法。三、概念:1、模擬法測(cè)圖——利用平板儀或經(jīng)緯儀配合視距尺在野外測(cè)站測(cè)量地物點(diǎn)的方向、距離和高差。再利用量角器,直尺等工具將野外測(cè)量數(shù)據(jù)按測(cè)圖比例尺及圖式符號(hào)展繪到白紙或聚酯薄膜上。2、數(shù)字法測(cè)圖——利用電子經(jīng)緯儀或其它測(cè)量?jī)x器配合棱鏡在野外測(cè)量測(cè)站至地物點(diǎn)的方向、距離和高差并將其輸入電子手簿或磁卡等,現(xiàn)場(chǎng)繪制地形圖。四、精度:(平面)1、模擬法測(cè)圖:它由展繪誤差,圖根點(diǎn)誤差,視距誤差,方向誤差,刺點(diǎn)誤差組成。2、數(shù)字法測(cè)圖:它由定向誤差;對(duì)中誤差;觀測(cè)誤差;棱鏡中心與地物點(diǎn)不重合誤差組成。五、場(chǎng)地平整步驟:(必須掌握)(水平)1、繪制方格網(wǎng)。(一般邊長(zhǎng)為20米)2、計(jì)算設(shè)計(jì)高程。3、繪出填、挖邊界線。4、計(jì)算填、挖高度。5、計(jì)算填、挖土石方工程量。6、放樣填、挖邊界線及填、挖高度。六、課堂練習(xí)第七講工程竣工圖測(cè)繪:一、目的:使設(shè)計(jì)、施工和管理人員掌握工程內(nèi)部現(xiàn)有全部建筑物的平面與高程位置關(guān)系、設(shè)計(jì)要素的現(xiàn)狀以及場(chǎng)地地形與地物的情況,形成詳細(xì)的工業(yè)竣工圖和有關(guān)的數(shù)據(jù)資料。二、竣工測(cè)量的任務(wù):1、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性,闡明竣工成果,為后續(xù)設(shè)計(jì)服務(wù)。2、改擴(kuò)建原有工程時(shí),應(yīng)利用原有的平面、高程位置。3、滿足生產(chǎn)管理和變形監(jiān)測(cè)的需要。三、施測(cè)竣工圖原則:1、控制測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)與原有系統(tǒng)保持一致。2、測(cè)量控制網(wǎng)必須有一定的精度標(biāo)準(zhǔn)。3、充分利用已有的測(cè)量和設(shè)計(jì)資料。四、竣工圖內(nèi)容:1、廠區(qū)現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)圖。2、輔助圖。3、剖面圖。4、專業(yè)分圖。5、技術(shù)總結(jié)報(bào)告和成果表。五、總圖編繪的基本規(guī)定:1、總平面及交通運(yùn)輸竣工圖。(公路、鐵路,各種建筑物等)2、給排水管道竣工圖。3、動(dòng)力、工藝管道竣工圖。(管道交會(huì)點(diǎn),位置,材料等)4、輸電及通信線路竣工圖。(線路走向等)5、綜合管線竣工圖。(地上,地下等)六、編繪方法:1、底圖處理。(各種基本圖件,分層處理)2、總圖形成。(用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修改設(shè)計(jì)圖)第八講水下地形圖測(cè)繪:一、用途:1、建立深水巷、內(nèi)河航段和回淤研究等。2、橋梁、港口碼頭以及沿江公路、鐵路等。3、海洋漁業(yè)開發(fā)及養(yǎng)殖。4、海洋石油,海底管道等。5、防洪,發(fā)電和污染處理。6、軍事上如潛艇,反水雷等。7、科學(xué)上,確定地幔表層及物質(zhì)結(jié)構(gòu)等。8、國(guó)與國(guó)之間劃定海域邊界等。二、定位方法:1、全站儀定位。2、GPS差分定位。三、水深測(cè)量?jī)x器:1、回聲探測(cè)器。2、多波束探測(cè)儀。3、激光測(cè)深系統(tǒng)。四、深度基準(zhǔn)面:理論上可能出現(xiàn)的最低潮面,位于海水面以下高度為L(zhǎng)(主要分潮的調(diào)和函數(shù))的平面處。五、水下地形測(cè)量方法:1、外業(yè):在斷面線上設(shè)立兩個(gè)標(biāo)志,便于船瞄準(zhǔn)定向(采用前方交會(huì)法)。2、內(nèi)業(yè):①將外業(yè)測(cè)角和測(cè)深數(shù)據(jù)匯總并逐點(diǎn)核對(duì)。②由水位觀測(cè)結(jié)果和水深記錄計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程。③展繪各測(cè)點(diǎn)位置,注記相應(yīng)高程。④在圖上勾繪等高線和等深線表示出水下地形的起伏。六、水下縱斷面圖測(cè)繪步驟:1、量取河道里程。2、換算同時(shí)水位。3、編制縱橫斷面成果表。4、繪制河道縱斷面圖。第九講施工放樣方法:一、施工放樣的任務(wù):將圖紙上設(shè)計(jì)的建筑物的平面位置和高程按設(shè)計(jì)要求,以一定的精度在實(shí)地標(biāo)定出來,作為施工依據(jù)。二、建筑限差:建筑物竣工之后實(shí)際位置相對(duì)于設(shè)計(jì)位置的極限偏差。三、直接放樣法:1、高程放樣:①水準(zhǔn)儀放樣。②全站儀無(wú)儀器高法放樣。2、角度放樣:從一個(gè)已知方向出發(fā)放樣另一個(gè)方向。3、距離放樣:根據(jù)已知的起點(diǎn)和方向用距離放樣出另一個(gè)點(diǎn)。4、點(diǎn)位放樣:①極坐標(biāo)法。②全站儀坐標(biāo)法。③距離交會(huì)法。④角度交會(huì)法。⑤直接坐標(biāo)法。5、鉛垂線放樣:①經(jīng)緯儀+彎管目鏡法。②光學(xué)鉛垂儀法。③激光鉛垂儀法。四、歸化法放樣:1、角度放樣:(加入角度改化值)。2、點(diǎn)位放樣:①距離交會(huì)。②角度交會(huì)。3、放樣直線:4、1)測(cè)小角歸化。步驟:(①將儀器架于已知點(diǎn)A瞄準(zhǔn)已知點(diǎn)B,以距離S1放樣出P'點(diǎn)。②以A點(diǎn)為測(cè)站反復(fù)觀測(cè)小角/a。③計(jì)算歸化<E=^a*S1/po④改化£,得P點(diǎn)。)5、2)測(cè)大角歸化。(步驟:①將儀器架于已知點(diǎn)A瞄準(zhǔn)已知點(diǎn)B,以距離S1放樣出P'點(diǎn)。以P'點(diǎn)為測(cè)站反復(fù)觀測(cè)大角上丫得到厶丫。③量取S2并計(jì)算歸化值£=S1*S2/(S1+S2)*(180-Y)/p。④改化£,得P點(diǎn)。)6、構(gòu)網(wǎng)聯(lián)測(cè)法:(采用強(qiáng)制對(duì)中,將控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)聯(lián)合平差計(jì)算。)五、剛體的放樣定位:確定它的六個(gè)自由度:三個(gè)平移(x,y,z)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)(apY)。六、課堂練習(xí)。第十講圓曲線測(cè)設(shè):一、曲線分類:1、平面曲線:(連接不同方向的曲線)①圓曲線②緩和曲線。2、豎曲線:連接不同坡度的曲線。二、圓曲線要素及其計(jì)算:1、曲線要素:①曲線半徑R;②偏角a(線路轉(zhuǎn)向角);③切線長(zhǎng)T;④曲線長(zhǎng)L;⑤外矢距E;⑥切曲差Q。2、計(jì)算公式:?T=R*tan(a/2);②L=n/180*a*R;@E=R*(sec(a/2)—1);④Q=2*T—L。三、圓曲線主要里程計(jì)算:1、主點(diǎn):ZY(直線與圓曲線交點(diǎn));QZ(曲線中點(diǎn));YZ(圓曲線與直線交點(diǎn))。2、①已知條件:JD(交點(diǎn))里程。②未知條件:各主點(diǎn)里程。③計(jì)算:ZY=JD—T;QZ=ZY+L/2;YZ=QZ+L/2。(檢核條件:JD+T—Q=YZ)以上均代表里程。四、圓曲線的主要點(diǎn)測(cè)設(shè):步驟:①將經(jīng)緯儀安置于交點(diǎn)上,以線路方向定向。②分別沿切線長(zhǎng)量出ZY點(diǎn)和YZ點(diǎn)。③在交點(diǎn)上后視ZY點(diǎn),撥(180—a)/2角,得分角線方向。④沿分角線方向自交點(diǎn)量取外矢距E得曲線中點(diǎn)。五、圓曲線的詳細(xì)測(cè)設(shè):1、偏角法:(以方向和長(zhǎng)度交會(huì)的方法獲得放樣點(diǎn)位)步驟:在ZY點(diǎn)安置儀器,照準(zhǔn)切線方向,使度盤歸零。撥偏角&1(6i=C/2R*180/n)(C為規(guī)定長(zhǎng)度),沿偏角方向量取C1得1點(diǎn)。撥偏角&2,沿偏角方向量取C2得2點(diǎn)。用同樣方法測(cè)出其余各點(diǎn)直至QZ點(diǎn)。將儀器搬至YZ點(diǎn),繼續(xù)測(cè)量(方向相反)。當(dāng)閉合差滿足要求時(shí),按長(zhǎng)度比分配。2、切線支距法:(直角坐標(biāo)法)步驟:沿切線方向自ZY點(diǎn)量取Xi。(Xi=R*sina;Yi=R(1—cosa)。再垂直于切線方向,沿Xi點(diǎn)量取Yi的曲線上I點(diǎn)。同理將儀器搬至另一半繼續(xù)測(cè)設(shè)。3、弦線偏距法:(計(jì)算兩弦線間的差值)步驟:以切線定向,自ZY點(diǎn)量取C(一般為20米)得1'點(diǎn)。分別自ZY點(diǎn)和1'點(diǎn)以C和D1(D1=2C*sina/4)作長(zhǎng)度交會(huì)得1點(diǎn)。把ZY點(diǎn)和1點(diǎn)間的弦線延長(zhǎng)一倍得2'點(diǎn)。分別自1點(diǎn)和2'點(diǎn)以C和D(D=2C*sina/2)作長(zhǎng)度交會(huì)得2點(diǎn)。同法測(cè)出其余各點(diǎn)。六、課堂練習(xí)。第十一講緩和曲線測(cè)設(shè):一、緩和曲線種類:(螺旋線)和(三次拋物線)等。二、螺旋線特性:曲線上任意一點(diǎn)曲率半徑R與該點(diǎn)至起點(diǎn)的曲線長(zhǎng)L成反比。三、緩和曲線的主點(diǎn)及要素計(jì)算:1、曲線主點(diǎn):ZH(直線與緩和曲線的交點(diǎn));HY(緩和曲線與圓曲線的交點(diǎn));QZ(曲線中點(diǎn));YH(圓曲線和緩和曲線的交點(diǎn));HZ(緩和曲線與直線的交點(diǎn))。2、曲線要素計(jì)算:T=m+(R+P)*tan(a/2);L=nR*(a—2P)/180+21;E=(R+P)*sec(a/2)—R;Q=2T—L;[3=l/2R*p;m=l/2—l3/240R2;P=l*l/24R。3、緩和曲線上任意一點(diǎn)坐標(biāo):x=l—l5/40R2*l2;y=l3/6Rl。4、圓曲線上任意一點(diǎn)坐標(biāo):x=R*sina+m;y=R(l—cosa)+P。四、主點(diǎn)里程計(jì)算:已知條件:JD(交點(diǎn))里程;半徑R;緩和曲線長(zhǎng)1;轉(zhuǎn)向角a。②未知條件:各主點(diǎn)里程。③計(jì)算:ZH=JD—T;HY=ZH+1;QZ=ZH+L/2;HZ=QZ+L/2;YH=HZ—1(檢核條件:JD+T—Q=HZ)。五、各主點(diǎn)測(cè)設(shè)步驟:將經(jīng)緯儀安置于交點(diǎn)上,分別沿切線方向和切線長(zhǎng)交會(huì)定出ZH,HZ。搬站至交點(diǎn),撥(180-a)/2,沿此平分線量取外矢距E得QZ點(diǎn)。分別計(jì)算出HY和YH點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)。從交點(diǎn)開始沿切線方向量取T—X,再垂直于切線方向量取y得HY和YH點(diǎn)。六、細(xì)部測(cè)設(shè):1、用切線支距法測(cè)設(shè)曲線細(xì)部:自ZH點(diǎn)開始沿切線方向量取l(20,40,)米直至HY點(diǎn)。從上述各點(diǎn)退回l—x,得各曲線點(diǎn)的垂足。垂直與垂足,量取y得曲線上點(diǎn)。搬站至另一半繼續(xù)測(cè)設(shè)。2、用偏角法測(cè)設(shè)曲線細(xì)部:在ZH點(diǎn)安置儀器,瞄準(zhǔn)切線方向,使度盤歸零。撥偏角I(I=l/6R),在視線方向上量取20米得第一點(diǎn)。繼續(xù)撥角,量取40米得第二點(diǎn)。繼續(xù)撥角直至HY點(diǎn)。將儀器安置于HY點(diǎn),后視ZH點(diǎn),配置度盤為B—I。撥偏角&(6=C/2R)量取20米得第一點(diǎn)。以此類推得其余各點(diǎn)。七、課堂練習(xí)。第十二講困難地段曲線測(cè)設(shè)和極坐標(biāo)法放樣:一、交點(diǎn)不能安置儀器:1、解決辦法:在兩條切線上選定兩副點(diǎn)A,B。2、副點(diǎn)選擇條件:①要和ZH(HZ)點(diǎn)通視。②A,B兩點(diǎn)相互通視。③可知兩點(diǎn)到交點(diǎn)的距離。二、用偏角法測(cè)設(shè)曲線越過障礙物的方法:步驟:①在曲線上選擇一點(diǎn)P(P和HY(ZH)點(diǎn),YH(HZ)點(diǎn)通視)。將過HY(ZH)點(diǎn)的切線轉(zhuǎn)到過P點(diǎn)的切線。繼續(xù)測(cè)設(shè)其余點(diǎn)。三、曲線起點(diǎn)或終點(diǎn)不能安置儀器:方法:①自交點(diǎn)沿切線方向量取T—X(X為HY點(diǎn)X坐標(biāo),T為切線長(zhǎng))。②再垂直于切線量取Y得HY點(diǎn)。③將儀器架設(shè)于HY點(diǎn)以其切線方向?yàn)閄軸繼續(xù)測(cè)設(shè)。四、豎曲線要素計(jì)算:a=il—i2;T=R*(il—i2);L=2T;E=T*T/2R。五、任意設(shè)站極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)曲線:
1、原理:把由直線段、圓曲線段、緩和曲線段組合而成的曲線歸算到統(tǒng)一的測(cè)量坐標(biāo)系中以便于放樣。(ZH—JD為X軸,ZH點(diǎn)為圓點(diǎn),Y軸垂直于切線方向)2、第一緩和曲線坐標(biāo)計(jì)算:13i6R103、曲線(1—0.51)313、曲線—1—i0—0——i6R2240R2(1-(1-0.51)2i02R(1-0.51)4i024R3l2+024R4、5、—4、5、—15/—40R212;yi013匚。(1—L—(L—L))。
6R1ii00線路左右邊樁計(jì)算:X左=X+D*COS(A—90);Y左=Y+D*SIN(A—90);X右=X+D*COS(A+90);Y右=Y+D*SIN(A+90)。注意:要進(jìn)行坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。)第二緩和曲線坐標(biāo)計(jì)算:x—1ii第十三講變形監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)知識(shí):一、變形監(jiān)測(cè)定義:對(duì)監(jiān)視對(duì)象和物體進(jìn)行測(cè)量以確定其空間位置隨時(shí)間的變化特征。二、變形監(jiān)測(cè)的作用:1、保障工程安全。2、積累分析資料、解釋變形機(jī)理。3、驗(yàn)證變形假說。三、內(nèi)容:水平位移、垂直位移、偏距、傾斜、擾度、彎曲、扭轉(zhuǎn)、震動(dòng)、裂縫等。四、變形模型分類:1、非周期變形模型。2、周期變形模型。3、運(yùn)動(dòng)變形模型。4、變形體幾何模型。五、特點(diǎn):周期觀測(cè);動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);精度要求不同。六、變形影響因子和動(dòng)態(tài)變形模型:1、變形影響因子——引起變形的原因。它包括:地殼運(yùn)動(dòng)、基礎(chǔ)變形、地下開采、地下水位變化、建筑荷載。2、動(dòng)態(tài)變形數(shù)學(xué)模型:y(t)=Jg(t)*x(t—T)dT。七、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則:1、參考點(diǎn):應(yīng)布設(shè)在變形體之外,安全且容易到達(dá)的地方;要鉆孔至基巖且在參考點(diǎn)附近加設(shè)保護(hù)點(diǎn)。2、目標(biāo)點(diǎn):應(yīng)布設(shè)在變形體之上,要有代表性和適當(dāng)?shù)拿芏?,能反映變形體形變。第十四講變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)和方法:一、監(jiān)測(cè)方案制定準(zhǔn)則:1、確定變形狀態(tài)所需要的測(cè)量精度&。2、確定觀測(cè)次數(shù)。3、確定兩周期之間的時(shí)間間隔。4、確定一周期所允許的觀測(cè)時(shí)間。二、典型的變形準(zhǔn)則分析:1、非周期變形:6tWAt/5。2、周期變形:△t=Tp/m。3、運(yùn)動(dòng)模型:△t三6y/|y|。三、監(jiān)測(cè)費(fèi)用的確定:1、建立檢測(cè)系統(tǒng)的一次性花費(fèi)。2、每一個(gè)觀測(cè)周期花費(fèi)。3、維護(hù)和管理費(fèi)。四、補(bǔ)充考慮:1、在監(jiān)測(cè)時(shí),變形體不能觸及,否則影響變形形態(tài)。2、要有一定的時(shí)間才能到達(dá)變形體,而且危險(xiǎn)性大。3、當(dāng)變形體到達(dá)一定值時(shí)會(huì)對(duì)變形體本身和環(huán)境造成巨大危害,需要持續(xù)觀測(cè),必要時(shí)報(bào)警。4、做荷載變形實(shí)驗(yàn)時(shí),要求處理速度快,宜采用自動(dòng)或半自動(dòng)化。5、有的監(jiān)測(cè)會(huì)使工程停工,需慎重考慮。6、有的任務(wù)只在于保存原始狀態(tài),宜采用攝影測(cè)量方式。五、變形監(jiān)測(cè)方法:1、常規(guī)大地測(cè)量方法:①一、二、三維坐標(biāo)網(wǎng)平差;②交會(huì)法;③極坐標(biāo)法;④衛(wèi)星定位;⑤幾何水準(zhǔn);⑥三角高程;⑦GPS等。2、攝影測(cè)量方法特點(diǎn):不需接觸被監(jiān)測(cè)的變形體。外業(yè)工作量小。信息量大,利用率高,利用種類多,可對(duì)變形前后做后續(xù)處理。攝影儀器費(fèi)用高昂,對(duì)軟硬件要求高。3、特殊大地測(cè)量方法:短距離測(cè)量方法:采用金屬絲測(cè)長(zhǎng)儀;采用銦瓦線。微距測(cè)量準(zhǔn)直法:光學(xué)法;光電法;機(jī)械法。微距測(cè)量鉛直法:光學(xué)法;光電法;機(jī)械法。液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法:利用連通管的液體壓力測(cè)量。擾度曲線和傾斜測(cè)量。(擾度:曲線某點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離)裂縫觀測(cè):走向,大小,長(zhǎng)度,寬度等。震動(dòng)觀測(cè):采用光電觀測(cè)系統(tǒng)。三維激光掃描測(cè)量:提供水平角,垂直角,距離三種觀測(cè)值。第十五講變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理一、變形分析分類:1、靜態(tài),似靜態(tài)點(diǎn)場(chǎng)分析。2、綜合變形模型。3、動(dòng)力學(xué)模型。二、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理:1、平均間隙法加最大間隙法:由高斯-馬爾可夫模型和兩周期平差推出。2、卡爾曼濾波法:由第K-1個(gè)周期參考網(wǎng)的坐標(biāo)未知數(shù)向量及其協(xié)方差陣,并參考第K周期參考網(wǎng)的觀測(cè)值,求解第K周期的坐標(biāo)未知數(shù)向量及其協(xié)方差。三、變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理:1、回歸分析法:將變形體當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng),將目標(biāo)點(diǎn)上變形看作因變量,將變形因子看作自變量,對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè),找出其函數(shù)關(guān)系。(逐步回歸算法步驟:①初選變形影響因子。②確定首選的一元線性回歸方程。③確定最佳二元線性回歸方程。④確定最佳三元線性回歸方程。⑤若三個(gè)變形影響因子都是顯著回歸因子,則繼續(xù)添加因子,直到最后得到最佳回歸方程。)2、其它方法:時(shí)間序列法:動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)+P階回歸滑動(dòng)模型。頻譜分析法:先進(jìn)行傅立葉變換再進(jìn)行頻譜分析。模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):現(xiàn)主要運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。小波分析法:從時(shí)頻域局部信號(hào)中提取有用信息。四、變形體的變形模型分析:1、目標(biāo)點(diǎn)的位移向量場(chǎng):通過穩(wěn)定基準(zhǔn),我們可以獲得兩周期之間的位移值,從而可以制作位移向量圖。2、變形體的綜合變形模型:①剛體運(yùn)動(dòng)模型一包括平移和旋轉(zhuǎn)。②相對(duì)變形模型一包括伸縮、錯(cuò)動(dòng)、彎曲、扭轉(zhuǎn)。③綜合變形模型一將上兩種變形疊加。3、運(yùn)動(dòng)模型:①回歸模型(缺點(diǎn):回歸多項(xiàng)式過于簡(jiǎn)單;每個(gè)點(diǎn)都模擬相同的速度和加速度;相鄰點(diǎn)間相差很大,產(chǎn)生不連續(xù)。)②卡爾曼濾波模型(優(yōu)點(diǎn):有嚴(yán)密的遞推算法;不需要保留使用過的觀測(cè)值序列;可把模型參數(shù)預(yù)計(jì)與預(yù)報(bào)結(jié)合起來。)3、動(dòng)態(tài)模型:不僅研究點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),同時(shí)還研究引起運(yùn)動(dòng)的作用力。第十六講變形監(jiān)測(cè)資料整理、成果表達(dá)和解釋:一、資料整理:1、資料整理——對(duì)原始資料進(jìn)行匯集、審核、整理、編排,使之集中、系統(tǒng)化、規(guī)格化和圖表化,并刊印成冊(cè)。2、資料整理的目的:便于應(yīng)用分析;提供資料和歸檔保存。3、資料整理的內(nèi)容:①收集資料;②審核資料;③填表和繪圖;④編寫整理成果說明。4、觀測(cè)資料分析分類:定性分析;定量分析;定期分析;不定期分析;綜合分析。5、資料分析的常用方法:作圖分析:將觀測(cè)資料按時(shí)間順序繪制成過程線,或其它曲線,便于分析。統(tǒng)計(jì)分析:用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法分析觀測(cè)值變化規(guī)律找到其周期、相關(guān)性、發(fā)展趨勢(shì)等。對(duì)比分析:將實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值比較找出差值及其原因。建摸分析:建立數(shù)學(xué)模型加以分析。(統(tǒng)計(jì)模型;確定性模型;混合模型)6、提交成果:①技術(shù)設(shè)計(jì)書和測(cè)量方案;②監(jiān)測(cè)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置平面圖;③標(biāo)石、標(biāo)志規(guī)格及埋設(shè)圖;④儀器的檢核資料;⑤原始觀測(cè)記錄;⑥平差計(jì)算、成果質(zhì)量評(píng)定資料;變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理分析和預(yù)報(bào)成果資料;⑧變形過程和變形分布圖表;⑨變形監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)報(bào)成果技術(shù)報(bào)告。二、成果表達(dá):1、表達(dá)方式:①傳統(tǒng):文字、表格、圖形;②多媒體、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)。2、觀測(cè)實(shí)例。(能看懂各種工程實(shí)例圖表)三、成果解釋:1、變形成果需要回答的問題:是環(huán)境安全監(jiān)測(cè)還是交通運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)或運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)?需在不同荷載情況下,對(duì)變形體的變形模型作檢驗(yàn)假設(shè)。根據(jù)巖土力學(xué)性質(zhì)建立物理力學(xué)模型。工程整治的效果如何?對(duì)地球物理或物理假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)工程建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢驗(yàn)。采取建筑措施后做建筑物安全證明。第十七講精密安裝控制網(wǎng)的建立和設(shè)備安裝與檢較:一、安裝和檢較的主要任務(wù):根據(jù)設(shè)計(jì)和工藝的總要求,將大量的工藝設(shè)備構(gòu)件按規(guī)定的精度和工藝流程的需要安置到設(shè)計(jì)位置、軸線、曲面上,同時(shí)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行必要的檢測(cè)和校準(zhǔn)測(cè)量。二、直神三角網(wǎng):1、思路:沿要測(cè)量的直線布設(shè)控制點(diǎn),且控制點(diǎn)近似成一條直線。2、邊長(zhǎng)觀測(cè)誤差方程:Vij=-dx+dy+lij。3、方向觀測(cè)誤差方程:Vij=-dg+p*dyi/(xj—xi)+p*dyj/(xj—xi)+lij。三、環(huán)行控制網(wǎng):1、測(cè)高環(huán)行三角網(wǎng):以測(cè)邊、測(cè)高達(dá)到高精度測(cè)角的目的。2、大地四邊形環(huán)鎖優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng),只測(cè)邊不測(cè)角。四、三維控制網(wǎng):1、意義:避免了二次布網(wǎng)、觀測(cè)和平差的煩瑣工作;避免了一些相關(guān)元素分開處理在精度上、時(shí)間上和信息上帶來的損失,理論上更加完美。五、高程控制網(wǎng):仍然采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量。六、傳統(tǒng)天線測(cè)量方法分類:1、機(jī)械測(cè)量方法:樣板法(旋轉(zhuǎn)、固定);數(shù)控機(jī)床法。2、光學(xué)測(cè)量法:雙五棱鏡法;經(jīng)緯儀帶鋼尺法;五棱鏡帶尺法。3、電學(xué)測(cè)量法。七、樣板法:1、旋轉(zhuǎn)樣板法:①優(yōu)點(diǎn):樣板設(shè)計(jì)制造比較容易,操作方便,讀數(shù)直觀;既可檢測(cè)一般精度的輻射面,又可檢測(cè)高精度的反射面;樣板不僅是檢測(cè)工具,還是安裝和調(diào)整反射面的裝置。②缺點(diǎn):系統(tǒng)建立煩瑣需其它儀器輔助;對(duì)大尺寸天線測(cè)量困難;測(cè)量效率低,人工讀數(shù)易出錯(cuò)。2、固定樣板法:利用天線成型摸具作為測(cè)量工具。八、雙五棱鏡法:1、由一臺(tái)準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡和兩塊五棱鏡組成。2、優(yōu)點(diǎn):可以測(cè)量拋物面在不同仰角時(shí)的表面精度。3、缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)繁雜,不能檢測(cè)非圓形天線。九、經(jīng)緯儀帶尺法:1、方法:用經(jīng)緯儀測(cè)垂直角,用鋼尺測(cè)弧長(zhǎng),然后計(jì)算偏差并調(diào)整。十、射電全息法:1、原理:利用天線的遠(yuǎn)場(chǎng)復(fù)方向圖與天線口面上的場(chǎng)分布間的傅立葉變換關(guān)系,由遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的測(cè)量來反推天線口面上的場(chǎng)分布,并由天線口面上的相位分布,用光線追跡得到天線表面相對(duì)于理想拋物面偏差的信息。2、缺點(diǎn):測(cè)小口徑天線時(shí)精度低;射電源數(shù)量和空間分布有限;不能用于天線初裝。十一、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī):1、測(cè)量原理:將被測(cè)物體安置于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中測(cè)量,可獲得被測(cè)物體各點(diǎn)的坐標(biāo),通過這些坐標(biāo),經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算可求出被測(cè)物體的幾何尺寸、形狀和位置。2、優(yōu)點(diǎn):通用性強(qiáng)、測(cè)量范圍大、精度高、能與柔性系統(tǒng)相連。第十八講精密定線、方位傳遞和三維量測(cè)系統(tǒng):一、精密定線方法:1、外插定線步驟:將儀器安置于B盤左照準(zhǔn)A,倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡定出1'點(diǎn)。盤右照準(zhǔn)A,倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡定出1''點(diǎn)。取1'和1''中點(diǎn)為待定點(diǎn)1點(diǎn)。2、內(nèi)插定線步驟:將儀器安置于近似于AB直線上一點(diǎn)P'。計(jì)算PP'的距離£二Sa*£b/(sa+sb)。沿PP'方向改化£得P點(diǎn)。3機(jī)械法準(zhǔn)直測(cè)量:在兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間懸掛一條引張線(尼龍線、鋼絲),利用垂直投影儀測(cè)量各中間點(diǎn)偏離值。二、短邊方位傳遞:1、主要誤差影響:(系統(tǒng)誤差)和(偶然誤差)。2、系統(tǒng)誤差分類:①對(duì)中誤差影響:儀器對(duì)中誤差;目標(biāo)偏心誤差。②望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦誤差。③垂直軸傾斜誤差。3、照準(zhǔn)標(biāo)志要求:形狀、大小便于精確瞄準(zhǔn);沒有測(cè)量相位差;反差大,亮度好;沒有偏心差。4、短邊方位角傳遞方法:互瞄十字絲;互瞄內(nèi)覘標(biāo)。三、三維工業(yè)測(cè)量系統(tǒng):1、按硬件分類:①極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng);②經(jīng)緯儀交會(huì)系統(tǒng);③攝影測(cè)量系統(tǒng);④距離交會(huì)系統(tǒng);⑤關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。2、按測(cè)量原理分類:①極坐標(biāo)法;②角度前方交會(huì)法;③距離前方交會(huì)法;④空間支導(dǎo)線。3、極坐標(biāo)系統(tǒng):X=S*sina*cosp;Y=S*cosa*cosp;Z=S*sinp。4、近景攝影測(cè)量系統(tǒng):通過兩臺(tái)高分辨率的相機(jī)對(duì)被測(cè)物同時(shí)攝影,得到物體的兩個(gè)二維影像,經(jīng)過計(jì)算機(jī)的圖象匹配處理后得到精確的物體三維坐標(biāo)。第十九講線狀工程測(cè)量概述和鐵路測(cè)量:一、線狀工程種類:鐵路、公路、石油與天然氣管線、渠道、管道、城市綜合管網(wǎng)、輸電線及索道工程。二、特點(diǎn):①初步方案(論證可行性);②初測(cè);③定測(cè);④施工檢查;⑤竣工測(cè)量。三、主要內(nèi)容:中線測(cè)量;縱橫斷面測(cè)量;帶狀地形測(cè)量;施工放樣;竣工測(cè)量;調(diào)查工作。四、鐵路組成:路基;軌面;涵洞;橋梁;隧道。五、線路初測(cè)內(nèi)容:①插大旗;②導(dǎo)線測(cè)量;③高程測(cè)量;④地形測(cè)量。六、導(dǎo)線點(diǎn)選擇原則:1、導(dǎo)線點(diǎn)宜選在地勢(shì)較高的地方,且能前后互相通視。2、導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)該選在開闊的地方,以便作為圖根控制,進(jìn)行地形測(cè)量。3、導(dǎo)線點(diǎn)間的距離要適中。4、導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)盡可能接近將來的線路位置,以便為定測(cè)時(shí)所用。5、在較大河流兩岸及隧道洞口附近,應(yīng)設(shè)置導(dǎo)線點(diǎn)。七、改化計(jì)算:1、將坐標(biāo)增量總和改化至參考橢球面上。2、把改化至橢球
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