《水利工程測(cè)量》2-水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)測(cè)量教程文件

《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院1第二章水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)測(cè)量Unit2WaterLevelAndLeveling《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院2水準(zhǔn)測(cè)量原理ThePrincipleofLeveling水準(zhǔn)儀及其使用TheWaterLevelandtheUsage

水準(zhǔn)測(cè)量的一般方法和要求TheCommonMethodsandDemandoftheWaterLevel

水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正TheInspectionandEmendationoftheWaterLevel水準(zhǔn)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法TheCausesandEliminationofLeveling

水準(zhǔn)路線閉合差的調(diào)整和計(jì)算TheadjustmentandcalculationoftheLevelrouteerror《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院3§2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理

ThePrincipleofLeveling水準(zhǔn)測(cè)量的原理:是借助儀器提供的水平視線，配合水準(zhǔn)尺測(cè)定地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)的高程來推求未知點(diǎn)的高程。如圖2—1已知A點(diǎn)高程為HA，要測(cè)出B點(diǎn)高程HB，只要在A、B兩點(diǎn)間安置一架能提供水平視線的儀器—水準(zhǔn)儀，并在A、B兩點(diǎn)各豎立水準(zhǔn)尺，利用水平視線分別讀出A點(diǎn)尺子上的讀數(shù)α及B點(diǎn)尺子上的讀數(shù)b，則A、B兩點(diǎn)間的高差為:hAB=a-b

如果測(cè)量是由A→B的方向前進(jìn)，則A點(diǎn)稱為后視點(diǎn)，B點(diǎn)稱為前視點(diǎn)，a及b分別為后視讀數(shù)和前視讀數(shù)，兩點(diǎn)間的高差就等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。如果B點(diǎn)高于A點(diǎn)，則高差為正，反之，高差為負(fù)?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院4AB后視前視前進(jìn)方向（水平視線高程=HA+a）HiHBHA水準(zhǔn)尺a水準(zhǔn)尺bhab《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院6§2.2水準(zhǔn)儀及其使用

§2.2

TheWaterLevelandtheUsage一、水準(zhǔn)儀(以DS3型水準(zhǔn)儀為例)

TheWaterLevel(TakeDS3forexample)

精度系列:分DS05、DS1、DS3，DS10,下標(biāo)“05”、“1”、“3”及“10”等數(shù)字,表示該類儀器的精度,每公里往返測(cè)高差中數(shù)的中誤差。主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器及基座三個(gè)主要部分組成。水準(zhǔn)儀通過基座與三腳架連接，支承在三腳架上?；涎b有一個(gè)圓水準(zhǔn)器。下面有三個(gè)腳螺旋，用以粗略整平儀器。望遠(yuǎn)鏡一側(cè)裝有管狀水準(zhǔn)器，其下端裝有一個(gè)能使望遠(yuǎn)鏡作微小上下仰俯動(dòng)作的微傾螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，管水準(zhǔn)器隨望遠(yuǎn)鏡上下仰俯，當(dāng)氣泡居中時(shí)，望遠(yuǎn)鏡中的視線便呈水平位置，以簡化精密整平儀器的工作。（見圖2-2）

《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院7《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院8（一）望遠(yuǎn)鏡是用來瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)方目標(biāo)的，主要作用是使目標(biāo)成像清晰、擴(kuò)大視角，以精確照準(zhǔn)目標(biāo)。由物鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦鏡、目鏡等構(gòu)成。由于物鏡調(diào)節(jié)器焦構(gòu)造不同，望遠(yuǎn)鏡有外對(duì)光望遠(yuǎn)鏡和內(nèi)對(duì)望遠(yuǎn)鏡兩種。成像原理：目標(biāo)通過物鏡及調(diào)焦凹透鏡的作用，在十字絲面上形成一個(gè)倒立的小實(shí)像，再經(jīng)過目鏡的放大作用，使目標(biāo)的像和十字絲同時(shí)放大成虛像。視準(zhǔn)軸是指十字絲的交點(diǎn)和物鏡光心的連線?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院9（二）水準(zhǔn)器是用來指示視線是否水平或豎軸是否豎直的。水準(zhǔn)器分圓水準(zhǔn)器和長水準(zhǔn)器兩種。圓水準(zhǔn)器一般裝在基座上，作粗略整平、使豎軸豎直之用，長水準(zhǔn)管和望遠(yuǎn)鏡連在一起，供精確調(diào)平視線之用。水準(zhǔn)管分劃值是指圓弧2mm長度所對(duì)圓心角的度數(shù)。《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院10二、水準(zhǔn)尺與尺墊TheWaterLevelRulerandRulerTray直尺:

雙面水準(zhǔn)尺分“黑面尺”和“紅面尺”。黑面尺尺底均從零開始，而紅面尺尺底，從固定數(shù)值4.687m或4.787m

開始，此數(shù)值稱為零點(diǎn)差。塔尺:

可伸縮，伸足為3米、

5米，用于一般工程測(cè)量。尺墊:轉(zhuǎn)點(diǎn)立尺用?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院11三、水準(zhǔn)儀的使用

TheUsageofWaterLevel（一）安置與粗略整平支開三角架，將三腳架支穩(wěn)并使架頭大致水平，利用連接螺旋使水準(zhǔn)儀與三角架固連，而后旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。其具體方法為：如下圖所示《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院12（二）瞄準(zhǔn)

當(dāng)儀器粗略整平后，松開望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋，利用望遠(yuǎn)鏡筒上的缺口和準(zhǔn)星概略的瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)看到水準(zhǔn)尺后，關(guān)緊制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)節(jié)螺旋，使十字絲的呈像清晰，再轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，使水準(zhǔn)尺的分劃呈像清晰。要使十字絲縱絲對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。如右圖所示?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院13（三）精確整平和讀數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使水準(zhǔn)管的氣泡精確居中。后利用十字絲的中絲讀數(shù)。從望遠(yuǎn)鏡中看到的是尺子的正像，注記從上向下遞增，因此讀數(shù)應(yīng)從上向下讀，在上圖中，讀數(shù)為1.948?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院14

a0.741

bc6.2481.501《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院15（四）消除視差

十字絲與標(biāo)尺的影像不重合即產(chǎn)生視差。具體來說就是眼睛看讀數(shù)時(shí)上下晃動(dòng)，讀數(shù)也隨之變動(dòng)的現(xiàn)象。消除方法是反復(fù)仔細(xì)調(diào)節(jié)物鏡和目鏡調(diào)焦螺旋，直到眼睛上、下移動(dòng)時(shí)讀數(shù)不變?yōu)橹?。《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院16§2.3水準(zhǔn)測(cè)量的一般方法和要求

§2.3

TheCommonMethodsandDemandoftheWaterLevel一、水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施

TheImplementofwaterlevel

若地面兩點(diǎn)相距近時(shí)，安置一次儀器就可以直接測(cè)定兩點(diǎn)的高差。當(dāng)?shù)孛嫔蟽牲c(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差較大時(shí)，安置一次儀器難以測(cè)得兩點(diǎn)的高差，因此，必須依圖2—12所示，在A、B兩點(diǎn)之間增設(shè)若干臨時(shí)立尺點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)（起傳遞高程的作用）。把A、B分成若干測(cè)段，逐段測(cè)出高差，最后由各段高差求和，得出A、B兩點(diǎn)間高差。要求：隨測(cè)、隨記、隨算?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院17《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院18

h1=a1-b1h2=a2-b2

……h(huán)n=an-bn

hAB=h1+h2+……+hn=∑h

可用下式進(jìn)行高差計(jì)算正確性的檢核：

hAB=(a1-b1)+(a2-b2)+……+(an-bn)=∑a-∑b

如果A為已知高程點(diǎn)，其高程為HA

，則B點(diǎn)高程為：HB=HA+hAB=HA+∑a-∑b19測(cè)站方向立尺點(diǎn)號(hào)水準(zhǔn)尺中絲讀數(shù)(m)高差(m)h=后-前高程(m)備注Ⅰ后視A123.446前視TP1Ⅱ后視TP1前視TP2Ⅲ后視TP2前視TP3Ⅳ后視TP3前視B后視∑后∑h=前視∑前2.1420.9281.2351.6641.431

1.672

2.074

6.406

5.998

+0.884

-0.307

+0.233

-0.402

0.408

123.854

∑后－∑前=0.408H終－H始=0.408

1.258

124.330124.023124.256計(jì)算檢核《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院20二、水準(zhǔn)測(cè)量的校核方法和精度要求

ThePrecisionandEmendationoftheWaterLevel（一）測(cè)站校核

一個(gè)測(cè)站觀測(cè)結(jié)果的檢核。變動(dòng)儀高法：在同一測(cè)站上，通過改變儀器高（＞10㎝）的方法測(cè)出兩次高差，兩次高差在容許范圍之內(nèi)（等外為±6㎜；四等為±5㎜），取其平均值作為該站的高差。雙面尺法：在同一測(cè)站上，儀器高度不變，用黑面、紅面尺分別測(cè)出兩次高差，兩次高差之差在容許范圍之內(nèi)（等外為±6㎜；四等為±5㎜），取其平均值作為該站的高差?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院21（二）路線檢核：對(duì)整個(gè)水準(zhǔn)路線的成果的檢核。

1、水準(zhǔn)路線：水準(zhǔn)測(cè)量所經(jīng)過的路線。布設(shè)形式：閉合水準(zhǔn)路線、附合水準(zhǔn)路線、支水準(zhǔn)路線。

2、水準(zhǔn)路線的成果檢核：水準(zhǔn)路線測(cè)量成果的精度是用高差閉合差來衡量的。高差閉合差fh：觀測(cè)高差值與理論高差值之差?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院22(1)閉合水準(zhǔn)路線：從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿各待定高程點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，最后又回到原水準(zhǔn)點(diǎn)，所形成的環(huán)形路線。《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院23(2)附合水準(zhǔn)路線：從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿各待定高程點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，最后附合到另一水準(zhǔn)點(diǎn)上，所形成的路線。即在兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)間布設(shè)的水準(zhǔn)路線。《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院24(3)支水準(zhǔn)路線：從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿各待定高程點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，末端仍為一未知點(diǎn)的水準(zhǔn)路線?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院253、水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求:《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院26§2.4水準(zhǔn)路線閉合差的調(diào)整和計(jì)算

§2.4TheadjustmentandcalculationoftheLevelrouteerror

一、閉合及附合水準(zhǔn)路線成果計(jì)算：首先檢查外業(yè)成果，并繪出水準(zhǔn)路線外業(yè)圖，再按以下步驟計(jì)算：（一）將高差、測(cè)站數(shù)、點(diǎn)號(hào)等數(shù)據(jù)填入計(jì)算表上；（二）計(jì)算高差閉合差：（三）計(jì)算高差閉合差容許值：《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院27（四）調(diào)整高差閉合差1、調(diào)整原則：將閉合差fh以相反的符號(hào)，根據(jù)各測(cè)段路線的長度或測(cè)站數(shù)按比例分配到各測(cè)段的高差上，得改正后高差。2、高差調(diào)整數(shù)：3、檢核：（五）計(jì)算改正后高差：

檢核：《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院28注意：1、改正數(shù)的符號(hào)只有一個(gè)，與fh的符號(hào)相反；

2、改正后高差的代數(shù)和與理論值或已知值之差在3mm內(nèi)，可將其分配給站數(shù)最多或段數(shù)最長的一段；

3、數(shù)字修約法：“四舍六入，五前單進(jìn)雙不進(jìn)”。例：《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院29數(shù)字修約規(guī)則(補(bǔ)充內(nèi)容)

在實(shí)際工作中，各種測(cè)量計(jì)算的數(shù)值需要修約時(shí)，應(yīng)按下列規(guī)則進(jìn)行。1．在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字小于5時(shí)，則舍去，即所擬保留的末位數(shù)字不變。例如：將14.2432修約保留一位小數(shù)。修約前修約后

14.243214．22.在擬舍棄數(shù)字中，若左邊的第一個(gè)數(shù)字大于5時(shí)則進(jìn)一，即擬保留的末位數(shù)字加一。例如：將26．4843修約保留一位小數(shù)。修約前修約后

26.484326.53.在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字等于5，右邊的數(shù)字并非全部為零時(shí)，則進(jìn)一，所擬保留末位數(shù)字加一例如：將1.0501修約保留一位小數(shù)。修約前修約后

1.05011.1《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院304.在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊的第一個(gè)數(shù)字等于5，其右邊的數(shù)字皆為零時(shí)，所擬保留的末位數(shù)字若為奇數(shù)則進(jìn)一，若為偶數(shù)(包括“0”)則不進(jìn)。例如：將下列數(shù)字修約到只保留一位小數(shù)。修約前修約后

0.35000.40.45000.41.05001.05.所擬舍棄的數(shù)字，若為兩位以上數(shù)字時(shí)，不得連續(xù)多次修約，應(yīng)根據(jù)所擬舍棄數(shù)字中左邊第一位數(shù)字的大小，按上述規(guī)則一次修約出結(jié)果。例如：將15.4546修約成整數(shù)。正確的作法是修約前修約后15.454615《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院31不正確的作法是：修約前一次修約二次修約三次修約四次修約15.454615.45515.4615.516為了方便于記憶數(shù)字修約法，其口訣是：四舍六入五考慮，五后非零則進(jìn)一，五后皆零視奇偶，五前為偶應(yīng)舍去，五前為奇則進(jìn)一。(“0”視為偶數(shù))?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院32

測(cè)段點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)或公里數(shù)

實(shí)測(cè)高差（m）

改正數(shù)（m）

改正后高差（m）

高程（m）備注BMA27.015已知Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ3Ⅳ4ⅤBMA∑輔助計(jì)算1.10.70.90.81.34.8+3.241-0.680-2.880-0.155+0.452-0.022+0.005+0.003+0.004+0.004+0.006+0.022+3.246

-0.677

-2.876

-0.151

+0.458

0

30.261

29.584

26.708

26.557

27.015

與已知相符《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院33二、支水準(zhǔn)路線成果計(jì)算例：已知水準(zhǔn)點(diǎn)A的高程為186.785m，往、返測(cè)站16站，求1點(diǎn)的高程。（一）計(jì)算高差閉合差：（二）計(jì)算高差閉合容許值：

（三）計(jì)算改正后高差：取各測(cè)段往測(cè)和返測(cè)高差絕對(duì)值的平均值作為改正后高差，其符號(hào)以往測(cè)高差符號(hào)為準(zhǔn)。（四）計(jì)算待定點(diǎn)高程：注意：支水準(zhǔn)路線在計(jì)算fh容時(shí)，路線總長L或測(cè)站總數(shù)N均按單程計(jì)。《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院34

測(cè)段點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)往測(cè)高差（m）

返測(cè)高差（m）

平均高差（m）

高程（m）備注BMA186.785已知Ⅰ1輔助計(jì)算16-1.3751.396-1.386185.399《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院35§2.5水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正

§2.5

TheInspectionandEmendationoftheWaterLevel一、水準(zhǔn)儀軸線必須滿足的條件TheNecessaryConditionofwaterlevelaxes1.圓水準(zhǔn)器軸平行于豎軸（L1L1‖VV）2.十字絲橫絲垂直于豎軸3.水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸（LL‖CC）《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院36二、圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸的檢驗(yàn)和校正TheInspectionandEmendationofRoundWaterLevelParallelingInstrumentaxes檢驗(yàn)：旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準(zhǔn)氣泡居中，之后將儀器水平旋轉(zhuǎn)180°，氣泡仍居中則正常，否則需要校正。校正：設(shè)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)180度以后，氣泡不在中心而在a位置，表明校正螺絲1一側(cè)偏高。校正時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角螺旋使氣泡從a位置移向中心偏離量的一半，到圖示b的位置，然后用三個(gè)校正螺絲旋進(jìn)旋出使氣泡居中，應(yīng)反復(fù)檢驗(yàn)和校正，直至儀器轉(zhuǎn)至任何位置，氣泡始終居中?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院37三、十字絲橫絲垂直于豎軸的檢驗(yàn)和校正TheInspectionandEmendationofCrossLine

PlumbingUprightAxes

水準(zhǔn)測(cè)量是利用橫絲來讀數(shù)的，當(dāng)豎軸處于鉛垂位置時(shí)，如果橫絲不水平，圖a所示，這時(shí)用橫絲的左側(cè)或右側(cè)讀數(shù)將產(chǎn)生誤差?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院38檢驗(yàn)：瞄準(zhǔn)一固定點(diǎn)A，轉(zhuǎn)微動(dòng)螺旋使儀器水平旋轉(zhuǎn)，若點(diǎn)始終沿橫絲移動(dòng)，則水平；若偏離橫絲圖b，則需校正。校正：擰開目鏡護(hù)蓋，松開十字絲分劃板座四顆固定螺絲，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)分劃板座，使橫絲水平，后擰緊固定螺絲，蓋上護(hù)蓋?！端こ虦y(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院39四、水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)和校正TheInspectionandEmendationofWaterLevelCanalParallelingWatchAxes《水利工程測(cè)量》太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院40檢驗(yàn)：在比較平坦的地面上相距約40米左右的地方安放水準(zhǔn)尺作為固定點(diǎn)A和B，如圖2-21所示，先將水準(zhǔn)儀安置于距兩點(diǎn)等距離處，分別讀取A、B點(diǎn)讀數(shù)a1和b1，求得高差h1=a1-b1；后將儀器搬至B點(diǎn)附近，讀取A、B點(diǎn)讀數(shù)a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2,若h1=h2，則水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸，無需校正。若h1≠h2，h2與h1的差值大于3mm，則需校正。校正：將儀器安置于B點(diǎn)附近對(duì)近尺B的讀數(shù)影響很小，可忽略不計(jì)，遠(yuǎn)尺讀數(shù)a2