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测量实训教案

石家庄财经职业学院

实训教师授课教案

建筑工程测量

20/20学年第学期课程

学习情境1：

四边形水平内角测量项目

学时：

18学时

项目简介：

分别采用经纬仪和全站仪，以一个四边形的四个水平内角测量为工作任务，使学生掌握测量的基础知识、仪器构造与应用、角度测量与计算的方法、测量误差知识、仪器的检验等方面的能力。

学习场地：

主要在校内实训基地完成。

除实施阶段外，主要在“集教、学、做为一体”的工程测量教学场所内开展，实施阶段在校内建有控制点和仪器检验的固定目标的实训场地完成。

教学师资：

以专任教师教学与指导实践为主。

描述

实施

教学内容

参考

学时

教学

方法

媒体与

工具

成果

咨讯

测量的基础知识：

⑴测量工作的基准面与基准线；⑵平面直角坐标系；⑶我国高程系统；⑷以水平面替代水准面的影响；⑸测量工作的基本工作内容、基本原则；⑹测量误差的知识。

仪器操作：

⑴经纬仪构造与使用方法；⑵全站仪构造与使用方法；⑶经纬仪的检验与校正

水平角测量：

（1）测回法观测与计算；⑵方向法观测与计算；⑶角度测量误差。

7学时

案例、操作演示、课堂讨论、启发引导

课件、录像、每组1台DJ2经纬仪、1台全站仪

完成规定作业

决策

⑴各组熟练工作场地，选取四边形的四个角点；⑵明确工作任务，明确测回法上下半测回的精度，以及角度闭合差要达到的精度。

1学时

现场观察、小组讨论

测量规范

小组工作计划

计划

小组成员以“轮流角色扮演”为原则，确定分工，明确各自责任，制订详细的工作计划。

制订完成项目所需的仪器、工具的种类、数量，并检查仪器、工具的状态。

小组讨论

实施

⑴熟悉经纬仪的构造，练习经纬仪的使用；⑵经纬仪测回法观测四边形的四个水平内角，记录、计算；⑶熟悉全站仪的构造，练习全站仪的使用；⑷全站仪测回法观测四边形的四个水平内角，记录、计算；⑸经纬仪的检验。

8学时

小组实训、角色扮演

每组1台DJ2经纬仪、1台全站仪、2个标杆、2组棱镜

实施

报告

检查

⑴每测回上、下半测回相差40″之内；⑵四个角的内角和与360º0′0″相差在2′之内；⑶仪器无使用不当而埙坏；⑷项目实施情况总结。

2学时

小组讨论

自查报告

评价

根据规定的评价指标，采用小组互评和教师评价两种方式评定小组成绩和学生个人成绩，并由教师综合小组互评和教师评价的结果给出“小组最终成绩”和“学生最终成绩”。

由专任教师进行教学点评。

案例、课堂讨论、操作演示

经纬仪、全站仪等演示仪器，多媒体

小组互评表和教师评价表

教学后记：

任课教师　　　　　　　教研室主任：

学习情境1：

四边形水平内角测量项目

第一阶段：

咨讯阶段

讯息内容

教学目标

教学重点

教学

方法

学时

测量的基础知识

建筑工程测量的任务

理解工程测量的研究对象、工作及作用，理解测量工作的分类

讲授

2

测量工作的基准面和基准线

了解地球形状和大小，掌握大地水准面和铅垂线的概念及作用

（☆☆）水准面、大地水准面、铅垂线

讲授、讨论

地面点位的确定

掌握我国高程系统、独立的平面平面坐标系，水平面替代水准面对D、h的影响

（☆☆）绝对高程、相对高程、高差、独立平面直角坐标系、水平面替代水准面对D、h影响

讲授、讨论

测量工作的基本内容与基本原则

掌握测量工作的基本内容与基本原则

（☆☆）测量的三项基本工作、测量的基本原则

讲授、案例

测量误差的基本知识

理解误差的来源、分类，衡量误差的标准，掌握等精度平差计算

（☆）衡量误差的标准、等精度平差计算

以案例讲授要点、自学为主

水平角测量

水平角的测角原理

理解水平角的测角原理

讲授

4

DJ2光学经纬仪的构造与使用

理解经纬仪各部分构成、熟练掌握经纬仪的使用方法

（☆☆）经纬仪的使用方法

讲授、演示、讨论、操作

全站仪的构造与使用

理解全站仪各部分构成、熟练掌握全站仪的使用方法

（☆☆）全站仪的使用方法

讲授、演示、操作

经纬仪水平角测量

测回法观测、记录与计算，理解水平角的方向法测量

（☆☆）经纬仪水平角观测、记录与计算

讲授、演示、案例。

方向法以案例讲授要点、自学为主

全站仪水平角测量

掌握全站仪水平角测量方法

（☆☆）全站仪水平角测量

讲授、演示、操作

经纬仪检验及角度测量注意事项

经纬仪的检验与校正

掌握经纬仪的检验方法，理解其校正方法

（☆）经纬仪的检验

演示、讲授要点，以自学为主

1

角度测量的误差及注意事项

理解角度测量的误差及注意事项

（☆☆）角度测量注意事项

讲授要点，以自学为主

作业：

该阶段所需要完成规定的作业，见“《建筑工程测量》学生学习报告”的相应内容

注：

标（☆☆）为重点内容，标（☆）为次重点内容

项目简介：

分别采用经纬仪和全站仪，以一个四边形的四个水平内角测量为工作任务，使学生掌握测量的基础知识、仪器构造与应用、角度测量与计算的方法、测量误差知识、仪器的检验等方面的能力。

§1．1测量的基础知识

1．1．1建筑工程测量的任务

一、测量学的定义与基本任务

研究地球形状、大小和地表（包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。

测量工作的一个基本任务便是求得点的规定坐标系中的坐标值

二、建筑工程测量的主要任务

1、勘察设计阶段：

地形图，提供设计依据

2、施工阶段：

施工前放线，施工中轴线（斜）、高程（层高）控制，竣工测量得竣工图

3、施工及运营阶段的监测

三、建筑工程测量工作的分类

测设

测定

地面图纸

1．1．2测量工作的基准面和基准线

一、地球的形状和大小

1）地球表面起伏最大值/地球半径≈20/6371很小

2）地球表面71%的都是水

大地体：

人们设想有一个不受风浪和潮汐影响的静止海水面，

向陆地和岛屿延伸形成一个封闭的形体，用此代表地球的形状和大小

大地体接近旋转椭球体：

a=6378140mb=6356755m

扁率α=（a-b）/a=1/298.257

在精度不高时，把地球看做球体，半径为6371km

二、测量工作的基准面和基准线

铅垂线：

某点的重力方向线，可用悬挂垂球的细线方同来表示

水平线：

与铅垂线正交的直线

水平面：

与铅垂线正交的平面称为水平面

水准面：

处处与重力方向垂直的连续曲面，任何自由静止的水面都是水准面

大地水准面：

与不受风浪和潮汐影响的静止海水面相吻合的水准面

铅垂线、大地水准面是测量工作的基准线和基准面

课堂讨论：

为什么选择铅垂线、大地水准面为测量工作的基准线和基准面？

讨论引导要点：

从稳定性、唯一性和易于测量方面来考虑基准线和基准面的选择。

1．1．3地面点位的确定

一、确定地面点位的方法

测量工作的实质：

确定地面点的空间位置

点的空间位置（三维）=该点在水准面或水平面（球面或平面）的位置（二维）+该点到大地水准面的铅垂距离（一维）

二、地面点的高程

绝对高程——地面点到大地水准面的铅垂距离。

简称高程。

用H表示，如HA

相对高程——地面点到假定水准面的铅垂距离。

用H´表示，如H´A

高差——地面两点之间的高程差。

用h表示。

如：

hAB=HB-HA=H´B-H´AhBA=HA-HB=H´A-H´BhAB=-hBA

我国在青岛设立验潮站，长期观察和记录黄海海水面的高低变化，取其平均值作为大地水准面的平均位置（其高程为零），并在青岛观象山上建立了水准原点。

将大地水准面的平均位置引测到水准原点，我国采用“1985年高程基准”，水准原点高程为72.260m。

三、地面点的坐标

1、地理坐标

2、平面直角坐标

（1）高斯平面直角坐标

（2）独立平面直角坐标

以西南角为坐标原点，纵轴为X轴，横轴为Y轴，

X轴正向为正北方向，负向为正南方向，Y轴正向为正东

方向，负向为正西方向（上北下南左西右东），象限以顺

时针方向编号。

四、空间直角坐标

用于卫星定位

五、以水平面代替水准面的限度

如果把一小块水准面当作平面看待，其产生的变形不超过测量和制图误差的容许范围时，即可在局部范围内，用水平面代替水准面，使测量和绘图工作大大简化。

结论：

（1）在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不需考虑地球曲率对距离的影响。

（2）就高程测量而言，即使距离很短，也应用水准面作为测量的基准面，即应顾及地球曲率对高程的影响。

1．1．4测量工作的基本内容与基本原则

一、测量工作的基本内容

主要目的：

确定点的坐标和高程

案例教学：

以局部的地形情况分析测量工作的三项基本内容

测量工作的基本内容：

高程测量、角度测量、距离测量

测量工作一般分外业和内业两种

二、测量工作的基本原则

“从整体到局部、先控制后碎部”——基本原则

“步步有检核”

案例教学：

以局部的地形情况和地形图绘制的简单步骤分析测量工作的基本原则

1．1．5测量误差的基本知识

引导：

测量误差的无处不在，举测量工作误差存在中的实例，强调测量误差具有不可避免性

一、测量误差来源

（一）误差来源

1、仪器误差：

一来自制造：

度盘偏心差、刻划误差等

二来自使用与校正：

轴系间正确关系

与观测者无关

2、观测误差：

读数误差、尺不直误差、对中整平误差等

观测者自身带来

3、外界条件的影响：

风、温度、阳光等自然因素

（二）常用测量形式

按观测条件分为等精度测量：

观测条件相同（如测回法多测回提高精度）

非等精度测量：

观测条件不同（计算繁琐）

（三）粗差（错误）与误差

不同概念，为避免粗差，一方面要认真，另一方面要有检校措施。

二、测量误差的分类

系统误差

偶然误差

（一）系统误差

特性：

具有规律性、累积性的误差

产生原因：

仪器、工具制造或校正不完善

影响：

有些可用计算改正或用观测方向消除

（二）偶然误差

产生原因：

由人、仪器、外界条件等多方面因素造成

特性：

（1）误差的绝对值不超过一定限值

（2）绝对值小误差出现的机会多

（3）绝对值相等的误差出现机会相等

（4）观测次数趋于无限时，误差平均值趋于零

影响：

误差值不大，如采用一定方法或计算消除系统误差，则偶然误差居主要地位，其值不可消除，只能随观测次数趋于无限时，误差平均值趋于零。

三、衡量精度的标准

用真误差直接比对，方法简单但难以操作，引入几个指标作为衡量精度的标准

（一）中误差

n次等精度观测条件下，计算每次观测的真误差Δ，按下式计算中误差

（几何平均值）

（二）容许误差

偶然误差的绝对值不应超过一定的限值，为容许误差

一般规定：

（三）相对误差

对于误差具有累积性的观测应用相对误差来评定

案例教学：

以相对误差计算实例为案例分析计算过程

相对误差为绝对误差的绝对值与相应量之比。

四、误差传播定律

用于由直接观测值推导计算出非直接观测值（高差、内角和、视距测量等）

（一）一般函数的误差传播

对于

（二）线性函数的误差传播

（三）运用误差传播定律的步骤

先写函数式，再求全微分，最后计算观测值函数中误差。

注：

角度问题，必先化为弧度。

观测值必须独立。

五、等精度直接平差

（一）求最或是值

时算术平均值为未知量的真值，但测量次数有限，但以算术平均值为未知量的最或是值。

（二）评定精度

n次等精度观测，计算算术平均值L，计算每次观测值与L间差值的改正数V，

案例教学：

以等精度直接平差计算实例为案例分析计算过程

§1．2水平角测量

1．2．1水平角的测角原理

1、作用

2、定义

3、表示：

β

4、范围：

0～360°

5、获得：

β=b-a

必要装置：

对中装置、水准装置、照准装置、制动及

微动系统、度盘

1．2．2DJ2光学经纬仪的构造与使用

分类：

1、光学、电子

2、方向、复测

3、DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15

一、基本构造：

1、基座：

轴座、脚螺旋、底板、固定螺旋

2、水平度盘：

光学对中器、度盘变换手轮或复测装置、水平制、微动螺旋、水平度盘反光镜、圆水准器

3、照准部

望远镜（目镜、物镜及调焦）

重要概念：

视准轴——物镜光心与十字丝交点的连线为视准轴，也叫视线。

竖盘（指标水准管及指标水准管微动螺旋或自动补偿检查装置）

支架（横轴、水平及竖直制动、微动螺旋）

水准系统（水准管及圆水准器）

演示教学：

以DJ2经纬仪的各部分构件演示，引导小组学生认识各组的经纬仪构造

读数系统（反光镜、调焦、测微轮、度盘转换器）

二、读数装置及读数方法

1、DJ6级

（1）分微尺测微器及读数方法

读小尺中有的长刻度线读数为

度数，小尺读至整分数，估读

秒数

（2）单平板玻璃测微器及读数方法

先用双丝线夹住一条整30分线，用单丝

读不足整30分的秒数，精确至20秒

2、DJ2级

调测微轮使读数框中的上下丝对径符合，读左侧全露出的数

做为整度数，读方框下卡的数为整10分数，读左侧或下侧不足10分的分数，以及读指标线对应的秒数

课堂讨论：

提问学生各部分构件名称和作用，选取一名学生完成一个水平角读数，讨论、评价完成情况。

三、测角用工具

测钎、花杆和觇板、垂球等

四、经纬仪的使用

（一）用垂球对中及经纬仪整平方法

1、初步对中

（1）、

（2）、（3）

2、初步整平

3、精确对中

4、精确整平

5、重复3、4

（二）用光学对中器对中及经纬仪整平的方法

1、调整三脚步架架腿至合适长度，张开三脚架，放在测站上，目头中心应大致对准测站点，架头大致水平。

安好仪器后，先转动对中器目镜上调光环，使光路清晰，推拉目镜是使物镜对光，看清测站点，旋转目镜使目镜对光，看清分划板上的圆圈或小十字像。

然后将一个架腿插入地面固定，用两手把住另外两个架腿慢慢地移动两个架腿的位置，此时目视对中目镜，直至在目镜中看到地面上测站点约在中心圆圈中时，便停止转动架腿，并将其踩实。

在转动架腿时注意不可使架头倾斜度过大，否则不能整平。

可用画弧方式调整。

2、地面测站点在目镜的中心圆圈内且架头大致水平的基础上，转动照准部使水准管平行于任意两个架腿的连线，看水准管气泡的偏离方向，水准管气泡偏向哪一边，说明哪一边高，就打开哪一边的蝶形螺旋，慢慢地降低架腿，使水准管气泡居中。

再将照准部旋转90°，使水准管垂直于原来两个架腿的连线，看水准管气泡的偏离方向，水准管气泡偏向哪一边，说明哪一边高，调整第三个架腿使水准管气泡居中，这时，圆水准的气泡已大致居中了，而对于对中却没大影响。

3、精平就是旋转脚螺旋使照准部水准管在任何方向气泡都居中，从而使仪器坚轴处于铅垂位置，水平度盘居于水平位置。

精平时，转动照准部使水准管平行于两个脚螺旋的连线，两手对向或反向旋转这两个脚螺旋，使气泡居中；再将照准部旋转90°，使水准管垂直于原来两个脚螺旋的连线，转动第3个脚螺旋使气泡居中。

重复上述步骤，直至在任何位置气泡都居中为止。

注意气泡移动的方向与左手大拇指和运动方向相同。

4、最后松开中心连接螺旋，利用快速对中板移动仪器基座快速对中，使测站点进入圆圈中心，处于精确对中位置，然后拧紧中心螺旋。

5、允许多种操作方法，目的达到即可。

课堂演示：

进行DJ2经纬仪的对中、整平操作演示，引导小组学生练习经纬仪的基本操作

（三）调焦与瞄准

1、目镜对光2、初步瞄准3、物镜调焦4、精确瞄准5、消视差

（四）读数

调节度盘转换器与所测角度类型相同，再调整好相应的反光镜，使读数窗照明均匀，明亮而不刺目。

调节读数显微镜目镜，使读数清晰，调节测微轮使读数框中的上下丝对径符合后读取读数。

1．2．3全站仪的构造与使用

以拓普康为例讲授。

一、基本构造

与经纬仪比较：

1、制动微动螺旋组合

2、显示屏（数据直接显示）

3、对中有光学对中和激光对中两种方式

4、带有储存、程序测量、施样等多种功能

5、有数据传输口

6、通电工作

二、测角用工具

1、棱镜：

分为单棱镜和三棱镜

棱镜支撑方式对中杆（简易型和支架型）

基座与三脚架站仪

2、免棱镜全站仪

二、使用方法

课堂演示：

演示全站仪的各部分构件及使用方法，引导小组学生熟悉全站仪的构成和使用方法

安置、对中、整平、开机、瞄准、测量

1．2．4经纬仪水平角的测量

测角的前题：

对中保证仪器中心与地面的角顶点在同一条铅垂线上，整平保证水平度盘水平，而竖盘竖直，精确的瞄准保证望远镜指示角的某一条边线，读数保证可读出角的边线在水平面内的投影读数。

测回法

水平角的观测方法：

按目标（角）的多少分为

方向法

一、测回法

1、适用：

单角（双目标）

2、方法操作：

安置、对中、整平

盘左位瞄左目标点，读数，顺时针转动，瞄右目标点，读数，算两次读数之差为上半测回的角值。

盘右位瞄右目标点，读数，逆时针转动，瞄左目标点，读数，算两次读数之差为下半测回的角值。

两测回角值之差在限差范围内取平均数为角值，超限重测。

（DJ2为±20"）

3、记录计算：

案例教学：

以测回法观测实例为案例分析测量实施、记录计算过程

4、提高精度的措施：

（1）以配盘的方法多测几个测回

（2）上下半测回间轻动度盘变换手轮改变读数

5、注意：

同一半测回的两读数间不可改变度盘的位置。

二、方向观测法

适用：

多角（三个及以上目标）

方法操作：

（1）安置、对中、整平

盘左位瞄任一选定目标为起始方向，读数，顺时针转动，

依次瞄各目标点，读数，最后再瞄起始方向，读数，以归零。

归零差不得超限

盘右位瞄起始方向，读数，逆时针转动，依次瞄各目标点，读数，最后瞄起始方向，读数，以归零。

归零差不得超限。

3、提高精度的措施：

以配盘的方法多测几个测回

4、记录计算：

归零差的计算

两倍视准轴误差2c的计算

2c=盘左读数-（盘右读数±180°）

（3）各方向的平均读数

（4）归零后方向值的计算

（5）各测回归零后平均方向值的计算

（6）水平角的计算

各限差在允许范围内

案例教学：

以方向法观测实例为案例分析测量实施、记录计算过程

5、注意：

同一半测回的读数间不可改变度盘的位置。

1．2．5全站仪水平角的测量

与经纬仪水平角测量的方法、观测过程和计算基本相同，但读数、置零、配盘等操作通过显示屏直接读出或操作。

一、角度测量模式

开机进测角模式，如不在此模式按“ANG”键进入

二、星键的功能与使用

按★键，可对仪器的设置参数进行修改。

注意：

1、通过主程序运行与星键相同功能，则星键模式无效；

2、此次所做的倾斜改正数字关机后不保留；

3、温度、气压、大气改正值（PPM）和棱镜常数值（PSM）要根据实际情况设置。

课堂演示与操作：

演示全站仪测角模式和星键的各功能键的作用与操作，引导学生操作训练

§1．3经纬仪的检校与角度测量注意事项

1．3．1经纬仪的检验与校正

一、经纬仪应满足的几何条件

轴系：

横轴、竖轴、视准轴、水准管轴

满足条件：

1、水准管轴垂直于竖轴2、竖丝垂直于横轴

3、视准轴垂直于横轴4、横轴垂直于竖轴

补充：

竖盘指标差为零，光学对中器垂线与仪器竖轴重合。

由于长期使用和搬运中轴系关系发生变化。

二、检验与校正

先作一般检验：

三脚架、连接、部件有无松动、是否灵活。

1、水准管轴垂直于竖轴的检验与校正

（1）目的：

便于整平仍居中

（2）检验：

调脚螺旋先调水准管轴气泡居中，转180°

不居中，偏，校正

（3）校正：

用脚螺旋使气泡偏回一半，后用校正针校正。

反复进行。

（4）替代方法：

等偏定平法。

2、十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正

（1）目的：

便于瞄准目标始终在竖丝上运动

（2）检验：

瞄一明显的目标，观察运动轨迹

运动轨迹不重合，校正

（3）校正：

打开护盖，用校正针校正。

反复进行。

（4）替代方法：

始终用中心瞄准目标。

3、视准轴垂直于横轴的检验与校正

（1）目的：

视准轴扫过的面为一个面在180°±1′之内

（2）检验：

用盘左、盘右同读一目标，读数之差为

在180°±1′之外，校正

（3）校正：

用水平微动螺旋调水平盘读数为一读数，再调十字丝的校正螺丝使十字丝重新瞄准目标。

（4）替代方法：

用盘左、盘右求均法。

4、横轴垂直于竖轴的检验与校正

（1）目的：

视准轴扫过的面为竖直面标出点重合

（2）检验：

离墙30m，瞄一高处，指挥一人，将

望远镜放平时十字丝交点的位置在墙上标出，盘左、标出点不重合校正

盘右各一次

（3）校正：

找中点，瞄准，上移望远镜，用横轴的校正螺旋，使十字丝重新瞄准目标。

（4）替代方法：

用盘左、盘右求均法。

5、竖盘指标差的检验与校正

（1）目的：

竖盘指标处于正确位置60″内

（2）检验：

盘左、盘右瞄一目标，计算指标差

（3）校正：

60″以上校正

（4）替代方法：

用盘左、盘右求均法。

6、光学对中器的检验与校正

（1）目的：

仪器中心能正确对中重合

（2）检验：

在白纸上划出光学对中器位置，转180°

（3）校正：

不重合校正

（4）替代方法：

用盘左、盘右求均法。

课堂演示：

以演示经纬仪检验方法为计讲授，强调学生掌握检验方法，校正交专门机构进行

1．3．2角度测量的误差及注意事项

一、仪器误差

一方面是由于仪器校正后的残余误差，另一方面是仪器制造误差。

1、视准轴不垂直于横轴的误差

2、横轴不垂直于竖轴的误差

3、度盘偏心差

4、竖轴倾斜误差

5、度盘刻划误差

二、观测误差

1、对中误差：

对边长短的水平角影响大，特别是接近于180°的水平角。

2、目标偏心差：

对边长短的水平角影响大，瞄底部，用吊垂球瞄准。

3、仪器整平误差：

最多2个格

4、照准误差

5、读数误差

三、外界条件影响带来的误差

四、注意事项

1、先进行检验与校正

2、严格进行对中整平

3、目标要竖直，要选用合适的目标

4、观测要有一定的方法，步骤

5、照准要严格

6、读数要仔细

7、测站工作时间不可过长

8、注意天气对测量的影响

9、超限要重测

第二阶段：

决策阶段

一、小组主要任务及工作过程

1、确定工作对象——四边形

各组实地踏勘，熟练工作场地，选取四边形的四个角点，建立使用时间较长的地面标志，进行点位编号。

2、明确工作任务和测量方案

各组按所选的点绘制四边形示意图，集体讨论测量实施方案、组织方案。

3、明确测量要达到的精度标准

查找测量规范，明确测回法上下半测回的精度，以及角度闭合差要达到的精度。

二、教师指导要点

1、选点前的指导

（1）两点之间要通视；

（2）点周围视野要开阔；

（3）地点牢固，易于安置仪器；

（4）边宜大致相等，在20m～70m之间。

2、测量方案制订过程的指导

（1）区分内角和外角；

（2）区分每个角的左目标和右目标；

（3）强调对中、整平对于水平角测量精度的影响；

（4）强调同一半测回不能改变度盘的位置，不能改变转动脚螺旋。

3、学生学习报告要完成的内容指导

（1）四边形示意图：

按所选的四个点的绘制示意图，标注点位编号，标注要观测的内角。

（2）测量方案：

明确角度观测顺序，明确每个角的测站点、左目标和右目标。

（3）测量精度：

测回法上下半测回较差，角度闭合差的限差大小。

第三阶段：

计划