市政工程測量水準測量PPT課件

1、12.1 水準測量原理測定地面點高程的工作稱為高程測量。按使用儀器和施測方法測定地面點高程的工作稱為高程測量。按使用儀器和施測方法的不同，高程測量分為的不同，高程測量分為水準測量水準測量、三角高程測量三角高程測量和和氣壓高程測量氣壓高程測量。圖圖2-12-1，定義定義A A、B B兩點高差兩點高差為：為：h hABAB=a-b (2-1)=a-b (2-1)h hABAB=a-b=a-b圖圖2-12-1中中，A A為已知高程點為已知高程點，B B為待測高程點，為待測高程點，a a為為后視讀后視讀數數，b b為為前視讀數前視讀數。若已知若已知A A點高程為點高程為H HA A，則，則B B點高程

2、為：點高程為：H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a-b) (2-2)+(a-b) (2-2)H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a-b)+(a-b)B B點高程點高程還可通過儀器的視線高程還可通過儀器的視線高程H Hi i計算：計算：H Hi i=H=HA A+a+aH HB B=H=Hi i-b-b(2-3)(2-2 )式稱高差法(2-3)式稱儀高法第1頁/共31頁22.2 水準儀和水準尺DS3DS3型水準儀，進行水準測量每千米型水準儀，進行水準測量每千米往、返測高差往、返測高差精度可達精度可達3 3mm(DS3mm(DS3型型) ). .其

3、主要由其主要由望遠鏡望遠鏡、水準器水準器和和基座基座三部分構成。三部分構成。2.2.1 DS32.2.1 DS3微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造目鏡及目鏡對光螺旋物鏡對光螺旋第2頁/共31頁32.2 水準儀和水準尺1 1、望遠鏡、望遠鏡2.2.1 DS32.2.1 DS3微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造望遠鏡主要由物鏡、鏡筒、調焦透鏡、十字絲分劃望遠鏡主要由物鏡、鏡筒、調焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構成。板、目鏡等部件構成。物鏡光心與十字絲交點的連線物鏡光心與十字絲交點的連線望遠鏡放大倍數第3頁/共31頁42.2 水準儀和水準尺2 2、水準器、水準器2.2.1 DS32.2.1 D

4、S3微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造水準器水準器是用來標志是用來標志: :視準軸是否水平（管水準器）視準軸是否水平（管水準器）或或儀器豎軸是否鉛垂儀器豎軸是否鉛垂（圓水準器）（圓水準器）的裝置。的裝置。管水準器管水準器( (水準管水準管) )用來指示視準軸是否水平用來指示視準軸是否水平水準管圓弧中點水準管圓弧中點O O稱為水準管零點。過零點與內壁圓稱為水準管零點。過零點與內壁圓弧的直線弧的直線LLLL，稱為，稱為水準管軸水準管軸。當水準管氣泡中心與零點重合時，稱氣泡居中當水準管氣泡中心與零點重合時，稱氣泡居中，此時，此時水準管軸處于水平位置；若氣泡不居中，則水準管軸處于水準管軸處于水平位置

5、；若氣泡不居中，則水準管軸處于傾斜位置。傾斜位置。( (水準管軸平行視準軸）水準管軸平行視準軸）水準管零點第4頁/共31頁52.2 水準儀和水準尺2 2、水準器、水準器2.2.1 DS32.2.1 DS3微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造管水準器管水準器為了提高判別水準管氣泡居中的準確度，為了提高判別水準管氣泡居中的準確度，在水準管上方設在水準管上方設符合水準器符合水準器第5頁/共31頁62.2 水準儀和水準尺2 2、水準器、水準器2.2.1 DS32.2.1 DS3微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造圓水準器圓水準器用來指示圓水準器豎軸是否豎直用來指示圓水準器豎軸是否豎直 （圓水準器軸平行

6、儀器豎軸（圓水準器軸平行儀器豎軸）球面中央圓圈，圓圈的圓心稱為球面中央圓圈，圓圈的圓心稱為水準器零點水準器零點。過零點的球面法線，稱。過零點的球面法線，稱為為圓水準軸圓水準軸，當圓水準器氣泡居中時，當圓水準器氣泡居中時，圓水準軸處于豎直位置。，圓水準軸處于豎直位置。圓水準器圓水準器分劃值分劃值是指通過零點的任意一個縱斷是指通過零點的任意一個縱斷面上，氣泡中心偏離面上，氣泡中心偏離2mm的弧長所的弧長所對圓心角的大小。對圓心角的大小。DS3水準儀圓水準器水準儀圓水準器分劃值一般分劃值一般為為810/2mm，故只用于儀器的概故只用于儀器的概略整平。略整平。第6頁/共31頁72.2 水準儀和水準尺3

7、 3、基座、基座2.2.1 DS32.2.1 DS3微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造主要由軸座、腳螺旋和連接板構成。主要由軸座、腳螺旋和連接板構成。軸座腳螺旋連接板第7頁/共31頁82.2 水準儀和水準尺1 1、水準尺、水準尺2.2.2 2.2.2 水準尺和尺墊水準尺和尺墊塔尺塔尺由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長3m3m或或5 5米，接頭處存在誤差，多用于精度米，接頭處存在誤差，多用于精度較低的水準測量中。較低的水準測量中。雙面尺：尺長雙面尺：尺長2m2m，一面為黑面劃分，一面為黑面劃分，黑白相間，尺底為零；另一面為紅面劃黑白相間，尺底為零；另一面為紅面劃分 ， 紅 白 相

8、 間 ， 尺 底 為 一 常 數 （ 如分 ， 紅 白 相 間 ， 尺 底 為 一 常 數 （ 如K1=4.687mK1=4.687m，K2=4.787mK2=4.787m）。普通水準測。普通水準測量用黑面讀數，三、四等水準測量用黑量用黑面讀數，三、四等水準測量用黑、紅面讀數進行校核。、紅面讀數進行校核。2 2、尺墊、尺墊：目的是臨時標志點位，：目的是臨時標志點位，并避免土壤下沉和立尺點位置變動而影并避免土壤下沉和立尺點位置變動而影響讀數響讀數第8頁/共31頁92.2 水準儀和水準尺1 1、安置水準儀、安置水準儀2.2.3 2.2.3 水準儀的使用水準儀的使用2 2、粗略整平、粗略整平目的使儀

9、器豎軸大致鉛直，視準軸目的使儀器豎軸大致鉛直，視準軸粗略水平。粗略水平。視差視差產生原因產生原因及消除視差的方法及消除視差的方法P163P1603 3、瞄準水準尺、瞄準水準尺1 1、安置、安置 2 2、粗平、粗平 3 3、瞄準、瞄準 4 4、精平、精平 5 5、讀數、讀數腳螺旋腳螺旋第9頁/共31頁102.2 水準儀和水準尺2.2.3 2.2.3 水準儀的使用水準儀的使用4 4、精確整平、精確整平使視準軸處于精確水平位置使視準軸處于精確水平位置符合水準器5 5、讀數、讀數（m m）第10頁/共31頁112.3 水準測量方法2.3.1 2.3.1 水準點水準點用水準測量方法測定的高程控制點稱為用

10、水準測量方法測定的高程控制點稱為水準點水準點( (記為記為BMBM. . (Bench Mark) )國家水準點分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設國家水準點分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設永久性標志。永久性標志。施工測量水準點常采用臨時性標志。施工測量水準點常采用臨時性標志。石料或混凝土頂面設置半球狀標志二、三等國家水準點施工測量水準點第11頁/共31頁122.3 水準測量方法2.3.2 2.3.2 水準測量的實施水準測量的實施圖圖2-15轉點轉點(Turing Point), 簡寫為簡寫為TP第12頁/共31頁132.3 水準測量方法2.3.2 2.3.2 水準測量的實施水準測量的實施

11、每一測站可測得前、后視兩點間的高差，即：每一測站可測得前、后視兩點間的高差，即：h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn各式相加，得：各式相加，得： hAB=h=a-bB點高程為：點高程為：HB=HA+h(2-5)hAB=h=a-bHB=HA+h第13頁/共31頁142.3 水準測量方法2.3.2 2.3.2 水準測量的實施水準測量的實施HB=HA+h第14頁/共31頁152.3 水準測量方法2.3.3 2.3.3 水準測量檢核水準測量檢核1、測站檢核、測站檢核變動儀高法變動儀高法是在同一個測站上用是在同一個測站上用兩次不同的儀器高度兩次不同的儀器高度(10cm)，測得兩次高差以相

12、互比較進行檢核。兩次所測高差之差，測得兩次高差以相互比較進行檢核。兩次所測高差之差不超過容許值不超過容許值(等外水準測量容許值為等外水準測量容許值為6mm)。否則必須重測。否則必須重測。雙面尺法雙面尺法:是儀器的高度不變，而立在前視點和后視點上是儀器的高度不變，而立在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數，測得的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數，測得兩次高差兩次高差，相互，相互進行檢核。進行檢核。若同一水準尺紅面與若同一水準尺紅面與黑面讀數黑面讀數(加常數后加常數后)之差之差，不超過，不超過3mm；且兩次且兩次高差之差高差之差，又未超過，又未超過5mm,則取其平均值作為該測

13、站則取其平均值作為該測站的觀測高差。否則，需要檢查原因，重新觀測。的觀測高差。否則，需要檢查原因，重新觀測。第15頁/共31頁162.3 水準測量方法2.3.3 2.3.3 水準測量檢核水準測量檢核2、成果檢核、成果檢核附合水準路線附合水準路線（詳見后）（詳見后）高差閉合差高差閉合差 fh=h測測-(H終終-H始始)(2-6)fh=h測-(H終-H始)閉合水準路線閉合水準路線高差閉合差高差閉合差 fh=h測測(2-7)fh=h測支水準路線支水準路線高差閉合差高差閉合差 fh=h往往+h返返(2-8)fh=h往+h返高差閉合差是各種因素產生的測量誤差第16頁/共31頁172.3 水準測量方法2.

14、3.3 2.3.3 水準測量檢核水準測量檢核2、成果檢核、成果檢核高差閉合差是各種因素產生的測量誤差，故閉合差的數值應該高差閉合差是各種因素產生的測量誤差，故閉合差的數值應該在容許范圍內，否則應檢查原因，在容許范圍內，否則應檢查原因，返工重測返工重測。圖根圖根水準測量高差閉合差容許值為：水準測量高差閉合差容許值為：平地平地山地山地 (2-9)( 12)( L40mmnfmmfhh容容四等四等水準測量高差閉合差容許值為：水準測量高差閉合差容許值為：平地平地山地山地 (2-10)( 6)( L02mmnfmmfhh容容式中：式中：L為水準路線總長為水準路線總長(km)；n為測站數為測站數 直接為測

15、繪大比例尺地形圖用的的控制點稱為圖根點。 第17頁/共31頁182.4 水準測量成果計算2.4.1 2.4.1 附合水準路線測量成果計算附合水準路線測量成果計算高差閉合差的計算高差閉合差的計算由式由式(2-6)：fh=h測測-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及圖根水準精度計算閉合差容許差為：按山地及圖根水準精度計算閉合差容許差為：fh容容=12n1/2=12241/2=58mm|fh|fh容容|，符合圖根水準測量技術要求。，符合圖根水準測量技術要求。 32.509第18頁/共31頁192.4 水準測量成果計算2.4.1 2.4.1

16、附合水準路線測量成果計算附合水準路線測量成果計算閉合差調整閉合差調整閉合差的調整是閉合差的調整是按按與距離與距離或或與測站數與測站數成正比例反符號分配到各成正比例反符號分配到各測段高差中測段高差中。第。第i測段高差測段高差改正數改正數按下式計算：按下式計算：式中：式中：n路線總測站數；路線總測站數；ni第第i段測站數；段測站數； L路線總長；路線總長；Di第第i段距離。段距離。例如：由式例如：由式(2-11)算出第一段算出第一段(A1)的改正數為：的改正數為：(2-11)infinvh或(2-12)iLfiDvhmvi011. 0624045. 0其他各測段改正數按式其他各測段改正數按式(2-

17、11)算出后列入表算出后列入表2-2中。中。改正數的總改正數的總和與高差閉合差大小相等符號相反和與高差閉合差大小相等符號相反。每測段實測高差加相應的改正。每測段實測高差加相應的改正數便得到改正后的高差。數便得到改正后的高差。第19頁/共31頁20計算各點高程計算各點高程用改正后的高差，由已知水準點用改正后的高差，由已知水準點A開始，逐點算出各點高程，開始，逐點算出各點高程，列入表列入表2-2中。由計算得到的中。由計算得到的B點高程應與點高程應與B點的已知高程相等，以點的已知高程相等，以此作為計算檢核。此作為計算檢核。2.4 水準測量成果計算2.4.1 2.4.1 附合水準路線測量成果計算附合水

18、準路線測量成果計算總測站數實測高差高差閉合差閉合差容許根據測站數確定的高差改正數實測高差加改正數A點已知高程B點已知高程42.365+改正后高差第20頁/共31頁212.4 水準測量成果計算2.4.2 2.4.2 閉合水準路線測量成果計算閉合水準路線測量成果計算閉合水準路線高差閉合差按式閉合水準路線高差閉合差按式(2-7)計算，若閉合差在容許值范計算，若閉合差在容許值范圍內，按上述附合水準路線相同的方法調整閉合差，并計算高程；圍內，按上述附合水準路線相同的方法調整閉合差，并計算高程；否則應檢查原因，否則應檢查原因，返工重測返工重測。第21頁/共31頁222.5 微傾式水準儀的檢驗與校正水準儀有

19、以下主要軸線：視準軸、水準管軸、儀器豎軸和圓水水準儀有以下主要軸線：視準軸、水準管軸、儀器豎軸和圓水準器軸，以及十字絲橫絲，見圖準器軸，以及十字絲橫絲，見圖2-18。各軸線間應滿足的幾何條件是各軸線間應滿足的幾何條件是: : 圓水準器圓水準器l l軸平行儀器豎軸；軸平行儀器豎軸；十字絲橫絲垂直儀器豎軸；十字絲橫絲垂直儀器豎軸；水準管軸平行視準軸。水準管軸平行視準軸。第22頁/共31頁232.6 水準測量誤差及其消減方法2.6.1 2.6.1 儀器誤差儀器誤差儀器校正后的殘余誤差儀器校正后的殘余誤差水準儀經過校正后，不可能絕對滿足水準管軸平行視準軸的條水準儀經過校正后，不可能絕對滿足水準管軸平行

20、視準軸的條件，因而使讀數產生誤差。件，因而使讀數產生誤差。這種誤差的影響這種誤差的影響與距離成正比與距離成正比，只要觀，只要觀測時注意測時注意使前、后視距離相等，便可消除或減弱此項誤差的影響。使前、后視距離相等，便可消除或減弱此項誤差的影響。水準尺誤差水準尺誤差包括水準尺長度變化、刻劃誤差和零點誤差等。包括水準尺長度變化、刻劃誤差和零點誤差等。精密水準測量應對水準尺進行精密水準測量應對水準尺進行檢定檢定，并對讀數進行，并對讀數進行尺長誤差改尺長誤差改正正。零點誤差零點誤差在成對使用水準尺時，可采取設置在成對使用水準尺時，可采取設置偶數測站偶數測站的方法來的方法來消除；也可在前、后視中消除；也可

21、在前、后視中使用同一根水準尺使用同一根水準尺來消除。來消除。第23頁/共31頁242.6 水準測量誤差及其消減方法2.6.2 2.6.2 觀測誤差觀測誤差水準管氣泡對中誤差水準管氣泡對中誤差水準管氣泡居中誤差一般為水準管氣泡居中誤差一般為0.15。符合水準器氣泡居中精。符合水準器氣泡居中精度可提高一倍。由氣泡居中誤差引起的讀數誤差為：度可提高一倍。由氣泡居中誤差引起的讀數誤差為：讀數誤差讀數誤差估讀毫米數的誤差，與人眼分辨能力、望遠鏡估讀毫米數的誤差，與人眼分辨能力、望遠鏡放大率以及視線長度有關。按下式計算：放大率以及視線長度有關。按下式計算：式中：式中：V望遠鏡放大率；望遠鏡放大率；D視線長

22、；視線長； 60人眼能分人眼能分辨的最小角度；辨的最小角度；206265；水準管分劃值。水準管分劃值。(2-15)D215. 0m(2-16)Dvmv60為保證讀數精度，各等水準測量對望遠鏡放大率和最大視線長為保證讀數精度，各等水準測量對望遠鏡放大率和最大視線長有相應規(guī)定。有相應規(guī)定。第24頁/共31頁252.6 水準測量誤差及其消減方法2.6.2 2.6.2 觀測誤差觀測誤差視差影響視差影響視差對水準尺讀數會產生較大誤差。應仔細調視差對水準尺讀數會產生較大誤差。應仔細調焦，避免出現(xiàn)視差。焦，避免出現(xiàn)視差。水準尺傾斜水準尺傾斜誤差水準尺傾斜會使讀數增大，其誤差大小誤差水準尺傾斜會使讀數增大，其

23、誤差大小與尺傾斜的角度和在尺上的讀數大小有關。與尺傾斜的角度和在尺上的讀數大小有關。第25頁/共31頁262.6 水準測量誤差及其消減方法2.6.3 2.6.3 外界條件影響外界條件影響儀器下沉儀器下沉選擇堅實的地面作測站，并將腳架踏實。選擇堅實的地面作測站，并將腳架踏實。尺墊下沉尺墊下沉水平視線在尺上的水平視線在尺上的讀數讀數b，理論上應改算，理論上應改算為相應水準面截于水準為相應水準面截于水準尺的讀數尺的讀數b，兩者的差，兩者的差值值c稱為地球曲率差。稱為地球曲率差。測量中當前、后視距相等時，通過高差計算可消除該影響。地球曲率的影響地球曲率的影響(2-17)RDc22第26頁/共31頁272.6 水準測量誤差及其消減方法2.6.3 2.6.3 外界條件