实用工程测量

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内容简介: 本书是作者在教育部提出地方本科高校转型发展的大背景下,结合实际教学经验,应独立学院和民办普通本科院校内涵提升和教学建设的需要,围绕“应用为本、学以致用”的教育理念,充分考虑现代行业的岗位需求,以“易、新、实”为编写原则,结合学生具体情况,以“易懂、够用”为度,深入浅出地启发、引导学生自主学习。本书对传统测量学教学内容进行了合理的精简和梳理,保留了基础知识,秉承了经典理论并与实际应用紧密结合,激发学生的学习兴趣;紧密结合现代测量新仪器和新方法,体现内容的先进性和科学性,突出实用,体现应用型本科生培养的特点。各章后均附有习题,重点章节还附有“案例分析”或“应用案例”。此外,全书加大了实践教学内容,便于师生开展实践性教学,有利于培养技术应用型人才。
本书分三篇共20章,第一篇为基础部分,包括绪论、距离测量与直线定向、水准测量、角度测量、全站仪测量、GNSS测量、测量误差的基本知识、小地区控制测量、数字地形图测绘;第二篇为各专业根据不同需求的选学部分,包括工程测设的基本工作、地形图的应用、工业与民用建筑的施工测量、建筑物的变形监测、道路工程的测量、公路隧洞的施工测量、地质勘探工程的测量、矿井的测量;第三篇为实践教学内容。
本书适合作为技术应用型高等院校的测绘工程、采矿工程、安全工程、矿井建设、地质工程、土木工程、工程管理、城市规划、交通运输等相关专业的教材,也可作为其他高校相关专业的师生参考教材,还可供从事工程测量相关的工程技术人员参考。

目录: 第一篇 测量基础篇
第1章 绪论\t11.1 测量学与实用工程测量\t21.2 地面点位的确定\t31.3 用水平面代替水准面的限度\t101.4 测量工作的内容和原则\t131.5 测量常用单位及换算\t13习题\t14第2章 距离测量与直线定向\t162.1 钢尺量距\t172.2 视距测量\t212.3 光电测距\t242.4 直线定向\t26习题\t28第3章 水准测量\t293.1 水准测量的原理\t303.2 水准测量的仪器和工具\t313.3 水准仪的使用\t343.4 普通水准测量的施测与数据处理\t353.5 三、四等水准测量的施测与数据处理\t423.6 自动安平水准仪和电子水准仪\t46习题\t49第4章 角度测量\t514.1 角度测量的原理\t514.2 DJ6级光学经纬仪及其使用\t534.3 水平角观测\t574.4 竖直角观测\t624.5 电子经纬仪的基本构造及使用\t65习题\t69第5章 全站仪及其使用\t715.1 全站仪概述\t715.2 全站仪的使用\t735.3 全站仪在测量工作中的应用\t82习题\t86第6章 GNSS测量\t876.1 GNSS概述\t886.2 GPS卫星定位的基本原理\t926.3 GNSS测量的实施\t97习题\t101第7章 测量误差的基本知识\t1027.1 测量误差及分类\t1027.2 衡量精度的标准\t1057.3 误差传播定律\t1087.4 算术平均值及其中误差\t110习题\t111第8章 小地区控制测量\t1138.1 概述\t1148.2 导线测量\t1188.3 GNSS小区域控制测量\t1278.4 高程控制测量\t1318.5 案例分析\t134习题\t135第9章 数字地形图测绘\t1389.1 地形图的基本知识\t1389.2 数字地形图测绘\t1489.3 地面数字测图前的准备工作\t1519.4 野外数据采集工作\t1529.5 地面数字测图的内业\t156习题\t160
第二篇 工程应用篇
第10章 工程测设的基本工作\t16310.1 测设的基本工作\t16410.2 已知坡度线的测设\t16710.3 平面点位的测设\t169习题\t173第11章 地形图的应用\t17511.1 地形图的识读\t17611.2 地形图的一般应用\t17811.3 地形图在工程建设中的应用\t18111.4 数字地形图在工程中的应用\t18711.5 地形图在土木工程中的应用\t199习题\t200第12章 工业与民用建筑的施工 测量\t20112.1 施工控制网的测量\t20212.2 一般民用建筑的施工测量\t20512.3 高层建筑的施工测量\t21312.4 工业建筑工程的施工测量\t22012.5 竣工总平面图的编绘\t229习题\t231第13章 房屋建筑的变形测量\t232第14章 道桥工程的测量\t247
第15章 公路隧洞的施工测量\t277
第16章 地质勘探工程的测量\t298
第17章 矿井的测量\t312
第三篇 实践教学篇
第18章 工程测量实践教学的内容
及要求\t349第19章 工程测量实验(实训)\t354
第20章 工程测量综合(生产)实习\t394
附录 测绘英文术语词汇(Vocabulary in
Geomatics)\t399参考文献\t415


书摘:

1.1 测量学与实用工程测量

1.1.1 测量学及其分类

测量学是研究地球的形状、大小及测定地面点或空间点相对位置的一门科学。其目的是为人们了解自然和改造自然服务。测量学的内容主要包括测定(或测绘)和测设(或放样)两个部分。测定就是使用测量仪器和工具,通过测量和计算,将测区内的地物和地貌缩绘成各种纸质或数字地形图,供规划设计、经济和国防建设使用。传统的方法是用平板仪测绘地形图,但随着测绘技术与计算机绘图技术的不断发展,测绘仪器的自动化程度越来越高,目前,传统的平板仪和经纬仪测图方法基本不再使用,而多采用数字化的测图技术,即利用全站仪或GNSS接收机进行野外数据采集,利用计算机进行内业绘图。同时以全球导航卫星系统(GNSS)、地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)为代表的测绘新技术迅猛发展和应用到测绘作业中,使测绘产品由传统的纸质地图转变为现代化的“4D”(包括数字高程模型DEM、数字正射影像DOM、数字栅格地图DRG、数字线划地图DLG)产品。“4D”产品在网络技术的支持下,增强了数据的共享性,为各行业、各部门应用地理信息带来了巨大的方便。测设是测定的反过程,即把图上设计好的具有数字特征(坐标、高程、方位角等)的拟建(构)筑物的位置在实地标定出来,作为工程建设的依据。

随着现代测量技术及手段的不断发展及其与不同学科的交叉融合,测量学产生了许多分支学科。如研究整个地球的形状和大小,解决大范围控制测量和地球重力场问题的大地测量学;研究地球表面小区域内(可把地球表面看作平面而不考虑地球曲率影响)测绘工作的基本理论、技术和方法的普通测量学;研究利用摄影或遥感的手段获取目标物的影像数据,从中提取几何的或物理的信息,并用图形、图像或数字形式表达测绘成果的摄影测量与遥感;通过地面上GNSS卫星信号接收机,接收太空GNSS卫星发射的导航信息,快捷地确定(解算)接收机天线中心位置的GNSS卫星测量;以海洋和陆地水域为研究对象进行测量工作的海洋测绘学;为满足工程建设各阶段的需要,结合各种工程建设的特点而进行测量工作的工程测量学;研究如何确保矿产资源的合理开发、安全生产和矿区环境治理的矿山测量学;研究利用所获得的测量成果资料,编绘和印制各种地图的制图学。

1.1.2 实用工程测量及其任务

在教育部地方本科高校转型发展的背景下,结合技术应用型人才培养的特点及需求,实用工程测量对传统测量学教学内容进行了合理的精简和梳理,保留了基础知识,秉承了经典理论并与实际应用紧密结合,增加现代测量新仪器和新方法的内容,主要讲述普通测量学及土木工程测量和矿山测量的部分内容。其主要任务如下。

(1) 为各项工程的勘测、规划、设计提供所需的测绘资料;勘测、规划时需要提供中、小比例尺地形图及有关信息,建筑物设计时需测绘大比例尺地形图。

(2) 施工阶段要将设计好的建筑物按其位置、大小标定到实地,以便据此施工,此工作称为测设(俗称放样)。另外,施工过程中,为保证工程的施工质量,必须对施工结果分阶段进行检查验收。

(3) 工程竣工后,要将建筑物群体测绘成竣工平面图,作为质量验收和日后维修或改建、扩建的依据,称为竣工测量。

(4) 对大型工程,如高层建筑物、水坝、大型桥梁等,工程竣工后,为监测工程的状况,保证安全,需要进行周期性的重复观测,即变形监测。

相关专业的学生学习该课程后,要求掌握测量学的基本理论和基础知识;能熟练操作常规和现代测绘仪器;熟悉大比例尺数字测图的原理、过程和方法;掌握有关测量数据处理理论和精度评定的方法;在工程规划与施工作业中能正确使用地形图和测绘信息;在施工工程中能够正确地使用测量仪器进行一般工程的施工放样工作,同时也能对测绘科学技术的发展有所了解和认识。

1.2 地面点位的确定

1.2.1 地球的形状和大小

测量工作是在地球表面进行的,要确定地面点之间的相互关系,将地球表面测绘成地形图,需要了解地球的形状和大小。而地球的自然表面高低起伏,有陆地和海洋,是一个复杂的不规则表面。地球上最高的珠穆朗玛峰高出海平面8844.43m(我国2005年10月9日向世界宣布),而太平洋西部的马里亚纳海沟低于海平面11022m。这一高低差异与巨大的地球半径(平均6371km)相比是微不足道的。若顾及地球表面上陆地面积仅占29%而海洋面积占了71%,则可认为地球是被静止的海水面所包围的球体。

由于地球的自转运动,地球上任一点都受到地球引力和离心力的双重作用,这两个力的合力,称为重力(见图1-1)。重力的方向线称为铅垂线,铅垂线是测量工作的基准线。自由静止的水面称为水准面。它是受重力影响而形成的一个处处与重力方向垂直的连续曲面,并且是重力场的一个等位面。与水准面相切的平面称为水平面。由于水面可高可低,因此水准面有无数多个。测量上,定义与静止平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸且保持处处与铅垂线正交的、包围整个地球的封闭的水准面,我们称它为大地水准面。大地水准面是测量工作的基准面。

大地水准面所包围的地球形体称为大地体。大地水准面同地球表面形状十分接近,又具有明显的物理意义,所以它代表地球的一般形状。然而,由于地球内部质量分布不均匀,引起铅垂线方向产生不规则变化,致使大地水准面仍然是一个复杂的不规则曲面,不是一个简单的数学曲面,不能用一个数学模型表达(见图1-1)。故大地水准面不能作为测量计算的基准面。因此,为了计算和绘图方便,人们通常设想用一个非常接近于大地水准面并可用数学公式表示的几何曲面来代替地球的形状,这个面称为旋转椭球体面。旋转椭球体面所包含的形体称为旋转椭球体。同大地水准面最为接近的椭球面称为平均地球椭球面。如图1-2所示,旋转椭球体是由椭圆NESW绕短轴NS旋转而形成。其形状和大小由长半轴a和短半轴b,或一个长半轴和扁率 决定。 由式(1-1)计算,即

\t \t(1-1)

式中:a,b, ——旋转椭球体元素。

\t

图1-1 铅垂线、大地水准面示意图\t图1-2 旋转椭球体示意图

为了将观测成果准确地化算到椭球面上,各国都根据本国的实际情况,采用与大地体非常接近于自己国家的椭球体,并选择一点或多点使椭球定位。如图1-2所示,地面上选一点P,令P点的铅垂线与椭球面上P0点的法线重合,并使P0点的椭球面与大地水准面相切。这里的P点称为大地原点,旋转后的椭球面称为参考椭球面,其包围的形体称为参考椭球体。世界上几个有代表性的地球椭球参数见表1-1。参考椭球面及其法线是测量计算所依据的基准面和基准线。


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