工程測量第二章水準(zhǔn)測量

工程測量劉娟編寫第二章水準(zhǔn)測量?水準(zhǔn)測量的原理?水準(zhǔn)測量的儀器和工具?水準(zhǔn)測量的施測方法?水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算?水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正?水準(zhǔn)測量的誤差分析?其它水準(zhǔn)儀§2.1水準(zhǔn)測量原理

大

地

水

準(zhǔn)

面AB后視前視前進(jìn)方向HAHiHBab（水平視線高程=HA+a）hab水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺A→B高差hAB=a－bA點(diǎn)高程HA已知，求出B點(diǎn)高程HB=HA+hAB視線高程

Hi=HA+aB點(diǎn)高程HB=Hi－b§2.2水準(zhǔn)測量的儀器和工具

水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀工具有水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)儀品種很多微傾式水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀激光水準(zhǔn)儀一、DS3型水準(zhǔn)儀l—微傾螺旋；2—分劃板護(hù)罩；3—目鏡；4—物鏡調(diào)焦螺旋；5—制動(dòng)螺旋；6—微動(dòng)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1.望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)豎立水準(zhǔn)尺并讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。物鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡。視準(zhǔn)軸CC為物鏡中心與十字絲分劃板中心連線。中絲讀取視準(zhǔn)軸CC與水準(zhǔn)尺交點(diǎn)的讀數(shù)。上下絲讀取水準(zhǔn)儀到水準(zhǔn)尺標(biāo)尺的距離(視距)。1—物鏡；2—目鏡；3—調(diào)焦透鏡；4—十字絲分劃板；5—連接螺釘；6—調(diào)焦螺旋2.水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器，管水準(zhǔn)器。圓水準(zhǔn)器軸L'L'為內(nèi)圓弧中點(diǎn)的法線。圓水準(zhǔn)器軸L'L'

∥豎軸VV，用于粗略整平儀器。管水準(zhǔn)器軸LL為內(nèi)圓弧中點(diǎn)切線，氣泡居中時(shí)，LL水平。管水準(zhǔn)器軸LL∥望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸CC，用于精確整平儀器。圓水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器3.基座

基座的作用是支承儀器的上部并與三腳架連接?；挥趦x器下部，主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構(gòu)成。儀器上部通過豎軸插入軸座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由基座承托。腳螺旋用于調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)器氣泡的居中。底板通過連接螺旋與三腳架連接。

二、水準(zhǔn)尺木質(zhì)—有雙面尺和塔尺，有3m，也有5m

鋁合金—通常是塔尺結(jié)構(gòu)，有3m、5m

銦鋼尺—通常是單面尺尺墊是在轉(zhuǎn)點(diǎn)處放置水準(zhǔn)尺用的。尺墊用生鐵鑄成，使用時(shí)將支腳牢固地踩入土中，以防下沉。上方突起的半球形頂點(diǎn)作為豎立水準(zhǔn)尺和標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)之用。三、尺墊§2.3水準(zhǔn)儀的使用

1.安置儀器調(diào)節(jié)三腳架，目估使架頭大致水平，用連接螺旋將儀器固定在三腳架上。水準(zhǔn)儀使用的基本程序：安置儀器→粗略整平→瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺→精確整平和讀數(shù)

2.粗略整平旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。水準(zhǔn)儀使用的基本程序：安置儀器→粗略整平→瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺→精確整平和讀數(shù)

3.瞄準(zhǔn)先目鏡對光，再物鏡對光，認(rèn)真消除視差。

水準(zhǔn)儀使用的基本程序：安置儀器→粗略整平→瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺→精確整平和讀數(shù)

消除視差的方法是仔細(xì)地進(jìn)行目鏡調(diào)焦和物鏡調(diào)焦，直至眼睛上下移動(dòng)時(shí)讀數(shù)不變?yōu)橹埂?.精確整平和讀數(shù)旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中。讀取讀數(shù):m位與dm位直讀尺上的數(shù)字，cm位數(shù)格子，mm位估讀。水準(zhǔn)儀使用的基本程序：安置儀器→粗略整平→瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺→精確整平和讀數(shù)

倒像望遠(yuǎn)鏡:從上往下讀1337mm§2.4水準(zhǔn)測量方法

△水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)測量的主要目的是測出一系列點(diǎn)的高程。通常稱這些點(diǎn)為水準(zhǔn)點(diǎn)（BenchMark），簡記為BM。國家級水準(zhǔn)點(diǎn)△水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)點(diǎn)之間進(jìn)行水準(zhǔn)測量所經(jīng)過的路線。附合水準(zhǔn)路線，閉合水準(zhǔn)路線，支水準(zhǔn)路線。閉合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線△水準(zhǔn)測量的施測

日期：儀器：觀測：天氣：地點(diǎn)：記錄：測站點(diǎn)號后視讀數(shù)（m）前視讀數(shù)（m）高差（m）高程（m）備注1BMA1.467+0.34327.354已知TP11.1242TP11.385-0.289TP21.6743TP21.869+0.926TP30.9434TP31.425+0.213TP41.2125TP41.367-0.365B1.73228.182計(jì)算檢核∑a=7.513－6.685∑b=6.685∑h=+0.82828.182－27.354+0.828+0.828△水準(zhǔn)測量的檢核1.變動(dòng)儀器高法兩次不同儀器高度的水平視線（改變儀器高度應(yīng)在10cm以上）測定相鄰兩點(diǎn)間的高差（等外水準(zhǔn)測量）兩次高差之差應(yīng)小于6mm，否則應(yīng)重測

△水準(zhǔn)測量的檢核2.雙面尺法讀取每一把水準(zhǔn)尺的黑面和紅面分劃讀數(shù)前、后視尺的黑面讀數(shù)計(jì)算出一個(gè)高差前后視尺的紅面讀數(shù)計(jì)算出另一個(gè)高差兩次高差之差應(yīng)小于5mm，否則應(yīng)重測。

§2.5水準(zhǔn)測量成果計(jì)算

根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，水準(zhǔn)路線高差觀測值，分配高差閉合差，計(jì)算出未知點(diǎn)的高程。附合水準(zhǔn)路線——fh=Σhi－(H終－H起)。閉合水準(zhǔn)路線——fh=Σhi－0=Σhi。支水準(zhǔn)路線——fh=Σh往＋Σh返。圖根水準(zhǔn)高差閉合差允許值fh允平坦地區(qū)——fh允=±40√L(mm)山地——fh允=±12√n(mm)fh<fh允時(shí)，可以分配高差閉合差。原則：反號，按路線長Li(平坦)或測站數(shù)ni(山地)比例分配高差改正數(shù)Vi公式：[例]按等外水準(zhǔn)測量要求施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果，BM－A（65.376m）和BM－B（68.623m）為已知高程水準(zhǔn)點(diǎn)，箭頭為水準(zhǔn)測量前進(jìn)方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點(diǎn)間的高差，路線下方數(shù)字為該段路線的長度，試計(jì)算待定點(diǎn)1，2，3點(diǎn)的高程。計(jì)算高差閉合差fh，限差fh允。fh<fh允，可以分配閉合差。測段編號點(diǎn)名距離(km)測站數(shù)實(shí)測高差(m)改正數(shù)(m)改正后的高差(m)高程(m)備注1A1.08+1.575-0.012+1.56365.376166.939211.212+2.036-0.014+2.022268.961321.414-1.742-0.016-1.758367.203432.216+1.446-0.026+1.420B68.623∑5.850+3.315-0.068+3.247輔助計(jì)算

§2.6微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正

一、水準(zhǔn)儀的軸線及其應(yīng)滿足的條件視準(zhǔn)軸CC、管水準(zhǔn)器軸LL、圓水準(zhǔn)器軸L′L′

、豎軸VV。應(yīng)滿足三個(gè)條件：①圓水準(zhǔn)器軸L′L′

∥豎軸VV；②十字絲分劃板的橫絲⊥豎軸VV；③管水準(zhǔn)器軸LL∥視準(zhǔn)軸CC。①圓水準(zhǔn)器軸L’L’∥豎軸VV旋轉(zhuǎn)腳螺旋→圓水準(zhǔn)器氣泡居中；儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°，氣泡中心偏離圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)時(shí)，關(guān)系不滿足，需要校正。旋轉(zhuǎn)腳螺旋調(diào)整氣泡偏移量的一半。松開圓水準(zhǔn)器固定螺絲，旋轉(zhuǎn)圓水準(zhǔn)器校正螺絲→氣泡中心移到圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)。儀器再繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°，氣泡中心與圓水準(zhǔn)器的零點(diǎn)重合時(shí)，校正完畢，否則還需要重復(fù)前面的校正工作。勿忘擰緊固定螺絲。②十字絲分劃板橫絲⊥豎軸VV整平儀器，十字絲橫絲一端對準(zhǔn)遠(yuǎn)處一明顯標(biāo)志點(diǎn)，旋緊制動(dòng)螺旋，旋轉(zhuǎn)微動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)水準(zhǔn)儀標(biāo)志點(diǎn)始終在橫絲上移動(dòng)→橫絲垂直于豎軸。否則，需要校正。旋下十字絲分劃板護(hù)罩用螺絲刀松開四個(gè)壓環(huán)螺絲按橫絲傾斜的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲組件，再檢驗(yàn)。最后應(yīng)擰緊四個(gè)壓環(huán)螺絲。十字絲橫絲的檢驗(yàn)十字絲的校正裝置③管水準(zhǔn)器軸LL∥視準(zhǔn)軸CC若不平行，則有i角。選擇場地：平坦，A，B兩點(diǎn)相距約80m，立尺。安置水準(zhǔn)儀于兩尺中間，觀測高差hAB=a1－b1，不受i角影響。安置水準(zhǔn)儀距A點(diǎn)2~3m處，觀測高差h′AB=a2－b2

。兩次高差之差Δh=h′AB－h(huán)AB。ρ″

=206265，弧秒值。i″應(yīng)小于20″，否則應(yīng)校正。求出點(diǎn)B尺正確讀數(shù)：b2=a2－h(huán)AB旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使十字絲橫絲對準(zhǔn)b′2管水準(zhǔn)氣泡必然偏離中心，用校正針撥動(dòng)管水準(zhǔn)器一端的上、下兩個(gè)校正螺絲使氣泡的兩個(gè)影像符合。水準(zhǔn)管的校正裝置§2.7三、四等水準(zhǔn)測量

三、四等水準(zhǔn)測量常作為小地區(qū)測繪地形圖和施工測量的高程基本控制。三、四等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求等級水準(zhǔn)儀型號視線長度（m）前后視距差（m）前后視距累積差（m）視線高地面最低高度（m）基本分劃、輔助分劃（黑紅面）讀數(shù)差（mm）基本分劃、輔助分劃（黑紅面）高差之差（mm）三DS1100360．31．01．5DS3752．03．0四DS31005100．23．05．0五DS3100大致相等圖根DS10≤100三、四等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求124206304012等級水準(zhǔn)儀型號水準(zhǔn)尺線路長度（km）觀測次數(shù)每千米高差中誤差（mm）往返較差、附和或環(huán)線閉合差與已知點(diǎn)聯(lián)測附和或環(huán)線平地（mm）山地（mm）三DS1因瓦≤50往返各一次往一次6DS3雙面四DS3雙面≤16往返各一次往返各一次10五DS3單面往返各一次往一次15圖根DS10單面≤5往返各一次往一次20§2.8水準(zhǔn)測量的誤差分析

儀器誤差、觀測誤差和外界條件影響的誤差一、儀器誤差

（1)校正殘余誤差i角誤差(大于20″才需要校正)，保持前、后視距相等。（2)水準(zhǔn)尺誤差

一對水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)差，在一水準(zhǔn)測段的觀測中安排偶數(shù)個(gè)測站予以消除。二、觀測誤差

（1）管水準(zhǔn)氣泡居中誤差每次讀尺前應(yīng)嚴(yán)格居中管水準(zhǔn)氣泡。（2）讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差與望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)及視線長有關(guān)，視線愈長，讀數(shù)誤差愈大，規(guī)范規(guī)定，使用DS3水準(zhǔn)儀進(jìn)行四等水準(zhǔn)測量時(shí)，視線長≤80m。（3）水準(zhǔn)尺傾斜水準(zhǔn)尺前后傾斜，在水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡視場中不會察覺，由此引起的水準(zhǔn)尺讀數(shù)總是偏大。視線長度愈大→誤差就愈大。讀數(shù)時(shí)，水準(zhǔn)尺應(yīng)豎直。在水準(zhǔn)尺上安裝圓水準(zhǔn)器→保證尺子豎直。（4）視差水準(zhǔn)尺像沒有準(zhǔn)確成在十字絲分劃板上，造成眼睛的觀察位置不同時(shí)，讀出的標(biāo)尺讀數(shù)也不同，由此產(chǎn)生讀數(shù)誤差。按操作規(guī)定進(jìn)行目鏡對光，物鏡對光。

三、外界環(huán)境影響（1)儀器下沉和尺墊下沉儀器或水準(zhǔn)尺安置在軟土或植被上→產(chǎn)生下沉?！昂?前-前-后”的觀測順序，削弱儀器下沉的影響，往返觀測取觀測高差的中數(shù)，削弱尺墊下沉的影響。（2)大氣折光影響晴天，日光照射下，地面溫度較高，靠近地面的空氣溫度也較高，其密度較上層為稀。水準(zhǔn)儀的水平視線離地面越近，光線折射越大。規(guī)范規(guī)定，三、四等水準(zhǔn)測量，應(yīng)保證上、中、下三絲能讀數(shù)，二等水準(zhǔn)測量則要求下絲讀數(shù)≥0.3m。（3)溫度影響日光照射水準(zhǔn)儀，儀器各構(gòu)件受熱不勻引起不規(guī)則膨脹，影響儀器軸線間的正常關(guān)系→觀測產(chǎn)生誤差。觀測時(shí)注意撐傘遮陽。

§2.9其他水準(zhǔn)儀簡介

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀

沒有管水準(zhǔn)器與微傾螺旋。設(shè)視準(zhǔn)軸水平時(shí)，水準(zhǔn)尺上的正確讀數(shù)為a，圓水準(zhǔn)器粗平，視準(zhǔn)軸相對于水平面將有微小傾斜角。無補(bǔ)償器時(shí)水準(zhǔn)尺上讀數(shù)設(shè)為a’,物鏡與目鏡間的補(bǔ)償器使進(jìn)入十字絲分劃板的光線偏轉(zhuǎn)α。正確讀數(shù)光線經(jīng)補(bǔ)償器后正好通過十字絲分劃板的橫絲，讀出視線水平時(shí)的正確讀數(shù)a。1一圓水準(zhǔn)器；2一補(bǔ)償器檢查按鈕；3—目鏡調(diào)焦螺旋；4—準(zhǔn)星；5一物鏡目鏡；6一物鏡調(diào)焦螺旋；7一微動(dòng)螺旋；8—腳螺旋。DZS2型自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀

精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀用于國家一、二等水準(zhǔn)測量、高精度工程測量。①望遠(yuǎn)