測量員學(xué)習(xí)材料課件

123八月2023本章摘要

本章主要介紹水準測量原理、水準儀的基本構(gòu)造和使用、水準測量的實施方法和成果計算、檢核等內(nèi)容。101八月2023本章摘要223八月2023測定地面點高程的工作稱為高程測量。按使用儀器和施測方法的不同，高程測量分為水準測量是精密測量地面點高程最主要的方法。201八月2023測定地面點高程的工作稱為高程測量。水準323八月2023§2.1水準測量原理圖示圖2-1，A、B兩點高差為：hAB=a-b(2-1)hAB=a-b圖2-1中，A為已知高程點，B為待測高程點，a為后視讀數(shù)，b為前視讀數(shù)。hAB可正可負。當(dāng)a>b時，hAB為正，B點高于A點；當(dāng)a<b時hAB為負，即B點低于A點。注意h的下標(biāo)。若已知A點高程為HA，則B點高程為：HB=HA+hAB=HA+(a-b)(2-2)HB=HA+hAB=HA+(a-b)B點高程還可通過儀器的視線高程Hi計算：Hi=HA+aHB=Hi-b(2-3)(2-2式)稱高差法(2-3)式稱儀高法301八月2023§2.1水準測量原理圖示圖423八月2023§2.2水準儀和水準尺DS3型水準儀，進行水準測量每千米往、返測高差精度可達±3mm.其主要由望遠鏡、水準器和基座三部分構(gòu)成。2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造401八月2023§2.2水準儀和水準尺DS523八月2023望遠鏡主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構(gòu)成。2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造1、望遠鏡501八月2023望遠鏡主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字623八月20232、水準器水準器是用來標(biāo)志視準軸是否水平或儀器豎軸是否鉛垂的裝置。⑴管水準器(水準管)——用來指示視準軸是否水平水準管圓弧中點O稱為水準管零點。過零點與內(nèi)壁圓弧的直線LL，稱為水準管軸。當(dāng)水準管氣泡中心與零點重合時，稱氣泡居中，此時水準管軸處于水平位置；若氣泡不居中，則水準管軸處于傾斜位置。水準管零點水準管軸氣泡居中2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造601八月20232、水準器水準器是用來標(biāo)志視準軸是否水723八月20232、水準器⑴管水準器水準管2mm的弧長所對應(yīng)的圓心角τ稱為水準管分劃值。(2-4)R——水準管圓弧半徑，mmρ——206265″DS3型水準管分劃值為20″/2mm水準管分劃值2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造符合水準器(提高氣泡居中精度)701八月20232、水準器⑴管水準器水準管2mm的弧長823八月20232、水準器⑵圓水準器——用來指示豎軸是否豎直。球面中央圓圈，圓圈的圓心稱為水準器零點。過零點的球面法線，稱為圓水準軸，當(dāng)圓水準器氣泡居中時，圓水準軸處于豎直位置。圓水準器分劃值是指通過零點的任意一個縱斷面上，氣泡中心偏離2mm的弧長所對圓心角的大小。DS3水準儀圓水準器分劃值一般為8′～10′/2mm，故只用于儀器的概略整平。2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造801八月20232、水準器⑵圓水準器——用來指示豎軸是923八月20233、基座主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成?；糜谥С袃x器的上部并通過連接螺旋使儀器與三腳架相連。調(diào)節(jié)基座上的三個腳螺旋可使圓水準器氣泡居中。軸座腳螺旋連接板2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造901八月20233、基座主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成1023八月20231、水準尺塔尺——由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長3m或5米，接頭處存在誤差，多用于精度較低的水準測量中。2、尺墊2.2.2水準尺和尺墊雙面尺(直尺或板尺)；黑面尺(基本分劃)、紅面尺(輔助分劃)；常數(shù)K1=4.687m，K2=4.787m。用于三、四等精度以下的水準測量中。1001八月20231、水準尺塔尺——由兩節(jié)或三節(jié)套接而1123八月20231、安置水準儀2、粗略整平——目的使儀器豎軸大致鉛直，視準軸粗略水平。動畫3、瞄準水準尺視差——消除視差的方法2.2.3水準儀的使用1101八月20231、安置水準儀2、粗略整平——目的使1223八月20234、精確整平——使視準軸處于精確水平位置5、讀數(shù)0.5cm/格2.2.3水準儀的使用1201八月20234、精確整平——使視準軸處于精確水平1323八月20232.2.3水準儀的使用1301八月20232.2.3水準儀的使用1423八月2023§2.3水準測量方法用水準測量方法測定的高程控制點稱為水準點(記為BM.(BenchMark))國家水準點分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設(shè)永久性標(biāo)石標(biāo)志。圖根水準點和施工測量水準點常采用臨時性標(biāo)志。二、三等2.3.1水準點1401八月2023§2.3水準測量方法用水1523八月2023圖2-15轉(zhuǎn)點(TuringPoint)：每站之間的立尺點，僅起高程傳遞作用，稱為轉(zhuǎn)點，簡寫為TP。測站：安置儀器的位置稱為測站。2.3.2水準測量的實施1501八月2023圖2-152.3.2水準測量的實1623八月2023每一測站可測得前、后視兩點間的高差，即： h1=a1-b1

h2=a2-b2 ……

hn=an-bn各式相加，得：

hAB=Σh=Σa-ΣbB點高程為：HB=HA+Σh (2-5)hAB=Σh=Σa-ΣbHB=HA+Σh2.3.2水準測量的實施1601八月2023每一測站可測得前、后視兩點間的高差，1723八月20232.3.2水準測量的實施ab1.3460.9790.3851.2591.2780.7120.6530.5661.8640.5470.7121.2114.5544.1214.1210.4330.43354.63954.2060.433HB=54.206+0.433=54.6391701八月20232.3.2水準測量的實施ab1.1823八月20231、測站檢核⑴變動儀高法——是在同一個測站上用兩次不同的儀器高度(>10cm)，測得兩次高差以相互比較進行檢核。兩次所測高差之差不超過容許值(等外水準測量容許值為6mm)。否則必須重測。⑵雙面尺法——是儀器的高度不變，而前視和后視上的水準尺分別用黑和紅面各進行一次讀數(shù)，測得兩次高差，相互進行檢核。若同一水準尺紅面與黑面讀數(shù)(加常數(shù)后)之差，不超過3mm；且兩次高差之差，又未超過5mm,則取其平均值作為該測站的觀測高差。否則，需要檢查原因，重新觀測。2.3.3水準測量檢核紅黑面零點差相差100mm，兩個高差也應(yīng)相差l00mm，應(yīng)在紅面高差中加或減100mm后再與黑面高差比較。每次讀數(shù)時均應(yīng)使符合水準氣泡嚴密吻合，每個轉(zhuǎn)點均應(yīng)安放尺墊，但所有已知水準點和待求高程點上不能放置尺墊。1801八月20231、測站檢核⑴變動儀高法——是在同一1923八月20232、成果檢核⑴符合水準路線檢核條件為高差閉合差fh=Σh測-(H終-H始) ⑵閉合水準路線檢核條件為高差閉合差fh=Σh測⑶支水準路線高差閉合差

fh=Σh往+Σh返

(2-8)fh=Σh往+Σh返2.3.3水準測量檢核1901八月20232、成果檢核⑴符合水準路線檢核條件為2023八月20232、成果檢核高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測量誤差，故閉合差的數(shù)值應(yīng)該在容許范圍內(nèi)，否則應(yīng)檢查原因，返工重測。圖根水準測量高差閉合差容許值為：平地山地(2-9)四等水準測量高差閉合差容許值為：平地山地(2-10)式中：L為水準路線總長(km)；n為測站數(shù)2.3.3水準測量檢核2001八月20232、成果檢核高差閉合差是各種因素產(chǎn)生2123八月2023§2.4水準測量成果計算⑴高差閉合差的計算由式(2-6)：fh=Σh測-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及圖根水準精度計算閉合差容許差為：fh容=±12n1/2=±12×241/2=±58mm|fh|<|fh容|，符合圖根水準測量技術(shù)要求。

fh=Σh測-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm2.4.1附合水準路線測量成果計算2101八月2023§2.4水準測量成果計算2223八月2023⑵閉合差調(diào)整閉合差的調(diào)整是按與距離或與測站數(shù)成正比例反符號分配到各測段高差中。第i測段高差改正數(shù)按下式計算：式中：n——路線總測站數(shù)；ni——第i段測站數(shù)；

L——路線總長；Di——第i段距離。由式(2-11)算出第一段(A～1)的改正數(shù)為：(2-11)或(2-12)其他各測段改正數(shù)按式(2-11)算出后列入表2-2中。改正數(shù)的總和與高差閉合差大小相等符號相反。每測段實測高差加相應(yīng)的改正數(shù)便得到改正后的高差。2.4.1附合水準路線測量成果計算2201八月2023⑵閉合差調(diào)整式中：n——路線總測站數(shù)2323八月2023⑶計算各點高程用改正后的高差，由已知水準點A開始，逐點算出各點高程，列入表2-2中。由計算得到的B點高程應(yīng)與B點的已知高程相等，以此作為計算檢核。

總測站數(shù)實測高差高差閉合差閉合差容許按2-11、2-12計算調(diào)整值實測高差加改正數(shù)A點已知高程B點已知高程42.365+改正后高差2301八月2023⑶計算各點高程

總測站數(shù)實測高差高2423八月2023閉合水準路線高差閉合差按式(2-7)計算，若閉合差在容許值范圍內(nèi)，按上述附合水準路線相同的方法調(diào)整閉合差，并計算高程。2.4.2閉合水準路線測量成果計算2401八月2023閉合水準路線高差閉合差按式(2-7)2523八月2023§2.5微傾式水準儀的檢驗與校正各軸線間應(yīng)滿足的幾何條件是:①圓水準器l軸平行儀器豎軸；②十字絲橫絲垂直儀器豎軸；③水準管軸平行視準軸。四條主要軸線:視準軸CC、水準管軸LL、圓水準器軸L′L′儀器豎軸VV水準儀之所以能提供一條水準路線，取決于儀器本身的構(gòu)造特點，主要表現(xiàn)在軸線間應(yīng)滿足的幾何條件：2501八月2023§2.5微傾式水準儀的檢2623八月2023⑴檢驗2.5.1圓水準器軸平行儀器豎軸的檢驗校正2601八月2023⑴檢驗2.5.1圓水準器軸平行儀2723八月2023⑵校正2.5.1圓水準器軸平行儀器豎軸的檢驗校正2701八月2023⑵校正2.5.1圓水準器軸平行儀2823八月2023⑴檢驗2.5.2十字絲橫絲垂直儀器豎軸的檢驗與校正2801八月2023⑴檢驗2.5.2十字絲橫絲垂直儀2923八月2023⑵校正改正偏移量的一半。2.5.2十字絲橫絲垂直儀器豎軸的檢驗與校正2901八月2023⑵校正2.5.2十字絲橫絲垂直儀3023八月2023⑴檢驗在高差不大的地面上選擇相距80m左右的A、B兩點…實測的b’與計算得到的b’0應(yīng)相等，則表明水準管平行視準軸否則，兩軸不平行，其夾角為：b0’=a’+hAB(2-13)(2-14)DS3水準儀的i角不得大于20″，否則應(yīng)校正。將儀器搬至距A點2～3m的Ⅱ處，……B點尺上水平視線的正確讀數(shù)為：b’正確讀數(shù)2.5.3水準管軸平行視準軸的檢驗與校正3001八月2023⑴檢驗在高差不大的地面上選擇相距803123八月2023⑵校正儀器仍處在Ⅱ處，調(diào)節(jié)微傾螺旋，使中絲在B尺上的讀數(shù)移到b0’,這時視準軸處于水平位置，但水準管氣泡不居中(符合氣泡不吻合)?！?.5.3水準管軸平行視準軸的檢驗與校正3101八月2023⑵校正儀器仍處在Ⅱ處，調(diào)節(jié)微傾螺旋，3223八月2023§2.6水準測量誤差及其消減方法水準測量的誤差 包括水準儀本身的⑴儀器誤差、人為的⑵觀測誤差以及⑶外界條件的影響三個方面。3201八月2023§2.6水準測量誤差及其3323八月2023⑴儀器校正后的殘余誤差水準儀經(jīng)過校正后，不可能絕對滿足水準管軸平行視準軸的條件，因而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。這種誤差的影響與距離成正比，只要觀測時注意使前、后視距離相等，便可消除或減弱此項誤差的影響。⑵水準尺誤差包括水準尺長度變化、刻劃誤差和零點誤差等。精密水準測量應(yīng)對水準尺進行檢定，并對讀數(shù)進行尺長誤差改正。零點誤差在成對使用水準尺時，可采取設(shè)置偶數(shù)測站的方法來消除；也可在前、后視中使用同一根水準尺來消除。2.6.1儀器誤差3301八月2023⑴儀器校正后的殘余誤差水準儀經(jīng)過校正3423八月2023⑴水準管氣泡對中誤差水準管氣泡居中誤差一般為±0.15τ″。符合水準器，氣泡居中精度可提高一倍。由氣泡居中誤差引起的讀數(shù)誤差為：⑵讀數(shù)誤差——估讀毫米數(shù)的誤差，與人眼分辨能力、望遠鏡放大率以及視線長度有關(guān)。按下式計算：式中：V——望遠鏡放大率；D——視線長；60″——人眼能分辨的最小角度；ρ——206265″；τ——水準管分劃值。(2-15)(2-16)為保證讀數(shù)精度，各等水準測量對望遠鏡放大率和最大視線長有相應(yīng)規(guī)定。2.6.2觀測誤差3401八月2023⑴水準管氣泡對中誤差水準管氣泡居中誤3523八月2023⑶視差影響——視差對水準尺讀數(shù)會產(chǎn)生較大誤差。應(yīng)仔細調(diào)焦，避免出現(xiàn)視差。⑷水準尺傾斜——誤差水準尺傾斜會使讀數(shù)增大，其誤差大小與尺傾斜的角度和在尺上的讀數(shù)大小有關(guān)。2.6.2觀測誤差3501八月2023⑶視差影響——視差對水準尺讀數(shù)會產(chǎn)生3623八月2023⑴儀器下沉選擇堅實的地面作測站，并將腳架踏實。用雙面尺法進行測站檢核時，采用“后、前、前、后”的觀測程度，可減小其影響。⑵尺墊下沉——水平視線在尺上的讀數(shù)b，理論上應(yīng)改算為相應(yīng)水準面截于水準尺的讀數(shù)b’，兩者的差值c稱為地球曲率差。測量中當(dāng)前、后視距相等時，通過高差計算可消除該影響。⑶地球曲率的影響(2-17)2.6.3外界條件影響

3601八月2023⑴儀器下沉選擇堅實的地面作測站，并將3723八月2023⑷大氣折光影響由于地面上空氣密度不均勻，使I光線發(fā)生折射。因而水準測量中，實際的讀數(shù)不是水平視線的讀數(shù)，而是一向下彎曲視線的讀數(shù)。兩者之差稱為大氣折光差，用γ表示。在穩(wěn)定的氣象條件下，大氣折光差約為地球曲率差的1/7，即：⑸溫度的影響(2-18)此項誤差可用前、后視距相等的方法來消除。地球曲率差和大氣折光差是同時存在的兩者對讀數(shù)的共同影響可用下式計算：(2-19)2.6.3外界條件影響

3701八月2023⑷大氣折光影響由于地面上空氣密度不均3823八月2023§2.7精密水準儀和水準尺精密水準儀主要用于高等級高程控制測量和精密工程測量中，例如國家一、二等精密水準測量、高層建筑物沉降觀測、大型精密設(shè)備安裝等測量工作。3801八月2023§2.7精密水準儀和水準3923八月2023精密水準儀的特點：水準管分劃值較小，一般設(shè)計為10?/2mm；望遠鏡亮度好，放大率較大，不小于40倍；儀器整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度變化的影響??；為了提高讀數(shù)精度，精密水準儀上還設(shè)有光學(xué)測微器讀數(shù)系統(tǒng)。2.7.1精密水準儀構(gòu)造特點及讀數(shù)原理3901八月2023精密水準儀的特點：2.7.1精密4023八月2023精密水準儀必須配有精密水準尺。這種水準尺一般是在木質(zhì)尺身的槽內(nèi)，引張一根因瓦合金帶。在帶上標(biāo)有刻劃，數(shù)字注在木尺上。1.97m1.54mm1.97154/2=0.98577m1.48m6.50mm1.48650m基本分劃，分劃值1cm輔助分劃，分劃值1cm2.7.2精密水準尺及讀數(shù)方法4001八月2023精密水準儀必須配有精密水準尺。這種水4123八月2023§2.8自動安平水準儀和激光掃平儀4101八月2023§2.8自動安平水準儀和4223八月2023用自動補償器代替水準管，只需將水準儀上的圓水準器氣泡居中，便可通過中絲讀到水平視線在水準尺