測(cè)量學(xué)第二章 水準(zhǔn)測(cè)量課件

上一章主要內(nèi)容測(cè)量學(xué)的概念及其任務(wù)基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線投影帶的劃分測(cè)量的基本任務(wù)水準(zhǔn)測(cè)量本章主要內(nèi)容水準(zhǔn)測(cè)量的原理1水準(zhǔn)儀及其使用2普通水準(zhǔn)測(cè)量及其成果整理3水準(zhǔn)測(cè)量誤差分析及其注意事項(xiàng)4絕對(duì)高程大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面相對(duì)高程高差高程的概念水準(zhǔn)測(cè)量的原理水準(zhǔn)測(cè)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(cè)定地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)高程和測(cè)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(cè)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(cè)量的原理?計(jì)算未知點(diǎn)高程高差法視線高法hABABab前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB視線高度水準(zhǔn)儀為水準(zhǔn)測(cè)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)儀?水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)器基座水準(zhǔn)儀?水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)目鏡微傾螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡水平微動(dòng)螺旋水平制動(dòng)螺旋腳螺旋準(zhǔn)星水準(zhǔn)儀?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。圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器軸長(zhǎng)水準(zhǔn)管長(zhǎng)水準(zhǔn)管軸水準(zhǔn)儀?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。分氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm時(shí)豎軸所傾斜的角值，稱為圓水準(zhǔn)器的分劃值。氣泡L′L′水準(zhǔn)儀?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(duì)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。OLL水準(zhǔn)儀?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。改革基座主要由軸座、腳螺旋、底板和三腳壓板構(gòu)成。方法轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，可使圓水準(zhǔn)氣泡居中。水準(zhǔn)尺和尺墊尺墊是由生鐵鑄成。一般為三角形板座，其下方有三個(gè)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）。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(zhǎng)水準(zhǔn)管氣泡居中；讀數(shù)：用中絲讀數(shù)；水準(zhǔn)儀的使用?粗平使圓水準(zhǔn)器氣泡居中b312c312

a13

2氣泡移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。水準(zhǔn)儀的使用?瞄準(zhǔn)目標(biāo)粗瞄、對(duì)光、精瞄和消除視差缺口準(zhǔn)星水平微動(dòng)螺旋水平制動(dòng)螺旋對(duì)光螺旋消除視差水準(zhǔn)儀的使用?精平使長(zhǎng)水準(zhǔn)管氣泡居中微傾螺旋每次讀中絲讀數(shù)前都要精平普通水準(zhǔn)測(cè)量及其成果整理水準(zhǔn)點(diǎn)：我們將用水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)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(guó)家等級(jí)永久性水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)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)路線?閉和水準(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(cè)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?h=h測(cè)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(cè)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(cè)量，以資檢核。BM0?h=h往+h返水準(zhǔn)路線?水準(zhǔn)網(wǎng)若干條單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成網(wǎng)形。BM3BM1BM2結(jié)點(diǎn)通過平差方法求得各待定點(diǎn)的高程水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)BMABDAB＝50mhAB＝＋12.500mAHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000m水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)當(dāng)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)距欲測(cè)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(cè)得兩點(diǎn)間的高差。這時(shí)需要在兩點(diǎn)間加設(shè)若干個(gè)立尺點(diǎn)，分段設(shè)站，連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。加設(shè)的這些立尺點(diǎn)并不需要測(cè)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。水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA的高程HA＝19.153m，現(xiàn)欲測(cè)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(cè)量，具體施測(cè)步驟如下。HAHBhAB大地水準(zhǔn)面AB水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)測(cè)站測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)表2.2普通水準(zhǔn)測(cè)量記錄手簿

測(cè)區(qū)

儀器型號(hào)

觀測(cè)者時(shí)間

年

月

日

天氣

記錄者

水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)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(cè)站測(cè)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(cè)量的外業(yè)AHABHBhAB大地水準(zhǔn)面TP11h1后視點(diǎn)前視點(diǎn)進(jìn)行方向1.2711.6322水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)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(cè)站測(cè)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(cè)量外業(yè)測(cè)站點(diǎn)號(hào)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水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)校核∑a=∑b=∑a

－∑b

=

∑h=

高程高差前視讀數(shù)后視讀數(shù)測(cè)點(diǎn)測(cè)站BM1TP111BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.828－0.0663.3252.814+0.511+0.511水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)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(dòng)腳螺旋）；視線要小于100米。水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算測(cè)站校核：在一個(gè)測(cè)站上觀測(cè)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(cè)點(diǎn)布設(shè)成路線，線路觀測(cè)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(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算計(jì)算高差閉合差(closingerror)公式：故對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線，有：故對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線，有：故對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線，有：水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算高差閉合差的容許值（tolerance）對(duì)于普通水準(zhǔn)測(cè)量：式中，fh容——高差閉合差限差，單位：mm；

L——水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度，單位：km；

n——測(cè)站數(shù)。水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算下圖是一附合水準(zhǔn)路線等外水準(zhǔn)測(cè)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(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算原始數(shù)據(jù)填表點(diǎn)號(hào)路線長(zhǎng)度觀測(cè)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)算檢核水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算高差閉合差的計(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)改正后的高差填表填表填表填表水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算輔助計(jì)算填表返回點(diǎn)號(hào)路線長(zhǎng)度觀測(cè)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(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算高差改正數(shù)計(jì)算填表返回點(diǎn)號(hào)路線長(zhǎng)度觀測(cè)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(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算高差改正數(shù)計(jì)算填表返回點(diǎn)號(hào)路線長(zhǎng)度觀測(cè)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(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算高差改正數(shù)計(jì)算填表點(diǎn)號(hào)路線長(zhǎng)度觀測(cè)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)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算Excel表格實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算Excel表格實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正水準(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

。CCLLL′L′VV水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正?圓水準(zhǔn)器的檢校檢校目的：當(dāng)圓水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，儀器的豎軸基本上處于鉛垂位置L′L′∥VV?水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正?圓水準(zhǔn)器的檢校檢校目的：當(dāng)圓水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，儀器的豎軸基本上處于鉛垂位置L′L′∥VV?檢驗(yàn)方法：轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)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?圓水準(zhǔn)器的檢校校正方法：轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，使氣泡向中間移動(dòng)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?十字絲的檢驗(yàn)檢校目的：當(dāng)儀器的豎軸處于鉛垂位置時(shí)，橫絲應(yīng)處于水平位置。橫絲⊥豎軸VV？水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正?十字絲的檢驗(yàn)檢校目的：當(dāng)儀器的豎軸處于鉛垂位置時(shí)，橫絲應(yīng)處于水平位置。橫絲⊥豎軸VV？檢驗(yàn)方法：整平儀器，瞄準(zhǔn)墻上的固定點(diǎn)，水平微動(dòng)，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?十字絲的檢驗(yàn)檢校目的：當(dāng)儀器的豎軸處于鉛垂位置時(shí)，橫絲應(yīng)處于水平位置。橫絲⊥豎軸VV？檢驗(yàn)方法：整平儀器，瞄準(zhǔn)墻上的固定點(diǎn)，水平微動(dòng)，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。校正方法：撥正十字絲環(huán)。MMM水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正?i角的檢驗(yàn)檢校目的：使長(zhǎng)水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸，提供水平視線。LL∥CC？水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正?i角的檢驗(yàn)檢校目的：使長(zhǎng)水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸，提供水平視線。LL∥CC？檢驗(yàn)方法：

在比較平坦的地面上，相距約40～60m左右的地方打兩個(gè)木樁或放兩個(gè)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)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(duì)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(dòng)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(dòng)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。水準(zhǔn)測(cè)量誤差與注意事項(xiàng)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(cè)可以消除。此外水準(zhǔn)尺誤差如尺長(zhǎng)、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。觀測(cè)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(cè)量誤差與注意事項(xiàng)估讀水準(zhǔn)尺的誤差：估讀毫米數(shù)的誤差與十字絲粗細(xì)、望遠(yuǎn)鏡放大率、視線長(zhǎng)度有關(guān)。一般認(rèn)為在100米內(nèi)。m估=1.2mm。照準(zhǔn)誤差：照準(zhǔn)誤差與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大率、視線長(zhǎng)度有關(guān)。V＝28，D＝100米，則：水準(zhǔn)尺傾斜的影響誤差

：由于扶尺不直引起讀數(shù)變大。其誤差為：Δb=b′-b=b′(1–cosθ),可見與尺上讀數(shù)和傾角有關(guān)，當(dāng)b′=2.5m，θ＝