工程測量 水準(zhǔn)測量

工程測量水準(zhǔn)測量第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四3第二章水準(zhǔn)測量2.1水準(zhǔn)測量原理2.2水準(zhǔn)儀測量的儀器和工具2.3普通水準(zhǔn)測量及成果整理2.4水準(zhǔn)儀的檢驗與校正2.5水準(zhǔn)測量的誤差及注意事項第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.1水準(zhǔn)測量原理4水準(zhǔn)測量是測出兩點間的高差。即在兩個點上分別豎立水準(zhǔn)尺，利用水準(zhǔn)測量的儀器提供的一條水平視線，瞄準(zhǔn)并在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)，從而求得兩點間的高差。前進方向水平視線大地水準(zhǔn)面HiHAHBAB后視尺前視尺bhab第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.1水準(zhǔn)測量原理5

如圖，已知HA，求HB？（1）高差法：根據(jù)水準(zhǔn)儀提供的水平視線在A點水準(zhǔn)尺上讀數(shù)為a（后視讀數(shù)），B點水準(zhǔn)尺上讀數(shù)為b（前視讀數(shù)），則

hAB=a-b

HB=HA+hAB

=HA+(a-b)

在計算高差hAB時，一定要注意hAB的下標(biāo)：hAB表示A點至B點的高差。第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.1水準(zhǔn)測量原理6（2）視線高法：B點高程也可以通過水準(zhǔn)儀視線高程Hi（也稱為儀器高程）來計算即Hi=HA+a

則HB=(HA+a)-b=Hi-b前進方向水平視線大地水準(zhǔn)面HiHAHBAB后視尺前視尺bhab第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.1水準(zhǔn)測量原理7轉(zhuǎn)點：如果兩點間高差較大或相距較遠，僅安置一次儀器不能測得它們的高差，這時需要加設(shè)若干個臨時的立尺點，作為傳遞高程的臨時點。BMA

BMB

TP2TP3TP4前進方向TP1第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.1水準(zhǔn)測量原理8

連續(xù)水準(zhǔn)測量：依次連續(xù)地在兩個立尺點中間安置水準(zhǔn)儀來測定相鄰各點間高差，最后取各個測站高差的代數(shù)和，即求得兩點間的高差值。hAB=∑h=h1+h2

+

…

=(a1－

b1)+(a2－

b2)+…=∑a－∑b過A點的水準(zhǔn)面TP1TP2TP3第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.2水準(zhǔn)測量的儀器和工具9水準(zhǔn)儀：

提供一條水平視線，并能照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、讀數(shù)水準(zhǔn)尺：用于讀取刻度一般使用黑紅雙面水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺一般成對使用尺墊：防止水準(zhǔn)尺下沉和變位頂端球面的切面放置水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)測量的儀器和工具：第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四10第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四為水準(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

、DS10一、水準(zhǔn)儀D——大地測量儀器；S——水準(zhǔn)儀；XX——精度。即：一公里往返測高差中數(shù)中誤差（毫米）。11第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四DS3型水準(zhǔn)儀望遠鏡水準(zhǔn)器基座水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)：12第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四123456789101113水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四14蘇一光EL20電子水準(zhǔn)儀索佳C330型自動安平水準(zhǔn)儀第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1、望遠鏡物鏡調(diào)焦透鏡十字絲分劃板目鏡15視準(zhǔn)軸十字絲分劃板中絲豎絲上絲下絲視距絲第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四16視準(zhǔn)軸：十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。物鏡的作用：把目標(biāo)成象（拉近）。目鏡的作用：把十字絲（和目標(biāo)象）放大。十字絲固定不動。為了讓儀器適用于不同視力的人，目鏡可以前后調(diào)節(jié)，稱為目鏡調(diào)焦。調(diào)焦透鏡的作用：使遠近不同的目標(biāo)都能成象于十字絲面上。移動調(diào)焦鏡稱為物鏡調(diào)焦。視差：如果目標(biāo)象沒有落在十字絲面上，則當(dāng)觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到目標(biāo)象與十字絲之間有相對錯動。這種現(xiàn)象稱為視差。視差影響瞄準(zhǔn)的精度。物鏡調(diào)焦可以消除視差。第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2、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)器長水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器長水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)軸水準(zhǔn)軸17第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)管軸圓水準(zhǔn)器校正螺旋圓水準(zhǔn)器的作用：粗略整平分劃值：8′~10′/2mm氣泡液體18第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四長水準(zhǔn)管長水準(zhǔn)管的作用：精確整平分劃值：20″/2mm長水準(zhǔn)管軸19第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四符合水準(zhǔn)器20第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四21第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四二、水準(zhǔn)尺黑面起點0.000和0.000米紅面起點4.687和4.787米22第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、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)23第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四安置：安置三腳架和水準(zhǔn)儀三、水準(zhǔn)儀的使用24第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2、粗平：使圓水準(zhǔn)器氣泡居中132312氣泡移動方向與左手大拇指移動方向一致25左手拇指法則第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四3、照準(zhǔn)：目鏡對光、粗瞄、物鏡對光、精瞄和消除視差缺口準(zhǔn)星水平微動螺旋水平制動螺旋對光螺旋目鏡調(diào)節(jié)螺旋26第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四27視差：由于物鏡調(diào)焦螺旋調(diào)焦不完善，使目標(biāo)成像與十字絲分劃板平面之間有相對移動。消除視差的方法：先進行目鏡調(diào)焦，使十字絲十分清晰；再瞄準(zhǔn)目標(biāo)進行物鏡調(diào)焦，使目標(biāo)十分清晰，使目標(biāo)與十字絲平面之間沒有相對移動。第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四4、精平：使長水準(zhǔn)管氣泡居中微傾螺旋28第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四5、讀數(shù)：用中絲讀數(shù)0.713(m)寫作：0713(mm)29第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四30水準(zhǔn)測量的瞄準(zhǔn)和讀數(shù)上絲：0789中絲：0735下絲：0682第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.3普通水準(zhǔn)測量及成果整理1、水準(zhǔn)點水準(zhǔn)點：用水準(zhǔn)測量的方法測定的高程控制點“BM”，分永久性和臨時性。水準(zhǔn)測量：從某一已知高程的水準(zhǔn)點開始，經(jīng)過一定的水準(zhǔn)路線，測定各待定點的高程。點之記：水準(zhǔn)點應(yīng)進行編號，并繪出水準(zhǔn)點與附近固定建筑物或其它明顯地物關(guān)系的點位草圖，作為水準(zhǔn)測量的成果一并保存。31第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四32第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四33第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四34

2、水準(zhǔn)測量的等級一、二等水準(zhǔn)測量——科學(xué)研究、提供高程起算數(shù)據(jù)三、四等水準(zhǔn)測量——工程建設(shè)、提供高程起算數(shù)據(jù)等外水準(zhǔn)測量（普通水準(zhǔn)、圖根水準(zhǔn)測量）——工程建設(shè)、測圖等。精度由高到低第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)測量——測出一系列的高程點?；靖拍睿簻y站、轉(zhuǎn)點3、水準(zhǔn)測量的實施第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四∑hAB大地水準(zhǔn)面HB=?ＨA連續(xù)水準(zhǔn)測量hAB=

∑h=h1+h2

+

…

=(a1－

b1)+(a2－

b2)+…=∑a－∑bHB=HA

+hAB第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)測量的外業(yè)記錄BM1TP1測站測點后視讀數(shù)前視讀數(shù)高差高程

校核∑a=∑b=∑a

－∑b

=

∑h=11BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.828－0.0663.3252.814+0.511+0.51119.942第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四38BMA

BMB

TP2TP3TP4前進方向TP1已知HA＝19.153m，欲測定B點高程？步驟如下：(1)觀測者在測站處安置水準(zhǔn)儀，在BM.A和TP.1點立尺，TP.1安放尺墊，依次瞄準(zhǔn)、精平、讀數(shù)，1632和1271mm。并計算該站高差為+0.361m第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四39(2)水準(zhǔn)儀搬遷至測站2，轉(zhuǎn)點TP.1上的尺墊保持不動，水準(zhǔn)尺轉(zhuǎn)向儀器方向，在轉(zhuǎn)點TP.2安放尺墊并立尺，讀數(shù)為1.862m和0.952m，計算高差為+0.910m，按上法依次連續(xù)進行水準(zhǔn)測量，直至測到B點為為止。BMA

BMB

TP2TP3TP4前進方向TP1第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四40測站點號水準(zhǔn)尺讀數(shù)(m)高差(m)高程(m)備注后視前視+-1BM.A1.63219.153

已知TP.11.2712TP.11.862

TP.20.952

3TP.21.346TP.31.252

4TP.30.931

TP.41.478

5TP.40.836B1.225

計算檢核∑6.6076.1781.3650.936∑a-∑b=+0.429∑h=+0.429普通水準(zhǔn)測量記錄手簿0.3610.9100.0940.5470.38919.51420.42420.51819.97119.582第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四41對于每一測站而言，為了校核每次水準(zhǔn)尺讀數(shù)有無差錯，可采用改變儀器高的方法或雙面尺法進行檢核。兩次測得高差的差值在±6mm以內(nèi)時，則取兩次高差平均值作為該站測得的高差值。第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四hABAB大地水準(zhǔn)面HB=?ＨA∑h≠

hAB第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四43線路校核：把已知高程點和待測點布設(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、支水準(zhǔn)路線第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)路線布設(shè)形式閉合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線單一水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)網(wǎng)高差閉合差：實測高差與其理論值之差應(yīng)該為0，但由于測量中不可避免帶有誤差，使得觀測所得高差與理論高差不相等，其差值稱為高差閉合差第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)路線布設(shè)形式1、閉合水準(zhǔn)路線BM0?h=h測第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)路線布設(shè)形式2、附合水準(zhǔn)路線BM1BM2?h=h測-（H終-H始)第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)路線布設(shè)形式3、支水準(zhǔn)路線BM0?h=h往+h返第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)路線布設(shè)形式4、水準(zhǔn)網(wǎng)BM3BM1BM2結(jié)點第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四普通水準(zhǔn)測量線路閉合差允許值：

?h允=±40√Lmm（平坦地區(qū)）

L—路線長度，km?h允=±12√nmm（丘陵地區(qū)）

n—測站數(shù)第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四504、水準(zhǔn)測量成果整理計算步驟：

(1)高差閉合差的計算

(2)高差閉合差檢驗

(3)閉合差分配：計算每公里（或每站）高差改正數(shù)計算測段高差改正數(shù)

(4)計算改正后高差

(5)計算各點高程第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四511.高差閉合差的計算

①支水準(zhǔn)路線②閉合水準(zhǔn)路線③附合水準(zhǔn)路線2.高差閉合差的檢驗閉合差允許值：

?h允=±40√Lmm（平坦地區(qū)）

?h允=±12√nmm（丘陵地區(qū)）fh=∑h測fh=h往+h返fh=∑h測－（H終－H始）第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四4、計算改正后高差5、計算各點的高程

——線路總長；L

i——第i段長度（i=1、2、3、……）

——測站總數(shù)；n

i——為第i測段測站數(shù)。vi

——各測段高差改正3、閉合差分配滿足?hfh允計算高差改正數(shù)

注：v與?h

大小相等，符號相反。52第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四例1：水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計算BM1BM2AB2+0.5114+2.7914－1.632點號站數(shù)觀測值改正數(shù)改正后高差高程∑＋0.004＋0.008＋0.008＋0.515＋2.799－1.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM2244＋0.511＋2.791－1.63210＋1.670＋0.020＋1.690fh=1.670－(21.121－19.431)=－20(mm)fh允=±31(mm)53第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

例：已知水準(zhǔn)點BM1的高程H始=21.453m，BM2點的高程H終=25.006m，求各點平差后高程。123n1=5h1=3.748n2=10h2=-12.365n3=6h3=11.430n4=4h4=0.715BM1BM2例2：水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計算54第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四（1）高差閉合差的計算fh=h測-（H終-H始）

=3.528-（25.006-21.453）=-0.025mfh允=12n=60mm，合格。（2）高差閉合差的調(diào)整vi=-fh×ni/∑nv1=0.005v2=0.010v3=0.006v4=0.004檢核計算：v

i=-fh55第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四（3）計算各點改正后的高差HBM1=21.453mH1=HBM1+h1′

=25.206mH2=H1+h2′

=12.851mH3=H2+h3′

=24.287mHBM2=H3+h4

′

=25.006m=已知高程

h1′=h1+v1h2′=

h2+v2h3′=

h3+v3h4

′=

h4+v4（4）計算各點的高程56第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2.4水準(zhǔn)儀的檢驗與校正571.水準(zhǔn)儀軸線及其應(yīng)滿足的幾何條件(1)四條軸線

視準(zhǔn)軸CC

水準(zhǔn)管軸LL

圓水準(zhǔn)軸L'L'

豎軸VV(2)應(yīng)滿足的三個條件

L'L'//VV

橫絲⊥VVLL//CC(主要條件)CCLLVVL'L'第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四一、圓水準(zhǔn)器的檢校檢校目的：當(dāng)圓水準(zhǔn)管氣泡居中時，儀器的豎軸基本上處于鉛垂位置。

L'L'∥VV?檢驗方法：轉(zhuǎn)動三個腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，然后將望遠鏡旋轉(zhuǎn)180o，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。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。58第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四檢校原理59第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四二、望遠鏡十字絲橫絲的檢校檢校目的：當(dāng)儀器的豎軸處于鉛垂位置時，橫絲應(yīng)處于水平位置。橫絲⊥豎軸VV？檢驗方法：整平儀器，瞄準(zhǔn)墻上的固定點，水平微動，固定點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)。60第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、長水準(zhǔn)管的檢校檢驗方法：（1）在比較平坦的地面上，相距約40~60m左右的地方打兩個木樁或放兩個尺墊作為固定點A和B。檢驗時先將水準(zhǔn)儀安置在距兩點等距離處，在符合氣泡居中的情況下，分別讀取A、B點上的水準(zhǔn)尺的讀數(shù)a1和b1，求得高差h1=a1-b1。（h1不含有該項誤差的影響）

（2）將儀器搬至B點附近（相距約3米處），在符合氣泡居中的情況下，對遠尺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，則水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸，h2與h1的差值大于3mm，需要校正。檢校目的：使長水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸，提供水平視線。LL∥CC？61第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四ρ〞

=180÷3.1415926×60×60＝206265〞D1D2h1ABiiiaa1

a2a2′bb1b2x1x2檢驗原理62第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四校正方法:

算出遠尺的正確讀數(shù)a2′，a2′=h1+b2。轉(zhuǎn)動微傾螺旋，令遠尺A上讀數(shù)恰為a2′，此時視線已水平，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，這時水準(zhǔn)管軸就平行于視準(zhǔn)軸。校正方法

松上緊下松下緊上63第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四64水準(zhǔn)管的校正螺絲水準(zhǔn)管的一端第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四儀器誤差觀測誤差外界條件的影響2.5水準(zhǔn)測量的誤差及注意事項65第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四1、儀器誤差儀器校正不完善的誤差

例如殘留i角誤差，測量時使儀器的前后視距相等，即可消除這項誤差。實際工作中要求前后視距差總和盡量的小。調(diào)焦誤差

當(dāng)前后視距相等時，轉(zhuǎn)向時就不需調(diào)焦或只需做少量調(diào)焦，即可減小該誤差.66第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四水準(zhǔn)標(biāo)尺零點不等的誤差水準(zhǔn)尺由于長期使用,其底部受到磨損，產(chǎn)生零點誤差。兩根標(biāo)尺的零點誤差之差，稱為一對標(biāo)尺的零點差。在兩個測站的觀測高差之和中，這種誤差的影響就抵消了。所以，水準(zhǔn)路線的每個測段應(yīng)盡量安排成偶數(shù)站，以減小一對標(biāo)尺零點差的影響。67第67頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四2、觀測誤差整平誤差一般認(rèn)為,利用符合水準(zhǔn)器整平儀器的誤差約為，所以整平誤差引起的讀數(shù)誤差為：

D為水準(zhǔn)儀到標(biāo)尺的距離

所以，觀測時應(yīng)控制視距的長度小于100m，同時應(yīng)注意整平儀器。68第68頁