第3章水準(zhǔn)測量

02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系1第3章水準(zhǔn)測量

§3.1水準(zhǔn)測量原理

§3.2水準(zhǔn)儀及其使用

§3.3自動安平水準(zhǔn)儀及數(shù)字水準(zhǔn)儀

§3.4水準(zhǔn)測量方法

§3.5微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗與校正

§3.6水準(zhǔn)測量的誤差分析及注意事項

02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系2第3章水準(zhǔn)測量測量三項基本工作之一：高程測量高程測量：測量地面上各點高程的工作高程測量有下列幾種方法：

1.幾何水準(zhǔn)測量——是高程測量最主要的方法

2.三角高程測量

3.物理高程測量包括:氣壓高程測量、液體靜力水準(zhǔn)測量

4.GPS高程測量02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系3主要內(nèi)容：

水準(zhǔn)測量原理、水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及使用、水準(zhǔn)測量的施測方法、儀器的檢驗與校正。主要目的：

使學(xué)生了解水準(zhǔn)測量原理、測量工具，掌握地面點位高程測量過程，從而精確求出地面點高程。重點內(nèi)容：

水準(zhǔn)測量原理、施測方法、成果計算。第3章水準(zhǔn)測量02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系4

§

3.1水準(zhǔn)測量原理

原理：利用水準(zhǔn)儀提供的一條水平視線，借助水準(zhǔn)尺來測定地面兩點間的高差，從而由已知點的高程和測得的高差，求出待定點的高程。

1.高差法:hAB=后視讀數(shù)—前視讀數(shù)，即：待定點B點的高程：2.儀高法(視線高法):02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系5§

3.2水準(zhǔn)儀及其使用

水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，所使用的工具為水準(zhǔn)尺和尺墊。水準(zhǔn)儀按其精度劃分為四個等級：精密水準(zhǔn)儀DS05、DS1；普通水準(zhǔn)儀DS3、DS10

D—大地測量；S—水準(zhǔn)儀；后面的數(shù)字代表儀器的測量精度（每公里往返測高差中數(shù)的中誤差，即精度）。水準(zhǔn)儀按其構(gòu)造可分為四種：微傾式水準(zhǔn)儀、自動安平水準(zhǔn)儀、電子水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀目前，普通工程測量中最常用的水準(zhǔn)儀是：

DS3微傾式水準(zhǔn)儀（或DS3自動安平水準(zhǔn)儀）02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系6一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀及其使用DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造作用：為測量高差提供一條水平視線組成：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座132765498101412131115161.微傾螺旋；2.分劃板護罩；3.目鏡；4.物鏡調(diào)焦螺旋；5.制動螺旋；6.微動螺旋；7.底板；8.三角壓板；9.腳螺旋；10.彈簧帽；11.望遠(yuǎn)鏡；12.物鏡；13.管水準(zhǔn)器；14.圓水準(zhǔn)器；15.連接小螺釘；16.軸座

02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系7(1)望遠(yuǎn)鏡

由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成C

C視準(zhǔn)軸CC：物鏡光心與十字絲交點的連線視準(zhǔn)軸在測量時必須保持水平，也就是水平視線！02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系8（2）水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器分為圓水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器兩種。

管水準(zhǔn)器—用來指示視準(zhǔn)軸是否水平0點2mm管水準(zhǔn)器又稱為長水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管分劃值：是水準(zhǔn)管表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角水準(zhǔn)管軸LL：過水準(zhǔn)管零點所作圓弧面的縱切線02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系9

2mm圓水準(zhǔn)器—用來指示儀器豎軸是否豎直

圓水準(zhǔn)器分劃值：是圓水準(zhǔn)器表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角

DS3水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)器分劃值通常為：長水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器軸：過圓水準(zhǔn)器零點所作圓球面的法線02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系10DS3水準(zhǔn)儀

常采用符合水準(zhǔn)管系統(tǒng)

——目的是提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度

符合氣泡符合尚未符合

符合氣泡符合，水準(zhǔn)管軸與視線水平。微傾螺旋02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系11（3）基座基座通過連接螺旋與三腳架相連基座用于支承水準(zhǔn)儀上部，水準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)軸插入基座軸套可自由旋轉(zhuǎn)基座上的三個腳螺旋用于調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)氣泡儀器豎軸VV：就是水準(zhǔn)儀的旋轉(zhuǎn)軸望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)器基座三腳架VV02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系12CCLLVVL'L'水準(zhǔn)儀的主要構(gòu)造特點水準(zhǔn)儀的主要軸線：

①視準(zhǔn)軸CC②水準(zhǔn)管軸LL③圓水準(zhǔn)器軸④儀器豎軸VV必須滿足的幾何條件：

①∥VV②十字絲橫絲⊥VV

③LL∥CC02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系132.水準(zhǔn)尺和尺墊

（1）水準(zhǔn)尺有單面尺、雙面尺、塔尺三種

（2）標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺為一對雙面尺，

其中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺紅面4.687~7.687m,B尺紅面4.787~7.787m。

（3）尺墊半球形頂部用來豎立水準(zhǔn)尺，并標(biāo)志轉(zhuǎn)點位置。02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系143.水準(zhǔn)儀的使用

為測定A、B兩點的高差，首先將水準(zhǔn)儀安置在A、B兩點之間，然后按以下四個步驟進行操作：（1）粗平（粗略整平）

——目的是使儀器豎軸鉛直

調(diào)節(jié)三個腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，氣泡移動的方向始終與左手大拇指的運動方向一致。02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系15（2）瞄準(zhǔn)（瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺）

首先轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，再轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)焦螺旋使目標(biāo)清晰。注意消除視差！

什么是視差？產(chǎn)生的原因？如何消除？02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系16（3）精平（精確整平）

在每次讀數(shù)之前，都應(yīng)注視符合水準(zhǔn)氣泡觀測窗，轉(zhuǎn)動微傾螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中，即符合水準(zhǔn)器的兩端氣泡影像對齊，只有當(dāng)氣泡已經(jīng)穩(wěn)定不動而又居中的時候，水準(zhǔn)管軸水平，視準(zhǔn)軸亦水平，即提供了一條水平視線。

微傾螺旋02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系17（4）讀數(shù)（精確整平）

儀器精確整平后，即可用十字絲橫絲（即中絲）在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。

讀數(shù)按由小到大的方向，讀出米、分米、厘米、并仔細(xì)估讀毫米數(shù)。

讀數(shù)記錄一般均不加小數(shù)點，讀記四位數(shù)，以毫米為單位。黑面讀數(shù)

a=1274（mm）紅面讀數(shù)

b=5958（mm）02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系1802九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系19精密水準(zhǔn)儀（DS05、DS1）主要用于國家一、二等水準(zhǔn)測量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工程測量中；例如建構(gòu)筑物的沉降觀測，大型橋梁工程的施工測量和大型精密設(shè)備安裝的水平基準(zhǔn)測量等。二、精密水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)尺§

3.2水準(zhǔn)儀及其使用02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系201.精密水準(zhǔn)儀的特點1)望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)大，分辨率高，如規(guī)范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2)管水準(zhǔn)器分劃值為10″/2mm，精平精度高；3)望遠(yuǎn)鏡的物鏡有效孔徑大，亮度好；4)望遠(yuǎn)鏡外表材料一般采用受溫度變化小的因瓦合金鋼，以減小環(huán)境溫度變化的影響；5)采用平板玻璃測微器讀數(shù)，讀數(shù)誤差??；6)配備精密水準(zhǔn)尺。02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系212.精密水準(zhǔn)尺(因瓦水準(zhǔn)尺)精密水準(zhǔn)尺：是在木質(zhì)尺身的凹槽內(nèi)，引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張在尺身上，以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。長度分劃在因瓦合金鋼帶上，數(shù)字注記在木質(zhì)尺身上，精密水準(zhǔn)尺的分劃值分為基輔分劃（10mm）和奇偶分劃（5mm）兩種?；o分劃差為：3.01550m02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系223.N3精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理下圖就是新N3微傾式精密水準(zhǔn)儀，其每km往返測高差中數(shù)的中誤差為±0.3mm。為了提高讀數(shù)精度，精密水準(zhǔn)儀上設(shè)有平行玻璃板測微器。02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系23測微尺的讀數(shù)通過光路成像在測微尺讀數(shù)窗內(nèi)。

02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系24旋轉(zhuǎn)N3的平行玻璃板可以產(chǎn)生的最大視線平移量為10mm，它對應(yīng)測微尺上的100個分格。

測微尺上1個分格等于0.1mm，如在測微尺上估讀到0.1分格，則可以估讀到0.01mm。

將標(biāo)尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標(biāo)尺的實際讀數(shù)。如下圖的讀數(shù)為148+0.655=148.655cm=1.48655m。

測微尺的讀數(shù)02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系25

自動安平水準(zhǔn)儀不需要水準(zhǔn)管和微傾螺旋，只有一個圓水準(zhǔn)器，安置儀器時，只要使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中后，借助一種“補償器”的特別裝置，使視線自動處于水平狀態(tài)。自動安平水準(zhǔn)儀正面

§

3.3自動安平水準(zhǔn)儀及數(shù)字水準(zhǔn)儀

一、自動安平水準(zhǔn)儀02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系26自動安平水準(zhǔn)儀反面自動安平水準(zhǔn)儀后面自動安平水準(zhǔn)儀反面自動安平水準(zhǔn)儀正面02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系27自動安平水準(zhǔn)儀安平的工作原理02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系28二、數(shù)字水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡基座—

腳螺旋自動安平補償器電子水準(zhǔn)儀調(diào)焦螺旋制動、微動螺旋調(diào)焦發(fā)送器：計算概略視距值；補償監(jiān)視器：監(jiān)測安平補償器的工作狀態(tài)分光鏡：將由物鏡計入的光分為可見光和紅外光行陣探測器：識別水準(zhǔn)尺上的條碼，進行讀數(shù)（電子水準(zhǔn)儀）02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系29二、數(shù)字水準(zhǔn)儀02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系30下圖為采用相關(guān)法的徠卡NA3003

數(shù)字水準(zhǔn)儀的機械光學(xué)結(jié)構(gòu)圖02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系31

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3.4水準(zhǔn)測量方法

一、水準(zhǔn)測量的外業(yè)實施1.水準(zhǔn)點

——事先埋設(shè)標(biāo)志在地面上，用水準(zhǔn)測量方法建立的高程控制點(BenchMark),常以BM表示。水準(zhǔn)點分為永久性和臨時性兩種，其頂部通常為凸起的半球面,用于放置水準(zhǔn)尺。

02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系322.待定點高程的測量和計算檢核已知HA，求高程HB，中間臨時放置標(biāo)尺的過度點1，2….稱為轉(zhuǎn)點,起高程傳遞作用,常用TP表示，實測時轉(zhuǎn)點上應(yīng)使用尺墊。02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系33每測站高差：各測站高差之和：待定點B點高程：施測方法（動畫）2.待定點高程的測量和計算檢核02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系34普通水準(zhǔn)測量記錄表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358–3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–

HA=51.491–50.000=1.491HB–

HA=∑h=∑a–

∑b(計算無誤)計算檢核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前視+后視備注高程（m）高差標(biāo)尺讀數(shù)（m）測點0.71802九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系353.測站檢核為保證每一測站的高差正確，或在誤差允許范圍之內(nèi)，必須進行測站檢核。測站檢核有雙儀高法和雙面尺法（1）雙面尺法：黑面讀數(shù)高差：紅面讀數(shù)高差：紅黑面高差之差：最后高差中數(shù)：（2）雙儀高法：改變儀器高度10cm以上，測出兩次高差，進行檢核。02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系36

雙面尺法水準(zhǔn)測量觀測記錄表02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系37

雙儀高法水準(zhǔn)測量觀測記錄表02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系38二、水準(zhǔn)路線測量的成果檢核1.閉合水準(zhǔn)路線從某已知點BMA出發(fā),經(jīng)待定點1,2,3,4;再回到A點。高差理論值：?高差閉合差：2.附合水準(zhǔn)路線從已知點BMA出發(fā)到另一已知點B,

高差理論值：高差閉合差：AB2h1h3102九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系39二、水準(zhǔn)路線測量的成果檢核3.結(jié)點水準(zhǔn)網(wǎng)（1）獨立水準(zhǔn)網(wǎng)?（2）單結(jié)點附合水準(zhǔn)網(wǎng)4.支水準(zhǔn)路線從已知點BMA出發(fā)到待定點B

???02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系40三、水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計算

按一定的原則將計算出的水準(zhǔn)線路高差閉合差進行分配，確保各測段（或各測站）高差經(jīng)改正后嚴(yán)格滿足檢核條件。等外水準(zhǔn)測量高差閉合差容許誤差：山地：平地：國家四等水準(zhǔn)測量高差閉合差容許誤差：山地：平地：02九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系41

水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計算步驟

（附合、閉合水準(zhǔn)路線）

h21）計算閉合差2）判斷閉合差是否超限3）計算各測段觀測高差的改正數(shù)5）計算各測段的改正后的高差6）計算各點的高程值4）檢查閉合差是否分配完AB2附合水準(zhǔn)路線h1h3102九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系42例：附合水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計算1.302九月2023

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院測量工程系43普通水準(zhǔn)測量記錄計算表-0.016-0.014-0.119B56.9020964575415636348Bfh=

∑h=–0.016m=–16mm檢核BMA55.35207725560BMAE55.2432024671208765566ED56.3322100688609325720DC57.0791387607613506035CHA=55.352m55.35225127200BMA平均高差高差前視后視備注高程（m）高差標(biāo)尺讀數(shù)（m）測點Σ7.23330.8697.24730.988+1.548+1.446+0.176+0.272-0.750-0.851-1.092-0.992+0.104+0.006+3+1.547+3+0.174+3-0.750+3-1.092+4