土木工程測(cè)量學(xué)課件完整版第二章PPT演示課件

1、1,第二章 水準(zhǔn)測(cè)量,高程測(cè)量概念 （Height Measurement） 根據(jù)已知點(diǎn)高程，測(cè)定該點(diǎn)與未知點(diǎn)的高差，然后計(jì)算出未知點(diǎn)的高程的方法。,2,高程測(cè)量的方法分類,1、水準(zhǔn)測(cè)量(leveling) 2、三角高程測(cè)量(trigonometric leveling) 3、氣壓高程測(cè)量(air pressure leveling) 4、GPS測(cè)量。(GPS leveling),3,水準(zhǔn)測(cè)量是利用水平視線來測(cè)量兩點(diǎn)間的高差。由于水準(zhǔn)測(cè)量的精度較高，所以是高程測(cè)量中最主要的方法。 三角高程測(cè)量是測(cè)量兩點(diǎn)間的水平距離或斜距和豎直角(即傾斜角)，然后利用三角公式計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差。三角高程測(cè)量一般

2、精度較低，只是在適當(dāng)?shù)臈l件下才被采用。,4,高程基準(zhǔn)面:通常采用大地水準(zhǔn)面即平均海水面作為高程基準(zhǔn)面。 “1956黃海高程系” :解放后我國采用青島驗(yàn)潮站19501956年觀測(cè)結(jié)果求得的黃海平均海水面作為高程基準(zhǔn)面。-72.289m:水準(zhǔn)原點(diǎn)作為全國高程測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。 “1985國家高程基準(zhǔn)”:19521979年的觀測(cè)資料，計(jì)算得出的平均海水面作為新的高程基準(zhǔn)面。-72.260m。,5,高程控制點(diǎn)稱水準(zhǔn)點(diǎn)BM(Bench Mark)。標(biāo)石水準(zhǔn)點(diǎn)、墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)、簡易標(biāo)志水準(zhǔn)點(diǎn) 。,6,2.1 水準(zhǔn)測(cè)量的原理,水準(zhǔn)測(cè)量是利用水平視線來求得兩點(diǎn)的高差。 水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀 高程：地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水

3、準(zhǔn)面的距離，當(dāng)該地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面之上時(shí)取正值，反之取負(fù)值。 高差具有方向性，其值可正可負(fù)。,7,A后視點(diǎn) a后視讀數(shù) B前視點(diǎn) b前視讀數(shù),8,2.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺,微傾式水準(zhǔn)儀 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 數(shù)字(電子)水準(zhǔn)儀 我國的水準(zhǔn)儀系列標(biāo)準(zhǔn)分為：DS05、DS1、DS3和DS20 水準(zhǔn)尺： 尺墊：,9,一、 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造 在一般水準(zhǔn)測(cè)量中使用較廣的DS3型微傾式水準(zhǔn)儀由下列三個(gè)主要部分組成： 望遠(yuǎn)鏡 它可以提供視線，并可讀出遠(yuǎn)處水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。 水準(zhǔn)器 用于指示儀器或視線是否處于水平位置。 基座 用于置平儀器，它支承儀器的上部并能使儀器的上部在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)。,10,1. 望遠(yuǎn)鏡 十

4、字絲分劃板 視準(zhǔn)軸視線,11,十字絲分劃板 視準(zhǔn)軸視線 2. 水準(zhǔn)器 (1) 管水準(zhǔn)器 又稱水準(zhǔn)管 用于精平,12,(2) 圓水準(zhǔn)器 圓水準(zhǔn)器的分劃值，是頂蓋球面上2mm弧長所對(duì)應(yīng)的圓心角值，水準(zhǔn)儀上圓水準(zhǔn)器的角值為8至15(R=0.460.86m)。 用于粗平 特性：氣泡始終向高處移動(dòng)。,13,二、水準(zhǔn)尺(leveling staff) 與尺墊(staff plate),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、雙面尺的紅面尺底刻劃：一把為4687mm，另一把為4787mm。,尺墊(staff plate) 放在轉(zhuǎn)點(diǎn)上，以防水準(zhǔn)尺

5、下沉。,14,15,三、 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的使用 操作程序：粗平瞄準(zhǔn)精平讀數(shù) 1. 安置水準(zhǔn)儀 首先打開三腳架，安置三腳架要求高度適當(dāng)、架頭大致水平并牢固穩(wěn)妥，在山坡上應(yīng)使三腳架的兩腳在坡下一腳在坡上。然后把水準(zhǔn)儀用中心連接螺旋連接到三腳架上，取水準(zhǔn)儀時(shí)必須握住儀器的堅(jiān)固部位，并確認(rèn)已牢固地連結(jié)在三腳架上之后才可放手。 2. 儀器的粗略整平-圓水準(zhǔn)氣泡居中 左手拇指法則，或右手食指法則： (1)先旋轉(zhuǎn)兩個(gè)腳螺旋，然后旋轉(zhuǎn)第三個(gè)腳螺旋； (2)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)腳螺旋時(shí)必須作相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反。 (3)氣泡移動(dòng)的方向始終和左手大拇指移動(dòng)的方向一致。,16,圖形：粗平的操作方法示意圖,規(guī)律： 氣

6、泡移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。,17,3. 照準(zhǔn)目標(biāo) 準(zhǔn)星瞄準(zhǔn) 目鏡調(diào)焦、物鏡調(diào)焦 使十字絲豎絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺,18,視差：當(dāng)觀測(cè)時(shí)把眼睛稍作上下移動(dòng)，如果尺像與十字絲有相對(duì)的移動(dòng)，即讀數(shù)有改變，這一現(xiàn)象叫視差。其原因是尺像沒有落在十字絲平面上。消除視差的方法是先調(diào)目鏡調(diào)調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，然后一面調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋一面仔細(xì)觀察，直到不再出現(xiàn)尺像和十字絲有相對(duì)移動(dòng)為止，即尺像與十字絲在同一平面上。,19,4. 視線的精確整平 粗平 精平 每次讀數(shù)前都需要重新使氣泡符合 5. 讀數(shù) 用十字絲中間的橫絲讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。從尺上可直接讀出米、分米和厘米數(shù)，并估讀出毫米數(shù)，所以每個(gè)讀數(shù)必須有四位數(shù)

7、。,20,圖形：水準(zhǔn)儀讀數(shù)實(shí)例,水準(zhǔn)儀讀數(shù)實(shí)例,6252,1478,0721,21,1. 扶尺 目的 將水準(zhǔn)尺立于測(cè)點(diǎn)上，并處于鉛垂線位置。 操作 扶尺員應(yīng)站在尺后，雙手握住把手，兩臂緊貼身軀，借助尺上水準(zhǔn)器將尺鉛直立在測(cè)點(diǎn)上。,五、扶尺和搬站,2. 搬站 目的 將儀器順利、安全地轉(zhuǎn)移到下一測(cè)站。 操作 嚴(yán)禁將儀器扛在肩上搬站，防止發(fā)生儀器事故。,22,2.3 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施,一、水準(zhǔn)點(diǎn)(Bench Mark) 通過水準(zhǔn)測(cè)量方法獲得其高程的高程控制點(diǎn)，稱為水準(zhǔn)點(diǎn)，一般用BM表示。有永久性和臨時(shí)性兩種。,水準(zhǔn)點(diǎn)示意圖,23,二、水準(zhǔn)路線(leveling line),1閉合水準(zhǔn)路線(closed

8、 leveling line),由已知點(diǎn)BM已知點(diǎn)BM,24,2附合水準(zhǔn)路線(annexed leveling line),由已知點(diǎn)BM1另一已知點(diǎn)BM2,25,3支水準(zhǔn)路線(spur leveling line),由已知點(diǎn)BM某一待定水準(zhǔn)點(diǎn)2。,26,三、水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施（外業(yè)）,1 若A、B 兩點(diǎn)間布設(shè)一些過渡點(diǎn)（轉(zhuǎn)點(diǎn)）TP1、TP2、TP3，將其分為n段，則用水準(zhǔn)儀分別測(cè)得各段高差為h1， h2 hn;,2 水準(zhǔn)儀安置在離前、后視距離大致相等之處。 3 為及時(shí)發(fā)現(xiàn)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-h5mm,hAB=h1+ h2+ hn =(a1-b

9、1)+(a2-b2)+(an-bn) =a-b,27,當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差太大時(shí)，則可分段連續(xù)進(jìn)行，從圖中可得：,測(cè)站:架設(shè)儀器的點(diǎn)位 轉(zhuǎn)點(diǎn)：轉(zhuǎn)點(diǎn)起傳遞高程的作用。,28,4 水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施與記錄對(duì)照?qǐng)D,1 2 3,BMA TP1 TP1 TP2 TP2 TP3,1134,1677,1444,1324,1822,0876,-0.543,+0.120,+0.946,29,水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)的操作演示,30,四、水準(zhǔn)測(cè)量成果的檢核 (一) 測(cè)站檢核 1. 兩次儀器高法,2. 雙面尺法,同一測(cè)站，不同儀器高。 H 10cm, h高差之差6mm,同一測(cè)站，同一儀器高。 檢核：h同一點(diǎn)3mm h 5mm,31,

10、(二) 計(jì)算檢核 h = a-b (三)水準(zhǔn)路線的檢核 1. 附合水準(zhǔn)路線 附合水準(zhǔn)路線的高程閉合差為： 高程閉合差的大小在一定程度上反映了測(cè)量成果的質(zhì)量。 2. 閉合水準(zhǔn)路線,32,3. 水準(zhǔn)支線 理論上有： 一般水準(zhǔn)測(cè)量的容許高程閉合差為： 鐵路線路水準(zhǔn)測(cè)量的容許高程閉合差則為：,33,五、 水準(zhǔn)測(cè)量成果整理步驟,（一）、計(jì)算高差閉合差(closing error),公式：,故對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線，有：,對(duì)于附合水準(zhǔn)路線，有：,34,（二）分配高差閉合差,1、計(jì)算高差閉合差的容許值（tolerance）,對(duì)于普通水準(zhǔn)測(cè)量：,式中，fh容高差閉合差限差，單位：mm； L水準(zhǔn)路線長度，單位：km

11、； n測(cè)站數(shù) 。,判斷：,？,35,2、分配原則,按與距離L或測(cè)站數(shù)n成正比原則，將高差閉合差反號(hào)分配到各段高差上。,或,36,（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。,改正后的高差：,待定點(diǎn)的高程（遞推公式）：,37,六.水準(zhǔn)測(cè)量成果整理實(shí)例,【例】如圖按圖根水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)某附合水準(zhǔn)路線觀測(cè)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(cè)量前進(jìn)方向，路線下方的數(shù)字為測(cè)得的兩點(diǎn)間的高差(以m為單位)，n為測(cè)站數(shù)，試計(jì)算待定點(diǎn)1、2、3點(diǎn)的高程。,38,1,3,4,2,首先：將檢查無誤的野外觀測(cè)成果（即各測(cè)段的測(cè)站數(shù)ni 和高差值hi）以及已知

12、數(shù)據(jù)填入計(jì)算表；,A,1,2,3,B,7,3,4,6,20,+4.363,+1.263,-3.121,+2.413,+4.918,第一步：高差閉合差的計(jì)算,fh=+24mm,第二步：高差閉合差的調(diào)整,-8,-5,-4,-7,-24,第三步：待定點(diǎn)高程的計(jì)算 根據(jù)改正后的高差hi，由起始點(diǎn)A開始，逐點(diǎn)推算出各點(diǎn)的高程，列入表中。 如：H1=HA+h1=58.012+4.355=62.367m,+1.256,-3.126,+4.894,+2.409,+4.355,62.906,61.650,64.776,62.367,58.012,各測(cè)段實(shí)測(cè)高差加改正數(shù)，得改正后的高差hi,39,2.5 水準(zhǔn)儀的

13、檢驗(yàn)和校正一、水準(zhǔn)儀軸線應(yīng)滿足的幾何關(guān)系,水準(zhǔn)管軸LL視準(zhǔn)軸CC 圓水準(zhǔn)軸LL 豎軸VV 橫絲要水平（即：VV）,水準(zhǔn)儀軸線的的幾何關(guān)系操演示,40,二.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：用三個(gè)腳螺旋使氣泡向中央移動(dòng)一半, 再用三個(gè)“校正螺旋”，使氣泡居中。,41,圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)和校正的原理,圓水準(zhǔn)器檢校的操作演示,42,（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：旋下目鏡處十字絲環(huán)外罩，轉(zhuǎn)動(dòng)左右2個(gè)“校正螺絲”。,十字絲橫

14、絲檢校的操作演示,43,（三）水準(zhǔn)管軸視準(zhǔn)軸（i角）的檢校,1、檢驗(yàn)： （1）平坦地上選A、B兩點(diǎn)，約100m。 （2）在中點(diǎn)C架儀器，讀取a1、b1,44,（3）在距B點(diǎn)約23m處架儀，讀取a2、b2，得h2=a2-b2 。若h2h1 ,則水準(zhǔn)管軸不平行視準(zhǔn)軸。,45,2、校正,校正水準(zhǔn)管旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使十字絲橫絲對(duì)準(zhǔn)(a2=h1+b2)，撥動(dòng)水準(zhǔn)管“校正螺絲”，使水準(zhǔn)管氣泡居中。,水準(zhǔn)管檢校的操作演示,46,2.5 水準(zhǔn)測(cè)量的誤差及其消減方法,一、儀器誤差 (一) 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行引起的誤差 (二) 調(diào)焦引起的誤差 (三) 水準(zhǔn)尺的誤差 二、觀測(cè)誤差 (一) 氣泡居中誤差 (二) 估

15、讀水準(zhǔn)尺分劃的誤差 (三) 扶水準(zhǔn)尺不直的誤差 三、外界環(huán)境的影響 (一) 儀器下沉和水準(zhǔn)尺下沉的誤差 1. 儀器下沉的誤差 2. 水準(zhǔn)尺下沉的誤差 (二) 地球曲率和大氣折光的誤差 1. 地球曲率引起的誤差 2. 大氣折光引起的誤差 (三) 氣候的影響,47,2.6 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量(leveling surveying),一、三、四等水準(zhǔn)測(cè)量要求 （一）適用：平坦地區(qū)的高程控制測(cè)量。 （二）精度技術(shù)要求：,48,表二：三、四等水準(zhǔn)測(cè)量主要技術(shù)要求,等級(jí) 每公里高 附合路 水準(zhǔn)儀 往返測(cè)高 附合路線或 差中誤差 線長度 級(jí)別 差不符值 環(huán)線閉合差 (mm) (km) (mm) (mm) 三等

16、 6 45 S1或S3 12R 12L或4 n 四等 10 15 S1或S3 20R 20L或6n,注：R為測(cè)段的長度；L為附合路線的長度，均以km為單位。,49,二、每站觀測(cè)程序,（1）順序：“后前前后（黑黑紅紅）”；一般一對(duì)尺子交替使用。 （2）讀數(shù)：黑面“三絲法”（上、下、中絲）讀數(shù)，紅面僅讀中絲。,后視(黑面) 上絲讀數(shù)，下絲讀數(shù)，中絲讀數(shù) 前視(黑面) 上絲讀數(shù)，下絲讀數(shù)，中絲讀數(shù) 前視(紅面) 中絲讀數(shù) 后視(紅面) 中絲讀數(shù),50,三、計(jì)算與記錄格式（見表）,（1）視距=100|上絲-下絲| （2）前后視距差di =后視距-前視距 di要求: 等3m, 等5m,51,（3）視距差累積值di=前站的視距差累積值di-1 +本站的前后視距差di di要求: 等6m, 等10m （4）黑紅面讀數(shù)差=黑面中絲+K-紅面中絲。（K=