工程測量第2章水準(zhǔn)儀

1、第二章 水準(zhǔn)測量1 1 高程測量概述高程測量概述2 2 水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量原理3 3 水準(zhǔn)儀及其使用水準(zhǔn)儀及其使用4 4 水準(zhǔn)測量方法水準(zhǔn)測量方法5 5 水準(zhǔn)儀的檢查和校正水準(zhǔn)儀的檢查和校正6 6 水準(zhǔn)測量誤差分析水準(zhǔn)測量誤差分析1 高程測量概述1 1）高程測量）高程測量測定地面點(diǎn)高程的工作測定地面點(diǎn)高程的工作2）高程測量的方法）高程測量的方法主要方法：水準(zhǔn)測量主要方法：水準(zhǔn)測量用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量的工作。用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量的工作。其它方法：三角高程測量、其它方法：三角高程測量、GPS測高測高3）高程系統(tǒng)：）高程系統(tǒng)：黃海高程系黃海高程系 高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)： 1985國家國家高程基準(zhǔn)高程基

2、準(zhǔn)4）水準(zhǔn)測量等級）水準(zhǔn)測量等級 一等：國家高程控制、科研一等：國家高程控制、科研（地殼形變、地面沉降、精密測量）（地殼形變、地面沉降、精密測量） 二等：城市高程控制、地面沉降、精密工程測量二等：城市高程控制、地面沉降、精密工程測量 三、四等：小地區(qū)高程控制、圖根水準(zhǔn)、普通工程測量三、四等：小地區(qū)高程控制、圖根水準(zhǔn)、普通工程測量ABhAB 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面HA（已知）已知）HB=？ab2 水準(zhǔn)測量的原理hAB = ab HB= HA+ hAB 利用能提供水平視線的儀器，測定地面點(diǎn)間的高利用能提供水平視線的儀器，測定地面點(diǎn)間的高差，從而推算高程的一種方法。差，從而推算高程的一種方法。基本原理

3、中間法水準(zhǔn)測量hAB大地水準(zhǔn)面HB=?A連續(xù)中間水準(zhǔn)測量hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab 兩點(diǎn)間距離較長或高差較大時(shí)，在兩點(diǎn)間設(shè)若兩點(diǎn)間距離較長或高差較大時(shí)，在兩點(diǎn)間設(shè)若干轉(zhuǎn)點(diǎn)，分段測量高差，取各分段高差的總和。干轉(zhuǎn)點(diǎn)，分段測量高差，取各分段高差的總和。3 水準(zhǔn)儀及其使用（一）水準(zhǔn)儀定義：定義：為水準(zhǔn)測量提供水平視線的儀器。為水準(zhǔn)測量提供水平視線的儀器。分類：水準(zhǔn)氣泡式、自動安平式分類：水準(zhǔn)氣泡式、自動安平式 光學(xué)式、電子式光學(xué)式、電子式構(gòu)造：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、支架構(gòu)造：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、支架、基座基座等級：精密等級：精密DS05、DS1 普通普通DS

4、3、DS10 （精度：一公里往返測高差中數(shù)中誤差 mm）DS3水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀（適用于三等及三等以下的水準(zhǔn)測量）（適用于三等及三等以下的水準(zhǔn)測量）目鏡微傾螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡水平微動螺旋水平制動螺旋腳螺旋準(zhǔn)星水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)物鏡：物鏡：目標(biāo)成像目標(biāo)成像目鏡：目鏡：把十字絲和目標(biāo)像放大把十字絲和目標(biāo)像放大調(diào)焦鏡：調(diào)焦鏡：使遠(yuǎn)近不同的目標(biāo)均成像于十字絲面上使遠(yuǎn)近不同的目標(biāo)均成像于十字絲面上十字絲：十字絲：橫絲、豎絲（上絲、中絲、下絲）橫絲、豎絲（上絲、中絲、下絲）縱縱 軸軸 - 支架的旋轉(zhuǎn)軸，又稱為豎軸。支架的旋轉(zhuǎn)軸，又稱為豎軸。視準(zhǔn)軸視準(zhǔn)軸 - 十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。十字絲分劃中心與物鏡光心的連

5、線。測量望遠(yuǎn)鏡下絲豎絲上絲橫絲 如果如果目標(biāo)象沒有落在十字絲面上目標(biāo)象沒有落在十字絲面上，則當(dāng)觀，則當(dāng)觀測員的眼睛上下左右移動時(shí)，會感到目標(biāo)像與測員的眼睛上下左右移動時(shí)，會感到目標(biāo)像與十字絲之間有相對錯(cuò)動，這種現(xiàn)象稱為十字絲之間有相對錯(cuò)動，這種現(xiàn)象稱為視差視差。視 差原因：原因：望遠(yuǎn)鏡內(nèi)目標(biāo)像與十字絲分劃板未重合。望遠(yuǎn)鏡內(nèi)目標(biāo)像與十字絲分劃板未重合。消除視差的步驟：消除視差的步驟： 目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰；目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰； 物鏡調(diào)焦，使目標(biāo)像最清晰，直至無視差。物鏡調(diào)焦，使目標(biāo)像最清晰，直至無視差。 用以指示視線水平或豎軸是否豎直的裝置，用以指示視線水平或豎軸是否豎直的裝置，分分圓

6、形圓形和和管形管形兩種。兩種。水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器圓柱形玻璃盒，上面有同圓柱形玻璃盒，上面有同心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，通通過同心圓圓心的球面法線過同心圓圓心的球面法線成為成為圓水準(zhǔn)軸圓水準(zhǔn)軸?！皻馀菥又袣馀菥又小奔磮A水準(zhǔn)軸處于鉛垂位置。即圓水準(zhǔn)軸處于鉛垂位置。（靈敏度 8/2mm ，用于儀器粗平 ）水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管玻璃圓管，其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓玻璃圓管，其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓弧形。弧形?？虅澗€對稱中點(diǎn)處的切線刻劃線對稱中點(diǎn)處的切線成為成為水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管軸軸?！皻馀菥又袣馀菥又小奔此疁?zhǔn)管軸水平。即水準(zhǔn)管軸水平。 （靈敏度20/2mm 用于儀器精平）圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)

7、器圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)管軸水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管軸靈敏度靈敏度 - 相鄰分劃線間的弧所對的圓心角。相鄰分劃線間的弧所對的圓心角。符合棱鏡系統(tǒng)符合棱鏡系統(tǒng)（二）水準(zhǔn)尺和尺墊直尺直尺：雙面雙面(黑、紅黑、紅)水準(zhǔn)尺，尺常數(shù)水準(zhǔn)尺，尺常數(shù)4.687m、 4.787m，用于三等以下水準(zhǔn)路線測量。，用于三等以下水準(zhǔn)路線測量。塔尺塔尺：可伸縮，伸足為可伸縮，伸足為3米、米、 5米，用于一般米，用于一般工程測量。工程測量。折尺：折尺： 可對折可對折水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺尺墊尺墊轉(zhuǎn)點(diǎn)立尺用（鑄鐵、三個(gè)腳、突起半球）轉(zhuǎn)點(diǎn)立尺用（鑄鐵、三個(gè)腳、突起半球）1）安置：安置三腳架和水準(zhǔn)儀）安置：安置三腳架和水準(zhǔn)儀2）粗平：使圓水準(zhǔn)器氣泡居中

8、）粗平：使圓水準(zhǔn)器氣泡居中3）瞄準(zhǔn)：調(diào)節(jié)目鏡、粗瞄、精瞄）瞄準(zhǔn)：調(diào)節(jié)目鏡、粗瞄、精瞄4）精平：使長水準(zhǔn)管氣泡居中）精平：使長水準(zhǔn)管氣泡居中5）讀數(shù)：用中絲讀數(shù)）讀數(shù)：用中絲讀數(shù)（三）水準(zhǔn)儀的使用安置粗平左手大拇指規(guī)則：左手大拇指規(guī)則：氣泡移動方向與左手大拇指轉(zhuǎn)動腳螺旋氣泡移動方向與左手大拇指轉(zhuǎn)動腳螺旋時(shí)的方向相同。時(shí)的方向相同。缺口準(zhǔn)星水平微動螺旋水平制動螺旋調(diào)焦螺旋目鏡調(diào)節(jié)螺旋照 準(zhǔn)微傾螺旋精 平121.2720.712讀 數(shù) 6.2526.2521.5331.5336.2526.2521.5331.533（四）自動安平水準(zhǔn)儀（無水準(zhǔn)管和微傾螺旋）（無水準(zhǔn)管和微傾螺旋）DSZ2Koni 00

9、7實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解了解DS3型水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造，認(rèn)清主要部件型水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造，認(rèn)清主要部件的名稱、性能和作用。的名稱、性能和作用。2）練習(xí)水準(zhǔn)儀的正確安置、照準(zhǔn)和讀數(shù)。）練習(xí)水準(zhǔn)儀的正確安置、照準(zhǔn)和讀數(shù)。方法和步驟：方法和步驟：1）安置儀器）安置儀器2）認(rèn)識儀器部件）認(rèn)識儀器部件3）粗略整平）粗略整平4）水準(zhǔn)儀操作）水準(zhǔn)儀操作5）觀測練習(xí)）觀測練習(xí)4 4 水準(zhǔn)測量方法水準(zhǔn)測量方法基本概念n 水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn) （永久性、臨時(shí)性）（永久性、臨時(shí)性）4 4 水準(zhǔn)測量方法水準(zhǔn)測量方法基本概念n 測站、轉(zhuǎn)點(diǎn)測站、轉(zhuǎn)點(diǎn)n 水準(zhǔn)路線、測段水準(zhǔn)路線、測段4 4 水準(zhǔn)測量方法水準(zhǔn)測量方法（一）水準(zhǔn)路線布設(shè)

10、BM0閉合閉合水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線附合附合水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線BM1BM2h= h測h= h測 -（H終-H始)支支水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線BM0h= h往+ h返結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)網(wǎng)閉合閉合水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線附合附合水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線支支水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線單一水準(zhǔn)路線單一水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)網(wǎng)高差閉合差高差閉合差：實(shí)測高差與其理論值之差應(yīng)該為實(shí)測高差與其理論值之差應(yīng)該為0，但由于，但由于測量中不可避免帶有誤差，使得觀測所得高差與理論高差測量中不可避免帶有誤差，使得觀測所得高差與理論高差不相等，其差值稱為高差閉合差不相等，其差值稱為高差閉合差（二）水準(zhǔn)測量校核及精度1 1）測站測站校核校核 在一個(gè)測站上觀測兩次高差，

11、兩次高差不符值應(yīng)在一個(gè)測站上觀測兩次高差，兩次高差不符值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。在允許范圍內(nèi)。 方法：變儀器高法、雙面尺法方法：變儀器高法、雙面尺法2 2）線路線路校核校核 把已知高程點(diǎn)和待測點(diǎn)布設(shè)成路線，線路觀測高把已知高程點(diǎn)和待測點(diǎn)布設(shè)成路線，線路觀測高差和理論高差不符值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。差和理論高差不符值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。（三）普通（等外）水準(zhǔn)測量三）普通（等外）水準(zhǔn)測量線路線路 閉合差允許值閉合差允許值平坦地區(qū)：平坦地區(qū)：h允允=40L mm L路線長度（路線長度（km）丘陵地區(qū)：丘陵地區(qū)：h允允=10n mm n測站數(shù)測站數(shù)（四）水準(zhǔn)測量的外業(yè)實(shí)施BM1TP1測站測點(diǎn)后視讀數(shù)前視讀數(shù)高差高程 校

12、核a= b= a b = h=11BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.8280.0663.3252.814+0.511+0.511BM1TP1ABM1BM2AB2+0.5114+2.7914-1.632H BM1=19.431 H BM2 = 21.121（四）水準(zhǔn)測量的外業(yè)實(shí)施（續(xù)）AB觀測方法觀測方法前后視距前后視距測站限差測站限差環(huán)線閉合差環(huán)線閉合差1） 計(jì)算計(jì)算高差閉合差高差閉合差 閉合路線閉合路線 fh= h 測測 附合路線附合路線 fh= h 測測（H終終 H始始） 支水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線 fh= h 往往+h 返返v閉合差閉合差允許值

13、允許值： h允允=40L mm （平坦地區(qū)）平坦地區(qū)） h允允=10n mm （丘陵地區(qū)）丘陵地區(qū)）（五）水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算3）計(jì)算計(jì)算改正后高差改正后高差 hii+1 = hi i+1 + i 4）計(jì)算計(jì)算各點(diǎn)的高程各點(diǎn)的高程 H i+1=Hi+ hii+1 i = - f h L i / L i = - f h n i / nL 線路總長；線路總長；L i 第第 i 段長度段長度n i 第第 i 測段測站數(shù)測段測站數(shù) i 各測段高差改正各測段高差改正2）足足 h f h允允計(jì)算計(jì)算高差改正數(shù)高差改正數(shù)注：注： 與與 h 大小相等，符號相反。大小相等，符號相反。（五）水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算（續(xù)）

14、例1：水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算點(diǎn)號站數(shù)觀測值改正數(shù)改正后高差 高程0.0040.0080.0080.5152.7991.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM22440.5112.7911.632101.670 0.0201.690fh=1.670(21.12119.431)=20(mm)fh允允=31(mm)BM1BM2AB2+0.5114+2.7914-1.632BM1ABM221.12119.431 例：已知水準(zhǔn)點(diǎn)例：已知水準(zhǔn)點(diǎn)IV1的高程的高程H始始 = 21.453 m，IV2點(diǎn)點(diǎn)的高程的高程H終終 = 25.006m，求各點(diǎn)平差后高程。求各點(diǎn)平差后高程。12

15、3n1 =5h1=3.748n2=10h2=-12.365n3=6h3=11.430n4=4h4=0.715IV1IV2例2：水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算（1）高差閉合差的計(jì)算）高差閉合差的計(jì)算f h= h測測 -（H終終-H始始） = 3.528 -（25.006 -21.453）= - 0.025 mf h允允 = 10 n = 50 mm （合格）（合格）（2）高差閉合差的調(diào)整）高差閉合差的調(diào)整i = - f h n i / n 1=0.005 2=0.010 3=0.006 4=0.004檢核計(jì)算：檢核計(jì)算： i = - f h例例2：（3）計(jì)算各點(diǎn)改正后的高差）計(jì)算各點(diǎn)改正后的高差HIV1=

16、21.453 m H1= HIV1 + h1 = 25.206 mH2= H1 + h2 = 12.851 mH3= H2 + h3 = 24.287 mHIV2= H3 + h4 = 25.006 m = 已知高程已知高程 h1= h1 + 1 h2= h2 + 2 h3= h3 + 3 h4 = h4 + 4（4）計(jì)算各點(diǎn)的高程）計(jì)算各點(diǎn)的高程例例2：* 普通（等外）水準(zhǔn)測量實(shí)習(xí)普通（等外）水準(zhǔn)測量實(shí)習(xí) *外業(yè)注意事項(xiàng)：5 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正（一）水準(zhǔn)儀的主要軸線軸線應(yīng)滿足的條件：軸線應(yīng)滿足的條件：1）圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱）圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱軸軸 L L VV2）十字絲的橫絲垂直于縱軸）十字絲的橫絲垂直于縱軸 3）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸 LLCC （i角誤差）角誤差）（二）軸線關(guān)系檢驗(yàn)與校正 （1） 圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱軸圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱軸 （2） 十字絲的橫絲垂直于縱軸十字絲的橫絲垂直于縱軸 （3） 水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸11122222=- =-=-ha ba bha b6 水準(zhǔn)測量的誤差分析（一）儀器誤差（一）儀器誤差 i角誤差角誤差 前后視距盡量相等前后視距盡量相等 調(diào)焦誤差調(diào)焦誤差 前后視距盡量相等前后視距盡量相等 水準(zhǔn)尺零點(diǎn)