工程測量實驗

第二章水準測量2.1水準測量原理2.2DS3水準儀和水準測量的工具2.3水準儀的使用2.4水準測量的施測方法2.5水準測量的內業(yè)計算2.6水準儀的檢驗與校正2.7水準測量的誤差及注意事項2.8其他水準儀簡介,水準測量原理：利用水準儀提供水平視線，讀取水準尺的讀數，測定兩點間的高差，有已知點高程推求未知點高程。如圖：hAB=abHB=HA+hAB,大地水準面,Hi,b,HB,HA,hAB,前進方向,高差法,Hi=HA+aHB=Hi-b,視線高法,A,B,當ab時，hAB為正，B高于A；當ab時，hAB為負，B低于A。,a,高差法：利用高差計算高程。（安置一次儀器測定一個前視點高程時采用）視線高法：利用視線高計算高程。（安置一次儀器測定多個前視點高程時采用）水準測量所使用的儀器、工具：水準儀水準尺尺墊,一、水準儀1、水準儀的等級DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D大地測量儀器S水準儀數字表示儀器的精度，即每公里往、返測得高差中數的中誤差（mm）。水準儀的作用是提供一條水平視線；工程測量中常使用DS3型水準儀，該儀器標稱精度為3mm/km。,目鏡,水準管目鏡,圓水準器校正螺釘,2、DS3型水準儀的,主要由望遠鏡、水準器、基座三部分組成。,構造,微傾螺旋,（1）望遠鏡：用來瞄準遠處的水準尺進行讀數；,由物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調焦透鏡、調焦螺旋組成；放大率一般為2530倍。,視準軸：物鏡中心與十字絲交點的連線。,（2）水準器水準器的作用：整平儀器，使視準軸處于水平位置。圓水準器作用：粗略整平結構：如圖所示精度：一般為810/2mm（氣泡中心偏離零點2mm所對的圓心角）,管水準器作用：精確整平結構：如圖所示精度：一般=20/2mm水準管的分劃值：氣泡中心偏離零點2mm所對的圓心角。公式：分析：R越大，越小，靈敏度越高。DS3:R=20.6265米=20,（3）基座,軸座：承托儀器上部腳螺旋：調節(jié)腳螺旋使圓水準器氣泡居中連接板：連接三腳架,組成,軸座,腳螺旋,連接板,二、水準尺和尺墊1、水準尺塔尺：可以伸縮，一般全長3m、5m，用兩節(jié)或三節(jié)套接在一起，能伸縮，攜帶方便。一般尺長為5m。因接合處容易產生誤差，故多用于等外水準測量。雙面尺：不可伸縮，一般全長3m,一面為黑白相間稱“黑面尺”，另一面為紅白相間稱“紅面尺”。兩根尺的黑面都以尺底為零，而紅面的尺底分別為4.687m和4.787m，利用雙面尺讀數可對結果進行檢核。雙面尺多用于三、四等及以下精度的水準測量。,2、尺墊僅在轉點處豎立水準尺時使用,防止點位移動和水準尺下沉。,一、操作步驟1、安置儀器高度適中、架頭大致水平，固定儀器。2、粗略整平目的：使圓水準氣泡居中，視準軸粗略水平。方法（如圖所示）：,3、瞄準水準尺目的：使目標和十字絲成像清晰。方法：初步瞄準（用準星對準目標）目鏡調焦（使十字絲清晰）物鏡調焦（使目標成像清晰）精確瞄準（使縱絲對準目標）,注意：瞄準時應消除視差。視差：當目鏡、物鏡對光不夠精細時，目標的影像不在十字絲平面上，以致兩者不能同時被看清。消除方法：仔細進行目鏡、物鏡調焦。,4、精確整平目的：使水準管氣泡居中，視準軸精確水平。方法：調節(jié)微傾螺旋，使氣泡影像符合。,5、讀數用十字絲橫絲在水準尺上按從小到大的方向讀數，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數）四位數字。如圖的讀數0.860m,注意：讀數前必須精平，精平后立即讀數。,二、一個測站的水準測量工作,A,B,a,b,1、安置儀器于AB之間，立尺于A、B點上；2、粗略整平；3、瞄準A尺，精平、讀數a，記錄1.568m；4、瞄準B尺，精平、讀數b，記錄1.471m；,5、計算：hAB=ab=1.568-1.471=0.115m即B點比A點高0.115m。hBA=hAB=0.115m，即A點比B點低0.115m。,三、概念1、測站：測量儀器所安置的地點。2、水準路線：進行水準測量時所行走的路線。3、后視：水準路線的后視方向。4、前視：水準路線的前視方向。5、視線高程：后視高程+后視讀數。6、視距：水準儀至標尺的水平距離。7、水準點：水準測量的固定標志。8、水準點高程：指標志點頂面的高程。9、轉折點：水準測量中起傳遞高程作用的中間點。,水準點,水準點布設為了統(tǒng)一全國的高程系統(tǒng)和滿足各種測量的需要，測繪部門在全國各地埋設并測定了很多高程點，這些點稱為水準點(BenchMark)，簡記為BM。水準測量通常是從水準點引測其它點的高程。水準點有永久性和臨時性兩種。國家等級水準點一般用石料或鋼筋混凝土制成，深埋到地面凍結線以下。在標石的頂面設有用不銹鋼或其它不易銹蝕材料制成的半球狀標志。有些水準點也可設置在穩(wěn)定的墻腳上，稱為墻上水準點。建筑工地上的永久性水準點一般用混凝土或鋼筋混凝土制成，臨時性的水準點可用地面上突出的堅硬巖石或用大木樁打入地下，校頂釘以半球形鐵釘。埋設水準點后，應繪出水準點與附近固定建筑物或其它地物的關系圖，在圖上還要寫明水準點的編號和高程，稱為點之記，以便于日后尋找水準點位置之用。水準點編號前通常加BM字樣，作為水準點的代號,一、連續(xù)水準測量當兩點相距較遠或高差較大時，需連續(xù)安置水準儀測定相鄰各點間的高差，最后取各個高差的代數和，可得到起終兩點間的高差。,B,如圖：A、B兩水準點之間，設3個臨時性的轉點。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4,A、B兩點高差計算的一般公式：hAB=,n為測站數,例：,注意：為保證高程傳遞的準確性，在相鄰測站的觀測過程中，必須使轉點保持穩(wěn)定（高程不變）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,HA=123.446m,HB,大地水準面,前進方向,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,計算檢核,6.4065.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水準測量手簿,已知,（一）、測站檢核目的：保證前后視讀數的正確。,方法：變動儀器高法、雙面尺法,1、變動儀器高法在同一測站上變動儀器高（10cm左右），兩次測出高差；等外水準測量其差值|h|6mm，取其平均值作為最后結果。2、雙面尺法采用黑紅面的水準尺，利用雙面的零點差檢核觀測質量。,（二）、計算檢核目的：檢核計算高差和高程計算是否正確。檢核條件：如上表所示：,等式條件成立，說明計算正確。,二、成果檢核,水準測量時，一般將已知水準點和待測水準點組成一條水準路線；在水準測量的施測過程中，測站檢核只能檢核一個測站上是否存在錯誤或誤差是否超限；計算檢核只能發(fā)現每頁計算是否有誤；對一條水準路線來講必須進行成果檢核。,1、水準路線的布設形式附合水準路線（見圖1）閉合水準路線（見圖2）支水準路線（見圖3）,BMA,BMB,1,2,3,4,圖1,1,2,3,圖3,BMA,1,2,3,4,圖2,BMA,2、檢核的主要內容閉合差：觀測值與理論值的差值。高差閉合差就是高差的觀測值與理論值之差；用fh表示，即fh=h測-h理限差：規(guī)范規(guī)定的的高差閉合差的允許值；用fh允表示。等外水準測量要求：平地：fh允40（mm）L水準路線的長度，單位km。山地：fh允12（mm）n水準路線的測站數。要求：fhfh允,3、不同形式水準路線fh的計算附和水準路線：h測=h1+h2+h3+hnh理=H終H始fh=h測-h理=h測-（H終H始）閉合水準路線：h測=h1+h2+h3+hnh理=0fh=h測-h理=h測支水準路線：h測=h往+h返h理=0fh=h測-h理=h往+h返,一、附合水準路線的內業(yè)計算如圖為一附合水準路線：,A、B為已知水準點，HA=65.376m，HB=68.623m點1、2、3為待測水準點，各測段高差、測站數、距離見下圖：,備注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.08+1.575,1.212+2.036,1.414-1.742,2.216+1.446,5.850+3.315,輔助計算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,符合水準測量成果計算表,已知,已知,1、計算閉合差：,2、檢核：,故其精度符合要求。,3、計算改正數分配原則：按與測段距離（或測站數）成正比，并反其符號改正到各相應的高差上，得改正后高差。,按距離：,按測站數：,以第1測段為例，測段改正數為：,檢核：,4、計算改正后高差,檢核：,以第1測段為例，改正后的高差為：,5、計算高程,如：,檢核：,否則說明高程計算有誤。,二、閉合水準路線成果計算1、計算閉合差：2、檢核：3、計算高差改正數：閉合水準路線的計算與附合水準路線基本相同。,4、計算改正后高差：5、計算各測點高程：,三、支水準路線成果計算,1,1、計算閉合差：,2、檢核：,，故精度符合要求。,3、計算高差（取往、返測絕對值的平均值，其符號與往測相同）,4、計算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),一、水準儀的主要軸線及應滿足的條件主要軸線：視準軸CC水準管軸LL儀器豎軸VV圓水準器軸幾何關系：圓水準器軸/儀器豎軸水準管軸/視準軸十字絲橫絲豎軸,二、水準儀的檢驗和校正1、圓水準器的檢驗和校正目的：使圓水準器軸/儀器豎軸檢驗：用腳螺旋使圓水準器氣泡居中；望遠鏡旋轉180度。若氣泡仍居中，滿足要求；若氣泡不居中，需進行校正。校正：用腳螺旋調氣泡偏離值的一半；用圓水準器的校正螺旋再調一半。,2、十字絲橫絲的檢校和校正目的：使十字絲橫絲豎軸檢驗：精平儀器，十字絲橫絲左邊對準墻上標志點p；水平微動，p點在橫絲上移動，說明十字絲橫絲位置正確；否則需要校正。校正：松開十字絲的固定螺旋；微微轉動十字絲環(huán)座，至p點軌跡與橫絲重合；擰緊十字絲的固定螺旋。,十字絲固定螺旋,3、水準管軸的檢驗與校正目的：使水準管軸/視準軸。檢驗：在平坦地面選相距80m左右A、B兩點，置水準儀于中點C，用變動儀器高法（兩次高差之差3mm）測定兩點之間的高差h0=a1-b1；,i角視準軸與水準管軸之間的夾角；前后視距相等可以消除。,儀器搬A點附近，測得高差h=a2b2；若h=h0，則水準管軸/視準軸；若h不等于h0，則存在i角。如圖：,式中：DAB為AB兩點之間的距離,對于DS3水準儀，當時，則需校正。,3、校正轉動微傾螺旋，使（此時視準軸水平，水準管氣泡不居中）。調節(jié)水準管校正螺絲，使符合氣泡居中。,誤差來源：儀器誤差+觀測誤差+外界條件的影響,一、儀器誤差1、儀器校正后的殘余誤差主要是i角誤差。（前后視距相等可消除）2、水準尺誤差包括刻劃不準、尺長變化、尺身彎曲等誤差。（作業(yè)前必須檢驗，前后視尺交替使用、測站數為偶數可減弱或消除）,二、觀測誤差1、視差（仔細調焦可消除）2、讀數誤差（減小視線長度、讀數認真果斷）3、水準器泡居中誤差（符合后立即讀數）4、水準尺傾斜的影響（認真扶尺、氣泡居中）,三、外界條件的影響1、儀器下沉（踩緊腳架、減少觀測時間）2、尺墊下沉（尺墊踩實、往返測取中數）3、地球曲率和大氣折光（前后視距相等可消除）4、大氣溫度和風力（打傘遮陽、選擇好的天氣）,精密水準儀,主要用于一、二等水準測量和精密工程測量。,特點：1、結構精密、性能穩(wěn)定