水準測量-土木工程測量-02

1、2. .1 水準測量原理水準測量原理 1. 水準測量基本原理水準測量基本原理目的：目的：測定兩點的高差測定兩點的高差儀器：儀器：水準儀水準儀原理：原理：利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之間的水準尺進行間的水準尺進行觀測觀測 ，并通過其，并通過其中一個點（中一個點（M M點）點）的高程推算另一的高程推算另一個點個點(N(N點點) )的高的高程。程。2. 水準測量觀測方法水準測量觀測方法 （1）高差法：）高差法： 在在M、N兩點間安置水準儀，在兩點間安置水準儀，在M、N兩兩點分別豎立水準尺，利用水準移的水平視線分別讀取點分別豎立水準尺，利用水準移的水平視線

2、分別讀取M點、點、N點上的讀數點上的讀數a、b，則兩點的高差為，則兩點的高差為則則N點的高程點的高程HN為為 a：后視讀數：后視讀數(后視觀測后視觀測讀數讀數)；b：前視讀數前視讀數( (前視觀測前視觀測讀數讀數) )。M M：后視點后視點N N：前視點前視點永遠是永遠是后視減前視后視減前視bahMNMNMNhHH（2）視線高法（單站多測法）視線高法（單站多測法） 安置一次儀器可以測算多個點高程的方法。安置一次儀器可以測算多個點高程的方法。首先算出水準儀的首先算出水準儀的視線高程視線高程Hi，然后分別，然后分別計算出各個點的高程：計算出各個點的高程：bj為第為第j個前視點的讀數，個前視點的讀數

3、，Hj為第為第j個前視點的高程。個前視點的高程。這種方法常用于路線縱這種方法常用于路線縱斷面測量。斷面測量。大地水準面大地水準面MjbjHMHjHi大地水準面大地水準面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,)aHHMijijbHH(j=1,2,3,)3. . 連續(xù)水準測量（路線水準測量）連續(xù)水準測量（路線水準測量） 應用前提應用前提：兩待測點之間距離較遠、高差較大，或中間：兩待測點之間距離較遠、高差較大，或中間有障礙。有障礙。方法：方法：加設若干個臨時立尺點（稱為加設若干個臨時立尺點（稱為轉點轉點ZD），依此），依此測定相鄰兩個點的高差，取各高差的代數和即得到起測定相鄰兩

4、個點的高差，取各高差的代數和即得到起終兩個點的高差。終兩個點的高差。則則M、N兩點的高差為兩點的高差為 niiniiniiMNbahh111),.,3 , 2 , 1(ni iiibah4. 提高精度的觀測方法提高精度的觀測方法“中間法中間法”觀測：觀測：各測站前、后視線長度大致相各測站前、后視線長度大致相等等“中間法中間法” 觀測的作用觀測的作用削弱水準管軸削弱水準管軸與視準軸不平與視準軸不平行的儀器誤差行的儀器誤差地球曲率和大地球曲率和大氣折光的影響氣折光的影響對光透鏡運行對光透鏡運行誤差誤差2.2 水水 準準 儀儀1. 水準儀：水準儀：提供水平視線（平行大地水準面）的設備提供水平視線（平

5、行大地水準面）的設備2. 水準儀類型：水準儀類型：（1）微傾式水準儀微傾式水準儀 （2）自動安平水準儀自動安平水準儀 （3）電子水準儀電子水準儀3. 水準儀的表示方法（國產儀器）水準儀的表示方法（國產儀器） DSn：D表示大地測量表示大地測量S表示水準儀，表示水準儀，n為數字表示為數字表示儀器精度，數值儀器精度，數值n越小越小,表示儀器精度越高。如表示儀器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返測量高差中數的偶然中誤差每公里往返測量高差中數的偶然中誤差小于或小于或等于等于0.5mm 4. 常用水準儀的等級劃分及主要用途常用水準儀的等級劃分及主要用途一一般般工工程程水水準準測測量量國國家家三三

6、四四等等水水準準測測量量及及一一般般工工程程水水準準測測量量國國家家二二等等測測量量及及其其他他精精密密水水準準測測量量國國家家一一等等水水準準測測量量及及地地震震測測量量主主要要用用途途儀儀器器精精度度DS10DS3DS1DS0.5儀儀器器系系列列型型號號一一般般工工程程水水準準測測量量國國家家三三四四等等水水準準測測量量及及一一般般工工程程水水準準測測量量國國家家二二等等測測量量及及其其他他精精密密水水準準測測量量國國家家一一等等水水準準測測量量及及地地震震測測量量主主要要用用途途儀儀器器精精度度DS10DS3DS1DS0.5儀儀器器系系列列型型號號mm5 . 0mm1mm3mm105.

7、水準儀的主要結構組成水準儀的主要結構組成主要為三部分：主要為三部分：（1）望遠鏡望遠鏡 （2）水準器水準器 （3）基座基座其中望遠鏡為主要組成部分。下圖為其中望遠鏡為主要組成部分。下圖為WILD NAK-0X型型水準儀（由北京測繪儀器廠組裝）水準儀（由北京測繪儀器廠組裝）目鏡目鏡目鏡對光螺旋目鏡對光螺旋物鏡對光螺旋物鏡對光螺旋物鏡物鏡水平微調螺旋水平微調螺旋腳螺旋腳螺旋準星準星6. 望遠鏡組成及其成像原理望遠鏡組成及其成像原理望遠鏡由望遠鏡由物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲四個四個主要部分組成。主要部分組成。成像原理：成像原理：目標經過物鏡和對光凹透鏡的作用，目標經

8、過物鏡和對光凹透鏡的作用，在鏡筒內造成倒立、縮小的實像，通過調節(jié)對光在鏡筒內造成倒立、縮小的實像，通過調節(jié)對光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。（望遠鏡的放大倍數望遠鏡的放大倍數）視準軸視準軸 目鏡的作用：目鏡的作用：放大，人眼經過目鏡，可以看到目標放大，人眼經過目鏡，可以看到目標的小實像與十字絲一起放大了的虛像。的小實像與十字絲一起放大了的虛像。 十字絲的作用：十字絲的作用：提供照準目標的標準。其中心交點提供照準目標的標準。其中心交點和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲稱為視距絲

9、。水準測量就是當視線水的上、下短絲稱為視距絲。水準測量就是當視線水平時，用中間橫絲截取水準尺讀數。平時，用中間橫絲截取水準尺讀數。 視準軸：視準軸：十字絲中央交點和物鏡十字絲中央交點和物鏡 光心的連線光心的連線 （水準儀四條軸線水準儀四條軸線 之一之一） 豎軸：豎軸：望遠鏡底部與基座相連的望遠鏡底部與基座相連的 軸的中心線。軸的中心線。 （水準儀四條軸水準儀四條軸 線之一線之一）視距絲視距絲橫絲橫絲7. 水準器水準器（1）水準器的用途：）水準器的用途： 衡量衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標志。的標志。（2）水準器種類：）水準器種類：水準盒及水準管水準盒及水準管水準盒

10、用于粗調整平，水準管則用于精密整平水準盒用于粗調整平，水準管則用于精密整平（3）水準盒軸線：水準盒軸線：水準盒頂面中心（水準盒零點）水準盒頂面中心（水準盒零點）的球面法線（水準儀四條主要軸線之一）的球面法線（水準儀四條主要軸線之一）（4）水準管軸線水準管軸線： 過水準管圓弧中心點（水準管零點）與頂面圓弧內過水準管圓弧中心點（水準管零點）與頂面圓弧內壁相切的直線（水準儀四條主要軸線之一）壁相切的直線（水準儀四條主要軸線之一）（5）水準器靈敏度：水準器靈敏度： 用分劃值表示，即當氣泡移動用分劃值表示，即當氣泡移動2mm時，水準盒（管）時，水準盒（管）軸相應傾斜的角度軸相應傾斜的角度8. 水準尺水準

11、尺用途：用途：用于水準測量的目標點觀測用于水準測量的目標點觀測種類：種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的 塔尺一般長塔尺一般長3米，由三節(jié)組成。板尺一般米，由三節(jié)組成。板尺一般2米。米。水準尺的刻度與標注：水準尺的刻度與標注：精度比較：精度比較：板尺精度高于塔尺。板尺精度高于塔尺。用用 途：途：板尺一般常用于三、四等水準板尺一般常用于三、四等水準測量，而塔尺則用于等外水準測量。測量，而塔尺則用于等外水準測量。 使用注意事項：使用注意事項：使用前應認清尺子使用前應認清尺子刻劃線刻劃線與數字之間的位置關系與數字之間的位置關系，是否為正、倒，是否為正、倒數字，數字，

12、尺底的數值尺底的數值。對于塔尺，當使用。對于塔尺，當使用兩節(jié)以上時應注意兩節(jié)以上時應注意兩節(jié)接口位置是否對兩節(jié)接口位置是否對準、卡簧是否卡住。準、卡簧是否卡住。2.3 水準儀使用方法水準儀使用方法儀器儀器安放整平安放整平 對光照準對光照準消除視差消除視差照準讀數照準讀數三角架三角架腳螺旋腳螺旋目、物鏡目、物鏡對光螺旋對光螺旋腳架張開腳架張開角度勿太角度勿太大或太小大或太小不可對準不可對準太陽太陽水平微調水平微調螺旋螺旋刻度大小刻度大小正、倒像正、倒像注意：如何辨別及消除視差？注意：如何辨別及消除視差？用腳螺旋整平儀器用腳螺旋整平儀器 視差存在的根本原因：視差存在的根本原因：目標像和十字絲目標像

13、和十字絲分劃板不重合！分劃板不重合！水準尺讀數方法：水準尺讀數方法：2.375m2.4 水準測量的實施水準測量的實施1. 水準點及其選擇水準點及其選擇 水準測量必須要有已知水準點（即其高程已水準測量必須要有已知水準點（即其高程已知的點，用知的點，用BM表示，如表示，如BM0、BM1等）等）水準點選擇：水準點選擇：結合測區(qū)內水準點的分布情況、結合測區(qū)內水準點的分布情況、被測點的分布以及地形地勢情況、所采取的被測點的分布以及地形地勢情況、所采取的路線形式選擇。路線形式選擇。水準點類型：水準點類型：永久性和臨時性永久性和臨時性水準點制成：水準點制成：依永久性及臨時性水準點而制做。依永久性及臨時性水準

14、點而制做。2. 水準路線布置水準路線布置（1）閉合水準路線）閉合水準路線 高差閉合差：高差閉合差：（2）附合水準路線）附合水準路線 高差閉合差：高差閉合差：附合水準路線附合水準路線閉合水準路線閉合水準路線3測hfh)(始終測HHhfh（3）支水準路線：）支水準路線：從一水準點出發(fā)，沿線測量各待定從一水準點出發(fā)，沿線測量各待定點，其線路既不閉合到原來的已知點，也不附合到點，其線路既不閉合到原來的已知點，也不附合到另一已知點。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理另一已知點。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理論上往返高差應為絕對值相等而符號相反。論上往返高差應為絕對值相等而符號相反。（4）結點水準網：）結

15、點水準網：由若干條單水準路線相互連接而成由若干條單水準路線相互連接而成的圖形?？煞譃楦胶纤疁示W及獨立水準網。的圖形。可分為附合水準網及獨立水準網。 往 測返支支 水水 準準 路路 線線測往 測返支支 水水 準準 路路 線線測往 測返支支 水水 準準 路路 線線往 測返支支 水水 準準 路路 線線測返往hhfh3. 水準測量施測水準測量施測 （1）觀測與記錄：）觀測與記錄：采用連續(xù)水準路線測量方法進行采用連續(xù)水準路線測量方法進行測量。點與點之間的距離大小取決于通視條件、讀數測量。點與點之間的距離大小取決于通視條件、讀數清晰度以及保證視線在尺子范圍內，一般為清晰度以及保證視線在尺子范圍內，一般為5

16、0100米。米。注意：待測點必須要立尺觀測。注意：待測點必須要立尺觀測。對每一測站分別記錄對每一測站分別記錄后視讀數及前視讀數后視讀數及前視讀數。注意：記錄方法。注意：記錄方法（2）測量結果校核）測量結果校核 1）計算校核：）計算校核：檢查計算結果有無錯誤：高差計檢查計算結果有無錯誤：高差計算結果；采用公式是否正確等。算結果；采用公式是否正確等。 2）測站校核：）測站校核：對每一站的觀測和記錄都及時地對每一站的觀測和記錄都及時地在現場進行校核。校核方法有：變動儀器高法、在現場進行校核。校核方法有：變動儀器高法、雙面尺法或雙儀器法；雙面尺法或雙儀器法； 3）路線校核：）路線校核：根據計算的閉合差

17、，與規(guī)定的允根據計算的閉合差，與規(guī)定的允許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。 平地平地 (L 為水準路線總長度為水準路線總長度km） 山地山地 (n為測站總數）為測站總數）)(40容mmLfh)(12容mmnfh4. 水準測量的高程計算水準測量的高程計算（1）高差閉合差計算高差閉合差計算 計算閉合差及閉合差允許值，寫在計算閉合差及閉合差允許值，寫在“路線校核路線校核”欄欄內。內。（2）高差閉合差分配及高程計算）高差閉合差分配及高程計算 當導線閉合差滿足技術要求時，可進行閉合差分配。當導線閉合差滿足技術要求時，可進行閉合差分配。分配的原則：改正數分配的原則：改正數

18、v與測站數與測站數n（或路線長度（或路線長度L）成）成正比，與閉合差反號，即正比，與閉合差反號，即 各點高程值各點高程值 H0：已知點的高程，已知點的高程，Hi為改正前的高程值。為改正前的高程值。nfvh每站11)(ijiivHH每站2.5 水準測量的誤差來源及削減措施水準測量的誤差來源及削減措施儀器誤差（水準儀器誤差（水準儀、水準尺）儀、水準尺）觀測誤差（視差、觀測誤差（視差、估讀、氣泡、尺傾斜）估讀、氣泡、尺傾斜）外界條件影響外界條件影響（設備下沉、地球（設備下沉、地球曲率、大氣折光等）曲率、大氣折光等） 1. 校正儀器校正儀器 2. 偶數測站數觀測偶數測站數觀測 1. 消除視差消除視差

19、2. 相同人觀測相同人觀測 3. 嚴格調平儀器嚴格調平儀器 4.立尺豎正立尺豎正 1. 往返觀測取平均往返觀測取平均 2. 控制前后視點距離控制前后視點距離 3. 選擇良好氣候觀測選擇良好氣候觀測 4.視線盡量高于地面視線盡量高于地面2.6 水準儀校驗水準儀校驗 1. 水準儀軸線幾何關系水準儀軸線幾何關系（1）水準盒軸平行豎軸；水準盒軸平行豎軸；（2）十字絲橫絲垂直豎軸；十字絲橫絲垂直豎軸；（3）水準管軸平行視準軸。水準管軸平行視準軸。2. 檢驗方法：檢驗方法：（1）檢驗水準盒軸與豎軸是否平行：檢驗水準盒軸與豎軸是否平行： 調平水準盒調平水準盒氣泡居中，然后旋轉望遠鏡氣泡居中，然后旋轉望遠鏡180度，若氣泡依然度，若氣泡依然居中則兩軸平行。居中則兩軸平行。（2）檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直：檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直： 將十字絲將十字絲橫絲左端對準某一目標，旋轉水平微動螺旋使目橫絲左端對準某一目標，旋轉水平微動螺旋使目標移到十字絲的右端，若目標依然位于十字絲橫標移到十字絲的右端，若目標依然位于十字絲橫絲上則表明兩軸垂直。絲上則表明兩軸垂直。（3）檢驗水準管軸是否平行視準軸：檢驗水準管軸是否平行視準軸： 在已知高差在已知高