土木工程測量-第二章水準測量.ppt

第二章 水準測量,土木工程測量,教學(xué)課件,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、三角高程測量和氣壓高程測量。,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)。,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：,(2-3),(2-2式)稱高差法 (2-3)式稱儀高法,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。,1、望遠鏡,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、水準器,水準器是用來標志視準軸是否水平或儀器豎軸是否鉛垂的裝置。,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、水準器,管水準器,水準管2mm的弧長所對應(yīng)的圓心角稱為水準管分劃值。,(2-4),R水準管圓弧半徑，mm 206265 DS3型水準管分劃值為20/2mm,水準管分劃值,符合水準器,2、水準器,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810/2mm，故只用于儀器的概略整平。,3、基座,主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成。,軸座,腳螺旋,連接板,1、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。 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。,2、尺墊,1、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。,3、瞄準水準尺,視差 消除視差的方法,4、精確整平使視準軸處于精確水平位置,5、讀數(shù),用水準測量方法測定的高程控制點稱為水準點(記為BM. (Bench Mark) 國家水準點分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設(shè)永久性標石標志。 圖根水準點和施工測量水準點常采用臨時性標志。,二、三等,圖2-15 轉(zhuǎn)點(Turing Point), 簡寫為TP,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=h=a-b B點高程為：HB=HA+h (2-5),hAB=h=a-b,HB=HA+h,1、測站檢核,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。,雙面尺法:是儀器的高度不變，而立在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面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、成果檢核,符合水準路線,高差閉合差 fh=h測-(H終-H始) (2-6),fh=h測-(H終-H始),閉合水準路線,高差閉合差 fh=h測 (2-7),fh=h測,支水準路線,高差閉合差 fh=h往+h返 (2-8),fh=h往+h返,2、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,四等水準測量高差閉合差容許值為： 平地 山地,式中：L為水準路線總長(km)；n為測站數(shù),高差閉合差的計算 由式(2-6)： fh=h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=12241/2=58mm |fh|fh容|，符合圖根水準測量技術(shù)要求。,fh=h測-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm,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(A1)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。,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,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。,水準儀有以下主要軸線：視準軸、水準管軸、儀器豎軸和圓水準器軸，以及十字絲橫絲，見圖2-18。,各軸線間應(yīng)滿足的幾何條件是: 圓水準器l軸平行儀器豎軸； 十字絲橫絲垂直儀器豎軸； 水準管軸平行視準軸。,檢驗,校正,檢驗,校正 改正偏移量的一半。,檢驗,在高差不大的地面上選擇相距80m左右的A、B兩點,實際測出的b與計算得到的b0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23m的處， B點尺上水平視線的正確讀數(shù)為：,b,校正,儀器仍處在處，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)。,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。,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。,水準管氣泡對中誤差,水準管氣泡居中誤差一般為0.15。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：,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；206265；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。,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。,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)。,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。,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。,地球曲率的影響,(2-17),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：,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),精密水準儀主要用于國家一、二級水準測量和高精度的工程測量中，例如建筑物沉降觀測，大型精密設(shè)備安裝等測量工作。 精密水準儀的構(gòu)造與DS3水準儀基本相同，也是由望遠鏡、水準器和基座三部分組成。其不同之點是：水準管分劃值較小，一般為10/2mm；望遠鏡放大率較大，一般不小于40倍；望遠鏡亮度好，儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度的變化影響小等。 為了提高讀數(shù)精度，精密水準儀上設(shè)有光學(xué)測微器。,精密水準