第二章 水準(zhǔn)測(cè)量

第二章水準(zhǔn)測(cè)量第1頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第二講本次授課的目的和要求本次授課的重點(diǎn)與難點(diǎn)掌握水準(zhǔn)測(cè)量原理了解水準(zhǔn)儀的儀器結(jié)構(gòu)掌握水準(zhǔn)儀的使用

水準(zhǔn)儀的操作水準(zhǔn)測(cè)量

水準(zhǔn)測(cè)量的原理2第2頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理與方法2.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2.3水準(zhǔn)測(cè)量方法2.4水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正2.5水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析

作業(yè)主要內(nèi)容：3第3頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四章水準(zhǔn)測(cè)量和水準(zhǔn)儀測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作稱為高程測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量

水準(zhǔn)測(cè)量三角高程測(cè)量物理高程測(cè)量（重力/氣壓）

GPS高程測(cè)量4第4頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月bba大地水準(zhǔn)面aHAHBhAB1.水準(zhǔn)測(cè)量原理：水準(zhǔn)測(cè)量是利用水準(zhǔn)儀提供水平視線，借助水準(zhǔn)尺來(lái)測(cè)定地面上兩點(diǎn)的高差，從而由已知點(diǎn)高程推出未知點(diǎn)的高程。hAB=HB－HAhAB＝a－b

AB前進(jìn)方向前視、后視概念

高差法：先計(jì)算兩點(diǎn)高差再計(jì)算未知點(diǎn)的高程§2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理與方法Ha+a=Hb+bHb＝Ha＋(a-b)5第5頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

HB＝HA＋hAB=HA＋（a－b）(2-1)

由式（1）根據(jù)高差推算待定點(diǎn)高程的方法叫做高差法。

高差法：

先計(jì)算兩點(diǎn)高差再計(jì)算未知點(diǎn)的高程例1：圖2.1中已知A點(diǎn)高程HA=452.623m，后視讀數(shù)a=1.571m，前視讀數(shù)b=0.685m，求B點(diǎn)高程。解：B點(diǎn)對(duì)于A點(diǎn)高差為

hAB=1.571－0.685=0.886mB點(diǎn)高程為

HB＝452.623＋0.886＝453.509m6第6頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

視線高法：先計(jì)算出水平視線的高程再計(jì)算未知點(diǎn)高程廣泛應(yīng)用于面水準(zhǔn)測(cè)量和線路水準(zhǔn)測(cè)量中視線高：水平視線的高程HB＝H視-b(2-3)H視babaHAHB大地水準(zhǔn)面ABH視＝HA+a(2-2)由式（2）、（3）通過(guò)視線高推算待定點(diǎn)高程的方法稱為視線高法。7第7頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

面水準(zhǔn)測(cè)量(視線高法的應(yīng)用)

此種方法可以解決一次后視，多次前視時(shí)作業(yè)效率問(wèn)題如:土方測(cè)算;道路斷面測(cè)量H視=a+HAab321AH1＝H視-bcH2＝H視-cH3＝H視-dd

高差法和視線高法的測(cè)量原理是相同的，區(qū)別在于計(jì)算高程時(shí)次序上的不同。在安置一次儀器需求出幾個(gè)點(diǎn)的高程時(shí)，視線高法比高差法方便，因而視線高法在建筑施工中被廣泛采用。

8第8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果水準(zhǔn)尺長(zhǎng)度為3米,則能觀測(cè)的最大高差為3米,而不是6米。如：后視讀數(shù)為3米，前視讀數(shù)為0米問(wèn)題:一測(cè)站能測(cè)到的最大高差為多少?9第9頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AP前進(jìn)方向hAP

=h1+h2+h3Hp＝HA＋hAP連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量模擬h1h2h3hAP連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量：由于兩點(diǎn)間距離過(guò)遠(yuǎn)或高差過(guò)大不能一次測(cè)出其高差需設(shè)立一些臨時(shí)立尺點(diǎn)，作為高程傳遞過(guò)渡點(diǎn)，也稱轉(zhuǎn)點(diǎn)TP(turningpoint)每架設(shè)一次儀器成為一個(gè)測(cè)站。10第10頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、地球曲率和大氣折光的影響abABMM′EB’N′NFr1r2過(guò)A的水準(zhǔn)面過(guò)I的水準(zhǔn)面I水平面hAB=EA-FB球差改正：ME=p1；NF=p2hAB=（MA-p1）-（NB-p2）氣差改正：MM′=f1；NN′=f2hAB=（a+f1-p1）-（b+f2-p2）hAB=（a-b）-（r1-r2）一般可根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的精度，將s1與s2之差限制在某一范圍之內(nèi)，使（r1-r2）可忽略不計(jì)。當(dāng)s1

＝s2時(shí)，則r1、r2互相抵消過(guò)B的水準(zhǔn)面11第11頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)儀系列的精度分級(jí)及主要用途水準(zhǔn)儀系列型號(hào)DS05DS1DS3DS10每千米往返測(cè)高差中數(shù)偶然中誤差≤0.5mm≤1mm≤3mm≤10mm主要用途國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量及地震監(jiān)測(cè)國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量及其他精密水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量及一般工程水準(zhǔn)測(cè)量一般工程水準(zhǔn)測(cè)量12第12頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1002廠）（北光）歐波水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀天寶Trimble按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，水準(zhǔn)儀可分為微傾式水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、數(shù)字(電子)水準(zhǔn)儀13第13頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、水準(zhǔn)儀的基本部件

下圖為一種DS3微傾式水準(zhǔn)儀的外形和各部件名稱。它主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。望遠(yuǎn)鏡物鏡；2、水準(zhǔn)管；3、簧片；4、支架；5、微傾螺旋；6、基座；7、腳螺旋；8、圓水準(zhǔn)器；9、望遠(yuǎn)鏡目鏡；10、物鏡調(diào)焦螺旋；11、氣泡觀察鏡；12、制動(dòng)螺旋；13、微動(dòng)螺旋；14、缺口；15、準(zhǔn)星14第14頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月十字絲橫絲十字絲豎絲視距絲CC物鏡調(diào)焦螺旋調(diào)焦透鏡物鏡目鏡十字絲分劃板二、望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸：望遠(yuǎn)鏡物鏡的光心

與十字絲交點(diǎn)的連線。

15第15頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水準(zhǔn)管的零點(diǎn)：在水準(zhǔn)管上刻有2mm的分劃線與中間的O點(diǎn)成對(duì)稱，O點(diǎn)稱為零點(diǎn)。三、水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器用來(lái)置平儀器，分為水準(zhǔn)管和圓水準(zhǔn)器。1、水準(zhǔn)管O水準(zhǔn)管軸：過(guò)零點(diǎn)O與圓弧相切的切線LL水準(zhǔn)管的分劃值：相鄰兩分劃線間弧長(zhǎng)（2mm）所對(duì)的圓心角水準(zhǔn)管的分劃值與靈敏度的關(guān)系LLO01216第16頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了提高目估水準(zhǔn)管氣泡居中的精度，一般在水準(zhǔn)管上裝有符合棱鏡系統(tǒng)，通過(guò)符合棱鏡系統(tǒng)將氣泡兩端的影像反射到同一平面上，影像底端符合，則氣泡居中。當(dāng)氣泡符合時(shí)：當(dāng)氣泡不符合時(shí)：17第17頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、圓水準(zhǔn)器

盒頂面的內(nèi)壁磨成圓球形，頂面的中央劃一小圓，其圓心O即為圓水準(zhǔn)器的零點(diǎn)。通過(guò)零點(diǎn)O與球面的球心的連線（O點(diǎn)的法線）L’L’稱為圓水準(zhǔn)軸。L’O當(dāng)氣泡位于圓內(nèi)中央位置時(shí)，圓水準(zhǔn)軸就處于鉛垂位置，切于零點(diǎn)的平面也就成水平了。實(shí)際上圓水準(zhǔn)器的靈敏度較低，常用于粗略整平。L’18第18頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基座用于置平儀器，它支承儀器的上部并能使儀器的上部在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)。腳螺旋用于粗平使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。19第19頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺：材料——干燥的木料、鋁合金、因鋼尺構(gòu)造——折尺、塔尺、直尺。

長(zhǎng)度——2m、3m、5m。水準(zhǔn)尺的要求：直、變形小、刻劃精確、觀測(cè)時(shí)應(yīng)豎直。常用三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的水準(zhǔn)尺為木質(zhì)3m的、雙面水準(zhǔn)尺，黑面尺主尺）底端刻劃為0，而紅面尺（輔助尺）底端刻劃分別為4687mm、4787mm。尺墊：放在過(guò)渡點(diǎn)上即轉(zhuǎn)點(diǎn)上（只用于轉(zhuǎn)點(diǎn)，不能用于已知點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)）。尺墊的作用：傳遞高程用、防止測(cè)量過(guò)程中水準(zhǔn)尺的位移和下沉20第20頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、水準(zhǔn)儀的使用1、安置水準(zhǔn)儀：首先根據(jù)觀測(cè)者的身高調(diào)節(jié)好三腳架的高度，為便于整平儀器，還應(yīng)使三腳架的夾頭面大致水平，腳架一定要穩(wěn)定；然后用三腳架頭上的中心螺旋將水準(zhǔn)儀腳架固連在一起。2、粗平：

旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。

方法：

對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋1、2——使氣泡移至1、2方向中間——轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋3，使氣泡居中。

遵循左手大姆指法則:

氣泡移動(dòng)的方向始終和左手大拇指移動(dòng)的方向一致。

a123b312c31221第21頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、瞄準(zhǔn)：①目鏡對(duì)光（使十字絲分化成像清晰）；②粗瞄目標(biāo)（找準(zhǔn)水準(zhǔn)尺所處的方位）；③物鏡對(duì)光（使水準(zhǔn)尺成像清晰）；④精瞄目標(biāo)（使十字絲豎絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺）視差：當(dāng)觀測(cè)者的眼睛在目鏡端上下移動(dòng)時(shí)，尺像與十字絲存在相對(duì)移動(dòng)，即讀數(shù)有變化，這一現(xiàn)象叫視差（見(jiàn)下圖）。原因是尺像沒(méi)有落在十字絲平面上。消除視差的方法:先調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，然后一面調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋一面仔細(xì)觀察，直到不再出現(xiàn)尺像和十字絲有相對(duì)移動(dòng)為止，即尺像與十字絲在同一平面上。22第22頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、精平：用微傾螺旋使符合水準(zhǔn)管氣泡居中（每次讀數(shù)前都需要重新使氣泡符合）。5、讀數(shù)：用十字絲中絲、下絲、上絲分別讀數(shù)，通常讀四位數(shù)（由四位數(shù)字組成：米、分米、厘米、毫米），估讀至毫米，不足位用0補(bǔ)齊，不記小數(shù)點(diǎn)，如086912001206起始4687mm或4787mm23第23頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、帶有光學(xué)測(cè)微器裝置的水準(zhǔn)儀(精密水準(zhǔn)儀)實(shí)際的水平視線一般不可能恰好對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的分劃線，只能用估讀的方式來(lái)讀取不足一個(gè)分劃的數(shù)值；而光學(xué)測(cè)微器可以精確地測(cè)定該值。

24第24頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平視線向下平移與就近的148分劃重合，這時(shí)測(cè)微分劃尺上的讀數(shù)為6.2mm，最后讀數(shù)為1486.2。25第25頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀大大縮短水準(zhǔn)測(cè)量的工作時(shí)間提高了水準(zhǔn)測(cè)量的精度

在光路中裝置—個(gè)“補(bǔ)償器”．使光線偏轉(zhuǎn)而通過(guò)十字絲交點(diǎn)

26第26頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月27第27頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)償器補(bǔ)償原理適當(dāng)選擇補(bǔ)償器懸掛材料及重心位置，可使水平光線正好通過(guò)十字絲的交點(diǎn)。28第28頁(yè)，