建筑工程測 第二章

1、2. .1 水準測量原理水準測量原理 1. 水準測量基本原理水準測量基本原理目的：目的：測定兩點的高差測定兩點的高差儀器：儀器：水準儀水準儀原理：原理：利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之間的水準尺進行間的水準尺進行觀測觀測 ，并通過其，并通過其中一個點（中一個點（M M點）點）的高程推算另一的高程推算另一個點個點(N(N點點) )的高的高程。程。2. 水準測量觀測方法水準測量觀測方法 （1）高差法：）高差法： 在在M、N兩點間安置水準儀，在兩點間安置水準儀，在M、N兩兩點分別豎立水準尺，利用水準移的水平視線分別讀取點分別豎立水準尺，利用水準移的水平視線

2、分別讀取M點、點、N點上的讀數(shù)點上的讀數(shù)a、b，則兩點的高差為，則兩點的高差為則則N點的高程點的高程HN為為 a：后視讀數(shù)：后視讀數(shù)(后視觀測后視觀測讀數(shù)讀數(shù))；b：前視讀數(shù)前視讀數(shù)( (前視觀測前視觀測讀數(shù)讀數(shù)) )。M M：后視點后視點N N：前視點前視點永遠是永遠是后視減前視后視減前視bahMNMNMNhHH（2）視線高法（單站多測法）視線高法（單站多測法） 安置一次儀器可以測算多個點高程的方法。安置一次儀器可以測算多個點高程的方法。首先算出水準儀的首先算出水準儀的視線高程視線高程Hi，然后分別，然后分別計算出各個點的高程：計算出各個點的高程：bj為第為第j個前視點的讀數(shù)，個前視點的讀數(shù)

3、，Hj為第為第j個前視點的高程。個前視點的高程。這種方法常用于路線縱這種方法常用于路線縱斷面測量。斷面測量。大地水準面大地水準面MjbjHMHjHi大地水準面大地水準面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,)aHHMijijbHH(j=1,2,3,)3. . 連續(xù)水準測量（路線水準測量）連續(xù)水準測量（路線水準測量） 應(yīng)用前提應(yīng)用前提：兩待測點之間距離較遠、高差較大，或中間兩待測點之間距離較遠、高差較大，或中間有障礙。有障礙。方法：方法：加設(shè)若干個臨時立尺點（稱為加設(shè)若干個臨時立尺點（稱為轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點ZD），依此），依此測定相鄰兩個點的高差，取各高差的代數(shù)和即得到起測定相鄰兩個

4、點的高差，取各高差的代數(shù)和即得到起終兩個點的高差。終兩個點的高差。則則M、N兩點的高差為兩點的高差為 niiniiniiMNbahh111),.,3 , 2 , 1(niiiibah2.2 水水 準準 儀儀1. 水準儀：水準儀：提供水平視線（平行大地水準面）的設(shè)備提供水平視線（平行大地水準面）的設(shè)備2. 水準儀類型：水準儀類型：（1）微傾式水準儀）微傾式水準儀 （2）自動安平水準儀）自動安平水準儀 （3）電子水準儀）電子水準儀3. 水準儀的表示方法（國產(chǎn)儀器）水準儀的表示方法（國產(chǎn)儀器） DSn：D表示大地測量表示大地測量S表示水準儀，表示水準儀，n為數(shù)字表示為數(shù)字表示儀器精度，數(shù)值儀器精度，

5、數(shù)值n越小越小,表示儀器精度越高。如表示儀器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返測量高差中數(shù)的偶然中誤差每公里往返測量高差中數(shù)的偶然中誤差小于或小于或等于等于0.5mm 4. 常用水準儀的等級劃分及主要用途常用水準儀的等級劃分及主要用途一般工程一般工程水準測量水準測量國家三四等水國家三四等水準測量及一般準測量及一般工程水準測量工程水準測量國家二等測國家二等測量及其他精量及其他精密水準測量密水準測量國家一等水國家一等水準測量及地準測量及地震測量震測量主要用途主要用途儀器精度儀器精度DS10DS3DS1DS0.5儀器系列型號儀器系列型號一般工程一般工程水準測量水準測量國家三四等水國家三四等水

6、準測量及一般準測量及一般工程水準測量工程水準測量國家二等測國家二等測量及其他精量及其他精密水準測量密水準測量國家一等水國家一等水準測量及地準測量及地震測量震測量主要用途主要用途儀器精度儀器精度DS10DS3DS1DS0.5儀器系列型號儀器系列型號mm5 . 0mm1mm3mm10nS3普通水準儀n1.水準儀的構(gòu)造物鏡目鏡圓水準器管水準器水平制動螺旋腳螺旋準星缺口校正螺絲n1.水準儀的構(gòu)造水準儀的構(gòu)造物鏡調(diào)焦螺旋腳螺旋水平微動螺旋目鏡調(diào)焦螺旋微傾螺旋三腳架nS3普通水準儀主要為三部分：主要為三部分：（1）望遠鏡望遠鏡 （2）水準器水準器 （3）基座基座其中望遠鏡為主要組成部分。其中望遠鏡為主要組

7、成部分。水準儀的主要結(jié)構(gòu)組成水準儀的主要結(jié)構(gòu)組成望遠鏡組成及其成像原理望遠鏡組成及其成像原理望遠鏡由望遠鏡由物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲四個四個主要部分組成。主要部分組成。成像原理：成像原理：目標經(jīng)過物鏡和對光凹透鏡的作用，目標經(jīng)過物鏡和對光凹透鏡的作用，在鏡筒內(nèi)造成倒立、縮小的實像，通過調(diào)節(jié)對光在鏡筒內(nèi)造成倒立、縮小的實像，通過調(diào)節(jié)對光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。（望遠鏡的放大倍數(shù)望遠鏡的放大倍數(shù)）視準軸視準軸n目鏡的作用：目鏡的作用：放大，人眼經(jīng)過目鏡，可以看到目標放大，人眼經(jīng)過目鏡，可以看到目標的小實

8、像與十字絲一起放大了的虛像。的小實像與十字絲一起放大了的虛像。n十字絲的作用：十字絲的作用：提供照準目標的標準。其中心交點提供照準目標的標準。其中心交點和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲稱為視距絲。水準測量就是當視線水的上、下短絲稱為視距絲。水準測量就是當視線水平時，用中間橫絲截取水準尺讀數(shù)。平時，用中間橫絲截取水準尺讀數(shù)。n視準軸：視準軸：十字絲中央交點和物鏡十字絲中央交點和物鏡 光心的連線光心的連線 （水準儀四條軸線水準儀四條軸線 之一之一）n豎軸：豎軸：望遠鏡底部與基座相連的望遠鏡底部與基座相連的 軸的中心線。軸的中心線。

9、 （水準儀四條軸水準儀四條軸 線之一線之一）視距絲視距絲橫絲橫絲水準器水準器:衡量衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標志。的標志。圓心是圓水準器的零點，通過零點和球心的連線（點的法線），稱為圓水準軸。 當氣泡居中時，圓水準軸就處于鉛垂位置?？墒顾疁蕛x的縱軸大致處于鉛垂位置水準管 水準管的零點水準管軸 氣泡居中水準管分劃值水準管上兩相鄰分劃線間的圓?。ɑ￠L為2mm）所對的圓心角， R2水準尺水準尺用途：用途：用于水準測量的目標點觀測用于水準測量的目標點觀測種類：種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的 塔尺一般長塔尺一般長35米，由三節(jié)組成。

10、板尺一般米，由三節(jié)組成。板尺一般3米。米。水準尺的刻度與標注：水準尺的刻度與標注：精度比較：精度比較：板尺精度高于塔尺。板尺精度高于塔尺。用用 途：途：板尺一般常用于三、四等水準板尺一般常用于三、四等水準測量，而塔尺則用于等外水準測量。測量，而塔尺則用于等外水準測量。 使用注意事項：使用注意事項：使用前應(yīng)認清尺子使用前應(yīng)認清尺子刻劃線刻劃線與數(shù)字之間的位置關(guān)系，與數(shù)字之間的位置關(guān)系，是否為正、倒是否為正、倒數(shù)字，數(shù)字，尺底的數(shù)值尺底的數(shù)值。對于塔尺，當使用。對于塔尺，當使用兩節(jié)以上時應(yīng)注意兩節(jié)以上時應(yīng)注意兩節(jié)接口位置是否對兩節(jié)接口位置是否對準、卡簧是否卡住準、卡簧是否卡住。3.水準儀的使用步驟

11、水準儀的使用步驟n（1） 水準儀的安置n 首先打開三腳架，安置三腳架要求高度適當、架頭大致水平并牢固穩(wěn)妥。然后把水準儀用中心連接螺旋連接到三腳架上，取水準儀時必須握住儀器的堅固部位，并確認已牢固地連結(jié)在三腳架上之后才可放手。 1.安置儀器 2.粗平 3.瞄準水淮尺 4.精平 5.讀數(shù)n（2） 粗平nA.先旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋，然后旋轉(zhuǎn)第三個腳螺旋；nB.旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋時必須作相對地轉(zhuǎn)動，即旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反。nC.氣泡移動方向始終和左手大拇指移動方向一致。n（3） 瞄準；n 準星瞄準、目鏡調(diào)焦、物鏡調(diào)焦、使十字絲豎絲照準水準尺。n（4） 精平；（自動安平水準儀不須此步驟）n 調(diào)微傾螺旋，每次讀數(shù)前都使管

12、水準氣泡居中。n（5） 讀數(shù)和記錄。視差1. 水準點及其選擇 水準測量必須要有已知水準點（即其高程已知的點，用BM表示，如BM0、BM1等）水準點選擇：結(jié)合測區(qū)內(nèi)水準點的分布情況、被測點的分布以及地形地勢情況、所采取的路線形式選擇。水準點類型：永久性和臨時性水準點制成：依永久性及臨時性水準點而制做。4.水準測量外業(yè)施測2. 水準路線布置水準路線布置（1）閉合水準路線）閉合水準路線 高差閉合差：高差閉合差：（2）附合水準路線）附合水準路線 高差閉合差：高差閉合差：附合水準路線附合水準路線閉合水準路線閉合水準路線3測hfh)(始終測HHhfh（3）支水準路線：）支水準路線：從一水準點出發(fā)，沿線測量

13、各待定從一水準點出發(fā)，沿線測量各待定點，其線路既不閉合到原來的已知點，也不附合到點，其線路既不閉合到原來的已知點，也不附合到另一已知點。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理另一已知點。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理論上往返高差應(yīng)為絕對值相等而符號相反。論上往返高差應(yīng)為絕對值相等而符號相反。（4）結(jié)點水準網(wǎng)：）結(jié)點水準網(wǎng)：由若干條單水準路線相互連接而成由若干條單水準路線相互連接而成的圖形?？煞譃楦胶纤疁示W(wǎng)及獨立水準網(wǎng)。的圖形?？煞譃楦胶纤疁示W(wǎng)及獨立水準網(wǎng)。 往 測返支支 水水 準準 路路 線線測往 測返支支 水水 準準 路路 線線測往 測返支支 水水 準準 路路 線線往 測返支支 水水 準準 路路

14、 線線測返往hhfh3.普通水準測量施測程序 在每一測站的水準測量中，為了能及時發(fā)現(xiàn)觀測中的錯誤，通常采用雙面尺法或兩次儀器高法進行觀測，以檢查高差測定中可能發(fā)生的錯誤。 雙面尺法為每一測站上用兩組不同的水準尺面的讀數(shù)來測定相鄰兩點間的高差，兩次儀器高法為每一測站上用兩次不同儀器高度的水平視線來測定相鄰兩點間的高差。 國家三、四等水準測量 一測站上水準儀照準雙面水準尺的順序為：1.照準后視標尺黑面，進行視距絲、中絲讀數(shù)；2.照準前視標尺黑面，進行中絲、視距絲讀數(shù)；3.照準前視標尺紅面，進行中絲讀數(shù)；4.照準后視標尺紅面，進行中絲讀數(shù)； 即“后前前后”（黑、黑、紅、紅）四等水準測量每站觀測順序也

15、可為“后后前前”（黑、紅、黑、紅）。 等級儀器類型標準視線長度后前視距差后前視距差累計黑紅面讀數(shù)差黑紅面所測高差之差檢測間歇點高差之差三等S365m3.0m6.0m2.0mm3.0mm3.0mm四等S380m5.0m10.0m3.0mm5.0mm5.0mm5 水準測量的誤差分析 1 儀器誤差視準軸與水準管軸不平行的誤差 視準軸與水準管軸 在豎直面上投影的夾角稱i角。aaaSitgiSx 1.i角對讀數(shù)的影響 iSxaaiSxbbABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh0ABbahSS時，i角對高差的影響 水準尺誤差 水準尺刻劃不準確，尺長變化、彎曲

16、等，會影響水準測量的精度，因此，水準尺需經(jīng)過檢驗才能使用。一對水準尺的零點差，可在一測段中使測站數(shù)為偶數(shù)的方法予以消除。 2 觀測誤差觀測誤差主要包括有：.精平誤差.調(diào)焦誤差.估讀誤差.水準尺傾斜誤差 3 外界環(huán)境的影響水準儀、水準尺下沉誤差 若水準儀在測站上隨安置時間的增加而下沉 ，采用“后前前后”的觀測程序可減少儀器下沉對高差的影響。 消除水準尺下沉的影響 ，辦法有：踩實尺墊；觀測間隔間將水準尺從尺墊上取下，以減小下沉量；采用往返觀測，取高差平均值的方法可減弱其對高差影響。 地球曲率和大氣折光的影響 前后視距離相等日照及風(fēng)力引起的誤差光照會造成儀器各部分受熱不均使軸線關(guān)系改變；風(fēng)大時會使儀

17、器抖動、不易精平等；消除和減弱其影響的方法：選擇好的天氣測量，給儀器打傘遮光等。6 水準測量的成果計算測量結(jié)果校核測量結(jié)果校核 1）計算校核：檢查計算結(jié)果有無錯誤：高差計算結(jié)果；采用公式是否正確等。 2）測站校核：對每一站的觀測和記錄都及時地在現(xiàn)場進行校核。校核方法有：變動儀器高法、雙面尺法或雙儀器法； 3）路線校核：根據(jù)計算的閉合差，與規(guī)定的允許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。 平地 (L 為水準路線總長度km） 山地 (n為測站總數(shù)）)(40容mmLfh)(12容mmnfh（1）高差閉合差計算高差閉合差計算 計算閉合差及閉合差允許值，寫在計算閉合差及閉合差允許值，寫在“路線校核路線校核”欄

18、內(nèi)。欄內(nèi)。（2）高差閉合差分配及高程計算）高差閉合差分配及高程計算 當導(dǎo)線閉合差滿足技術(shù)要求時，可進行閉合差分配。分配的原則：改正當導(dǎo)線閉合差滿足技術(shù)要求時，可進行閉合差分配。分配的原則：改正數(shù)數(shù)v與測站數(shù)與測站數(shù)n（或路線長度（或路線長度L）成正比，與閉合差反號，即）成正比，與閉合差反號，即 各點高程值各點高程值 H0：已知點的高程，已知點的高程，Hi為改正前的高程值。為改正前的高程值。nfvh每站11)(ijiivHH每站7 水準儀的檢驗與校正 水準儀應(yīng)滿足的條件水準儀的主要軸線 1、水準儀應(yīng)滿足的主要條件有：q 水準管的水準軸應(yīng)與望遠鏡的視準軸平行2、水準儀應(yīng)滿足的次要條件有：q 圓水準器的水準軸應(yīng)與儀器的旋轉(zhuǎn)軸平行q 十字絲的橫絲應(yīng)與儀器的旋轉(zhuǎn)軸垂直水準管水準軸望遠鏡視準軸圓水準器水準軸儀器旋轉(zhuǎn)軸1 水準儀的檢驗與校正圓水準器水準軸應(yīng)與儀器旋轉(zhuǎn)軸平行的檢驗和校正（1）檢驗原理 （2）檢驗方法 先用腳螺旋將圓水準器氣泡居中，然后將儀器旋轉(zhuǎn)，若氣泡仍在居中位置，則表明此項條件已得到滿足；若氣泡有了偏移，則表明條件沒有滿足。氣泡偏移弧長代表了儀器旋轉(zhuǎn)軸和水準軸的交角的兩倍。 （3）校正校正工作可用裝在圓水準器下面的校正螺釘來實現(xiàn)。