水準(zhǔn)儀測(cè)量高程的方法和步驟

1、-. z.水準(zhǔn)儀測(cè)量高程的方法和步驟內(nèi)容：理解水準(zhǔn)測(cè)量的根本原理；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(cè)量的外業(yè)實(shí)施觀測(cè)、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(cè)量的考前須知、精細(xì)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(cè)量原理；水準(zhǔn)測(cè)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(cè)量 Height Measurement 的概念 測(cè)量地面上各點(diǎn)高程的工作 , 稱(chēng)為高程測(cè)量。高程測(cè)量根據(jù)所使用的儀器和施測(cè)方法的不同，分為： 1水準(zhǔn)測(cè)量 (leveling) 2三角高程測(cè)量 (t

2、rigonometric leveling) 3氣壓高程測(cè)量 (air pressure leveling) 4GPS 測(cè)量 (GPS leveling) 2.2 水準(zhǔn)測(cè)量原理 一、根本原理 水準(zhǔn)測(cè)量的原理是利用水準(zhǔn)儀提供的“水平視線(xiàn)，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間高差，從而由點(diǎn)高程推算出未知點(diǎn)高程。 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(cè)得兩點(diǎn)間高差 后，假設(shè) A 點(diǎn)高程 ，則可得B點(diǎn)的高程：。 3、視線(xiàn)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(cè)定其高差時(shí)，就需增設(shè)假設(shè)干個(gè)臨時(shí)傳遞高

3、程的立尺點(diǎn)，稱(chēng)為轉(zhuǎn)點(diǎn)。 二、連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量如下圖，在實(shí)際水準(zhǔn)測(cè)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(cè)定兩點(diǎn)之間的高差。此時(shí)有必要沿 A 、 B 的水準(zhǔn)路線(xiàn)增設(shè)假設(shè)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(cè)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(lái)測(cè)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 1 h 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)尺 一、水準(zhǔn)儀 (level)

4、 如下圖，由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三局部組成。 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、下絲三局部組成。 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) 精度高，用于精平。 特性：氣泡始終位于高處，氣泡在哪處，說(shuō)明哪處高。 3、基座 (tribrach) 二、水準(zhǔn)尺 (leveling staff) 水準(zhǔn)尺主要有：?jiǎn)蚊娉?、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、雙面尺的紅面尺底刻劃

5、：一把為 4687mm ，另一把為 4787mm 。 三、尺墊 (staff plate) 放置在轉(zhuǎn)點(diǎn)上，為防止觀測(cè)過(guò)程中水準(zhǔn)尺下沉。 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。 三精平 1

6、、方法：如下圖微傾式水準(zhǔn)儀 (tilt level) ，調(diào)節(jié)微傾螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡成像拋物線(xiàn)符合。 2、說(shuō)明：假設(shè)使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 pensator level ，儀器無(wú)微傾螺旋，故不需進(jìn)展精平工作。 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。如下圖，從小向大讀四位數(shù)為 0.725 米 。 2.4 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施與成果整理 一、水準(zhǔn)點(diǎn) (Bench Mark) 通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量方法獲得其高程的

7、高程控制點(diǎn)，稱(chēng)為水準(zhǔn)點(diǎn) BM ，一般用表示。有永久性和臨時(shí)性?xún)煞N。見(jiàn)圖 二、水準(zhǔn)路線(xiàn) (leveling line) 水準(zhǔn)路線(xiàn)依據(jù)工程的性質(zhì)和測(cè)區(qū)情況，可布設(shè)成以下幾種形式： 1、閉合水準(zhǔn)路線(xiàn) (closed leveling line) 。由點(diǎn) BM1 點(diǎn) BM1 2、附合水準(zhǔn)路線(xiàn) (anne*ed leveling line) 。由點(diǎn) BM1 點(diǎn) BM2 3、支水準(zhǔn)路線(xiàn) (spur leveling line) 。 由點(diǎn) BM1 *一待定水準(zhǔn)點(diǎn) A 。 4、水準(zhǔn)網(wǎng)：假設(shè)干條單一水準(zhǔn)路線(xiàn)相互連接構(gòu)成的圖形。 三、水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施外業(yè) 1、觀測(cè)要求 如圖，有： 1水準(zhǔn)儀安置在離前、后視距離大致相

8、等之處。2為及時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)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(cè)量記錄表 注意：1起始點(diǎn)只有后視讀數(shù)，完畢點(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 ，只說(shuō)明計(jì)算無(wú)誤，不說(shuō)明觀測(cè)和記錄無(wú)誤。 四、水準(zhǔn)測(cè)量的成果處理內(nèi)業(yè)一計(jì)算閉合差： 1、閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)： 2、附合水準(zhǔn)路線(xiàn)： 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(cè)量，有： 式中， 高差閉合差限差，單位： mm L 水準(zhǔn)路線(xiàn)長(zhǎng)度，單位： km ； n 測(cè)站數(shù) 2、分配原則： 按與距離 L 或測(cè)站

9、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 用改正后的高差和點(diǎn)的高程，來(lái)計(jì)算各待定點(diǎn)的高程。 五、水準(zhǔn)測(cè)量的成果實(shí)例 【例】如圖為按圖根水準(zhǔn)測(cè)量要求施測(cè)*附合水準(zhǔn)路線(xiàn)觀測(cè)成果略圖。 BM-A 和 BM-B 為高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，圖中箭頭表示水準(zhǔn)測(cè)量前進(jìn)方向，路線(xiàn)上方的數(shù)字為測(cè)得的兩點(diǎn)間的高差 ( 以 m 為單位 ) ，路線(xiàn)下方數(shù)字為該段路線(xiàn)的長(zhǎng)度 ( 以 km 為單位 ) ，試計(jì)算待定點(diǎn) 1 、 2 、 3 點(diǎn)的高程。 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)展閉合差分配。 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，

10、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 i H 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 )=48.059+1.420=49.57

11、9(m) 可用 E*CEL 軟件計(jì)算如下列圖： 2.5 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 一、水準(zhǔn)儀軸線(xiàn)的幾何關(guān)系 水準(zhǔn)儀軸線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足的幾何條件是： 1、水準(zhǔn)管軸 LL/ 視準(zhǔn)軸 CC 2、圓水準(zhǔn)軸 L L / 豎軸 VV 3、橫絲要水平即： 豎軸 VV 如下列圖所示： 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 ，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，看 P 點(diǎn)是否沿著橫絲移動(dòng)。 2、校正 ：旋下目鏡

12、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假設(shè) 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，假設(shè) i 角大于 時(shí)，需校正。 2、校正方法有二種： 1校正水準(zhǔn)管 旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使十字絲橫絲對(duì)準(zhǔn) (a 2 =h 1 +b

13、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、精細(xì)、電子水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介 一、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 (pensator 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)觀察警告指示窗假設(shè)全部呈綠色，方可讀數(shù)；最好狀態(tài)是指示窗的三角形尖頂與橫指標(biāo)線(xiàn)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，看警告指示窗是否出現(xiàn)紅色；以此來(lái)檢查補(bǔ)償器是否失靈。 二、精細(xì)水準(zhǔn)儀 precise level 每公里往返平

14、均高差中誤差 1mm 1、精細(xì)水準(zhǔn)儀 提供準(zhǔn)確的水平視線(xiàn)和準(zhǔn)確讀數(shù)。精細(xì)水準(zhǔn)儀 2、精細(xì)水準(zhǔn)尺 刻度準(zhǔn)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(cè)微螺旋，使十字絲的楔形絲準(zhǔn)確夾準(zhǔn)*一整分劃線(xiàn)。 2讀數(shù)時(shí)，將整分劃值和測(cè)微器中的讀數(shù)合起來(lái)。如 : 14865.0mm 。 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，防止了人為觀測(cè)誤差。 2.7 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及考前須知 來(lái)源有：儀器誤差、操作誤差、外界條件影響。 一、儀器誤差 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(cè)量的考前須知： (一觀測(cè)： 1、觀測(cè)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