測量學(xué)課件：第2章水準(zhǔn)測量

1、1第二章水準(zhǔn)測量2-1 高程測量概述一、高程原點二、高程測量方法三、水準(zhǔn)測量等級22-1 高程測量概述1.高程測量 測定地面點高程的工作2.高程測量的方法水準(zhǔn)測量用水準(zhǔn)儀進行高程測量的工作。是高程測量的主要方法使用儀器：水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)儀的主要功能是能指出一條水平視線。其他高程測量方法：三角高程測量、GPS測量31.地面點的高程地面點的高程 相對高程假定高程(多用于建筑施工)絕對高程 地面點沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離。42.高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)我國國家高程系統(tǒng)：黃海高程系我國國家高程基準(zhǔn)： 1985年國家高程基準(zhǔn)我國取青島附近黃海平均海水面為大地水準(zhǔn)面； 人為而定，相對穩(wěn)定(我國1956年取前6年的

2、平 均潮位作為大地水準(zhǔn)面；1985年取1953年1979 年共26年觀測的平均潮位作為大地水準(zhǔn)面)；水準(zhǔn)原點建在青島市內(nèi)，作為我國的國家高程 基準(zhǔn)。1956年高程基準(zhǔn)的高程為72.289米， 1985年高程基準(zhǔn)的高程為72.260米。上海地區(qū)高程系統(tǒng)：吳淞高程系高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)H吳=H黃-1.6008 （1985）53.4.高程系統(tǒng)、等級水準(zhǔn)測量的等級 分一、二、三、四等（按精度要求、控制范圍）一等水準(zhǔn)測量:作為國家的高程控制,建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn);科學(xué)研究(地殼形變、地面沉降、精密測量）二等水準(zhǔn)測量:作為大城市的高程控制；地面沉降；精密工程測量三、四等水準(zhǔn)測量:作為小地區(qū)的高程控制；普通工程

3、測量6 2-2 水準(zhǔn)測量原理要求：測量A，B兩點間的高差h思路：在A，B上豎立標(biāo)尺，用水準(zhǔn)儀構(gòu)筑一條水平視線該視線在兩尺上截得讀數(shù)a和b 則B比A高出 h=a-b注：高差h有正有負7水準(zhǔn)測量原理當(dāng)Da=Db時，中間法考慮水準(zhǔn)面彎曲892.連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測量方法連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測量方法 兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設(shè)若 干轉(zhuǎn)點，分段測量高差，取各分段高差的總和。hAB=h1+ h2+.+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn) =a-b(2-2-7)hAB10一.水準(zhǔn)測量的儀器與工具 2-3 水準(zhǔn)尺和的水準(zhǔn)儀一.水準(zhǔn)尺、尺墊 直尺：雙面(黑、紅)水準(zhǔn)尺， 尺常數(shù)4.

4、687m、4.787m，用 于三等以下水準(zhǔn)路線測量。塔尺：可伸縮，伸足為3米、 5米，用于一般工程測量。尺墊：轉(zhuǎn)點立尺用。11尺墊轉(zhuǎn)點處放置水準(zhǔn)尺用。生鐵鑄成的三角形板座。123) 水準(zhǔn)尺與尺墊水準(zhǔn)尺：2m5m，有四種類型，常用直尺。13直尺A、B尺，兩把一對，每把有黑、紅兩面分劃與注記。A尺黑面分劃03m，紅面分劃4.687m7.687m。B尺黑面分劃03m，紅面分劃4.787m7.787m。A、B尺黑面注記的零點差為0，紅面注記的零點差為0.1m。14152.水準(zhǔn)儀二.水準(zhǔn)儀等級(精度系列)： S05 S1 S3 S10 型號下標(biāo)：毫米數(shù)，表示 1公里往、返測量的高差平 均值的中誤差(由于

5、儀器引 起的) 。構(gòu)造： 望遠鏡 水準(zhǔn)器 支架 基座S3 水準(zhǔn)儀外型162.3 水準(zhǔn)測量的儀器與工具 水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)尺，尺墊。水準(zhǔn)管的校正螺絲像片7717目鏡調(diào)焦環(huán)缺口和準(zhǔn)星物鏡調(diào)焦螺旋水平方向微動螺旋圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)管校正螺絲微傾螺旋腳螺旋氣泡符合觀察鏡18微傾式水準(zhǔn)儀調(diào)整微傾螺旋管水準(zhǔn)氣泡居中水平視線，水準(zhǔn)儀望遠鏡、水準(zhǔn)器、基座。19一般的望遠鏡只需望遠，不需瞄準(zhǔn)。所以有物鏡，目鏡（加調(diào)焦鏡）即可。測量望遠鏡要能瞄準(zhǔn)。所以要有十字絲。目標(biāo)的象與十字絲重合即瞄準(zhǔn)。20視準(zhǔn)軸：十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。物鏡的作用：把目標(biāo)成象（拉近）。目鏡的作用：把十字絲（和目標(biāo)象）放大。十字絲固定不動。為了讓

6、儀器適用于不同視力的人，目鏡可以前后調(diào)節(jié)，稱為目鏡調(diào)焦。調(diào)焦鏡的作用：使遠近不同的目標(biāo)都能成象于十字絲面上。移動調(diào)焦鏡稱為物鏡調(diào)焦。測量望遠鏡21視差：如果目標(biāo)象沒有落在十字絲面上，則當(dāng)觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到目標(biāo)象與十字絲之間有相對錯動。這種現(xiàn)象稱為視差。視差影響瞄準(zhǔn)的精度。物鏡調(diào)焦可以消除視差。測量望遠鏡22水準(zhǔn)器分圓形和管形兩種管水準(zhǔn)器是個玻璃容器，其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓弧形。刻劃線對稱中點處的切線就是水準(zhǔn)管軸?！皻馀菥又小奔此疁?zhǔn)管軸水平。圓水準(zhǔn)器是個玻璃容器，上面有同心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，同心圓圓心處的曲率半徑就是圓水準(zhǔn)器的軸。“氣泡居中”即水準(zhǔn)器的軸垂直。水準(zhǔn)管圓水

7、準(zhǔn)器軸23 水準(zhǔn)管的精度：管子內(nèi)壁光滑，液體與內(nèi)壁的附著力小，則氣泡對傾斜反映的靈敏度高曲率半徑大，格值小則精度高氣泡長，兩端清晰，讀數(shù)誤差小則精度高格值是相鄰分劃線之間的弧所對的圓心角。設(shè)弧長為2毫米，曲率半徑為R毫米，則格值 一般 秒24符合棱鏡系統(tǒng)把水準(zhǔn)氣泡兩端成象在一起便于觀察。若直接用肉眼觀察則因為玻璃有厚度，斜視時會產(chǎn)生視差要同時觀察氣泡的兩端才能判斷氣泡是否居中用符合棱鏡系統(tǒng)觀察，可以避免上述缺點。判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。觀察窗25三、水準(zhǔn)儀的使用1.安置： 用連接螺旋把儀器固定在三腳架上2、粗平：使三腳架架頭大致水平;轉(zhuǎn)動腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中3、瞄準(zhǔn)調(diào)節(jié)目鏡：

8、照準(zhǔn)明亮的物體（如白色的墻）調(diào)節(jié)目鏡使之適合自己的視力（十字絲最清晰）；粗瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動儀器，利用望遠鏡外殼上的準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)目標(biāo)； 精確瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動調(diào)焦螺旋使目標(biāo)象清晰，直至無“視差”。用微動螺旋 慢慢轉(zhuǎn)動望遠鏡，直至精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)為止（十字絲的縱絲靠近水準(zhǔn)尺）4、 精平 用微傾螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中（符合氣泡符合）5、讀數(shù) 用十字絲的橫絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)（先讀毫米數(shù)，然后米，分米，厘米數(shù)。每次讀四位數(shù)，“0”也 是必須記錄的數(shù)字。）26水準(zhǔn)管的校正螺絲像片圓水準(zhǔn)管腳螺旋2.粗平用連接螺旋把儀器固定在三腳架上，固定兩個腳架，動第三個腳架，使三腳架架頭大致水平;轉(zhuǎn)動腳使螺旋圓水準(zhǔn)器的氣泡居中272、粗平（左手拇

9、指法則）28物鏡的作用：把目標(biāo)成象（拉近）。目鏡的作用：把十字絲（和目標(biāo)象）放大。十字絲固定不動。為了讓儀器適用于不同視力的人，目鏡可以前后調(diào)節(jié)，稱為目鏡調(diào)焦。調(diào)焦鏡的作用：使遠近不同的目標(biāo)都能成象于十字絲面上。移動調(diào)焦鏡稱為物鏡調(diào)焦。視差：如果目標(biāo)象沒有落在十字絲面上，則當(dāng)觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到目標(biāo)象與十字絲之間有相對錯動。這種現(xiàn)象稱為視差。視差影響瞄準(zhǔn)的精度。物鏡調(diào)焦可以消除視差。3、瞄準(zhǔn)29水準(zhǔn)管的校正螺絲像片目鏡缺口30望遠鏡對準(zhǔn)天空(或明亮背景)旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲分劃板清晰。31望遠鏡對準(zhǔn)標(biāo)尺，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使標(biāo)尺像清晰。32視差 視差： 望遠鏡內(nèi)目標(biāo)像與十字

10、絲分劃板未重合。 現(xiàn)象：觀測時，改變眼睛與目鏡的相對位置， 十字絲與目標(biāo)的像有相對移動。消除視差的步驟： 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，且無視差。33符合棱鏡系統(tǒng)把水準(zhǔn)氣泡兩端成象在一起便于觀察。若直接用肉眼觀察則因為玻璃有厚度，斜視時會產(chǎn)生視差要同時觀察氣泡的兩端才能判斷氣泡是否居中用符合棱鏡系統(tǒng)觀察，可以避免上述缺點。判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。觀察窗4、精平34353637普通水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺的分劃不是線劃式而是區(qū)格式的。區(qū)格的邊緣是分劃的位置，區(qū)格內(nèi)的小數(shù)“估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠處觀察并讀數(shù)。5、讀數(shù)382.375m1.150m0.710m正像望遠鏡觀測

11、標(biāo)尺讀數(shù)39 bc瞄準(zhǔn)與讀數(shù)水準(zhǔn)測量的瞄準(zhǔn)與讀數(shù) a d b a0.7256.2521.53340讀數(shù)：倒像望遠鏡，從上向下讀。m位與dm位直讀標(biāo)尺上的數(shù)字，cm為數(shù)格子，mm位估讀。紅黑面讀數(shù)差為6295-1608=4687。41 2-4水準(zhǔn)測量的方法及成果處理一、水準(zhǔn)點和水準(zhǔn)路線（一）、水準(zhǔn)點埋設(shè)在永久、固定的地點422.連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測量方法連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測量方法 兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設(shè)若 干轉(zhuǎn)點，分段測量高差，取各分段高差的總和。hAB=h1+ h2+.+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn) =a-b(2-2-7)hAB43（二）、水準(zhǔn)路線1

12、、支水準(zhǔn)路線2、閉合水準(zhǔn)路線3、符合水準(zhǔn)路線443.4.高程系統(tǒng)、等級水準(zhǔn)測量的等級 分一、二、三、四等（按精度要求、控制范圍）一等水準(zhǔn)測量:作為國家的高程控制,建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn);科學(xué)研究(地殼形變、地面沉降、精密測量）二等水準(zhǔn)測量:作為大城市的高程控制；地面沉降；精密工程測量三、四等水準(zhǔn)測量:作為小地區(qū)的高程控制；普通工程測量4546城市二、三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)的設(shè)計規(guī)格應(yīng)滿足表的規(guī)定。表 城市水準(zhǔn)測量設(shè)計規(guī)格（長度單位：km）水準(zhǔn)點間距(測段長度)建筑區(qū)1 2其他地區(qū)2 4閉合線路或附合路線的最大長度二 等400三 等45四 等15479548二、水準(zhǔn)測量方法（一）、兩次儀器高法已知HA，求H

13、Ba1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=5mm49水準(zhǔn)測量記錄（兩次儀器法）50二、水準(zhǔn)測量方法（一）、雙面尺法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=5mm5152(2) 水準(zhǔn)測量方法每站高差觀測兩次，以檢核觀測數(shù)據(jù)的正確性。1) 兩次儀器高法兩次不同儀器高度的水平視線(改變儀器高度應(yīng)在10cm以上)測定相鄰兩點間的高差，圖根水準(zhǔn)測量兩次高差之差應(yīng)小于5mm，否則應(yīng)重測。 53542) 雙面尺法 讀取每一把水準(zhǔn)尺的黑面和紅面分劃讀數(shù)，前、后視尺的黑面讀數(shù)計算出一個高差，前后視尺的紅面讀數(shù)計算出另一個高差，兩次高差之差應(yīng)小于5m

14、m，否則應(yīng)重測。 瞄準(zhǔn)后視點水準(zhǔn)尺黑面分劃精平讀數(shù)； 瞄準(zhǔn)后視點水準(zhǔn)尺紅面分劃精平讀數(shù)； 瞄準(zhǔn)前視點水準(zhǔn)尺黑面分劃精平讀數(shù)； 瞄準(zhǔn)前視點水準(zhǔn)尺紅面分劃精平讀數(shù)。上述觀測順序簡稱為“后后前前”。 55水準(zhǔn)測量記錄（雙面尺法）5657三、水準(zhǔn)測量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差閉合差計算0閉合水準(zhǔn)HB HA=H終-H始附合水準(zhǔn)無支水準(zhǔn)支水準(zhǔn)路線無閉合差，所以采用往、返測量58三、水準(zhǔn)測量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m

15、1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差閉合差計算高差閉合差的允許值L-以公里為單位59三、水準(zhǔn)測量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m（二 ）高差閉合差的分配60水準(zhǔn)測量成果整理61 2-5 水準(zhǔn)儀的檢驗與校正(一)水準(zhǔn)儀的主要軸線望遠鏡視準(zhǔn)軸水準(zhǔn)管軸縱軸圓水準(zhǔn)軸一、水準(zhǔn)儀的主要軸線及滿足的條件：62視準(zhǔn)軸：十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。水準(zhǔn)管軸:經(jīng)過水準(zhǔn)管零點的切線縱軸:儀器旋轉(zhuǎn)軸圓水準(zhǔn)軸:經(jīng)過圓水準(zhǔn)管零點的法線一、水準(zhǔn)儀的主

16、要軸線及滿足的條件63一、水準(zhǔn)儀的主要軸線及滿足的條件(二)水準(zhǔn)儀滿足的條件）圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱軸 LLVV）十字絲的橫絲垂直于縱軸 ）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸LLCCLLVVLLCC64（一）精密水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺：因瓦鋼+分劃式2-6 精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀一、精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺652-6 精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀格值小(=710)，氣泡長、大，符合精度高；望遠鏡放大倍率高（3040），瞄準(zhǔn)精度高（15/V）微動螺絲精細，望遠鏡微傾對高度的影響?。ǘ┚芩疁?zhǔn)儀讀數(shù)：瞄準(zhǔn)+平行玻璃板+測微分劃尺66精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺WILD N3、精密水準(zhǔn)尺WILD N3精密自動安平水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)尺67精密水準(zhǔn)儀

17、和水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺：因瓦鋼+分劃式讀數(shù)：瞄準(zhǔn)+平行玻璃板+測微分劃尺68平行玻璃板測微裝置平行玻璃板測微裝置測微器結(jié)構(gòu)與測微原理轉(zhuǎn)動測微螺旋，改變平行玻璃板的傾斜角度，可使 視線作上、下平移，平移量在測微分劃尺上讀取。69精密水準(zhǔn)儀讀數(shù)圖讀數(shù)：197150測微器讀數(shù)窗水準(zhǔn)器視窗楔型絲70自動安平水準(zhǔn)儀原圖二.自動安平水準(zhǔn)儀（一）.自動安平水準(zhǔn)儀的特點1、沒有水準(zhǔn)管和微傾螺旋；望遠鏡和支架連成一體2、測量時，只需粗平71自動安平水準(zhǔn)儀原圖二.自動安平水準(zhǔn)儀（二）.自動安平水準(zhǔn)儀基本原理722.自動安平補償器結(jié)構(gòu)自動安平補償器結(jié)構(gòu)73兩個擺動棱鏡的補償器兩個直角棱鏡是補償器的擺動部分。鏡筒傾斜時水平光線與其豎平面不正交，從而使光線在棱鏡系統(tǒng)中產(chǎn)生折射，最后把水平光線導(dǎo)至十字絲中心。74Koni007自動安平水準(zhǔn)儀Zeiss Koni007自動安平水準(zhǔn)儀75767778(4) 國產(chǎn)DSZ2自動安平精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理蘇州一光公司交叉吊絲結(jié)構(gòu)補償器，其工作范圍為14，視線安平精度為0.3，安裝平板玻璃測微器FS1時，每km往返測高差中數(shù)的中誤差為0.5mm，可用于國家二等水準(zhǔn)測量，讀數(shù)原理同N3。