土木工程测量课后习题答案1.pdf
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1、 土木工程测量一、测量基本知识 题L1测量学研究的对象和任务是什么?答:测量学是研究地球的形状与大小,确定地球表面各种物体的形状、大小和空间位置的科学测量学的主要任务是测定和测设。测定使用测量仪器和工具,通过测量与计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定的符号缩小绘制成地形图,供科学研究和工程建设规划设计使用。测设将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来,作为施工的依据。题1-2熟悉和理解铅垂线、水准面、大地水准面、参考椭球面、法线的概念。答:铅垂线地表任意点万有引力与离心力的合力称重力,重力方向为铅垂线方向。水准面处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。大地水准面通过平均海水面的水准面
2、。参考椭球面为了解决投影计算问题,通常选择 个与大地水准面非常接近的、能用数学方程表示的椭球面作为投影的基准面,这个椭球面是山长半轴为a、短半轴为方的椭圆NESW 绕其短轴N S 旋转而成的旋转椭球面,旋转椭球乂称为参考椭球,其表面称为参考椭球面。法线垂直于参考椭球面的直线。题1-3绝对高程和相对高程的基准面是什么?答:绝对高程的基准面大地水准面。相对高程的基准面水准面。题1-4 “1956年黄海高程系”使用的平均海水面与“1985国家高程基准”使用的平均海水面有何关系?答:在青岛大港一号码头验潮站,“1985国家高程基准”使用的平均海水面高出“1956年黄海高程系”,使用的平均海水面0.02
3、9m。题1-5测量中所使用的高斯平面坐标系与数学上使用的笛卡尔坐标系有何区别?答:x 与y 轴的位置互换,第 I 象限位置相同,I-1 1-n i-I V 象限顺指针编号,这样可以使在数学上使用的三角函数在高斯平面直角坐标系中照常使用。题1-6我国领土内某点A的高斯平面坐标为:xA=2497019.17m,Y A=19710154.33m,试说明A点所处的6 投影带和3 投影带的带号、各自的中央子午线经度。答:我国领土所处的概略经度范围为东经73 2 7 东经135 0 9,位于统一6 带投影的13-23号带内,位于统一3 带投影的244 5 号带内,投影带号不重叠,因此,A 点应位于统一6
4、带的1 9 号带内。中央子午线的经度为04=6X19-3=111。去掉带号与500km后的Ay=210154.33m,A 点位于111 子午线以东约210km。取地球平均曲率半径A=6371km,则210.154km对应的经度差约为(180X210.154)+(6371n)=1.88996=1 5 3,则A 点的概略经度为 111+1.88996=112.88996。n=+0.5)=uit(38.13)=38 号带。题1-7天文经纬度的基准是大地水准面,大地经纬度的基准是参考椭球面。在大地原点处,大地水准面与参考椭球面相切,其天文经纬度分别等于其大地经纬度。“1954北京坐标系”的大地原点在哪
5、里?“1980西安坐标系”的大地原点在哪里?答:“1954北京坐标系”的大地原点位于前苏联普尔科沃天文台中央,“1980西安坐标系”的大地原点位于我国陕西省西安市径阳县永乐镇石际寺村;题1-8切平面代替大地水准面对距离和高程各有什么影响?答:切平面代替大地水准面对距离的影响规律见下表。切平面代替大地水准面的距离误差及其相对误差距离。3)距离误差AD(cm)题离相对误差AD/D100.81/120 万2512.81/20 万50102.71/4.9 万100821.21/1.2 万当距离。为10km时,所产生的相对误差为1/120万,相当于每k m 的误差为0.83mm。因此,在10km为半径的
6、圆面积之内进行距离测量时,可以用切平面代替大地水准面,而不必考虑地球曲率对距离的影响。切平面代替大地水准面对高成的影晌规律见下表。距离D(km)0.10.20.30.40.512510力(mm)0.83713208031019607850用切平面代替大地水准面作为高程起算面,对高程的影响是很大的,距离为200m 时就有3m m 的高差误差,这是不允许的。因此,高程的起算而不能用切平面代替,最好使用大地水准面,如果测区内没有国家高程点时,可以假设通过测区内某点的水准面为零高程水准面。题1-9测量工作的基本原则是什么?答:测量工作的原则之一是“从整体到局部,先控制后碎部,从高级到低级”、“前一不工
7、作未做审核不得进行下一步”。测量控制网应由高级向低级分级布设。如平面三角控制网是按一等、二等、三等、四等、5 、1 0 和图根网的级别布设,城市导线网是在国家等、二等、三等或四等控制网下按一级、二级、三级和图根网的级别布设。一等网的精度最高,图根网的精度最低。控制网的等级越高,网点之间的距离就越大、点的密度也越稀、控制的范围就越大;控制网的等级越低,网点之间的距离就越小、点的密度也越密、控制的范围就越小。控制测量是先布设能控制大范围的高级网,再逐级布设次级网加密。二、水准测量 题2-1何谓视准轴?何谓管水准器轴?水准仪上的圆水准器和管水准器各起什么作用?答:视准轴望远镜物镜中心(或光心)与十字
8、丝中心点的连线。管水准器轴管水准器轴内圆弧中点的切线。圆水准器的格值T一般为8 ,比较大,圆水准器用于粗略正平仪器。管水准器的格值T 一般为2 0 ,比较小,管水准器用于使望远镜视准轴精确水平。题2-2水准仪有哪些轴线?各轴线间应满足什么条件?答:竖轴W ,圆 水 准 器 轴,视准轴CC,管水准器轴上乙,要求VT/L L ,CC/LL,十字丝横丝_L W。题2-3何谓视差?产生视差的原因是什么?怎样消除视差?答:物像没有准确地成在十字丝分划板上,人眼在目镜端观察的位置不同时,物像相对于十字丝分划板的位置也相应变化。望远镜照准明亮背景,旋转目镜调焦螺旋,使十字丝十分清晰;照准目标,旋转物镜调焦螺
9、旋,使目标像十分清晰。题2-4水准测量时为什么要求前、后视距相等?答:视准轴C C 不平行于管水准器轴L L 的夹角称i 角,校正水准仪时,很难使i=0,当i#0 时,如果使每站水准测量的前后视距相等,i 角对前后尺中丝读数的影响值相同,计 算 站观测高差时,后视读数减前视读数可以抵消i 角的影响,另外,还有地球曲率和大气折光的影响。题2-5水准测量时,在哪些立尺点处要放置尺垫?哪些点上不能放置尺垫?答:转点需要放置尺垫,已知点与临时点上不能放置尺垫。题2-6何谓高差?何谓视线高程?前视读数和后视读数与高差、视线高程各有什么关系?答:高差过任意两点水准面的垂直距离。视线高程水准仪观测某点标尺的
10、中丝读数+该点的高程,常用小表示。或者后视点高程+后视尺读数=视线高程。设后视点A 高 程 为,后视读数为a,前视点8,B点标尺读数为h,则有h iB=a b,Hi=H t+a,H s=H 1+/=H t-b a 题2-7与普通水准仪比较,精密水准仪有何特点?电子水准仪有何特点?答:精密水准仪的特点是:望远镜的放大倍数大、分辨率高,如规范要求D S 1不小于38倍,DS05不小于4 0 倍;管水准器分划值为10/2m m,精平精度高;望远镜物镜的有效孔径大,亮度好;望远镜外表材料应采用受温度变化小的钢瓦合金钢,以减小环境温度变化的影响;采用平板玻璃测微器读数,读数误差小;配备精密水准尺。电子水
11、准仪的特点是:用自动电子读数代替人工读数,不存在读错、记错等问题,没有人为读数误差;精 度 高,多条码(等效为多分划)测量,削弱标尺分划误差,自动多次测量,削弱外界环境变化的影响;速 度 快、效率高,实现自动记录、检核、处理和存储,可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化;电子水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪,当采用普通水准尺时,电子水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。题2-8用两次变动仪器高法观测一条水准路线,其观测成果标注在图2-35中,图中视线上方的数字为第二次仪器高的读数,试计算高差h A B。图2-35水准路线测量观测结果答:将图2-35的结果记入下列表格中
12、,在表格中进行计算并检核计算结果的正确性。水准测量记录(两次仪器高法)注:括号为计算值水准测号记录(.两次仪器高法)测站点号水准尺询 数(mm)高差(m)平均高差(m)高程(m)备注后视前视1A24162210TP117210.695(-0.002)15130.6970.6962TP119681808TP218150.153(0.000)16550.153+0.1533TP217851676TP31849-0.064(0.002)1742-0.066-0.0654TP325552673B07121.843(+0.004)08341.8391.841检核计算Z17.09111.8415.2502
13、.625 题2-9表2-4为一附合水准路线的观测成果,试计算A,B,C 三点的高程。表2-4图根水准测量的成果处理表2-4图根水准测量的成果处理H.-H 1 =-1.793mfh=11mm*=12 赤=12 病=96.7mm每站高基改正数=-/总站数=CU69mm点名测站数观测高差%(m)改正数Vi(inm)改正后高差北(m)高程H gBM115+4.675-2.5384.672489.523A494.195213238-3.554-3.242B490.954104316-1.6924.314C495.26819-7.715-3.215-7.718BM2487.55065*题2-10在相距10
14、0m 的A,B 两点的中央安置水准仪,测得高差hAB=+0.306m,仪器搬到B 点近旁读得A 尺读数=2 a 1.792m,B 尺读数2 b=1.467m试计算仪器的i 角。答:第二设站观测的高差为=A8/?1.792-1.467=0.325m,两次高差之差为/?=-IAB=0.325-0.306=0.019111j 角为八=206265=39.19S.1s 100三、角度测量 题3-1什么是水平角?瞄准在同一竖直面上高度不同的点,其水平度盘读数是否相同,为什么?答:水平角过地面任意两方向铅垂面的两面角。当竖轴VV铅垂,竖轴W,横轴”,视准轴C C,横轴”时,瞄准在同一竖直面上高度不同的点,
15、其水平度盘读数是相同的;如果上述轴系关系不满足,则水平度盘读数不相同。题3-2什么是竖直角?观测竖直角时,为什么只瞄准一个方向即可测得竖直角值?答:竖直角地面方向与水平面的夹角。角度一定是两个方向的夹角,竖直角测量的其中一个方向是水平面方向。题3-3经纬仪的安置为什么包括对中和整平?答:用量角器测量平面上的一个角度时,有两个要求:1)量角器平面应与角度所在平面位于同个平面上,2)量角器的中心应对准待量角度的顶点。经纬仪整平的作用是使水平度盘水平,对中的作用是使水平度盘中心与测站点(水平角的顶点)位于同一铅垂线上。题3-4经纬仪由哪几个主要部分组成,它们各起什么作用?答:经纬仪由基座、水平度盘和
16、照准部三部分组成。基座其上安装有竖轴套、水平度盘与照准部,其下有三个脚螺旋,一个圆水准气泡,用于粗平仪器。水平度盘圆环形的光学玻璃盘片,盘片边缘刻划并按顺时针注记有0360的角度数值。照准部水平度盘之上,能绕竖轴旋转的全部部件的总称,包括竖轴、望远镜、横轴、竖盘、管水准器、竖盘指标管水准器和读数装置等。管水准器用于精确整平仪器;竖盘指标管水准器用于指示竖盘指标铅垂。题3-5用经纬仪测量水平角时,为什么要用盘左、盘右进行观测?答:因为盘左、盘右观测取平均可以消除视准轴误差、横轴误差、照准部偏心误差对水平角的影响。题3-6用经纬仪测量竖直角时,为什么要用盘左、盘右进行观测?如果只用盘左、或只用盘右
17、观测时应如何计算竖直角?答:因为盘左、盘右观测取平均可以消除竖盘指标差x 的影响。只用盘左观测竖直角时,设竖盘读数为乙,则考虑指标差改正的竖直角为a=90-L+x o只用盘右观测竖直角时,设竖盘读数为R,则考虑指标差改正的竖直角为a=/?-270-X。单盘位观测竖直角之前,应观测某个清晰目标一测回,计算出经纬仪的竖盘指标差X,再用该X 改正其后进行的单盘位观测竖直角。题3-7竖盘指标管水准器的作用是什么?答:用于指示竖盘指标铅垂。题3-8整理表3-6中测回法观测水平角的记录。表3-6水平角读数观测记录(测回法)表3-6水平角读数观测记录(测回法)测站目标位置;平度盘读数C )1回角值(,“)回
18、平均角值(一)备注AB左0 05 1816 25 0646 25 12C16 30 24B右180 05 1246 25 18C226 30 30BA左90 36 2416 24 5446 25 00C137 01 18A右270 36 2446 25 06C317 01 30 题3-9整理表3-7中方向法观测水平角的记录。测站测回数目标读数2C*一(右土1 8 0 )平均读数=1 左+(右土21 8 0 )归零后方向值二、-方向值的平均值盘左f i t右(,“)(0 ”)()()(0 )()123456789_-,,atw*,-题3-10整理表3-8中竖直角观测记录。(0 0 52 6)A0
19、0 5 1 81 800 5 2 4-600 5 2 100 00 000 00 0568 2 4 3 02 48 2!42-1 268 2 4 3 668 1 9 1 068 1 9 1 901C1 722 0543 522 10 0-61 722 0571 721 5 3 11 721 5 3 2D2 64 0 8 3 684 0 8 422 610 8 3 92 6-10 31 32 64 0 31 6A00 5 2 41 800 5 3 6-1 200 5 3 0(+6)(-1 2)(90 2 9 1 4)A902 9 0 62 702 9 1 8-1 2902 9 1 200 00
20、0B1 58 1 8 3 63 3 8 1 8 48-1 21 58 48 4268 1 9 2 802C2 6244 4282 1 4 51-1 22 62441 81 721 5 3 1D3 54 3 23 01 74 3 23 6-63 54 3 23 32 610 31 9A902 9 1 82 702 9 1 2+6902 9 1 5(+1 2)(-6)表 3-8 竖直角观测手簿站日标同盘位置长盆读数;,华测回竖直相(”)汴()则回竖直角r,“)AB左78 2 5 2 4+1 1 3 4 3 6-9+1 1 3 4 45(12 81 3 4 54+1 1 3 4 54CA:98 45
21、 3 6-8 45 3 6+1 2-8 45 2 42 61 1 4 1 8-8 45 1 2 题3-11已知A点高程为56.38m,现用三角高程测量方法进行直反觇观测,观测数据见表3-9,已知A P的水平距离为2338.379m,计算P点的高程。表 3-9 三角高程计算测站目株匡直用(,”)仪器高(m)觇标高(m)高差方向高差(m)AP1 1 1 1 01.475.2 1A-P+44.675PA-1 0 2 2 32.1 75.1 0P-*A-45.3 68答:高差计算公式hAP=DAP tana*+iA-Vp=2338.379Xtan(l 11 10)+1.47-5.2l=+44.675m
22、hpa=Z p ta n a p+ip-Id =2338.379Xtan(-1 02 23)+2.17-5.10=-45.368m 1A f P 方向往反测高差中数(平均值)为 3 P =(h P-hp i)=0.5 X(44.675+45.368)=45.022mP 点高程为 Hp=HA+hjp=56.38+45.022=101.402m 题3-12确定图3-41所示竖盘结构的竖直角计算公式?读数指标图3 T l竖盘结构答:设盘左竖盘读数为1,则盘左竖直角为。工=360。-工:设盘右竖盘读数为R,则盘 左 竖 直 角 为=尺-180。题3-13经纬仪有哪些主要轴线?规范规定它们之间应满足哪些
23、条件?答:主 要 轴 线 有 竖 轴、横轴、视准轴C C、照准部管水准器轴心乙、圆水准器轴LL.应满足下列关系:L L 1 W,十字丝竖丝JLEH,C C 1 H H ,H H 1 W,光学对中器的视准轴与竖轴重合。题3-14盘左、盘右观测可以消除水平角观测的那些误差?是否可以消除竖轴V V 倾斜引起的水平角测量误差?答:可以消除视准轴误差、横轴误差、照准部偏心误差对水平角的影响,不可以消除竖轴V V 倾斜引起的水平角测量误差。题3-15电子经纬仪的测角原理与光学经纬仪的主要区别是什么?答:电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理器自动测量度盘的读数并将测量结果输出到仪器显示窗显示,不需要估读,读
24、数不存在估读误差。题3-16与电子经纬仪比较,电子激光经纬仪新增了什么功能?可应用于什么行业?答:电子激光经纬仪新增加了与望远镜视准轴同轴的可见激光指示视准轴方向,可用于准直测量。准直测量是定出一条标准的直线,作为土建安装、施工放样或轴线投设的基准线。四、距离测量与直线定向 题4-1直线定线的目的是什么?有哪些方法?如何进行?答:用钢尺分段丈量直线长度时,使分段点位于待丈量直线上,有目测法与经纬仪法。目估法通过人眼目估,使分段点位于直线起点与终点的连线上。经纬仪法在直线起点安置经纬仪,照准直线终点,仰或俯望远镜,照准分段点附近,指挥分段点位于视准轴上。题4-2简述用钢尺在平坦地面量距的步骤。答
25、:在直线两端点A,B竖立标杆,后尺手持钢尺的零端位于A 点,前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿A 8 方向前进,行至一个尺段处停下。后尺手用手势指挥前尺手将钢尺拉在4B直线上,后尺手将钢尺的零点对准A 点,当两人同时将钢尺拉紧后,前尺手在钢尺末端的整尺段长分划处竖直插下一根测钎,量完一个尺段。前、后尺手抬尺前进,当后尺手到达插测钎或划记号处时停住,重复上述操作,量完第二尺段。后尺手拔起地上的测钎,依次前进,直到量完4 8 直线的最后一段为止。题4-3钢尺量距会产生哪些误差?答:尺长误差,温度误差;钢尺倾斜和垂曲误差;定线误差;拉力误差;丈量误差。题4-4衡量距离测量的精度为什么采用相对误差?答:角
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