一级建造师《机电工程》教材知识点：1H412013常用测量仪器的应用

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　　1H412010测量技术

　　1H412013常用测量仪器的应用

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　　测量仪器必须经过检定且在检定周期内方可投入使用，是保证工程质量，加快工程进度，减轻劳动强度，为作业机具自动化创造条件。随着建筑业的发展，工程规模日益扩大，建筑物的高度不断增加，施工机械化和自动化程度不断提高i激光测量仪器得到了迅速发展，被广泛使用于各种施工测量中，并对测量工作提出了更高的要求。本条主要知识点是：水准仪、经纬仪、全站仪及其他测量仪器的介绍及应用等。

　　一、水准仪

　　(一)水准仪组成及用途

　　1.水准仪的组成。由望远镜、水准器(或补偿器)和基座等部件组成。按构造分：定镜水准仪、转镜水准仪、微倾水准仪、自动安平水准仪。

　　2.中国水准仪的系列标准。系列标准有：DS05,DSl,DS3.DS10.DS20等型号(“DS”表示“大地测量水准仪”，“05,1、3……”分别为该类仪器以毫米为单位表示的每公里水准测量高差中数的偶然中误差)。

　　3.水准仪的用途。水准仪是测量两点间高差的仪器，广泛用于控制、地形和施工放样等测量工作。在水准仪上附有专用配件时，可组成激光水准仪。

　　(二)水准仪的应用

　　水准仪的主要功能是用来测量标高和高程。

　　1.水准仪的应用范围。主要应用于建筑工程测量控制网标高基准点的测设及厂房、大型设备基础沉降观察的测量。在设备安装工程项目施工中用于连续生产线设备测量控制网标高基准点的测设及安装过程中对设备安装标高的控制测量。

　　2.通常标高测量主要分两种：绝对标高测量和相对标高测量。绝对标高是指所测标高基准点、建(构)筑物及设备的标高相对于国家规定的±0.00标高基准点的高程。相对标高是指建(构)筑物之间及设备之间的相对高程或相对于该区域设定的±0.00标高基准点的高程。

　　二、经纬仪

　　(一)经纬仪的组成及用途

　　1.经纬仪的组成。由望远镜、水平度盘与垂直度盘和基座等部件组成。按读数设备分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子(自动显示)经纬仪。

　　2.经纬仪的系列标准。系列标准有：DJ07,DJl,DJ2,DJ6,DJl5,DJ60六个型号(“DJ”表示“大地测量经纬仪”，“07,1、2……”分别为该类仪器以秒为单位表示的一测回水平方向的中误差)。

　　3.经纬仪的用途。广泛用于控制、地形和施工放样等测量。在经纬仪上附有专用配件时，可组成：激光经纬仪、坡面经纬仪等。

　　例如，光学经纬仪(如苏光J2经纬仪等)：它的主要功能是测量纵、横轴线(中心线)以及垂直度的控制测量等。光学经纬仪主要应用于机电工程建(构)筑物建立平面控制网的测量以及厂房(车间)柱安装铅垂度的控制测量，用于测量纵向、横向中心线，建立安装测量控制网并在安装全过程进行测量控制。

　　(二)经纬仪的应用

　　经纬仪的主要功能是测量水平角和竖直角的仪器。

　　1.光学经纬仪的应用范围。主要应用于机电工程建(构)筑物建立平面控制网的测量以及厂房(车间)柱安装垂直度的控制测量。

　　2.在机电安装工程中，用于测量纵向、横向中心线，建立安装测量控制网并在安装全过程进行测量控制。

　　应用举例：用两台光学经纬仪对厂房钢柱进行垂直校正测量。将两台经纬仪安置在钢柱的纵、横轴线上，离柱子的距离约为柱高的1.5倍。三脚架应安放平稳，并使三脚架顶面近似水平，光学经纬仪安置在三脚架顶面上，校平两台经纬仪后，先分别照准纵向和横向柱底中线，再渐渐仰视到柱顶，如柱顶中线偏离视线，表示柱子不垂直，这时，可在统一指挥下，采取调节拉绳或支撑，敲打楔子或垫铁等方法使柱子垂直。经校正后，使柱子的垂直度在允许的偏差范围内。

　　三、全站仪

　　(一)全站仪的组成及用途

　　1.全站仪的组成。是一种采用红外线自动数字显示距离的测量仪器。它与普通测量方法不同的是采用全站仪进行水平距离测量时省去了钢卷尺。

　　2.全站仪的用途。全站仪具有角度测量、距离(斜距、平距、高差)测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后，功能还可进一步拓展。

　　(二)全站仪的基本操作与使用方法

　　1.水平角测量

　　(1)按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。

　　(2)设置A方向的水平度盘读数为0°00'00 。

　　(3)照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。

　　2.距离(斜距、平距、高差)测量

　　(1)设置棱镜常数。测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。

　　(2)设置大气改正值或气温、气压值。光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为。ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值(也可直接输入大气改正值)，并对测距结果进行改正。

　　(3)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

　　(4)距离测量。照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5s，最小显示单位1mm;跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为lcm，每次测距时间约0.3s;粗测模式，测量时间约0.7s，最小显示单位lcm或lmm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式(MODE)键选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪

　　器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。

　　3.坐标测量

　　(1)设定测站点的三维坐标。

　　(2)设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。

　　(3)设置棱镜常数。

　　(4)设置大气改正值或气温、气压值。

　　(5)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

　　(6)照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

　　(三)全站仪的数据通信

　　1.全站仪的数据通信是指全站仪与电子计算机之间进行的双向数据交换。

　　2.全站仪与计算机之间的数据通信的方式主要有两种，一种是利用全站仪配置的PCMCIA(personal computer memory card internation association，个人计算机存储卡，简称PC卡，也称存储卡)卡进行数字通信，特点是通用性强，各种电子产品间均可互换使用;另一种是利用全站仪的通信接口，通过电缆进行数据传输。

　　(四)全站仪盘左盘右区分方法

　　1.全站仪仪器的盘左和盘右，实际上沿用老式光学经纬仪的称谓。是根据竖盘相对观测人员所处的位置而言的，观测时当竖盘在观测人员的左侧时称为盘左，反之称为盘右。相对盘左和盘右而言也有称为正镜和倒镜，以及F1(FACEl)面和F2(FACE2)面的。

　　2.对于测量来讲，若正、反(盘左、盘右)测量后，通过测量方法有可消除某些人为误差以及固定误差的作用。对于可定义盘左和盘右称谓的仪器而言，给用户增加了应用仪器的可选操作界面，对测量作业和测量结果没有影响。

　　3.对于靠角度确认盘左和盘右可能存在某些错觉，例如某些连接陀螺仪的全站仪或者经纬仪，在确定盘左和盘右时显示的不一定是对应。就是说相对1800角度数值而已往小向转不一定是盘左。反正，用户记住两者的差值即可。仪器也是自动求算的，对工程测量结果没有影响。

　　(五)正确调平仪器的方法

　　1.全站仪整平及气泡的检验

　　(1)架设：将仪器架设到稳固的三脚架上，旋紧中心螺旋。

　　(2)粗平：看圆气泡(精度相对较低，一般为1分)，分别旋转仪器的3个脚螺旋将仪器大致整平。

　　(3)精平：使仪器照准部上的管状水准器(或者称长气泡管)平行于任意一对脚螺旋，旋转两脚螺旋使气泡居中(最好采用左拇指法，即左右手同时转动两个脚螺旋，并且两拇指移动方向相向，左手大拇指方向与气泡管气泡移动方向相同;然后，将照准部旋转90°，旋转另外一个脚螺旋使长气泡管气泡居中。

　　(4)检验：将仪器照准部再旋转900，若长气泡管气泡仍居中，表示已经整平;若有偏差，请重复步骤(3)。正常情况下重复1～2次即可满足要求。

　　2.气泡校正

　　(1)架设：将仪器架设到稳固的三脚架上，旋紧中心螺旋。

　　(2)粗平：看圆气泡(精度相对较低，一般为1分)，分别旋转仪器的3个脚螺旋将仪器大致整平。

　　(3)精平同时进行检验：使仪器照准部上的管状水准器(或者称长气泡管)平行于任意一对脚螺旋，旋转两脚螺旋使气泡居中;然后，将照准部旋转1800，此时若气泡仍然居中，则管状水准器轴垂直于竖轴(长气泡管没有问题)。如气泡不居中，就需要校正。

　　3.气泡管气泡出现偏差的原因

　　(1)圆气泡管一般由3个螺钉固定，内部有一个波形弹簧。若3个螺钉受力不均匀时，当仪器在车辆运输过程中受颠簸就会引起受力小的螺钉松动，最后引起偏差。

　　(2)长气泡管一般是一端固定，另外一端可调(校正螺钉)。可调端下面有弹簧，固定端里面应该有凸形内垫圈。无论是生产装配还是维修校正，若在长气泡管调整时没有注意校正螺钉的螺纹间距，使螺钉受力不均衡，在仪器受大的颠簸后螺钉会稍微旋转，引起气泡偏差。

　　采用全站仪进行水平距离测量，主要应用于建筑工程平面控制网水平距离的测量及测设、安装控制网的测设、建安过程中水平距离的测量等。例如：全站仪(如Nikon DTM一530E等)。

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　　四、其他测量仪器

　　(一)电磁波测距仪

　　应用电磁波运载测距信号测量两点间距离的仪器。测程在5～20km的称为中程测距仪，测程在5公里之内的为短程测距仪。精度一般为5mm+5ppm，具有小型、轻便、精度高等特点。电磁波测距仪已广泛用于控制、地形和施工放样等测量中，成倍地提高了外业工作效率和量距精度。

　　(二)激光测量仪器

　　激光测量仪器装有激光发射器的各种测量仪器。这类仪器较多，其共同点是将一个氦氖激光器与望远镜连接，把激光束导人望远镜筒，并使其与视准轴重合。利用激光束方向性好、发射角小、亮度高、红色可见等优点，形成一条鲜明的准直线，作为定向定位的依据。在大型建筑施工，沟渠、隧道开挖，大型机器安装，以及变形观测等工程测量中应用甚广。常见的激光测量仪器有：激光准直仪和激光指向仪、激光准直(铅直)仪、激光经纬仪、激光水准仪、激光平面仪

　　1.激光准直仪和激光指向仪

　　两者构造相近，用于沟渠、隧道或管道施工、大型机械安装、建筑物变形观测。目前激光准直精度已达10-5～10-6。

　　2.激光准直(铅直)仪

　　将激光束置于铅直方向以进行竖向准直的仪器。激光准直(铅直)仪的组成：激光准直(铅直)仪的组成主要由发射、接收、附件等三大部分组成。用于高层建筑、烟囱、电梯等施工过程中的垂直定位及以后的倾斜观测，精度可达0.5×10-4。

　　激光准直(铅直)仪的主要应用范围：激光准直(铅直)仪主要应用于大直径、长距离、回转型设备同心度的找正测量以及高塔体、高塔架安装过程中同心度的测量控制。

　　3.激光经纬仪

　　用于施工及设备安装中的定线、定位和测设已知角度。通常在200m内的偏差小于lcm。

　　4.激光水准仪

　　除具有普通水准仪的功能外，尚可做准直导向之用。如在水准尺上装自动跟踪光电接收靶，即可进行激光水准测量。

　　5.激光平面仪

　　激光平面仪是一种建筑施工用的多功能激光测量仪器，其铅直光束通过五棱镜转为水平光束;微电机带动五棱镜旋转，水平光束扫描，给出激光水平面，可达200的精度。适用于提升施工的滑模平台、网形屋架的水平控制和大面积混凝土楼板支模、灌注及抄平工作，精确方便、省力省工。

　　用激光准直仪找正高层钢塔架采用的操作方法与光学经纬仪完全相同。

　　(三)GPS面积测量仪

　　1.GPS面积测量仪的用途

　　(1)GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称，是美国国防部研制的一种全天候的，空间基准的导航系统，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续地精确地确定三维位置和三维运动及时间的需要。

　　(2)高精度GPS面积测量仪又名测亩仪。测亩仪是一款集面积测量、距离测量、周长测量于一体的电子测量仪器。因此其使用范围比较广，包括农机作业收费、农田承包测量、企业用地征税、林业湖泊等规则或不规则地域的面积测量。使用群体有农机操作手，测量部门、土地税收及用于一般土地丈量等相关人群。GPS面积测量仪由高精度的GPS定位系统、精确面积计算方法和智能化的掌上电脑系统完美结合。

　　2.GPS面积测量仪的工作原理

　　(1)GPS定位的基本原理。是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

　　(2)接收机所处的位置要求。由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个△t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

　　例如，假设芒时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其他数据可以确定待测点的位置。

　　3.GPS面积测量仪的分类、技术参数及应用领域

　　(1)GPS面积测量仪的分类。一般来说，GPS测量模式可分为静态测量和动态测量两种模式。而静态测量模式又分常规静态测量模式和快速静态测量模式，动态测量模式分准动态测量模式(后处理动态，走走停停)和实时动态测量模式，实时动态测量模式分DGPS和RTK方式。

　　(2)GPS面积测量仪的相关技术参数

　　高精度GPS面积测量仪相关技术参数：测量数据包括面积、距离、周长、时间、经

　　纬度等。

　　(3)GPS面积测量仪的特性

　　1)高精度、误差小。GPS面积测量仪不同于普通精度GPS面积测量仪，普通精度GPS面积测量仪误差在l0%左右，而高精度GPS面积测量仪误差仅在1%左右。

　　2)快速测绘 、实时掌握接收。高精度GPS面积测量仪是采用全球卫星定位系统、嵌入式单片机、高精度算法等先进技术研发而成的野外面积测量仪器。可快速测绘任意形状地块的面积、距离、周长等数据。该测量仪具有12个平行接收通道，电文更新率1次/s，可实时掌握卫星接收情况。

　　3)数据优化处理、减小误差。减小了因GPS信号漂移造成的测量误差。内置式高增益接收天线，搜星灵敏，抗遮蔽性更好。LCD采用宽屏设计，具有背光功能，屏幕大，显示字迹清晰明了。

　　4)具有数据记录存储功能，掉电数据不丢失。具有数据记录查询功能，具有价格置功能。支持电脑USB接口充电。

　　(4)GPS面积测量仪的应用领域

　　适用于工程、农田、绿地、森林、水域、山坡等面积的测量，一次测量可同时获得测量面积、周长、距离、坡度等数据，可随时调用测量的面积图形和所有测量数据，便于案保存。

　　例如，可在如下领域应用，工程：工矿面积计算、工程管理等;农业：基本农田管理;林业：林地灾害监控;水利：湖泊水域测绘;土管：土地规划管理;税务：企业用地征税。

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