水準(zhǔn)原理及操作分解學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1水準(zhǔn)原理水準(zhǔn)原理(yunl)及操作分解及操作分解第一頁，共61頁。水準(zhǔn)(shuzhn)原理高程基準(zhǔn)面就是地面點(diǎn)高程的統(tǒng)一起算面，由于大地水準(zhǔn)面所形成的體形大地體是與整個(gè)(zhngg)地球最為接近的體形，因此通常采用大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。 大地水準(zhǔn)面是假想海洋處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)的海水面延伸到大陸地面以下所形成的閉合曲面。事實(shí)上，海洋受著潮汐、風(fēng)力的影響，永遠(yuǎn)不會(huì)處于完全靜止的平衡狀態(tài)，總是存在著不斷的升降運(yùn)動(dòng)，但是可以在海洋近岸的一點(diǎn)處豎立水位標(biāo)尺，成年累月地觀測海水面的水位升降，根據(jù)長期觀測的結(jié)果可以求出該點(diǎn)處海洋水面的平均位置，人們假定大地水準(zhǔn)面就是通過這點(diǎn)處實(shí)測的平均海水

2、面。 長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗(yàn)潮，進(jìn)行這項(xiàng)工作的場所稱為驗(yàn)潮站。 根據(jù)各地的驗(yàn)潮結(jié)果表明，不同地點(diǎn)平均海水面之間還存在著差異，因此，對于一個(gè)國家來說，只能根據(jù)一個(gè)驗(yàn)潮站所求得的平均海水面作為全國高程的統(tǒng)一起算面高程基準(zhǔn)面。第2頁/共61頁第二頁，共61頁。一全國高程有其重要的歷史意義，對國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)研究等方面(fngmin)都起了重要的作用。但從潮汐變化周期來看，確立“1956年黃海高程系統(tǒng)”的平均海水面所采用的驗(yàn)潮資料時(shí)間較短，還不到潮汐變化的一個(gè)周期（一個(gè)周期一般為18.61年），同時(shí)又發(fā)現(xiàn)驗(yàn)潮資料中含有粗差，因此有必要重新確定新的國家高程基準(zhǔn)。新的國家高程基準(zhǔn)面是根據(jù)青

3、島驗(yàn)潮站19521979年19年間的驗(yàn)潮資料計(jì)算確定，根據(jù)這個(gè)高程基準(zhǔn)面作為全國高程的統(tǒng)一起算面，稱為“1985國家高程基準(zhǔn)”。水準(zhǔn)(shuzhn)原理第3頁/共61頁第三頁，共61頁。為了長期、牢固地表示出高程基準(zhǔn)面的位置，作為傳遞高程的起算點(diǎn)，必須建立穩(wěn)固的水準(zhǔn)原點(diǎn)，用精密水準(zhǔn)測量方法將它與驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行聯(lián)測，以高程基準(zhǔn)面為零推求水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程，以此高程作為全國各地推算高程的依據(jù)。 我國的水準(zhǔn)原點(diǎn)網(wǎng)建于青島附近。在“1985國家高程基準(zhǔn)”系統(tǒng)中，我國水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260m。 “1985國家高程基準(zhǔn)”已經(jīng)(y jing)國家批準(zhǔn)，并從1988年1月1日開始啟用，今后凡涉及高程基

4、準(zhǔn)時(shí)，一律由原來的“1956年黃海高程系統(tǒng)”改用“1985國家高程基準(zhǔn)”。由于新布測的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)是以“1985國家高程基準(zhǔn)”起算的，因此，今后凡進(jìn)行各等級(jí)水準(zhǔn)測量、三角高程測量以及各種工程測量，盡可能與新布測的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測，也即使用國家一等水準(zhǔn)測量成果作為傳算高程的起算值，如不便于聯(lián)測時(shí)，可在“1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程值上改正一固定數(shù)值，而得到以“1985國家高程基準(zhǔn)”為準(zhǔn)的高程值。 水準(zhǔn)(shuzhn)原理第4頁/共61頁第四頁，共61頁。國家高程控制測量主要是用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布測。國家水準(zhǔn)網(wǎng)是全國范圍內(nèi)施測各種比例尺地形圖和各類工程建設(shè)的高程控制基礎(chǔ)，并為

5、地球科學(xué)研究提供(tgng)精確的高程資料，如研究地殼垂直形變的規(guī)律，各海洋平均海水面的高程變化，以及其他有關(guān)地質(zhì)和地貌的研究等。 水準(zhǔn)(shuzhn)原理第5頁/共61頁第五頁，共61頁。國家水準(zhǔn)網(wǎng)分4個(gè)等級(jí)布設(shè)，一、二等水準(zhǔn)測量路線是國家的精密高程控制網(wǎng)。一等水準(zhǔn)測量路線構(gòu)成的一等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時(shí)也是研究地殼和地面垂直運(yùn)動(dòng)以及有關(guān)科學(xué)問題的主要依據(jù)，每隔1520年沿相同的路線重復(fù)觀測一次。構(gòu)成一等水準(zhǔn)網(wǎng)的環(huán)線周長(zhu chn)根據(jù)不同地形的地區(qū)，一般在1 0002000km之間。在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)布設(shè)的二等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制的全面基礎(chǔ)，其環(huán)線周長(zhu chn)根據(jù)不

6、同地形的地區(qū)在500750km之間。一、二等水準(zhǔn)測量統(tǒng)稱為精密水準(zhǔn)測量。國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)采用由高級(jí)到低級(jí)、從整體到局部國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)采用由高級(jí)到低級(jí)、從整體到局部(jb)逐級(jí)控制、逐級(jí)加密的原則。逐級(jí)控制、逐級(jí)加密的原則。水準(zhǔn)(shuzhn)原理第6頁/共61頁第六頁，共61頁。我國一等水準(zhǔn)網(wǎng)由289條路線組成，其中284條路線構(gòu)成100個(gè)閉合(b h)環(huán)，共計(jì)埋設(shè)各類標(biāo)石近2萬余座。全國一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)略圖如圖所示。水準(zhǔn)(shuzhn)原理第7頁/共61頁第七頁，共61頁。二等水準(zhǔn)網(wǎng)在一等水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)。我國已有1 138條二等水準(zhǔn)測量路線，總長為13.7萬公里，構(gòu)成793個(gè)二等環(huán)。 三

7、、四等水準(zhǔn)測量直接提供地形(dxng)測圖和各種工程建設(shè)所必須的高程控制點(diǎn)。三等水準(zhǔn)測量路線一般可根據(jù)需要在高級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)加密，布設(shè)附合路線，并盡可能互相交叉，構(gòu)成閉合環(huán)。單獨(dú)的附合路線長度應(yīng)不超過200km；環(huán)線周長應(yīng)不超過300km。四等水準(zhǔn)測量路線一般以附合路線布設(shè)于高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)之間，附合路線的長度應(yīng)不超過80km。水準(zhǔn)(shuzhn)原理第8頁/共61頁第八頁，共61頁。城市和工程建設(shè)高程控制網(wǎng)一般按水準(zhǔn)測量方法來建立。為了統(tǒng)一水準(zhǔn)測量規(guī)格，考慮到城市和工程建設(shè)的特點(diǎn)，城市測量和工程測量技術(shù)規(guī)范規(guī)定：水準(zhǔn)測量依次分為二、三、四等3個(gè)等級(jí)。首級(jí)高程控制網(wǎng)，一般要求布設(shè)成閉合環(huán)形，加密時(shí)可布設(shè)

8、成附合路線和結(jié)點(diǎn)圖形。各等級(jí)水準(zhǔn)測量的精度和國家水準(zhǔn)測量相應(yīng)等級(jí)的精度一致(yzh)。 城市和工程建設(shè)水準(zhǔn)測量是各種大比例尺測圖、城市工程測量和城市地面沉降觀測的高程控制基礎(chǔ)，又是工程建設(shè)施工放樣和監(jiān)測工程建筑物垂直形變的依據(jù)。 水準(zhǔn)測量的實(shí)施，其工作程序是：水準(zhǔn)網(wǎng)的圖上設(shè)計(jì)、水準(zhǔn)點(diǎn)的選定、水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)、水準(zhǔn)測量觀測、平差計(jì)算和成果表的編制。水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)力求做到經(jīng)濟(jì)合理，因此，首先要對測區(qū)情況進(jìn)行調(diào)查研究，搜集和分析測區(qū)已有的水準(zhǔn)測量資料，從而擬定出比較合理的布設(shè)方案。如果測區(qū)的面積較大，則應(yīng)先在1：25 000 1：100 000比例尺的地形圖上進(jìn)行圖上設(shè)計(jì)。水準(zhǔn)(shuzhn)原理第9

9、頁/共61頁第九頁，共61頁。圖上設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則： （1）水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量沿坡度小的道路布設(shè)，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避免(bmin)跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。 （2）水準(zhǔn)路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準(zhǔn)路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免(bmin)電磁場對水準(zhǔn)測量的影響。 （3）布設(shè)首級(jí)高程控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)考慮到便于進(jìn)一步加密。 （4）水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)盡可能布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，個(gè)別情況下亦可布設(shè)成附合路線。水準(zhǔn)點(diǎn)間的距離：一般地區(qū)為24km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為12km。 （5）應(yīng)與國家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。 （6）注意測區(qū)已有水準(zhǔn)測量成果的利用。 水準(zhǔn)

10、(shuzhn)原理第10頁/共61頁第十頁，共61頁。 根據(jù)上述要求，首先應(yīng)在圖上初步擬定水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案，再到實(shí)地選定水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)點(diǎn)位置。在實(shí)地選線和選點(diǎn)時(shí)，除了要考慮上述要求外，還應(yīng)注意使水準(zhǔn)路線避開土質(zhì)松軟地段，確定水準(zhǔn)點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)考慮到水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后點(diǎn)位的穩(wěn)固安全，并能長期保存，便于施測。為此，水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)上最為可靠的地點(diǎn)，避免設(shè)置在水灘、沼澤、沙土、滑坡和地下水位高的地區(qū)；埋設(shè)在鐵路、公路(gngl)近旁時(shí)，一般要求離鐵路的距離應(yīng)大于50m，離公路(gngl)的距離應(yīng)大于20m，應(yīng)盡量避免埋設(shè)在交通繁忙的岔道口；墻上水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在永久性的大型建筑物上。 水準(zhǔn)點(diǎn)選定后，就可以進(jìn)

11、行水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)工作。我們知道，水準(zhǔn)點(diǎn)的高程就是指嵌設(shè)在水準(zhǔn)標(biāo)石上面的水準(zhǔn)標(biāo)志頂面相對于高程基準(zhǔn)面的高度，如果水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)質(zhì)量不好，容易產(chǎn)生垂直位移或傾斜，那么即使水準(zhǔn)測量觀測質(zhì)量再好，其最后成果也是不可靠的，因此務(wù)必十分重視水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)質(zhì)量。水準(zhǔn)(shuzhn)原理第11頁/共61頁第十一頁，共61頁。國家水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的制作材料、規(guī)格和埋設(shè)要求，在國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（以下簡稱(jinchng)水準(zhǔn)規(guī)范）中都有具體的規(guī)定和說明。關(guān)于工程測量中常用的普通水準(zhǔn)標(biāo)石是由柱石和盤石兩部分組成，如左下圖所示，標(biāo)石可用混凝土澆制或用天然巖石制成。水準(zhǔn)標(biāo)石上面嵌設(shè)有銅材或不銹鋼金屬標(biāo)志，如右下圖所示。

12、水準(zhǔn)(shuzhn)原理第12頁/共61頁第十二頁，共61頁。第13頁/共61頁第十三頁，共61頁。第14頁/共61頁第十四頁，共61頁。第15頁/共61頁第十五頁，共61頁。第16頁/共61頁第十六頁，共61頁。R2第17頁/共61頁第十七頁，共61頁。第18頁/共61頁第十八頁，共61頁。雙面尺一般成對使用，利用黑紅雙面尺一般成對使用，利用黑紅(hi hn)(hi hn)面尺零點(diǎn)差可對水準(zhǔn)測面尺零點(diǎn)差可對水準(zhǔn)測量讀數(shù)進(jìn)行檢核。量讀數(shù)進(jìn)行檢核。第19頁/共61頁第十九頁，共61頁。第20頁/共61頁第二十頁，共61頁。我國水準(zhǔn)儀系列(xli)及基本技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目水準(zhǔn)儀系列型號(hào)S05S1

13、S3S10每公里往返平均高差中誤差望遠(yuǎn)鏡放大率望遠(yuǎn)鏡有效孔徑管狀水準(zhǔn)器格值測微器有效量測范圍測微器最小分格值0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm20/2mm自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償性能補(bǔ)償范圍安平精度安平時(shí)間不長于80.12s80.22s80.52s1022s第21頁/共61頁第二十一頁，共61頁。圖aWild N3精密精密(jngm)水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀 第22頁/共61頁第二十二頁，共61頁。 圖b圖cWild N3精密精密(jngm)水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀 第23頁/共61頁第二十三頁，共61頁。

14、第24頁/共61頁第二十四頁，共61頁。第25頁/共61頁第二十五頁，共61頁。第26頁/共61頁第二十六頁，共61頁。第27頁/共61頁第二十七頁，共61頁。AHBH)(baHhHHAABABABhiH第28頁/共61頁第二十八頁，共61頁。第29頁/共61頁第二十九頁，共61頁。bahhAB第30頁/共61頁第三十頁，共61頁。bahhAB在上述施測過程中，點(diǎn)1、2、3是臨時(shí)的立尺點(diǎn)，作為傳遞高程(gochng)的過渡點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)(簡記為TP)。由上述可知，在觀測過程中，TP.1,TP.2,TP.3僅起傳遞高程(gochng)的作用，它們無固定標(biāo)志，無需算出高程(gochng)。第31頁/

15、共61頁第三十一頁，共61頁。第32頁/共61頁第三十二頁，共61頁。)(始終ihHHhfkf終H始H第33頁/共61頁第三十三頁，共61頁。kfikhf返往khhf第34頁/共61頁第三十四頁，共61頁。第35頁/共61頁第三十五頁，共61頁。第36頁/共61頁第三十六頁，共61頁。第37頁/共61頁第三十七頁，共61頁。第38頁/共61頁第三十八頁，共61頁。第39頁/共61頁第三十九頁，共61頁。 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)(shuzhn)軸不平行的誤差軸不平行的誤差 水準(zhǔn)水準(zhǔn)(shuzhn)標(biāo)尺長度誤差的影響標(biāo)尺長度誤差的影響 儀器和水準(zhǔn)儀器和水準(zhǔn)(shuzhn)標(biāo)尺（尺臺(tái)或尺樁）垂直位

16、移的影響標(biāo)尺（尺臺(tái)或尺樁）垂直位移的影響 大氣垂直折光的影響大氣垂直折光的影響 電磁場對水準(zhǔn)電磁場對水準(zhǔn)(shuzhn)測量的影響測量的影響觀測誤差的影響觀測誤差的影響 第40頁/共61頁第四十頁，共61頁。1. i角的誤差影響 雖然經(jīng)過 角的檢驗(yàn)校正，但要使兩軸完全保持平行是困難的，因此，當(dāng)水準(zhǔn)氣泡(qpo)居中時(shí)，視準(zhǔn)軸仍不能保持水平，使水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)產(chǎn)生誤差，并且與視距成正比。 i視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)(shuzhn)軸不平行的誤差軸不平行的誤差第41頁/共61頁第四十一頁，共61頁。 設(shè) ，要求 對高差(o ch)的影響小到可以忽略不計(jì)的程度，如 =0.lmm，那么前后視距之差的容

17、許值為為了顧及觀測時(shí)各種外界因素的影響，所以規(guī)定，二等水準(zhǔn)測量前后視距差應(yīng)1m。為了使各種誤差不致累積起來，還規(guī)定由測段第一個(gè)測站(c zhn)開始至每一測站(c zhn)前后視距累積差，對于二等水準(zhǔn)測量而言應(yīng)3m。51 issmisss4 . 1)( 前后由此可見，在 角保持不變的情況下，一個(gè)測站上的前后視距相等或一個(gè)測段的前后視距總和相等，則在觀測高差中由于 角的誤差影響(yngxing)可以得到消除。但在實(shí)際作業(yè)中，要求前后視距完全相等是困難的。下面討論前后視距不等差的容許值問題。ii5.4.1 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸不平行的誤差視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸不平行的誤差第42頁/共61頁第四十二頁，共61頁。

18、水準(zhǔn)水準(zhǔn)(shuzhn)標(biāo)尺長度誤差的影響標(biāo)尺長度誤差的影響1.水準(zhǔn)水準(zhǔn)(shuzhn)標(biāo)尺每米長度誤差的影響標(biāo)尺每米長度誤差的影響2.兩水準(zhǔn)兩水準(zhǔn)(shuzhn)標(biāo)尺零點(diǎn)差的影響標(biāo)尺零點(diǎn)差的影響儀器和水準(zhǔn)儀器和水準(zhǔn)(shuzhn)標(biāo)尺（尺臺(tái)或尺樁）垂直位移的影響標(biāo)尺（尺臺(tái)或尺樁）垂直位移的影響大氣垂直折光的影響大氣垂直折光的影響電磁場對水準(zhǔn)電磁場對水準(zhǔn)(shuzhn)測量的影響測量的影響觀測誤差的影響觀測誤差的影響 第43頁/共61頁第四十三頁，共61頁。第44頁/共61頁第四十四頁，共61頁。第45頁/共61頁第四十五頁，共61頁。第46頁/共61頁第四十六頁，共61頁。第47頁/共61頁第四十七頁，共61頁。第48頁/共61頁第四十八