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数字地形测量学

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数字地形测量学

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  1. 数字地形测量学 Digital Topography 武汉大学测绘学院

  2. 第十一章 测设 11.1 概述 11.2 施工测量的主要内容及特点 11.3 基本测设工作 11.4 平面点位的测设 11.5 已知坡度的测设 11.6 圆曲线的测设 11.7 建筑坐标与施工坐标的换算

  3. 11.1 概述 确定地表点在某坐标系中坐标的工作称为测定,其特点是先在地表设定点的实际位置,然后确定它的坐标。 而与之相反的任务,即已知某点在某坐标系中的坐标而要在地表找到它的实际位置,则称为测设,其特点是先知道地表点的坐标,后找到它的实际位置。 测设,又称放样,是测绘的逆过程。根据待建建、构筑物各特征点与控制点之间的距离、角度、高差等测设数据,以控制点为根据,将各特征点在实地桩定出来。 即按照设计图纸的样子将建筑物放置到实地,施工人员则依据放样所得的位置进行修建。

  4. 11.1 概述

  5. 11.1 概述

  6. 11.1 概述 盾构 英吉利海峡隧道英吉利海峡海底隧道于1987年正式开工。海底隧道由英、法两国共同开发。工程由三条隧道组成,两条直径为7.6米的火车隧道,和一条直径为4.8米的服务隧道,全长53千米,其中有38千米隧道要在海底40米深的岩层中穿过。英法两国采用两岸同时掘进的办法,并使用激光导向,确保施工方向准确无偏差。

  7. 11.1 概述 工程建设的三大阶段 (1)勘测设计阶段——测图、用图 (2)施工阶段——测设、施工放样、竣工 测量 (3)运营管理阶段——变形监测

  8. 11.2 施工测量的主要内容及特点 各项工程建筑物在施工阶段所进行的测量工作, 统称为施工测量 施工测量:将图纸上设计建筑物的平面位置和高程,按设计与施工要求,以一定的精度标定到实地,作为施工的依据.并在施工过程中进行一系列的测量工作.

  9. 11.2 施工测量的主要内容及特点 施工测量主要内容: (1)建立施工控制网;   (2)依据设计图纸要求进行建(构)筑物的放样; (3)每道施工工序完成后,通过测量检查各部位的平面位置和高程是否符合设计要求; (4)随着施工的进展,对一些大型、高层或特殊建构)物进行变形观测。

  10. 11.2 施工测量的主要内容及特点 ◆施工测量的准备工作 (1)建立健全组织和制度; (2)了解设计意图;熟悉设计图纸;核对图纸、检查数据; (3)实地踏勘,选择测设方法; (4)编制测设详图,计算测设数据; (5)测量仪器的选择、检验和校正。 (6) 做出放样计划;编制施工放样图。 准备放样数据 (1) 图解法:用量角器和比例尺在图上直接量取放样数据。 (2) 解析法:根据工程建筑物轴线点或角点的设计坐标及控制点的坐标,利用坐标反算的方法,算出放样数据。 做出放样计划,编制施工放样图。

  11. 11.2 施工测量的主要内容及特点 施工测量特点 (1)准确性;(2)整体性; (3)安全性;(4)长期性。 ——施工测量虽与地形测量相反,但它同样遵循“从整体到局 部,先控制后细部”的原则; ——施工测量精度取决于建筑物的用途、大小、性质、材料、 结构形式和施工方法; ——施工控制网控制范围小,控制点密度大,精度要求较高。 ——施工控制网采用施工坐标系。 ——施工控制网建立方法灵活,

  12. 11.2 施工测量的主要内容及特点 ——施工测量是工程建设的一部分,必须做好一系列准备工作. ——施工测量的质量将直接影响工程建设的质量,故施工测量应建立健全检查制度; ——施工现场交通频繁,地面震动大;各种测量标志应埋设稳固,一旦被毁,应及时恢复。 ——施工现场工种多,交叉作业,干扰大,易发生差错和安全事故.严重地影响了控制点之间以及控制点与诸放样点之间的通视条件。

  13. 11.3 基本测设工作

  14. 11.3 基本测设工作 施工放样的基本操作包括: ——长度放样:在已知该直线长度、起点和方向的情况下进行的,即从某一已知点出发,沿某一已知方向丈量一水平距离,而定出另一端点位置的过程。 ——角度放样:是以设站点的某一已知方向为起始方向,按设计转角放样出设计方向。 ——高程放样:根据一已知水准点,并根据设计的高差(或高程),标定出放样点的高程。

  15. 已知点 已知方向 已知水平距离 11.3 基本测设工作 1、测设已知水平距离 已有:起点A、和AB方向 已知:水平距离DAB(设计已知) 测设:终点B ——钢尺一般方法 在给定的方向,根据给定的距离值,从起点用钢尺丈量的一般方法,量得线段的另一端点。为了检核起见,应往返丈量测设的距离,往返丈量的较差,若在限差之内,取其平均值作为最后结果。

  16. 11.3 基本测设工作 ——精确测设方法 步骤:  1)利用一般方法,测设出已知水平距离D,定出终点;  2)利用水准仪测得起终点之间的高差;  3)利用下式计算出实地应测设的距离; L=D-(ΔLd+ ΔLt+ ΔLh) ΔLd:尺长改正数 ΔLt:温度改正数 ΔLh:高差改正数 4)利用经纬仪定向,使用检定过的钢尺,根据 计算出L,实地标定出已知水平距离D.

  17. B 反光棱镜 DAB L C' C 测距仪 α A A D D' 11.3 基本测设工作 ——测距仪法测设: ◆在A安置测距仪(或全站仪); 在B附近安置反光棱镜; ◆观测AB距离、调整棱镜位 置,直至与设计距离相等, 定B标志。 ●测距仪观测斜距时,应读 竖直角,改正成平距; ●全站仪直接读取平距。

  18. B β β β' A A C C' Δβ C C1 C" 11.3 基本测设工作 2、测设已知水平角 已有:测站A、后视方向B 已知:水平角数据(设计已知) 定:C方向 ——一般测设方法 (正倒镜分中法) ◆在A安置经纬仪; ◆盘左瞄准B,平盘读数b; ◆转动照准部至读数(b+),定C′; ◆盘右瞄准B,平盘读数b1; ◆转动照准部至读数(b1+),定C″; ◆取C′、C″之中间位置得C,则:BAC=

  19. 11.3 基本测设工作 ——精确测设方法 • 当测设水平角精度要求较高时,采用精确方法 • 精确测设水平角的步骤: • 1)用一般方法测设水平角β; • 2)精测∠BAC,观测结果为β'; • 3)计算观测角β '与待测设水平角β之差,进而计 • 算出改正数CC1; • Δβ= β- β' • CC1=AC•tanΔβ= Δβ/ρ • 4)根据CC1,现场将C改正至C1。

  20. 11.3 基本测设工作 例:已知AC1=85.00米,设计值=36°, 设测得1=35°59′42″, 计算修正值C1C。 解:=-1=18″ C1C=85×tan0°0′18″ =0.0074m =7.4mm 得:点位修正值为7.4mm(向外)

  21. 影响角度放样精度的主要因素有:仪器对中误差、目标偏心误差、仪器误差、以及外界条件的影响。影响角度放样精度的主要因素有:仪器对中误差、目标偏心误差、仪器误差、以及外界条件的影响。 ——放样时,要选择适宜的自然条件和观测时间,认真对中仪器,仔细瞄准目标; ——设站点应远离后视点,以提高定向精度; ——靠近放样点,以提高放样点的照准精度; ——并用仪器的盘左、盘右进行双盘测设,以消除(或削弱)仪器误差(如:观测仪器的视准轴误差、水平轴的倾斜误差)的影响。

  22. b应 B a h Hi A H设 HA 大地水准面 11.3 基本测设工作 3、测设已知高程 ——地面上点的高程测设 A为已知水准点,高程为HA;B点的设计 高程为H设,则: 水准仪视线高:Hi=HA+a B点尺上的应读数为:b应=Hi-H设 已有 水准点A 已知 B点设计标高HB 定 HB标志 B A

  23. 11.3 基本测设工作 3、测设已知高程 ——地面上点的高程测设 例:已知水准点A的高程 HA=24.376m,要测 设某设计地坪标高 HB=25.000m。测设 过程如下: ◆在A、B间安置水准仪,在A竖水准尺,在B处设木桩; ◆对水准尺A读数,设为a=1.534m,则: 水平视线高 Hi=HA+a=24.376+1.534=25.910m B点应读数 b=Hi-HB=25.910-25.000=0.910m ◆调整B尺高度,至读数b=0.910时,沿尺底做标记即设计标高HB。

  24. a b A BM c d B 11.3 基本测设工作 ——高程传递 ◆待测设高差较大,用钢尺代替水准尺。 b2=(a1-b1)+a2-hAB B点水准尺上的应读数:d =HA+a-(b-c)-H设

  25. B b HB a A HA 大地水准面 11.3 基本测设工作 水准仪的前视读数应为:b=HB-(HA+a)

  26. 11.3 基本测设工作 ——高层建筑高程传递 (1).利用水准仪、钢尺传递高程。 考虑尺长改正、 温度改正。 (2).全站仪天顶测距法。

  27. 11.3 基本测设工作 高建筑物(钢尺零端向下) b2= (HA+a1+ a2- b1) – HB 尺底为设计高程 高程传递

  28. 返回 a A HA 11.3 基本测设工作 ——测设水平面 视线高:Hi=HA+a 各木桩顶尺上的读数均为:b应=Hi-H设

  29. 11.3 基本测设工作 小 结 工程建设中施工阶段所进行的测量工作称为施工测量. 工程建筑物的施工放样要遵循由整体到局部,先控制后碎部的原则和工作程序. 钢尺测设法电磁波测距仪法 全站仪测设法 测设的基本工作是测设已知水平距离,已知水平角和已知高程. 视线高法 高程传递法 直接测设法 精确测设法

  30. 11.4 平面点位的测设

  31. 11.4平面点位的测设 ——将设计的平面点位测设到实地上 测设方法 测设数据 直角坐标法 角度(直角)、距离D 极坐标法 角度、距离D 距离交会法 距离D1、距离D2 角度交会法 角度1、角度2 全站仪测设法 (1)角度、距离D (2)待定点X、Y坐标 ◆现场至少有一条基线(两个相互通视的已知点)

  32. X B 1 2 3 4 y O a b A 11.4 平面点位的测设 平面位置测设方法: ——直角坐标法(多用于建筑物轴线的放样) ◆现场有控制基线,且待测设的轴线与基线平行。 1、计算测设数据

  33. 11.4 平面点位的测设 2、实地测设点位 1) O点安置仪器,后视A,按距离测设法放 样a ,b; 2) a点安置仪器,后视A并置零,盘左盘右 取中法拨角90°后,放样距离a4定出4点, 再向前定出1点; 3)同理,放样出3和2点; 4)检查11和34之间的距离是否与设计相符。 一般规定:相对误差不应超1/2000~1/5000, 在高层和工业厂房放样中精度要求更高。

  34. B A X=698.000m Y=832.000m 72.000m(检核) B ① 48.000m 48.000m X=600.000m Y=900.000m 建筑基线 X=600.000m Y=700.000m A 待建房屋 X=650.000m Y=760.000m 50.000m 50.000m ② 60.000m 68.000m 11.4 平面点位的测设 1.计算放样数据; 2.用直角坐标法放样建筑物轴线交点; 3.现场桩位检核。

  35. 2 2 β YB-YA β=αAB-αAP αAB=arctan XB-XA YP-YA αAP=arctan XP-XA 14.4 平面点位的测设 ——极坐标法 1、计算测设数据 : A、B为已知点,计算β、dAP 。 2、实地放样:A点安置仪器,瞄准B点,水平度盘归零;顺时针转动β角, 在此方向上量距dAP,即定出P点。

  36. XJP=XP-XJ=-52.110 YJP=YP-YJ=+63.775 XJK=XK-XJ=+244.092 YJK=YK-YJ=- 39.637  XK=746.202m YK=456.588m 极坐标测设算例 K D J XJ=502.110m YJ=496.225m P XP=450.000m YP=560.000m 例:右图中J、K为已知导线点,P为 某设计点位。按图中数据计算 在J点用极坐标法测设P点的放样 数据、D。 解:

  37. p p p P 10cm ν1 ν2 c a b αAP αAB 10cm α1 β2 A C β1 α2 B 14.4 平面点位的测设 ——角度交会法 适用于待放样点距控制点较远或不便量距的情况。 所需放样数据:两个或多个已知角度。 “示误三角形”的最大边长要符合限差要求 “交会角”宜在30°--150°之间。

  38. 14.4 平面点位的测设 ——角度交会法 • 如果桥墩位置无法直接丈量,也不便于架设反光镜时,可采用前方交会法测设墩位。 • 前方交会法既可用于直线桥的墩台定位测量,也可用于曲线桥的墩台定位测量。 • 用交会法测设墩位,需要在河的两岸布设平面控制网,如导线、三角网、边角网、测边网 GPS 等。

  39. 14.4 平面点位的测设 ——角度交会法 根据控制点坐标和墩台坐标,反算交会放样元素αi、βi ,在相应控制点上安置仪器并后视另一已知控制点,分别测设水平角αi、βi ,得到两条视线的交点,从而确定墩台中心的位置。

  40. αi βi 11.4 平面点位的测设 异侧交会 同侧交会 两交会方向线之间的夹角γ 称为交会角 墩台中心交会的精度与交会角γ 的大小有关。

  41. 交会角的要求 • 当置镜点位于桥轴线两侧时,交会角应在90°~150°之间; • 当置镜点位于桥轴线一侧时,交会角应在60°~110°之间。 • 在桥梁控制网网形设计和布网时,应充分考虑每个墩台中心交会时交会角的大小,必要时,可根据情况增设插如点或精密导线点作为次级控制点。

  42. 返回 4 3 1 2 d1 d4 d2 d3 A C B 11.4 平面点位的测设 ——距离交会法 该法适用于施工场地平坦,量距方便且控制点距待放样点不超过一尺段的情况。 所需放样数据:两段或两段以上已知距离。

  43. ——GPS RTK放样 • 1、GPS RTK工作原理 • 基准站接收机设在具有已知坐标的施工控制点(较高点位)上,连续接收全部可见卫星信号,并将基准站坐标、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态通过数据链发送给流动站。 • 流动站接收机在连续接收全部可见卫星信号的同时,接收来自基准站的数据,通过差分处理求解载波相位整周模糊度,得到基准站与流动站间基线的三维坐标差,即△X 、△Y 、△Z。 • 三维坐标差加基准站WGS-84坐标,可得到流动站WGS-84 • 坐标,后通过坐标转换得到流动站在用户坐标系下的三维坐标。

  44. 基准站接收机 • 三声关机,四声动态,五声静态,六声恢复初始设置。DL灯常亮,STA灯五秒钟闪一次,表示处在静态模式STA灯常亮,DL灯五秒钟快闪两次,表示处在动态模式动态时 开关键 电源灯 静态/GPRS/ GSM指示灯 数据链灯 卫星/蓝牙灯

  45. 三声关机,四声动态,五声静态,六声恢复初始设置。七声是基准站和移动站互换!DL灯常亮,STA灯五秒钟闪一次,表示处在静态模式。动态模式时,DL灯一秒钟闪一次。三声关机,四声动态,五声静态,六声恢复初始设置。七声是基准站和移动站互换!DL灯常亮,STA灯五秒钟闪一次,表示处在静态模式。动态模式时,DL灯一秒钟闪一次。 流动站接收机

  46. ——GPS RTK放样 2、放样方法 • 首先将放样点坐标输入流动站GPS接收机电子手簿(控制器) • 内,在基准站连续工作的同时,手持启动的流动站GPS接收机,采 • 取走走停停法观测(流动站GPS接收机可连续开机),因测定放样 • 点不可能一步到位,可根据GPS接收机电子手簿提供的导航信息 • (屏幕上有箭头指示的偏移方位、偏移量),前后左右移动,直到 • 放样点定位误差小于规定值为止。 • 根据实践经验,平坦地区,在基准站距离流动站15 km以内情 • 况下,流动站测定的放样点平面位置中误差在±5 cm以内,高程中 • 误差在±8 cm左右。

  47. CORS为Continuously Operating Reference Stations的英文缩写,翻译为中文为“连续运行参考站”。 CORS是利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,以下简称GNSS)、计算机、数据通信和互联网络等技术,在一个城市、一个地区或一个国家根据需求按一定距离建立长年连续运行的若干个固定GNSS 参考站组成的网络系统。

  48. 11.5 已知坡度的测设

  49. i A P1 i P2 P3 P4 P5 P6 B D 11.5 已知坡度的测设 • 已知坡度直线的测设:实际上是每隔一定距离测设一个符合设计高程的位置桩,使之构成已知坡度。 如下图:已知A点高程为HA,设计坡度为i '(上坡为正,下坡为负),则B点的高程为: HB=HA+i'•DAB