土木工程測(cè)量課件 02-水準(zhǔn)測(cè)量課件

1、 第二章第二章 水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量2.1 2.1 水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量原理 2.2 DS2.2 DS3 3水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測(cè)量的工具水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測(cè)量的工具 2.3 2.3 水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用 2.4 2.4 水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法 2.5 2.5 水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算 2.6 2.6 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 2.7 2.7 水準(zhǔn)測(cè)量的誤差及注意事項(xiàng)水準(zhǔn)測(cè)量的誤差及注意事項(xiàng) 2.8 2.8 其他水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介其他水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介水準(zhǔn)測(cè)量原理： 利用水準(zhǔn)儀提供水平視線，讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，測(cè)定兩點(diǎn)間的高差，有已知點(diǎn)高程推求未知點(diǎn)高程。如圖： hAB = a b HB

2、 = HA + hAB大地水準(zhǔn)面HibHBHAhAB前進(jìn)方向高差法Hi= HA+ aHB= Hi-b視線高法AB當(dāng)a b時(shí)，hAB 為正，B高于A ；當(dāng)a b時(shí)， hAB 為負(fù)，B低于A。a 高差法：利用高差計(jì)算高程。（安置一次儀器測(cè)定一個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） 視線高法：利用視線高計(jì)算高程。（安置一次儀器測(cè)定多個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） 水準(zhǔn)測(cè)量所使用的儀器、工具： 水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)尺 尺墊返回一、水準(zhǔn)儀1、水準(zhǔn)儀的等級(jí) DS05、DS1、DS3、DS10、 DS20 D大地測(cè)量?jī)x器 S水準(zhǔn)儀 數(shù)字 表示儀器的精度，即每公里往、返 測(cè)得高差中數(shù)的中誤差（mm）。水準(zhǔn)儀的作用是提供一條水平視線； 工程測(cè)量中

3、常使用DS3型水準(zhǔn)儀，該儀器 標(biāo)稱精度為3mm/km。目鏡水準(zhǔn)管目鏡圓水準(zhǔn)器校正螺釘微動(dòng)螺旋制動(dòng)螺旋對(duì)光螺旋物鏡準(zhǔn)星缺口水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器三腳架腳螺旋2、DS3型水準(zhǔn)儀的主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。構(gòu)造微傾螺旋（1）望遠(yuǎn)鏡：用來(lái)瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處的水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)； 由物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦透鏡、 調(diào)焦螺旋組成；放大率一般為2530倍。視準(zhǔn)軸：物鏡中心 與十字絲交點(diǎn)的連線。（2）水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的作用：整平儀器，使視準(zhǔn)軸處于水平位置。圓水準(zhǔn)器 作用：粗略整平 結(jié)構(gòu)：如圖所示 精度：一般為 8 10/2mm （氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm 所對(duì)的圓心角）管水準(zhǔn)器 作用：精確整平結(jié)構(gòu)：如圖所示 精度：一般

4、= 20/2mm 水準(zhǔn)管的分劃值： 氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm所對(duì)的圓心角。 公式： 分析： R越大，越小，靈敏度越高。 DS3 : R=20.6265米 =20 R2（3）基座軸座：承托儀器上部腳螺旋：調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中連接板：連接三腳架組成 軸座腳螺旋連接板二、水準(zhǔn)尺和尺墊1、水準(zhǔn)尺塔尺 ：可以伸縮，一般全長(zhǎng)3m、5m， 用于等外水準(zhǔn)測(cè)量。雙面尺：不可伸縮，一般全長(zhǎng)3m， 用于三、四等水準(zhǔn)測(cè)量。2、尺墊 僅在轉(zhuǎn)點(diǎn)處豎立水準(zhǔn)尺時(shí)使用， 防止點(diǎn)位移動(dòng)和水準(zhǔn)尺下沉。返回一、操作步驟1、安置儀器 高度適中、架頭大致水平，固定儀器。 2、粗略整平 目的： 使圓水準(zhǔn)氣泡居中， 視準(zhǔn)軸粗略水平。

5、方法（如圖所示）：3、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 目的：使目標(biāo)和十字絲成像清晰。 方法： 初步瞄準(zhǔn)（用準(zhǔn)星對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)） 目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰） 物鏡調(diào)焦（使目標(biāo)成像清晰） 精確瞄準(zhǔn)（使縱絲對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)）注意：瞄準(zhǔn)時(shí)應(yīng)消除視差。視差：當(dāng)目鏡、物鏡對(duì)光不夠精細(xì)時(shí)，目標(biāo)的影像 不在十字絲平面上，以致兩者不能同時(shí)被看清。消除方法：仔細(xì)進(jìn)行目鏡、物鏡調(diào)焦。4、精確整平目的：使水準(zhǔn)管氣泡居中， 視準(zhǔn)軸精確水平。方法：調(diào)節(jié)微傾螺旋，使 氣泡影像符合。5、讀數(shù) 用十字絲橫絲在水準(zhǔn)尺上按從小到大的方向讀數(shù)，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。如圖的讀數(shù) 0.860m注意：讀數(shù)前必須精平， 精平后立即讀數(shù)。二、一個(gè)測(cè)站的水準(zhǔn)

6、測(cè)量工作ABab1、安置儀器于AB之間， 立尺于A、B點(diǎn)上；2、粗略整平；3、瞄準(zhǔn)A尺，精平、讀數(shù)a， 記錄1.568m；4、瞄準(zhǔn)B尺，精平、讀數(shù)b， 記錄1.471m；5、計(jì)算：hAB = a b = 1.568-1.471=0.115m 即B點(diǎn)比A點(diǎn)高0.115m。 hBA = hAB= 0.115m，即 A點(diǎn)比B點(diǎn)低0.115m。三、概念1、測(cè)站：測(cè)量?jī)x器所安置的地點(diǎn)。2、水準(zhǔn)路線：進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)所行走的路線。3、后視：水準(zhǔn)路線的后視方向。4、前視：水準(zhǔn)路線的前視方向。5、視線高程：后視高程+后視讀數(shù)。6、視距：水準(zhǔn)儀至標(biāo)尺的水平距離。7、水準(zhǔn)點(diǎn)：水準(zhǔn)測(cè)量的固定標(biāo)志。8、 水準(zhǔn)點(diǎn)高程：指

7、標(biāo)志點(diǎn)頂面的高程。9、轉(zhuǎn)折點(diǎn)：水準(zhǔn)測(cè)量中起傳遞高程作用的中間點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)返回nihi1一、連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量 當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差較大時(shí)，需連續(xù)安置水準(zhǔn)儀測(cè)定相鄰各點(diǎn)間的高差，最后取各個(gè)高差的代數(shù)和，可得到起終兩點(diǎn)間的高差。B如圖：A、B兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間，設(shè)3個(gè)臨時(shí)性的轉(zhuǎn)點(diǎn)。 h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 hAB= h1+h2+h3+h4ATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4b2b4AA、B兩點(diǎn)高差計(jì)算的一般公式：hAB= =niiiba1）（n為測(cè)站數(shù)例：注意：為保證高程傳遞的準(zhǔn)確性，在相鄰測(cè)站的觀測(cè)過(guò)程中，必須使轉(zhuǎn)點(diǎn)保持穩(wěn)定（高程不變）。

8、ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074HA=123.446mHB大大 地地 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 面面前進(jìn)方向測(cè)測(cè)站站點(diǎn)號(hào)點(diǎn)號(hào) 水準(zhǔn)尺讀數(shù)水準(zhǔn)尺讀數(shù)后視（后視（a a） 前視（前視（b b）高差高差 （m m）高程高程（m m）備備注注 ATP1TP1TP2TP2TP3 TP3 B 2.142 1.258+0.884 0.928 1.235-0.307 1.664 1.431 +0.233 1.672 2.074 -0.402計(jì)算計(jì)算檢核檢核 6.406 5.998測(cè)測(cè)站站點(diǎn)號(hào)點(diǎn)號(hào) 水準(zhǔn)尺讀數(shù)水準(zhǔn)尺讀數(shù)后視（后視（a a） 前視（前視（b

9、b）高差高差 （m m）高程高程（m m）備備注注 ab0.4080.408 0.408123.446123.854水 準(zhǔn) 測(cè) 量 手 簿已知（一）、測(cè)站檢核 目的：保證前后視讀數(shù)的正確。方法：變動(dòng)儀器高法、雙面尺法1、變動(dòng)儀器高法 在同一測(cè)站上變動(dòng)儀器高（10cm左右），兩次測(cè)出高差；等外水準(zhǔn)測(cè)量其差值|h | 6mm，取其平均值作為最后結(jié)果。2、雙面尺法 采用黑紅面的水準(zhǔn)尺，利用雙面的零點(diǎn)差檢核觀測(cè)質(zhì)量。 （二）、計(jì)算檢核 目的：檢核計(jì)算高差和高程計(jì)算是否正確。 檢核條件： 如上表所示：ABHHhbamba408. 0)998. 5406. 6（mh408. 0mHHAB408. 0446

10、.123854.123等式條件成立，說(shuō)明計(jì)算正確。二、成果檢核 水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，一般將已知水準(zhǔn)點(diǎn)和待 測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)組成一條水準(zhǔn)路線； 在水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)過(guò)程中，測(cè)站檢核 只能檢核一個(gè)測(cè)站上是否存在錯(cuò)誤或誤 差是否超限； 計(jì)算檢核只能發(fā)現(xiàn)每頁(yè)計(jì)算是否有誤； 對(duì)一條水準(zhǔn)路線來(lái)講必須進(jìn)行成果檢核。1、水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式 附合水準(zhǔn)路線（見圖1） 閉合水準(zhǔn)路線（見圖2） 支水準(zhǔn)路線（見圖3）BMABMB1234圖1123圖3BMA1234圖2BMA2、檢核的主要內(nèi)容 閉合差：觀測(cè)值與理論值的差值。 高差閉合差就是高差的觀測(cè)值與理論值之差； 用fh表示，即 fh=h測(cè) - h理限差：規(guī)范規(guī)定的的高差閉合差的允許值；

11、 用fh允表示。 等外水準(zhǔn)測(cè)量要求： 平地： fh允40 （mm） L水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度，單位km。 山地： fh允12 （mm） n水準(zhǔn)路線的測(cè)站數(shù)。要求： fh fh允 Ln3、不同形式水準(zhǔn)路線fh的計(jì)算 附和水準(zhǔn)路線： h測(cè)=h1+h2+h3+ + hn h理=H終 H始 fh = h測(cè) - h理= h測(cè)-（H終 H始） 閉合水準(zhǔn)路線： h測(cè)= h1+h2+h3+ + hn h理= 0 fh = h測(cè) - h理= h測(cè) 支水準(zhǔn)路線： h測(cè)= h往+ h返 h理= 0 fh = h測(cè) - h理= h往+ h返 返回一、符合水準(zhǔn)路線的內(nèi)業(yè)計(jì)算 如圖為一符合水準(zhǔn)路線：A、B為已知水準(zhǔn)點(diǎn)，HA =6

12、5.376m ， HB =68.623m點(diǎn)1、2、3 為待測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)，各測(cè)段高差、測(cè)站數(shù)、距離見下圖： kmLnh0 . 18575. 1111kmLnh2 . 112036. 2222kmLnh4 . 114742. 1333kmLnh2 . 216446. 1444AB123前進(jìn)方向備注測(cè)段 點(diǎn)名 距離 km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差 m改正數(shù) m改正后的高差 m高程 m1234567891234A123B1.0 8 +1.5751.2 12 +2.0361.4 14 -1.7422.2 16 +1.4465.8 50 +3.315輔助計(jì)算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1

13、.563+2.022-1.758+1.420 +3.24765.37666.93968.96167.20368.623mmfh68mmmmfh968 . 540允kmL8 . 5mmLfh12符合水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算表已知已知1、計(jì)算閉合差：)(ABhHHhf)376.65623.68(315. 3m068. 02、檢核：mmLfh40允mm968 . 540允hhff 故其精度符合要求。3、計(jì)算改正數(shù) 分配原則：按與測(cè)段距離（或測(cè)站數(shù)）成正比，并反其符號(hào)改正到各相應(yīng)的高差上，得改正后高差。ihillfv按距離：按測(cè)站數(shù)：ihinnfv以第1測(cè)段為例，測(cè)段改正數(shù)為：11llfvhm012. 01)

14、8 . 5068. 0(檢核：hfv4、計(jì)算改正后高差iiivhh改檢核：ABiHHh改以第1測(cè)段為例，改正后的高差為：mvhh563. 1012. 0575. 1111測(cè)改5、計(jì)算高程改iiihHH1如：mhHHA939.66563. 1376.6511改檢核：mHHBB623.66(（已知）算）否則說(shuō)明高程計(jì)算有誤。二、閉合水準(zhǔn)路線成果計(jì)算 1、計(jì)算閉合差： 2、檢核： 3、計(jì)算高差改正數(shù)： 閉合水準(zhǔn)路線的計(jì)算與附合水準(zhǔn)路線基本相同。測(cè)hfh允hhff ihillfvihinnfv 4、計(jì)算改正后高差： 5、計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程：iiivhh改改iiihHH1三、支水準(zhǔn)路線成果計(jì)算11、計(jì)算閉合

15、差：返往hhfh2、檢核：m021. 0396. 1375. 1mmnfh48161212允，故精度符合要求。3、計(jì)算高差（取往、返測(cè)絕對(duì)值的平均值，其符號(hào)與往測(cè)相同）mhA386. 12)396. 1375. 1 (14、計(jì)算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)允hhff 返回AmhA357. 11（往）mhA396. 11（返）n = 16站站一、水準(zhǔn)儀的主要軸線及應(yīng)滿足的條件 主要軸線：視準(zhǔn)軸CC 水準(zhǔn)管軸LL 儀器豎軸VV 圓水準(zhǔn)器軸 幾何關(guān)系： 圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸 水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸 十字絲橫絲 豎軸LL 二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正1、圓水準(zhǔn)器

16、的檢驗(yàn)和校正目的：使圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸檢驗(yàn)： 用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中； 望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)180度。 若氣泡仍居中，滿足要求； 若氣泡不居中，需進(jìn)行校正。 校正： 用腳螺旋調(diào)氣泡偏離 值的一半； 用圓水準(zhǔn)器的校正 螺旋再調(diào)一半。 2、十字絲橫絲的檢校和校正 目的：使十字絲橫絲 豎軸 檢驗(yàn)： 精平儀器，十字絲橫絲左邊 對(duì)準(zhǔn)墻上標(biāo)志點(diǎn)p； 水平微動(dòng)，p點(diǎn)在橫絲上移動(dòng)， 說(shuō)明十字絲橫絲位置正確； 否則需要校正。 校正： 松開十字絲的固定螺旋； 微微轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲環(huán)座， 至p點(diǎn)軌跡與橫絲重合； 擰緊十字絲的固定螺旋。P十字絲固定螺旋十字絲固定螺旋3、水準(zhǔn)管軸的檢驗(yàn)與校正 目的：使水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸。 檢驗(yàn)：

17、在平坦地面選相距80m左右A、B兩點(diǎn)，置水 準(zhǔn)儀于中點(diǎn)C，用變動(dòng)儀器高法（兩次高差之 差3mm）測(cè)定兩點(diǎn)之間 的高差h0=a1-b1； i角 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸之間的夾角； 前后視距相等可以消除。ABiia1a1b1C儀器搬A點(diǎn)附近，測(cè)得高差 h = a2b2； 若 h=h0，則水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸； 若 h不等于h0，則存在i角。 如圖：022hab應(yīng) ABDbbi應(yīng)22式中：DAB 為AB兩點(diǎn)之間的距離 206265 b2b2應(yīng)ABiiia1a1a2b1C2 對(duì)于DS3水準(zhǔn)儀，當(dāng) 時(shí)，則需校正。02 i3、校正 轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使 （此時(shí)視準(zhǔn)軸水平，水準(zhǔn)管氣泡不居中）。 調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管校正螺絲，使符合

18、氣泡居中。返回應(yīng)22bb 誤差來(lái)源： 儀器誤差 + 觀測(cè)誤差 + 外界條件的影響 一、儀器誤差 1、儀器校正后的殘余誤差主要是i角誤差。 （前后視距相等可消除） 2、水準(zhǔn)尺誤差 包括刻劃不準(zhǔn)、尺長(zhǎng)變化、 尺身彎曲等誤差。（作業(yè)前必須檢驗(yàn)，前后視 尺交替使用、測(cè)站數(shù)為偶數(shù)可減弱或消除）二、觀測(cè)誤差 1、視差（仔細(xì)調(diào)焦可消除） 2、讀數(shù)誤差（減小視線長(zhǎng)度、讀數(shù)認(rèn)真果斷） 3、水準(zhǔn)器泡居中誤差（符合后立即讀數(shù)） 4、水準(zhǔn)尺傾斜的影響（認(rèn)真扶尺、氣泡居中）三、外界條件的影響 1、儀器下沉（踩緊腳架、減少觀測(cè)時(shí)間） 2、尺墊下沉（尺墊踩實(shí)、往返測(cè)取中數(shù)） 3、地球曲率和大氣折光（前后視距相等可消除） 4、大氣溫度和風(fēng)力（打傘遮陽(yáng)、選擇好的天氣）返回精密水準(zhǔn)儀主要用于一、二等