水準(zhǔn)測量的基本原理及測量方法

1、_水準(zhǔn)測量的基本原理及測量方法內(nèi)容：理解水準(zhǔn)測量的基本原理；掌握DS3型微傾式水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn)、水準(zhǔn)尺和尺墊；掌握水準(zhǔn)儀的使用及檢校方法；掌握水準(zhǔn)測量的外業(yè)實(shí)施（觀測、記錄和檢核）及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理（高差閉合差的調(diào)整）方法；了解水準(zhǔn)測量的注意事項(xiàng)、精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及操作方法。重點(diǎn)：水準(zhǔn)測量原理；水準(zhǔn)測量的外業(yè)實(shí)施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。難點(diǎn)：水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正。§2.1 高程測量（Height Measurement）的概念測量地面上各點(diǎn)高程的工作, 稱為高程測量。高程測量根據(jù)所使用的儀器和施測方法的不同，分為：（ 1 ）水準(zhǔn)測量 (leveling)（ 2 ）三角高

2、程測量 (trigonometric leveling)（ 3 ）氣壓高程測量 (air pressure leveling)（ 4 ） GPS 測量 (GPS leveling)§2.2 水準(zhǔn)測量原理一、基本原理水準(zhǔn)測量的原理是利用水準(zhǔn)儀提供的“水平視線 ”，測量兩點(diǎn)間高差，從而由已知點(diǎn)高程推算出未知點(diǎn)高程。精品資料_a 后視讀數(shù)A 后視點(diǎn)b 前視讀數(shù)B 前視點(diǎn)1、 A 、 B 兩點(diǎn)間高差：2、測得兩點(diǎn)間高差后，若已知A 點(diǎn)高程，則可得 B 點(diǎn)的高程：。3、視線高程：4、轉(zhuǎn)點(diǎn)TP(turning point)的概念： 當(dāng)?shù)孛嫔蟽牲c(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，或兩點(diǎn)的高差太大，放置一次儀器不能測定其

3、高差時(shí)，就需增設(shè)若干個(gè)臨時(shí)傳遞高程的立尺點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)。二、連續(xù)水準(zhǔn)測量精品資料_如圖所示，在實(shí)際水準(zhǔn)測量中，A 、 B 兩點(diǎn)間高差較大或相距較遠(yuǎn)，安置一次水準(zhǔn)儀不能測定兩點(diǎn)之間的高差。此時(shí)有必要沿A 、 B 的水準(zhǔn)路線增設(shè)若干個(gè)必要的臨時(shí)立尺點(diǎn)，即轉(zhuǎn)點(diǎn)（用作傳遞高程）。根據(jù)水準(zhǔn)測量的原理依次連續(xù)地在兩個(gè)立尺中間安置水準(zhǔn)儀來測定相鄰各點(diǎn)間高差，求和得到A 、 B 兩點(diǎn)間的高差值，有：h 1 = a 1 b 1h 2 = a 2 b 2則：h AB = h 1 + h 2 + + h n =h = a b結(jié)論：A 、 B 兩點(diǎn)間的高差等于后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和。§2.3水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)

4、尺一、水準(zhǔn)儀(level)如圖所示，由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。精品資料_DS3 微傾式水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀1、望遠(yuǎn)鏡(telescope) 由物鏡、目鏡和十字絲（上、中、下絲）三部分組成。2、水準(zhǔn)器(bubble)有兩種：圓水準(zhǔn)器(circular bubble) 精度低，用于粗略整平； 水準(zhǔn)管(bubble tube)精品資料_精度高，用于精平。特性：氣泡始終位于高處，氣泡在哪處，說明哪處高。3、基座(tribrach)二、水準(zhǔn)尺(leveling staff)水準(zhǔn)尺主要有：單面尺、雙面尺和塔尺。1、尺面分劃為1cm，每10cm處（E 字形刻劃的尖端）注有阿拉伯?dāng)?shù)字。2、雙面尺的紅面

5、尺底刻劃：一把為4687mm，另一把為4787mm。精品資料_三、尺墊(staff plate)放置在轉(zhuǎn)點(diǎn)上，為防止觀測過程中水準(zhǔn)尺下沉。精品資料_四、 水準(zhǔn)儀的使用操作程序：粗平 瞄準(zhǔn) 精平 讀數(shù)（一）粗平 調(diào)節(jié)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)氣泡居中。1、方法：對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋1 、 2 使氣泡移至1 、 2 方向的中間 轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋3 ，使氣泡居中。2、規(guī)律：氣泡移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。（二）瞄準(zhǔn)1、方法：先用準(zhǔn)星器粗瞄，再用微動(dòng)螺旋精瞄。2、視差概念：眼睛在目鏡端上下移動(dòng)時(shí)，十字絲與目標(biāo)像有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生原因：目標(biāo)像平面與十字絲平面不重合。消除方法：仔細(xì)反復(fù)交替調(diào)節(jié)目鏡和物鏡對(duì)光螺旋。（三）精

6、平精品資料_1、方法：如圖所示微傾式水準(zhǔn)儀(tilt level)，調(diào)節(jié)微傾螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡成像拋物線符合。2、說明：若使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀（compensator level），儀器無微傾螺旋，故不需進(jìn)行精平工作。（四）讀數(shù) 精平后，用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。1、方法：從小數(shù)向大數(shù)讀，讀四位。米、分米看尺面上的注記，厘米數(shù)尺面上的格數(shù)，毫米估讀。2、規(guī)律：讀數(shù)在尺面上由小到大的方向讀。故對(duì)于望遠(yuǎn)鏡成倒像的儀器，即從上往下讀， 望遠(yuǎn)鏡成正像的儀器，即從下往上讀。 如圖所示， 從小向大讀四位數(shù)為0.725米 。§2.4水準(zhǔn)測量的實(shí)施與成果整理一、水準(zhǔn)點(diǎn)(Bench Mark)通過水

7、準(zhǔn)測量方法獲得其高程的高程控制點(diǎn)，稱為水準(zhǔn)點(diǎn)BM ，一般用表示。有永久性和臨時(shí)性兩種。 （見圖）精品資料_二、水準(zhǔn)路線(leveling line)水準(zhǔn)路線依據(jù)工程的性質(zhì)和測區(qū)情況，可布設(shè)成以下幾種形式：1、閉合水準(zhǔn)路線(closed leveling line)。由已知點(diǎn)BM1 已知點(diǎn)BM12、附合水準(zhǔn)路線(annexed leveling line)。由已知點(diǎn)BM1 已知點(diǎn)BM23、支水準(zhǔn)路線(spur leveling line)。 由已知點(diǎn)BM1 某一待定水準(zhǔn)點(diǎn)A 。4、水準(zhǔn)網(wǎng)：若干條單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成的圖形。三、水準(zhǔn)測量的實(shí)施（外業(yè)）1、觀測要求如圖，有：精品資料_（1 ）水準(zhǔn)

8、儀安置在離前、后視距離大致相等之處。（2 ）為及時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測中的錯(cuò)誤，通常采用“兩次儀器高法 ”或 “雙面尺法 ”。兩次儀器高法： 高差之差h-h'< ±5mm；雙面尺法， 紅黑面讀數(shù)差< ±3mm h黑 -h 紅 < ±5mm 。2、水準(zhǔn)測量記錄表注意：（ 1）起始點(diǎn)只有后視讀數(shù)，結(jié)束點(diǎn)只有前視讀數(shù)，中間點(diǎn)既有后視讀數(shù)又有前視讀數(shù)。（ 2），只表明計(jì)算無誤，不表明觀測和記錄無誤。四、水準(zhǔn)測量的成果處理（內(nèi)業(yè)）精品資料_（一）計(jì)算閉合差：1、閉合水準(zhǔn)路線：2、附合水準(zhǔn)路線：（二）分配高差閉合差1、高差閉合差限差（容許誤差）對(duì)于普通水準(zhǔn)測量，

9、有：式中， 高差閉合差限差，單位：mmL 水準(zhǔn)路線長度，單位：km ； n 測站數(shù)2、分配原則：按與距離L 或測站數(shù)n 成正比，將高差閉合差反號(hào)分配到各段高差上。（三）計(jì)算各待定點(diǎn)高程用改正后的高差和已知點(diǎn)的高程，來計(jì)算各待定點(diǎn)的高程。五、水準(zhǔn)測量的成果實(shí)例【例】如圖為按圖根水準(zhǔn)測量要求施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果略圖。BM-A和BM-B為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，圖中箭頭表示水準(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( 以 m 為單位) ，路線下方數(shù)字為該段路線的長度( 以 km 為單位) ，試計(jì)算待定點(diǎn)1、2、3點(diǎn)的高程。精品資料_解算如下：第一步計(jì)算高差閉合差：第二步計(jì)算限差：因?yàn)?，可進(jìn)

10、行閉合差分配。第三步計(jì)算每km 改正數(shù)：第四步計(jì)算各段高差改正數(shù)：。四舍五入后，使。故有： V 1 =- 8mm ， V 2 =- 11mm， V 3 =- 8mm， V 4 =- 10mm。第五步計(jì)算各段改正后高差后，計(jì)算1、2、3各點(diǎn)的高程。改正后高差 = 改正前高差 + 改正數(shù) V iH 1=H BM-A +(h 1 +V 1 )=45.286+2.323=47.609(m)H 2=H 1 +(h 2+V 2 )=47.509+2.802=50.411(m)H 3=H 2 +(h 3+V 3 )=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B =H 3 +(h 4 +V 4 )=

11、48.059+1.420=49.579(m)可用EXCEL軟件計(jì)算如下圖：精品資料_§2.5水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正一、水準(zhǔn)儀軸線的幾何關(guān)系水準(zhǔn)儀軸線應(yīng)滿足的幾何條件是：1、水準(zhǔn)管軸LL/ 視準(zhǔn)軸CC2、圓水準(zhǔn)軸L ' L ' /豎軸VV3、橫絲要水平（即： 豎軸VV ）如下圖所示：精品資料_二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正（一）圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正1、檢驗(yàn)：氣泡居中后，再將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180 °，看氣泡是否居中。2、校正：用腳螺旋使氣泡向中央移動(dòng)一半, 再用撥針撥動(dòng)三個(gè)“校正螺旋 ”，使氣泡居中。（二）十字絲橫絲的檢驗(yàn)與校正1、檢驗(yàn)：整平后，用橫絲的一端對(duì)準(zhǔn)一固定點(diǎn)P

12、，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，看P 點(diǎn)是否沿著橫絲移動(dòng)。精品資料_2、校正：旋下目鏡處的十字絲環(huán)外罩，轉(zhuǎn)動(dòng)左右2 個(gè) “校正螺絲 ”。（三）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸（i 角）的檢驗(yàn)與校正1、檢驗(yàn)：（1）平坦地上選A 、 B 兩點(diǎn)，約 50m 。（2）在中點(diǎn) C架儀，讀取a 1 、 b 1，得 h 1 =a 1-b 1（3）在距 B 點(diǎn)約 2 3m處架儀，讀取a 2 、 b 2，得 h 2 =a 2 -b 2（4）若 h 2 h 1 , 則水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸，有i角。因?yàn)?h1 為正確高差 b2的誤差可忽略不計(jì)，故有：對(duì)于S 3 水準(zhǔn)儀，若i 角大于時(shí)，需校正。精品資料_2、校正方法有二種：（1 ）校正水準(zhǔn)管

13、旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使十字絲橫絲對(duì)準(zhǔn)(a 2 ' =h 1 +b 2 )，撥動(dòng)水準(zhǔn)管 “校正螺絲 ”，使水準(zhǔn)管氣泡居中。（2 ）校正十字絲 可用于自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀保持水準(zhǔn)管氣泡居中，撥動(dòng)十字絲上下兩個(gè)“校正螺絲 ”，使橫絲對(duì)準(zhǔn)a 2 ' 。§2.6自動(dòng)安平、精密、電子水準(zhǔn)儀簡介一、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀(compensator level)1、原理 與普通水準(zhǔn)儀相比，在望遠(yuǎn)鏡的光路上加了一個(gè)補(bǔ)償器。2、使用 粗平后，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)觀察警告指示窗若全部呈綠色，方可讀數(shù)；最好狀精品資料_態(tài)是指示窗的三角形尖頂與橫指標(biāo)線平齊。3、檢校 與精通水準(zhǔn)儀相比，要增加一項(xiàng)補(bǔ)償器的檢驗(yàn)，即：轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，看

14、警告指示窗是否出現(xiàn)紅色；以此來檢查補(bǔ)償器是否失靈。二、精密水準(zhǔn)儀（ precise level） （每公里往返平均高差中誤差1mm）1、精密水準(zhǔn)儀提供精確的水平視線和精確讀數(shù)。精密水準(zhǔn)儀2、精密水準(zhǔn)尺刻度精確( 銦鋼帶水準(zhǔn)尺invar leveling staff)。3、讀數(shù)方法（1 ）精平后，轉(zhuǎn)動(dòng)測微螺旋，使十字絲的楔形絲精確夾準(zhǔn)某一整分劃線。（2 ）讀數(shù)時(shí)，將整分劃值和測微器中的讀數(shù)合起來。如: 14865.0mm。精品資料_三、數(shù)字水準(zhǔn)儀(digital level)及條紋碼水準(zhǔn)尺(coding level staff)1、具有自動(dòng)安平、顯示讀數(shù)和視距功能。2、能與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通訊，避免了

15、人為觀測誤差。§2.7水準(zhǔn)測量誤差及注意事項(xiàng)來源有：儀器誤差、操作誤差、外界條件影響。一、儀器誤差精品資料_主要有：視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸（i 角）的誤差、水準(zhǔn)尺誤差二、操作誤差主要有：水準(zhǔn)氣泡未嚴(yán)格居中、視差、估讀誤差、水準(zhǔn)尺未豎直。三、外界條件影響的誤差主要有：儀器下沉、尺墊下沉、地球曲率、大氣折光、氣溫和風(fēng)力。四、水準(zhǔn)測量的注意事項(xiàng)：(一）觀測：1、觀測前應(yīng)認(rèn)真按要求檢驗(yàn)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺；2、儀器應(yīng)安置在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)處，并踩實(shí)三角架；3、前后視距應(yīng)盡可能相等；4、每次讀數(shù)前要消除視差，只有當(dāng)符合水準(zhǔn)氣泡居中后才能讀數(shù)；5、注意對(duì)儀器的保護(hù)，做到“人不離儀器”；6、只有當(dāng)一測站記錄計(jì)算合格后才能搬站，搬站時(shí)先檢查儀器連接螺旋是否固緊，一手托住儀器，一手握