水準(zhǔn)儀的使用

學(xué)習(xí)情景一點(diǎn)測量學(xué)習(xí)單元1.1高程測量(一）任務(wù)描述從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM0出發(fā)，沿各待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)1、2、3、4進(jìn)行水準(zhǔn)測量BM0（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）教學(xué)目標(biāo)

1)會識別不同類型水準(zhǔn)儀及其構(gòu)造

2)會操作水準(zhǔn)儀測高差、算高程3)會按任務(wù)選擇合適的水準(zhǔn)路線

（2）教學(xué)步驟

教學(xué)步驟咨訊（信息獲?。┤蝿?wù)介紹老師布置任務(wù)，介紹水準(zhǔn)測量原理，水準(zhǔn)儀構(gòu)造，水準(zhǔn)尺讀數(shù)，高差和高程的計(jì)算，水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式。學(xué)生獲取基本信息

決策確定工作任務(wù)學(xué)生根據(jù)任務(wù)，選擇合適的水準(zhǔn)路線完成測量任務(wù)。教師做的工作：為學(xué)生準(zhǔn)備材料，與學(xué)生交流，討論學(xué)生提出的決策。

計(jì)劃計(jì)劃工作任務(wù)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況將測量計(jì)劃講給老師聽，在此基礎(chǔ)上獨(dú)立編制水準(zhǔn)路線施測方案。教師做的工作：老師做為咨詢者的身份出現(xiàn)，過程中老師要經(jīng)常獲得項(xiàng)目的反饋，與學(xué)生交流，提出自己的觀點(diǎn)。

實(shí)施工作任務(wù)實(shí)施學(xué)生分組進(jìn)行施測，老師做為咨詢者的身份，接受咨詢并指出學(xué)生實(shí)施中的問題。

檢查評價(jià)任務(wù)檢查評價(jià)學(xué)生計(jì)算水準(zhǔn)路線高差閉合差和高差閉合差允許值，在確定觀測結(jié)果合格后，在進(jìn)入內(nèi)業(yè)計(jì)算。老師為學(xué)生提供答案，并對整個過程做全面的評價(jià)，老師考核分過程考核、結(jié)果考核)。

（三）教學(xué)實(shí)施水準(zhǔn)測量是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，借助于帶有分劃的水準(zhǔn)尺，直接測定地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)高程和測得的高差，推算出未知點(diǎn)高程。ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HA（已知）HB=？后視前視水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量的原理ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HA（已知）HB=？后視前視A、B兩點(diǎn)間高差hAB為：A點(diǎn)為后視點(diǎn)，A點(diǎn)尺上的讀數(shù)a稱為后視讀數(shù)；B點(diǎn)為前視點(diǎn)，B點(diǎn)尺上的讀數(shù)b稱為前視讀數(shù)。高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。水準(zhǔn)測量的原理hABABab前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB視線高度計(jì)算未知點(diǎn)的高程高差法視線高法為水準(zhǔn)測量提供水平視線的儀器。常用的水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀DS05、DS1普通水準(zhǔn)儀DS3、DS10

水準(zhǔn)測量儀器與工具DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)器基座水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)水準(zhǔn)測量儀器與工具目鏡微傾螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡水平微動螺旋水平制動螺旋腳螺旋準(zhǔn)星水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)水準(zhǔn)測量儀器與工具物鏡對光透鏡目鏡視準(zhǔn)軸上絲下絲中絲豎絲十字絲分劃板(1)望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡是用來精確瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)并對水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)的。它主要由:物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板組成。物鏡、目鏡調(diào)焦的目的。水準(zhǔn)測量儀器與工具圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器軸長水準(zhǔn)管長水準(zhǔn)管軸(2)水準(zhǔn)器是用以指示視線水平或豎軸是否豎直的裝置。水準(zhǔn)器又分為圓水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器。水準(zhǔn)測量儀器與工具氣泡L′L′(2)水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器用以粗平儀器。過零點(diǎn)的球面法線L′L′，稱為圓水準(zhǔn)器軸。圓水準(zhǔn)器軸L′L′平行于儀器豎軸VV。氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm時(shí)豎軸所傾斜的角值，稱為圓水準(zhǔn)器的分劃值。水準(zhǔn)測量儀器與工具OLL(2)水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器（亦稱水準(zhǔn)管）用于精確整平儀器。水準(zhǔn)管上2mm圓弧所對的圓心角τ，稱為水準(zhǔn)管的分劃值，水準(zhǔn)管分劃愈小，水準(zhǔn)管靈敏度愈高，用其整平儀器的精度也愈高。DS3型水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)管分劃值為20″，記作20″/2mm。水準(zhǔn)測量儀器與工具(2)水準(zhǔn)器符合管水準(zhǔn)器為了提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度，采用符合水準(zhǔn)器。水準(zhǔn)測量儀器與工具(3)基座基座的作用是支承儀器的上部，并通過連接螺旋與三腳架連接。基座主要由軸座、腳螺旋、底板和三腳壓板構(gòu)成。轉(zhuǎn)動腳螺旋，可使圓水準(zhǔn)氣泡居中。水準(zhǔn)測量儀器與工具尺墊是由生鐵鑄成。一般為三角形板座，其下方有三個腳，可以踏入土中。尺墊上方有一突起的半球體，水準(zhǔn)尺立于半球頂面。尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺（也稱主尺）；另一面為紅白相間，稱為紅面尺（也稱輔尺）。尺常數(shù)立尺點(diǎn)水準(zhǔn)測量儀器與工具水準(zhǔn)測量儀器與工具水準(zhǔn)儀的使用安置：安置三腳架和水準(zhǔn)儀；粗平：使圓水準(zhǔn)器氣泡居中；瞄準(zhǔn)：粗瞄和精瞄；精平：使長水準(zhǔn)管氣泡居中；讀數(shù)：用中絲讀數(shù)；(1)安置儀器在測站上松開三腳架架腿的固定螺旋，按需要的高度調(diào)整架腿長度，再擰緊固定螺旋，張開三腳架將架腿踩實(shí)，并使三腳架架頭大致水平。從儀器箱中取出水準(zhǔn)儀，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀固定在三腳架架頭上。水準(zhǔn)儀的使用(2)粗平使圓水準(zhǔn)器氣泡居中b312c312

a13

2氣泡移動方向與左手大拇指運(yùn)動的方向一致。水準(zhǔn)儀的使用水平微動螺旋水平制動螺旋對光螺旋消除視差(3)瞄準(zhǔn)目標(biāo)粗瞄、對光、精瞄和消除視差水準(zhǔn)儀的使用微傾螺旋每次讀中絲讀數(shù)前都要精平(4)精平使長水準(zhǔn)管氣泡居中水準(zhǔn)儀的使用1213111.251m0.717m(5)讀數(shù)用中橫絲讀數(shù)水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)點(diǎn)：我們將用水準(zhǔn)測量的方法測定的高程控制點(diǎn)，稱為水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)記為BM(BenchMark)。水準(zhǔn)點(diǎn)有永久性水準(zhǔn)點(diǎn)和臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)兩種。國家等級永久性水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)測量BM23BM24BM259.0m9.8m8.4mH23＝56.437mH24＝58.392mH25＝53.168m水準(zhǔn)點(diǎn)的“點(diǎn)之記”建筑工程水準(zhǔn)點(diǎn)臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)測量單一水準(zhǔn)路線附和水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)網(wǎng)(2)水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)路線附和水準(zhǔn)路線從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM1出發(fā)，沿待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)1、2、…進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后附合到另一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM2所構(gòu)成的水準(zhǔn)路線，稱為附合水準(zhǔn)路線。BM1BM2水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM1出發(fā)，沿各待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)1、2、3、4進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后又回到原出發(fā)點(diǎn)BM1的環(huán)形路線，稱為閉合水準(zhǔn)路線。BM0水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM0出發(fā)，沿待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)1，2進(jìn)行水準(zhǔn)測量，這種既不閉合又不附合的水準(zhǔn)路線，稱為支水準(zhǔn)路線。支水準(zhǔn)路線要進(jìn)行往返測量，以資檢核。BM0水準(zhǔn)測量BM3BM1BM2結(jié)點(diǎn)通過平差方法求得各待定點(diǎn)的高程水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量的外業(yè)ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB水準(zhǔn)測量BMABDAB＝50mhAB＝＋12.500mAHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000m水準(zhǔn)測量當(dāng)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)距欲測定高程點(diǎn)較遠(yuǎn)或高差較大時(shí)，不能安置一次儀器即可測得兩點(diǎn)間的高差。這時(shí)需要在兩點(diǎn)間加設(shè)若干個立尺點(diǎn)，分段設(shè)站，連續(xù)進(jìn)行觀測。加設(shè)的這些立尺點(diǎn)并不需要測定其高程，它們只起傳遞高程的作用，故稱之為轉(zhuǎn)點(diǎn)，用TP（TurningPoint）表示。轉(zhuǎn)點(diǎn)上需放置尺墊。水準(zhǔn)測量已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA的高程HA＝19.153m，現(xiàn)欲測定B點(diǎn)的高程HB，由于A、B兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，需分段設(shè)站進(jìn)行測量，具體施測步驟如下。HAHBhAB大地水準(zhǔn)面AB水準(zhǔn)測量AHABHBhAB大地水準(zhǔn)面TP1Ⅰh1后視點(diǎn)前視點(diǎn)進(jìn)行方向1.2711.632測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)+-19.153已知1BMATP11.6321.2710.36119.514水準(zhǔn)測量AHABHBhAB大地水準(zhǔn)面TP11h1后視點(diǎn)前視點(diǎn)進(jìn)行方向2水準(zhǔn)測量AHABHBhAB大地水準(zhǔn)面TP11h1后視點(diǎn)前視點(diǎn)進(jìn)行方向0.95221.862測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)+-1BMA1.6320.36119.153已知TP11.27119.5142TP11.8620.91020.424TP20.952水準(zhǔn)測量測站點(diǎn)號水準(zhǔn)尺讀數(shù)（m）高差高程(m)備注后視前視＋－1BM.A1.6320.36119.153TP.11.27119.5142TP.11.8620.910TP.20.95220.4243TP.21.3460.094TP.31.25220.5184TP.30.9310.547TP.41.47819.9715TP.40.8360.389B1.22519.582計(jì)算檢核6.6076.1781.3650.936a－

b＝＋0.429h＝＋0.429HB－HA＝＋0.429校核∑a=∑b=∑a

－∑b

=

∑h=

高程高差前視讀數(shù)后視讀數(shù)測點(diǎn)測站BM1TP111BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.828－0.0663.3252.814+0.511+0.511水準(zhǔn)測量注意事項(xiàng)：架儀器要注意前后視距大致相等；儀器不能架在路中央；尺墊只在轉(zhuǎn)點(diǎn)處使用；讀數(shù)前要精平；后視完畢轉(zhuǎn)向前視，一定要重新精平再讀數(shù)，（但切記不能動腳螺旋）；視線要小于100米。水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算測站校核：在一個測站上觀測兩次高差，兩次高差不符值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。方法有變儀器高法和雙面尺法。線路校核：把已知高程點(diǎn)和待測點(diǎn)布設(shè)成路線，線路觀測高差和理論高差不符值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。線路方式主要有閉合水準(zhǔn)路線、附合水準(zhǔn)路線、往返水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)測量計(jì)算高差閉合差(closingerror)公式：對于閉合水準(zhǔn)路線，有：對于附合水準(zhǔn)路線，有：對于支水準(zhǔn)路線，有：水準(zhǔn)測量高差閉合差的容許值（tolerance）對于普通水準(zhǔn)測量：式中，fh容——高差閉合差限差，單位：mm；

L——水準(zhǔn)路線長度，單位：km；

n——測站數(shù)。水準(zhǔn)測量下圖是一附合水準(zhǔn)路線等外水準(zhǔn)測量示意圖，A、B為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，HA＝6.543m，HB＝9.578m，1、2、3為待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)。h1＝＋1.331mh2＝＋1.813mh3＝－1.424mh4＝＋1.340mL1＝0.60kmL＝2.0kmL＝1.6kmL4＝2.05km13BMBBMA2水準(zhǔn)測量原始數(shù)據(jù)填表點(diǎn)號路線長度觀測高差高差改正數(shù)改正后高差高程備注L/kmhi/mvhi/mHi’/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060計(jì)算檢核高差閉合差的計(jì)算：高差閉合差的計(jì)算和調(diào)整計(jì)算各點(diǎn)改正后的高差計(jì)算各點(diǎn)改正后的高差水準(zhǔn)測量輔助計(jì)算填表點(diǎn)號路線長度觀測高差高差改正數(shù)改正后高差高程備注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060計(jì)算檢核水準(zhǔn)測量高差改正數(shù)計(jì)算填表點(diǎn)號路線長度觀測高差高差改正數(shù)改正后高差高程備注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060計(jì)算檢核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025水準(zhǔn)測量高差改正數(shù)計(jì)算填表點(diǎn)號路線長度觀測高差高差改正數(shù)改正后高差高程備注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060計(jì)算檢核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.035水準(zhǔn)測量高差改正數(shù)計(jì)算填表點(diǎn)號路線長度觀測高差高差改正數(shù)改正后高差高程備注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060計(jì)算檢核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.0357.8729.6778.246水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正CCLLL′L′VV水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的幾何條件圓水準(zhǔn)器軸L′L′應(yīng)平行于儀器的豎軸VV；十字絲的中絲應(yīng)垂直于儀器的豎軸VV；水準(zhǔn)管軸LL應(yīng)平行于視準(zhǔn)軸CC。圓水準(zhǔn)器的檢校檢驗(yàn)方法：轉(zhuǎn)動三個腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，然后將望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)180°，如果仍然居中，說明滿足此條件。如果氣泡偏離中央位置，則需校正。水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正圓水準(zhǔn)器的檢校校正方法：轉(zhuǎn)動腳螺旋，使氣泡向中間移動偏離量的一半，然后用改正針校正氣泡，使其居中。水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正十字絲的檢校檢驗(yàn)方法：整平儀器，瞄準(zhǔn)墻上的固定點(diǎn)，水平微動，固定點(diǎn)是否離開十字絲橫絲。如果偏離十字絲橫絲，則需校正。MMM水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正i角的檢驗(yàn)檢驗(yàn)方法：在比較平坦的地面上，相距約80m左右的地方打兩個木樁或放兩個尺墊作為固定點(diǎn)A和B。檢驗(yàn)時(shí)先將水準(zhǔn)儀安置在距兩點(diǎn)等距離處，在符合氣泡居中的情況下，分別讀取A、B點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺的讀數(shù)a1和b1，求得高差h1=a1-b1。（h1不含有該項(xiàng)誤差的影響）a1b1x1x1iiABC水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正i角的檢驗(yàn)檢驗(yàn)方法將儀器搬至B點(diǎn)附近（相距約3米處），在符合氣泡居中的情況下，對遠(yuǎn)尺A和近尺B，分別讀得讀數(shù)a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2。若h2=h1，說明儀器的水準(zhǔn)管平行于視準(zhǔn)軸，無需校正。若h2h1，則計(jì)算如果i角大于20″，則需要進(jìn)行校正。ABia2b2a2′xD水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正

i角的檢驗(yàn)校正方法算出遠(yuǎn)尺的正確讀數(shù)a2′，a2′=h1+b2。轉(zhuǎn)動微傾螺旋，令遠(yuǎn)尺A上讀數(shù)恰為a2′，此時(shí)視線已水平，而符合氣泡不居中，用校正針撥動水準(zhǔn)管上、下兩校正螺絲，使氣泡居中，這時(shí)水準(zhǔn)管軸就平行于視準(zhǔn)軸。(1)儀器誤差：水準(zhǔn)儀在使用前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，但由于檢驗(yàn)不完善或其他方面的影響，使儀器存在殘差。例如水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行的殘余誤差，可采用等距離觀測可以消除。此外水準(zhǔn)尺誤差如尺長、彎曲、零點(diǎn)誤差等，可采用采用前后視交替放置尺子，湊成偶數(shù)站等方法加以消除。(2)觀測誤差：水準(zhǔn)管氣泡的居中誤差：水準(zhǔn)管居中誤差主要與水準(zhǔn)管分劃值及人眼的分辨率有關(guān)。實(shí)踐證明一般人判斷氣泡居中誤差約為±0.15τ，采用符合水準(zhǔn)器后，居中精度約提高一倍即：±0.15τ/2，引起的讀數(shù)誤差為：例如：τ″=20″，D=100米時(shí)，則：水準(zhǔn)測量誤差與注意事項(xiàng)水準(zhǔn)測量誤差與注意事項(xiàng)(3)觀測誤差估讀水準(zhǔn)尺的誤差：估讀