哈工大測(cè)量學(xué)授課課件 第2章 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)量高程測(cè)量，測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作高程測(cè)量，測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作高程測(cè)量高程測(cè)量按所使用的儀器和施測(cè)方法的不 同，可以分為水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)三角高程測(cè) 量量、GPSGPS高程測(cè)量高程測(cè)量和氣壓高程測(cè)量氣壓高程測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量是目前精度較高的一種高程測(cè)量方法。 2.1 水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量原理1.1.水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量原理 二二.水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量原理 h hABAB 0 0，高差為正，前視點(diǎn)，高差為正，前視點(diǎn)高；高； h hABAB 0 0，高差為負(fù)，前視點(diǎn)，高差為負(fù)，前視點(diǎn)低。低。 高差必須帶高差必須帶“+“+、 - -”號(hào)；號(hào)； h hABAB

2、的下標(biāo)次序必須與測(cè)量的下標(biāo)次序必須與測(cè)量的前進(jìn)方向一致。的前進(jìn)方向一致。 例：例： 已知已知 h hABAB=+1.436 m =+1.436 m 則則 h hBABA=-1.436 m=-1.436 mA A、B B兩點(diǎn)之間的高差兩點(diǎn)之間的高差： hAB = a b （后視（后視-前視）前視）則則B B點(diǎn)的高程為點(diǎn)的高程為：HB = HA + hAB 2.2.連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測(cè)量方法連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測(cè)量方法 兩點(diǎn)間距離較長(zhǎng)或高差較大時(shí)，在兩點(diǎn)間設(shè)若 干轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，分段測(cè)量高差，取各分段高差的總和。hAB=h1+ h2+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn) =a-bhAB.

3、高差法高差法 A A、B B兩點(diǎn)之間的高差兩點(diǎn)之間的高差：hAB = a b 則則B B點(diǎn)的高程為點(diǎn)的高程為：HB = HA + hAB 儀高法儀高法 儀器的視線高程為儀器的視線高程為：Hi = HA + a 則則B B點(diǎn)的高程為點(diǎn)的高程為：HB = Hi b 儀高法主要用在架設(shè)一次儀器須測(cè)定多個(gè)未知點(diǎn)。儀高法主要用在架設(shè)一次儀器須測(cè)定多個(gè)未知點(diǎn)。高差法主要用在架設(shè)一次儀器須測(cè)定一個(gè)未知點(diǎn)。高差法主要用在架設(shè)一次儀器須測(cè)定一個(gè)未知點(diǎn)。 2.2 2.2 水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器和工具水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器和工具一、一、水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀 按按精度精度分為分為： DS05 DS1 DS3 DS10 D D指大地測(cè)量指大地測(cè)量

4、 S S指水準(zhǔn)儀指水準(zhǔn)儀 數(shù)字?jǐn)?shù)字1、3等指每公里往返高差測(cè)量中誤差等指每公里往返高差測(cè)量中誤差 按按儀器構(gòu)造儀器構(gòu)造分為分為： 微傾式水準(zhǔn)儀微傾式水準(zhǔn)儀 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 激光水準(zhǔn)儀激光水準(zhǔn)儀 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀 DS3 3級(jí)微傾式級(jí)微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造水準(zhǔn)儀的構(gòu)造 水準(zhǔn)儀的三個(gè)組成部分：水準(zhǔn)儀的三個(gè)組成部分： 望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)儀的三個(gè)組成部分：三個(gè)組成部分： 望遠(yuǎn)鏡、望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、水準(zhǔn)器、基座基座望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 作用：作用：瞄準(zhǔn)目標(biāo)、讀取讀數(shù)瞄準(zhǔn)目標(biāo)、讀取讀數(shù) 包括：包括：物鏡物鏡1 1、目鏡、目鏡2 2、調(diào)焦透鏡、調(diào)焦透鏡3 3、十字絲分劃

5、板、十字絲分劃板4 4、 物鏡對(duì)光螺旋物鏡對(duì)光螺旋5 5 、目鏡對(duì)光螺旋、目鏡對(duì)光螺旋6 6 視準(zhǔn)軸視準(zhǔn)軸：物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線。：物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線。視差視差 觀測(cè)者的眼睛在目鏡端上下移動(dòng)時(shí)，目標(biāo)像與十字觀測(cè)者的眼睛在目鏡端上下移動(dòng)時(shí)，目標(biāo)像與十字絲有相對(duì)移動(dòng)。絲有相對(duì)移動(dòng)。 產(chǎn)生的原因：目標(biāo)成像面與十字絲分劃板不重合。產(chǎn)生的原因：目標(biāo)成像面與十字絲分劃板不重合。 消除的辦法：消除的辦法：反復(fù)進(jìn)行物鏡、目鏡對(duì)光。反復(fù)進(jìn)行物鏡、目鏡對(duì)光。水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器 水準(zhǔn)管：水準(zhǔn)管：玻璃制成的圓弧管，內(nèi)有水玻璃制成的圓弧管，內(nèi)有水準(zhǔn)氣泡。準(zhǔn)氣泡。 水準(zhǔn)管軸：水準(zhǔn)管軸：水準(zhǔn)管零點(diǎn)的圓弧切線。水準(zhǔn)管

6、零點(diǎn)的圓弧切線。 零點(diǎn)：零點(diǎn)：水準(zhǔn)管圓弧的中點(diǎn)。水準(zhǔn)管圓弧的中點(diǎn)。 原理：原理：當(dāng)氣泡位于零點(diǎn)時(shí)，水準(zhǔn)管軸當(dāng)氣泡位于零點(diǎn)時(shí)，水準(zhǔn)管軸水平。水平。 作用：作用：精平儀器，用微傾螺旋調(diào)節(jié)。精平儀器，用微傾螺旋調(diào)節(jié)。水準(zhǔn)管的分劃值水準(zhǔn)管的分劃值 定義：定義：2mm2mm弧長(zhǎng)所對(duì)的圓心角弧長(zhǎng)所對(duì)的圓心角 公式：公式： =2/R=2/R =206265 =206265 性質(zhì)：性質(zhì)： 1 1、R R愈大，愈大，愈小，水準(zhǔn)管的精愈小，水準(zhǔn)管的精度愈高，反之亦然。度愈高，反之亦然。 2 2、DS3DS3水準(zhǔn)儀的分劃值為水準(zhǔn)儀的分劃值為20 20 /2mm/2mm圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器 構(gòu)造：構(gòu)造：玻璃制成的球面裝置

7、。玻璃制成的球面裝置。 零點(diǎn)：零點(diǎn)：圓水準(zhǔn)器的球面頂點(diǎn)。圓水準(zhǔn)器的球面頂點(diǎn)。 圓水準(zhǔn)器軸：圓水準(zhǔn)器軸：過(guò)零點(diǎn)的球面法線過(guò)零點(diǎn)的球面法線 分劃值分劃值：一般為一般為8810 10 作用：作用：粗平儀器，一般用三個(gè)腳螺旋調(diào)節(jié)。粗平儀器，一般用三個(gè)腳螺旋調(diào)節(jié)。基座基座 作用：作用：支撐儀器支撐儀器 包括：包括：底座、三個(gè)腳螺旋、固定螺旋底座、三個(gè)腳螺旋、固定螺旋水準(zhǔn)儀的幾何軸線水準(zhǔn)儀的幾何軸線 視準(zhǔn)軸：視準(zhǔn)軸：物鏡光心和十字絲交點(diǎn)的連線物鏡光心和十字絲交點(diǎn)的連線 水準(zhǔn)管軸：水準(zhǔn)管軸：水準(zhǔn)管圓弧頂點(diǎn)的切線水準(zhǔn)管圓弧頂點(diǎn)的切線 圓水準(zhǔn)器軸：圓水準(zhǔn)器軸：圓水準(zhǔn)器球面零點(diǎn)的法線圓水準(zhǔn)器球面零點(diǎn)的法線 儀器豎

8、軸：儀器豎軸：儀器的豎直中心旋轉(zhuǎn)軸儀器的豎直中心旋轉(zhuǎn)軸Koni007自動(dòng)安平自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀Zeiss Koni007自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的工作原理自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的工作原理 2.自動(dòng)安平補(bǔ)償器自動(dòng)安平補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.自動(dòng)安平補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)水準(zhǔn)儀的軸線及其應(yīng)滿足的條件水準(zhǔn)儀的軸線及其應(yīng)滿足的條件CCLLVVLL1.四條軸線 視 準(zhǔn) 軸 CC 水準(zhǔn)管軸 LL 圓水準(zhǔn)軸 LL 豎 軸 VV(1) LL/ VV(2) 橫絲VV(3) LL / CC (主要條件主要條件) 2. 應(yīng)滿足的三個(gè)條件三個(gè)條件對(duì)以上三個(gè)條件進(jìn)行檢驗(yàn)和校正2.3 DS2.3 DS3 3級(jí)微傾式水準(zhǔn)儀的使用級(jí)微傾式水準(zhǔn)儀

9、的使用操作程序與方法 安置粗平瞄準(zhǔn)精平讀數(shù) 安置時(shí)考慮前、后視等距； 粗平時(shí)掌握“左手大拇指法”； 瞄準(zhǔn)時(shí)包括消除視差； 在精平狀態(tài)下(符合氣泡符合時(shí))讀數(shù)； 讀數(shù)估讀至毫米。符合氣泡符合尚未符合符合氣泡符合，水準(zhǔn)管軸與視線水平?！白笫执竽粗阜ㄗ笫执竽粗阜ā闭剑簹馀菀苿?dòng)的方向與左手大拇指轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋的方向一致。 ab bc c粗平的操作粗平的操作 水準(zhǔn)測(cè)量的瞄準(zhǔn)與讀數(shù) a a0.7250.7251.4981.4986.2926.292二、二、水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺和尺墊 水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺 種類：折尺、塔尺、直尺種類：折尺、塔尺、直尺 作用：讀數(shù)作用：讀數(shù)尺墊尺墊 作用：轉(zhuǎn)點(diǎn)處放水準(zhǔn)尺，作用：轉(zhuǎn)點(diǎn)處放水

10、準(zhǔn)尺， 起臨時(shí)傳遞高程。起臨時(shí)傳遞高程。2.4 2.4 普通普通水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量一、一、水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn) w通常記為：通常記為：BMBM 表示方法：表示方法：BMA72.458 2.4.1 水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)為統(tǒng)一全國(guó)的高程系統(tǒng)和滿足各種測(cè)量的需要，測(cè)繪部門在全國(guó)各地埋設(shè)并測(cè)定了很多高程點(diǎn)，這些點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)(Bench Mark，通?？s寫(xiě)為BM)。水準(zhǔn)點(diǎn)分為臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)和永久性的水準(zhǔn)點(diǎn)。永久性的國(guó)家等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)一般用鋼筋混凝土制成，并深埋入地下。在建筑工地上的臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)可用大木樁，在木樁的頂端再釘上一顆具有圓球形表面的釘子，木樁周圍用水泥混凝土加固。 水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)之后，為便于以后使用時(shí)尋找，應(yīng)做點(diǎn)之

11、記。即詳細(xì)記載水準(zhǔn)點(diǎn)所在的位置（如水準(zhǔn)點(diǎn)距離某個(gè)房子多少米，周圍有什么建筑物等）、水準(zhǔn)點(diǎn)的編號(hào)和高程，測(cè)設(shè)日期等。 有了水準(zhǔn)點(diǎn)，我們就可以用它來(lái)測(cè)其他待定點(diǎn)的高程了。 2.4.2 實(shí)施方法實(shí)施方法在每一測(cè)站的水準(zhǔn)測(cè)量中，為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)中的錯(cuò)誤，通常采用雙面尺法或兩次儀器高法進(jìn)行觀測(cè)，以檢查高差測(cè)定中可能發(fā)生的錯(cuò)誤。 雙面尺法為每一測(cè)站上用兩組不同的水準(zhǔn)尺面的讀數(shù)來(lái)測(cè)定相鄰兩點(diǎn)間的高差， 兩次儀器高法為每一測(cè)站上用兩次不同儀器高度的水平視線來(lái)測(cè)定相鄰兩點(diǎn)間的高差。 水準(zhǔn)測(cè)量的檢核方法水準(zhǔn)測(cè)量的檢核方法 1、計(jì)算檢核、計(jì)算檢核 h1=a1-b1 hn=an-bn h=h1+h2+ +hn 同時(shí)

12、同時(shí)h= a - b 比較兩種結(jié)果？相等比較兩種結(jié)果？相等高差計(jì)高差計(jì)算正確。算正確。 轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)TP（Turning Point）：起傳遞高程作用的點(diǎn)。它既）：起傳遞高程作用的點(diǎn)。它既充當(dāng)前視點(diǎn)，又充當(dāng)后視點(diǎn)。轉(zhuǎn)點(diǎn)的高程一般不用計(jì)算。充當(dāng)前視點(diǎn)，又充當(dāng)后視點(diǎn)。轉(zhuǎn)點(diǎn)的高程一般不用計(jì)算。測(cè)站 點(diǎn) 號(hào)水準(zhǔn)尺讀數(shù)高 差高 程備 注后 視前 視+-1A2.1420. 884123. 446已知TP11. 2582TP10.9280.307TP21. 2353TP21. 6640. 233TP31.4324TP31. 6720.402B2.074123.854計(jì)算檢核a=6. 406 -5. 998 +0

13、.408b=5. 9981. 117 -0. 709 + 0.4080. 709123. 446-123.854= + 0.408 2 2、測(cè)站檢核、測(cè)站檢核 變儀高法：改變儀器的高度，測(cè)出兩次變儀高法：改變儀器的高度，測(cè)出兩次黑面高差，差值黑面高差，差值6mm6mm（等外水準(zhǔn)），取平（等外水準(zhǔn)），取平均值。均值。 雙面尺法：用黑、紅面同時(shí)讀數(shù)，測(cè)出雙面尺法：用黑、紅面同時(shí)讀數(shù)，測(cè)出黑、紅面高差，差值黑、紅面高差，差值5mm35 mm 要校正 (1)(1)檢驗(yàn)檢驗(yàn) a.場(chǎng)地準(zhǔn)備(CA、CB等距，約50米) b.在C測(cè)定A、B的正確高差： h正確=(a1-)-(b1-)=a1-b1=h c.儀器

14、至B近旁，讀數(shù)b2、a2：h=a2-b2水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)與校正水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)與校正 LL / CCLL / CC（2）校正）校正方法方法1：校正水準(zhǔn)管a.計(jì)算A尺水平視線讀數(shù)： a2=b2+h b.轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使橫絲瞄準(zhǔn)讀數(shù) a2：CC水平 c. 校正水準(zhǔn)管氣泡居中：LL水平（LL / CC） d. 重復(fù)檢驗(yàn)直至符合要求。水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管的校正的校正螺絲像螺絲像片片水準(zhǔn)管的一端水準(zhǔn)管的校正螺絲a.保持水準(zhǔn)管氣泡居中即LL水平； b.調(diào)整十字絲環(huán)上、下校正螺絲，使橫絲對(duì)準(zhǔn)讀數(shù) a2即 CC水平，從而LL / CC。2134十字絲環(huán)校正螺絲十字絲環(huán)校正螺絲方法方法2：校正十字絲

15、2.6 2.6 精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺精密水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)尺精密水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)尺精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造（徠卡精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造（徠卡N3N3型）型） 精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀(precise level)(precise level)主要用于國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量和高精度主要用于國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量和高精度的工程測(cè)量中，例如建構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)，大型橋梁工程的施工測(cè)量和大的工程測(cè)量中，例如建構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)，大型橋梁工程的施工測(cè)量和大型精密設(shè)備安裝的水平基準(zhǔn)測(cè)量等。型精密設(shè)備安裝的水平基準(zhǔn)測(cè)量等。 精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺WILD N3、精密水準(zhǔn)精密水準(zhǔn)尺尺WILD N3WILD

16、N3精密精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀精精密密水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺精密水準(zhǔn)尺的構(gòu)造（因瓦水準(zhǔn)尺）精密水準(zhǔn)尺的構(gòu)造（因瓦水準(zhǔn)尺） 圖為徠卡公司生產(chǎn)的與新圖為徠卡公司生產(chǎn)的與新N3N3精密水準(zhǔn)儀配套的精密水準(zhǔn)精密水準(zhǔn)儀配套的精密水準(zhǔn)尺。尺。 水準(zhǔn)尺全長(zhǎng)約水準(zhǔn)尺全長(zhǎng)約3.2m3.2m，在因，在因瓦合金鋼帶上刻有兩排分劃，瓦合金鋼帶上刻有兩排分劃，左邊一排分劃為左邊一排分劃為基本分劃基本分劃，數(shù)，數(shù)字注記從字注記從0 0到到300cm300cm，右邊一排，右邊一排分劃為分劃為輔助分劃輔助分劃，數(shù)字注記從，數(shù)字注記從300cm300cm到到600cm600cm，基本分劃與輔，基本分劃與輔助分劃的零點(diǎn)相差一個(gè)常

17、數(shù)助分劃的零點(diǎn)相差一個(gè)常數(shù)301.55cm301.55cm，稱為，稱為基輔差基輔差或或尺常尺常數(shù)。數(shù)。精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理 N3 N3水準(zhǔn)儀上有一個(gè)測(cè)微螺旋。當(dāng)精平后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)水準(zhǔn)儀上有一個(gè)測(cè)微螺旋。當(dāng)精平后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)測(cè)微螺旋使平板玻璃俯仰傾斜，使得水平視線產(chǎn)生偏移，測(cè)微螺旋使平板玻璃俯仰傾斜，使得水平視線產(chǎn)生偏移，以對(duì)準(zhǔn)一個(gè)整分劃讀數(shù)。然后在以對(duì)準(zhǔn)一個(gè)整分劃讀數(shù)。然后在測(cè)微尺測(cè)微尺上讀取小數(shù)部分。上讀取小數(shù)部分。精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理 精密水準(zhǔn)儀上設(shè)有平行玻璃板測(cè)微器精密水準(zhǔn)儀上設(shè)有平行玻璃板測(cè)微器, ,它的最大視線它的最大視線平移量為平移量為1 cm1 cm，它對(duì)應(yīng)測(cè)微尺上的，它對(duì)應(yīng)測(cè)微尺上的100100個(gè)分格，測(cè)微尺個(gè)分格，測(cè)微尺上上1 1個(gè)分格等于個(gè)分格等于0.01 cm0.01 cm，可估讀到，可估讀到0.001cm0.001cm。如圖所示：如圖所示： 水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺讀數(shù)為：讀數(shù)為：148 cm 148 cm 測(cè)微器測(cè)微器讀數(shù)為：讀數(shù)為：0.655 cm 0.655 cm 則讀數(shù)為：則讀數(shù)為： 148+0.655=1.48655 m148+0.655=1.48655 m。2.7 2.7 電子（數(shù)字）水準(zhǔn)儀