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数字测图原理及方法 Principle and Methods of Digital Mapping 武汉大学测绘学院.

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1 数字测图原理及方法 Principle and Methods of Digital Mapping 武汉大学测绘学院

2 第十三章 测设 13.1 概述 13.2 施工测量的主要内容及特点 13.3 基本测设工作 13.4 平面点位的测设
13.5 已知坡度的测设 13.6 圆曲线的测设 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算

3 13.1 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 13.1 概述

5 13.1 概述

6 13.1 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 13.1 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
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 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 13.2 施工测量的主要内容及特点 1、施工测量 在施工阶段进行的测量工作。 2、主要任务
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. (1)施工控制网的建立;(2)施工放样; (3)竣工测量

9 13.2 施工测量的主要内容及特点 3、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;
  (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 13.2 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 13.2 施工测量的主要内容及特点 4 、 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; 施工测量控制网的精度、建筑物轴 线测设精度、建筑物细部放样 精度等。

12 13.2 施工测量的主要内容及特点 返回 ——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. 返回

13 13.3 基本测设工作

14 13.3 基本测设工作 距离、角度、高程测设 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。 已知水平距离 已知点 已知方向

15 13.3 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;
 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.

16 13.3 基本测设工作 测距仪法测设: A ◆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。 D D' L α A C C' A B DAB ●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。

17 13.3 基本测设工作 2、测设已知水平角 ——一般测设方法 B 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 β
C' C" β 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= C1 β' β Δβ

18 13.3 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。

19 13.3 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)

20 13.3 基本测设工作 3、测设已知高程 ——地面上点的高程测设 B b应 B A a h Hi A H设 HA 大地水准面
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 a b应 A B h HA Hi H设 大地水准面 B A

21 13.3 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= =25.910m B点应读数 b=Hi-HB= =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。

22 13.3 基本测设工作 ——高程传递 b2=(a1-b1)+a2-hAB b c a d A BM B ◆待测设高差较大,用钢尺代替水准尺。
B点水准尺上的应读数:d =HA+a-(b-c)-H设

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

24 13.3 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。

25 13.3 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

26 13.3 基本测设工作 A a HA ——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 返回

27 13.3 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.
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

28 14.4 平面点位的测设

29 14.4平面点位的测设 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
——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)

30 ——直角坐标法(多用于建筑物轴线的放样)
14.4 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。 X y A B O 1 2 3 4 a b 1、计算测设数据

31 14.4 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;
再向前定出1点; 3)同理,放样出3和2点; 4)检查12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。

32 14.4 平面点位的测设 ① 待建房屋 ② B A X=698.000m Y=832.000m 72.000m(检核) 48.000m
建筑基线 待建房屋 X= m Y= m X= m Y= m 72.000m(检核) 60.000m 68.000m 50.000m 48.000m 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。

33 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 。 αAB=arctan YB-YA
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。 2 αAB=arctan YB-YA XB-XA αAP=arctan YP-YA XP-XA β=αAB-αAP β

34 例:右图中J、K为已知导线点,P为 K 解:  J D P 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。
极坐标测设算例 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。 K J P XK= m YK= m XJ= m YJ= m XP= m YP= m D 解: XJP=XP-XJ= YJP=YP-YJ= XJK=XK-XJ= YJK=YK-YJ=

35 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。 A B C P α1 αAP αAB ν1 α2
ν2 β1 β2 a b c p 10cm 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。

36 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。

37 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。

38 14.4 平面点位的测设 αi βi 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。

39 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。

40 14.4 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。 A B C d1 1 2 4 3 d2 d3 d4 返回

41 14.5 已知坡度的测设

42 14.5 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 D i P1 P2 P3 P4 P5 P6 A B

43 14.5 已知坡度的测设 适用范围:道路、管道、地下工程、场地平整等工程施工中。 所用仪器:水准仪(或经纬仪) D i P1 P2 P3
A B

44 14.5 已知坡度的测设 1、 先根据附近水准点,将设计坡度线的两端A、B的设计高程HA,HB测设于地面上,并打入桩;
测设步骤: 1、 先根据附近水准点,将设计坡度线的两端A、B的设计高程HA,HB测设于地面上,并打入桩; 2、将水准仪置于A并量仪器高i,安置时使一个脚螺旋在AB方向上,另两个脚螺旋的连线大致垂直于AB方向线; 3、瞄准B点上的水准尺,调节脚螺旋,使视线在B标尺上的读数等于仪器高i,此时水准仪的倾斜视线与设计坡度线平行; 4、在A B之间按一定的间距打桩,当各桩点上 水准尺读数都为仪器高i时,则各桩顶连线就是所需测设的设计坡度。

45 14.5 已知坡度的测设 各桩处填挖高度的确定: D i P1 P2 P3 P4 P5 P6 A B 返回
若各桩顶的标尺实际读数为bi,则该桩处的填挖高度为: 填挖高度=i-bi i=b,不挖不填;i>b,挖;i<b,填。 D i P1 P2 P3 P4 P5 P6 A B 返回

46 14.6 圆曲线的测设

47 14.6圆曲线的测设 道路中线测量就是通过线路的测设,将线路工程中心线标定在实地上。
线路工程的中心线由直线和曲线构成,曲线又由圆曲线和缓和曲线组成,如下图所示。

48 14.6圆曲线的测设 圆曲线测设元素及其计算 曲线的形式较多,其中,圆曲线是最基本的平面曲线。
圆曲线半径根据地形条件和工程要求选定,由转角△和圆曲线半径R,可以计算出图中其它各测设元素值。 圆曲线的测设分两步进行,先测设曲线的主点(ZY、QZ、YZ),再依据主点测设曲线上每隔一定距离的里程桩,以详细标定曲线位置。

49 14.6圆曲线的测设 圆曲线测设元素及其计算 1)、曲线元素 R—圆曲线半径 α—圆曲线转角 T—切线长 L —曲线长 E —外矢距
D —切曲差

50 14.6圆曲线的测设 T=R•tan(α/2) L=R•α•π/180° E=R(secα/2-1) D=2T-L 2)、计算

51 14.6圆曲线的测设 3)、 圆曲线的主点及其里程计算
交点:路线的转折点即线路交点,用JD表示。 圆曲线主点包括:曲线起点ZY(直圆)点,曲线终点YZ(圆直),曲线的中间点QZ(曲中)三点.主点里程可根据交点里程和切线长度计算: ZY里程=JD里程-T 计算检核: YZ里程=ZY里程+L JD里程= QZ里程+D/2 QZ里程=YZ里程-D/2

52 14.6圆曲线的测设 例:设交点JD里程为K ,圆曲线元素T=61.53m, L= m,D=3.68m,试求曲线主点桩里程。    JD K -T ZY K +L YZ K -L/ QZ K +D/ JD K ( 计算校核)

53 14.6圆曲线的测设 4)、圆曲线主点测设 测设步骤如下: α 1、仪器设置在 JD上,分别以 A和JD2定向, 自交点起 分别
沿视线方向量 切线长T,即得 ZY和YZ点; 2、后视YZ,拨角(180-α)/2,放样 外矢距E,得QZ. 注意:主点放样后,要用木桩标定点位,并注明里程。

54 14.6圆曲线的测设 5)、 圆曲线细部点测设 圆曲线上细部点间距(即桩距l0) 与设计半径R关系: R大于100m时,l0=20m
5)、 圆曲线细部点测设 圆曲线上细部点间距(即桩距l0) 与设计半径R关系: R大于100m时,l0=20m R大于25m小于100m时;l0=10m R小于25m时,l0=5m

55 14.6圆曲线的测设 6)、切线支距法放样圆曲线细部点 切线支距法即直角坐标法 ——坐标系的建立 原点:起点、终点 X轴:切线
Y轴:过原点的半径 x3 x2 x1 y3 y2 y1 ZY O l α JD QZ YZ R p1 p2 p3 φ

56 14.6圆曲线的测设 yi=R(1-cosφi) li:细部点Pi 至原点的弧长; φi:li对应的圆心角;
——切线支距法细部测设数据的计算      xi=Rsinφi     yi=R(1-cosφi) 式中:φi=li•180/(R•π) li:细部点Pi 至原点的弧长; φi:li对应的圆心角; R:曲线半径

57 14.6圆曲线的测设 ——细部点测设方法 x3 x2 x1 y3 y2 y1 (1)在ZY点安置仪器, 瞄准JD,沿其视线 方向丈量
O l α JD QZ YZ R p1 p2 p3 φ (1)在ZY点安置仪器, 瞄准JD,沿其视线 方向丈量 横坐标值xi, 得各垂足Ni; (2)在Ni点用方向架或 经纬仪定出直角方向, 沿其方向丈量纵坐标值yi, 即得曲线上各点,直至 曲中点QZ;

58 14.6圆曲线的测设 该法适用于地势平坦地区,具有桩位误差不累积、施测方法简单等优点。 ——切线支距法的适用范围及特点 返回
(3)对于另一半曲线,按同样方法由YZ点进行测设; (4)曲线细部点测设完成后,要量取曲 中点至最近点间的距离及各桩点的距离,比较较差是否在限差之内, 若超限,应查明原因,予以纠正。 ——切线支距法的适用范围及特点 该法适用于地势平坦地区,具有桩位误差不累积、施测方法简单等优点。 返回

59 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算 返回

60 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算 建筑坐标系:AOB 测量坐标系:XOY 建筑坐标系原点 的测量坐标:XOYO
返回

61 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算 P点在建筑坐标系中的坐标: X’ ◆测量坐标系:XOY X P点在建筑坐标系 中的坐标: YP’ YP
YO XO XP’ YP’ XP YP 知道以下参数,可进 行建筑坐标与测量坐标 的相互转换: ◆建筑坐标系原点 的测量坐标:XOYO ◆ X’轴在测量坐标系中的坐标方位角. 返回

62 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算 1.建筑坐标换算成测量坐标 XP=Xo+XP’cos-YP’sin
YO XO XP YP Y’ X’ XP’ YP’ XP=Xo+XP’cos-YP’sin YP=Yo+XP’sin-YP’cos 返回

63 13.7 建筑坐标与施工坐标的换算 2.测量坐标换算成建筑坐标 X’ X XP   O’ Y’ O Y YP 返回
XO XP YP Y’ X’ XP’ YP’ XP’= (XP-Xo)cos+(YP-Yo)sin YP’=-(XP-Xo)sin+(YP-Yo)cos 返回

64 谢 谢! 返回


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