1.4 建筑测量的程序及基本要求
普通测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置(三维位置),由于普通测量一般都是在小范围内进行的,因此,地面点的空间位置的表达大多采用高斯平面直角坐标(或独立平面直角坐标)加高程的形式。
见图1-9,假设地面上2个点(A、B)的三维坐标已知,我们就可以根据这2个点确定周围任何一个点的位置。比如,要测定房角1的三维坐标,则在B点上利用水平角测量设备测出平面角β1、利用尺子丈量出B1间的水平距离(平面长度)DB1、利用高差测量设备测出B1点间的高差hB1,根据平面解析几何原理,A、B位置已定情况下,β1、DB1确定了则1点的平面位置也就确定了,B点高程已知、hB1测定了也就意味着1点的高程确定了。同理,对于任何一个未知点,只要测定它与已知点间的平面角β、水平距离D、高差h就可确定其三维坐标。所以角度、距离、高差就成了普通测量的3个最基本的工作任务。
图1-9 普通测量的工作过程
普通测量的3个最基本工作任务中的角度包括水平角、竖直角、方位角;距离指水平距离。能进行水平角和竖直角测量工作的仪器有经纬仪、电子全站仪;能进行方位角测量工作的仪器有陀螺仪、罗盘仪;能进行距离测量工作的仪器有电磁波测距仪、电子全站仪、GPS、钢尺;能进行高差测量工作的仪器有水准仪、电子全站仪、GPS、经纬仪。从事建筑测量必须熟练掌握上述仪器的使用方法。过去测量工作的三大件是钢尺、经纬仪、水准仪,目前钢尺已被手持式激光测距仪代替、经纬仪已被电子全站仪代替,因此,现代测量工作的三大件是电子全站仪(含手持式激光测距仪)、GPS、水准仪。
在图1-9中,若要确定房角2点的三维坐标,直接通过A、B是无法办到的,因为A、B点均无法看到2点,即β、D无法测量,为此,我们必须先在2点附近找一个既能看到2点又能看到A、B中某一个的C点,在B点用测量1点的方法定出C点的三维坐标,再在C点上用通过B点测量1点的相同的方法定出2点的三维坐标。同样,要确定房角3点的三维坐标,直接通过A、B也无法办到,利用已测出三维坐标的C点也办不到(因为C点也无法看到3点),因此,必须在3点附近找一个既能看到3点又能看到C点的D点,在C点用测量1点的方法定出D点的三维坐标,再在D点用测量1点的方法定出3点的三维坐标。这就是测量的最简单的作业方法。不难理解,这种接力式的测量方法,接力传递的次数越多、测量的误差就越大,因为,每次测量都存在误差,前一次测量的误差必然会带到后一次的测量结果中,这就是测量误差的累积作用,因此,要控制测量误差的累积就必须采取相应的措施,这些措施就构成了测量工作的基本原则。测量工作的基本原则是“由高级到低级,先整体后局部,先控制后碎部”。首先构建全面覆盖全部国土范围的高精度国家天文大地网,通过国家天文大地网控制小区域的地方性控制网,再通过小区域的地方性控制网控制小范围的各种测量控制点(如图1-9中的A、B点),小范围的各种测量控制点控制零星的测量工作(如图1-9中的房角点1、2、3点)。国家天文大地网(简称国家大地网)是在全国领土范围内由互相联系的大地测量点(简称大地点)构成的,大地点上设有固定标志以便长期保存,国家大地网采用逐级控制、分级布设的原则并分一、二、三、四4个等级,目前国家大地网采用GPS技术布设以代替传统的三角测量法及导线测量法。在全国领土范围内,由一系列按国家统一规范测定高程的水准点构成的网称为国家水准网,水准点上设有固定标志以便长期保存并为国家各项建设和科学研究提供高程资料。国家水准网按逐级控制、分级布设的原则也分为一、二、三、四4个等级。一等水准是国家高程控制的骨干,沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国,构成网状。二等水准是国家高程控制网的全面基础,一般沿铁路、公路和河流布设。沿一、二等水准路线还要进行重力测量以提供重力改正数据。一、二等水唯测量称为精密水准测量。三、四等水准直接为测制地形图和各项工程建设用。全国各地地面点的高程,不论是高山、平原及江河湖面的高程都是根据国家水准网统一传算的。
建筑测量员的基本任务可概括为“测、算、绘、放”4个字,“测”就是利用测量仪器或工具在实地测出需要的相关数据(长度、角度、高差等),“算”就是对实地测出的相关数据进行处理(如计算坐标、高程),“绘”就是将测量结果绘制成图,“放”就是利用测量仪器或工具将各种工程设计位置在实地进行标定。