現(xiàn)代普通測量學第3章(2010)

1、 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系主主 講：講：吳兆福吳兆福1 2 年 2 月 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系第三章第三章 水準測量水準測量學習要求學習要求：掌握水準測量的原理，熟悉水準儀：掌握水準測量的原理，熟悉水準儀的構造，掌握普通水準測量的基本方法、水準的構造，掌握普通水準測量的基本方法、水準測量的內(nèi)業(yè)計算方法，應會對儀器進行檢驗與測量的內(nèi)業(yè)計算方法，應會對儀器進行檢驗與校正，了解自動安平水準儀及精密水準儀，了校正，了解自動安平水準儀及精密水準儀，了解水準測量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法。解水準測量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法。本章重點本章重點：水準測量的原理，水準測量的外業(yè)：水準測量的原理，水準

2、測量的外業(yè)工作及內(nèi)業(yè)計算，水準管軸平行于視準軸的檢工作及內(nèi)業(yè)計算，水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正。驗與校正。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系高程測量高程測量確定地面上各點高程的工作。確定地面上各點高程的工作。高程測量概述高程測量概述水準測量水準測量用水準儀進行高程測量的工作。用水準儀進行高程測量的工作。三角高程測量三角高程測量物理高程測量物理高程測量GPSGPS高程測量高程測量氣壓高程測量氣壓高程測量液體靜力水準測量液體靜力水準測量水準測量水準測量高高程程測測量量高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同,可分為可分為:水準測量是高程測量的主要方法水準測量是

3、高程測量的主要方法。水準測量使用儀器：水準儀水準測量使用儀器：水準儀 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系水準測量的等級水準測量的等級水準測量分為一等、二等、三等、四等四個等級，水準測量分為一等、二等、三等、四等四個等級，以一等精度最高。以一等精度最高。上上一等水準測量成果作為下一等水準測量的起算依一等水準測量成果作為下一等水準測量的起算依據(jù)。據(jù)。為滿足測圖以及一般工程測量的需要，還須進行測為滿足測圖以及一般工程測量的需要，還須進行測區(qū)的高程控制加密，采用普通水準測量方法，也稱區(qū)的高程控制加密，采用普通水準測量方法，也稱圖根水準測量或等外水準測量圖根水準測量或等外水準測量( (本章主要介紹本章主要介

4、紹) )。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.1 水準測量原理水準測量原理水準測量的實質(zhì)是測量地面上兩點之間的高差。水準測量的實質(zhì)是測量地面上兩點之間的高差。水準儀的主要功能是能指出一條水平視線。水準儀的主要功能是能指出一條水平視線。前進方向水平視線大地水準面HiHAHBAB后視尺前視尺abhab 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系 hAB 0，高差為正，前視點高；高差為正，前視點高； hAB 0，高差為負，前視點低。高差為負，前視點低。 高差必須帶高差必須帶“+ +、 -”-”號；號； hAB的下標次序必須與測量的前進方向一致。的下標次序必須與測量的前進方向一致。 例例: :已知已知 hAB=

5、+= +1.436 m 則則 hBA= -= -1.436 m3.1 水準測量原理水準測量原理高差高差 = = 后視讀數(shù)后視讀數(shù)- -前視讀數(shù)：前視讀數(shù)： hAB = a - b 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系 高程的計算：高程的計算： HB HAhAB HA(ab) 高差法：高差法： Hi HAa HB Hib 儀高法儀高法 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系一一. .水準儀的精度和類型水準儀的精度和類型2.2.水準儀類型水準儀類型 微傾式水準儀微傾式水準儀 自動安平水準儀自動安平水準儀 電子水準儀電子水準儀1.1.精度系列：精度系列： DS05 DS1 DS3 DS103.2 水準儀及其使用水

6、準儀及其使用 型號下標：毫米數(shù)，表示每公里往、返測量的高差型號下標：毫米數(shù)，表示每公里往、返測量的高差 平均值的中誤差平均值的中誤差( (由儀器引起的由儀器引起的) ) 。 DS05 DS05、DS1DS1屬精密水準儀，有測微讀數(shù)裝置，配置銦屬精密水準儀，有測微讀數(shù)裝置，配置銦 鋼帶精密水準尺，用于一、二等水準測量及精密水鋼帶精密水準尺，用于一、二等水準測量及精密水 準測量。準測量。DS3DS3用于三、四等水準測量及一般工程測量。用于三、四等水準測量及一般工程測量。 目前某些型號的自動安平水準儀，也有目前某些型號的自動安平水準儀，也有DSDS1 1.5 5、DSDS2 2.5 5 級別的。級別

7、的。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系二二. . 微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造 三大部件三大部件：望遠鏡望遠鏡 水準器水準器基基 座座 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系測量望遠鏡測量望遠鏡上絲下絲豎絲橫絲望遠鏡十字絲 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系消除視差的步驟：消除視差的步驟： 目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰；目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰； 物鏡調(diào)焦，使目標像最清晰，且無視差。物鏡調(diào)焦，使目標像最清晰，且無視差。視差視差: : 望遠鏡內(nèi)目標像與十字絲分劃板未重合。望遠鏡內(nèi)目標像與十字絲分劃板未重合?，F(xiàn)象：觀測時，改變眼睛與目鏡的相對位

8、置，十字現(xiàn)象：觀測時，改變眼睛與目鏡的相對位置，十字 絲與目標的像有相對移動。絲與目標的像有相對移動。視準軸視準軸(CC)(CC): :十字絲交點與物鏡光心的連線。十字絲交點與物鏡光心的連線。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系水水準準器器圓水準器、管水準器圓水準器、管水準器 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系L圓水準器圓水準器LLO管水準器管水準器圓水準器：圓水準器：用于儀器粗平，精度用于儀器粗平，精度 = 8= 8/2 2 管水準器：管水準器：用于儀器精平，精度用于儀器精平，精度 = 20/2 = 20/2 水水準準器器 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系水準管軸水準管軸：通過水準管零點作水準管圓弧的

9、切線(LL)。圓水準軸：圓水準軸： 過圓水準器球面零點 的法線（LL ）。圓圓水準器分劃值水準器分劃值：氣泡中心偏移零點2mm，軸線所傾斜的角值。水準管分劃值水準管分劃值：水準管圓弧形玻璃管外表面刻有2mm間隔的分劃線，2mm所對的圓心角。LLO管水準器管水準器L圓水準器圓水準器 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系三三. .水準尺、尺墊水準尺、尺墊 直尺直尺：雙面：雙面( (黑、紅黑、紅) )水準尺，尺水準尺，尺常數(shù)常數(shù)4.687m4.687m、 4.787m4.787m，用于三，用于三等以下水準路線測量。等以下水準路線測量。 塔尺塔尺：可伸縮，伸足為：可伸縮，伸足為3 3米、米、5 5米，米，用

10、于一般工程測量。用于一般工程測量。尺墊尺墊：轉(zhuǎn)點立尺用。：轉(zhuǎn)點立尺用。精密水準尺精密水準尺：銦鋼帶精密水準尺，精密水準測量用。：銦鋼帶精密水準尺，精密水準測量用。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系四四. .水準儀的使用水準儀的使用2.2.粗平：用腳螺旋調(diào)節(jié)圓水準氣泡居中，縱軸鉛垂。粗平：用腳螺旋調(diào)節(jié)圓水準氣泡居中，縱軸鉛垂。用用“左手大拇指法左手大拇指法”：氣泡移動的方向與左手大拇：氣泡移動的方向與左手大拇 指轉(zhuǎn)動腳螺旋的方向一致。指轉(zhuǎn)動腳螺旋的方向一致。 a ab bc c操作步驟：操作步驟：安置安置粗平粗平瞄準瞄準精平、讀數(shù)精平、讀數(shù)1.1.安置安置: :儀器位置（前、后視等距）儀器位置（前

11、、后視等距） 腳架頭放平腳架頭放平 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.3.瞄準瞄準瞄準水準尺，消除視差。瞄準水準尺，消除視差。 操作：操作： 調(diào)節(jié)目鏡螺旋，使十字絲最清晰調(diào)節(jié)目鏡螺旋，使十字絲最清晰(消除視差的關鍵消除視差的關鍵) )。粗瞄粗瞄制動制動物鏡調(diào)焦、消除視差物鏡調(diào)焦、消除視差水平微動。水平微動。4.4.精平精平符合氣泡符合，水準管軸與視線水平。符合氣泡符合，水準管軸與視線水平。操作：用微傾螺旋調(diào)節(jié)管水準器的符合氣泡符合。操作：用微傾螺旋調(diào)節(jié)管水準器的符合氣泡符合。符合氣泡符合尚未符合:(: 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系讀數(shù)讀數(shù)用用橫絲橫絲在水準尺上讀數(shù)。在水準尺上讀數(shù)。每次讀數(shù)時

12、都必須保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。每次讀數(shù)時都必須保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米( (讀出四位讀數(shù)讀出四位讀數(shù)) )。讀數(shù):0.859 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系讀數(shù)讀數(shù)用用橫絲橫絲在水準尺上讀數(shù)。在水準尺上讀數(shù)。每次讀數(shù)時都必須保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。每次讀數(shù)時都必須保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米( (讀出四位讀數(shù)讀出四位讀數(shù)) )。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系水準點的類型：水準點的類型： 永久性永久性 臨時性臨時性3.4 水準測量的方法水準測量的方法外業(yè)：外業(yè)：用水準路線

13、測量方法，在新建水準點和已知水用水準路線測量方法，在新建水準點和已知水 準點之間進行高差測量。準點之間進行高差測量。內(nèi)業(yè)：內(nèi)業(yè)：評定測量精度，計算新建水準點的高程。評定測量精度，計算新建水準點的高程。一一. .水準點水準點 用水準測量的方法測定了高程的高程控制點。用水準測量的方法測定了高程的高程控制點。 各等水準點均應埋設永久性標石或標志，水準點的等級各等水準點均應埋設永久性標石或標志，水準點的等級應注記在水準點標石或標記面上。應注記在水準點標石或標記面上。 水準點標石的類型可分為：基巖水準標石、基本水準標水準點標石的類型可分為：基巖水準標石、基本水準標石、普通水準標石和墻腳水準標志四種，石、

14、普通水準標石和墻腳水準標志四種， 其中混凝土普通水準標石和墻腳水準標志的埋設要求見其中混凝土普通水準標石和墻腳水準標志的埋設要求見下圖。下圖。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系水準點的編號：水準點的編號： 例：例：BMBM（Bench Mark)Bench Mark)： BM.1BM.1、BM.2BM.2，BM.ABM.A、BM.BBM.B TBM (Temporary Bench Mark) TBM (Temporary Bench Mark)： TBM.1TBM.1、TBM.2TBM.2 也可根據(jù)工程情況編號：也可根據(jù)工程情況編號： 水水-1-1、水、水-2, -2, 水水-3, -3, ；

15、 固固-1, -1, 固固-2, -2, 固固-3, -3, 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系二二. .水準路線水準路線 進行水準測量的路線，由已知水準進行水準測量的路線，由已知水準 點和新建水準點組成。點和新建水準點組成。水水準準路路線線1.1.閉合水準路線閉合水準路線2.2.附合水準路線附合水準路線3.3.支水準路線支水準路線 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系1.1.閉合水準路線閉合水準路線0理論h實際上：理論上：0觀測h觀測hfh，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff令：有：BMBM1 14 43 321 1閉合水準路線分析：結論：閉合水準路線具有嚴密的檢核條件。結論：閉合

16、水準路線具有嚴密的檢核條件。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系2.2.附合水準路線附合水準路線附合水準路線分析：BMBM1 11 12 23 3BMBM2 2理論上：12BMBMHHh理論實際上：12BMBMHHh觀測令：)HH(hfBMBMh12觀測有：，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff結論：附合水準路線具有嚴密的檢核條件。結論：附合水準路線具有嚴密的檢核條件。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.3.支水準路線支水準路線支線水準路線分析：理論上：實際上：無法比較與理論觀測hh令：返測往測hhfh有：，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff結論：支水準路線往

17、返觀測具有嚴密性。結論：支水準路線往返觀測具有嚴密性。BMBM1 11 12 23 3支線水準路支線水準路線不嚴密，線不嚴密，必須作往返必須作往返測！測！?h理論 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系三三. .連續(xù)安置水準儀的測量方法連續(xù)安置水準儀的測量方法 兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設若兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設若干轉(zhuǎn)點，分段測量高差，取各分段高差的總和。干轉(zhuǎn)點，分段測量高差，取各分段高差的總和。hAB = h1+ h2+ hn = (a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n) = a-a- b b 合肥工業(yè)大學土建

18、學院測量工程系 BMABMB1.444 1.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.543水準測量記錄水準測量記錄格式格式 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系水準測量記錄表水準測量記錄表 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系四四. .水準測量的檢核水準測量的檢核( (適用于等外水準路線適用于等外水準路線) )2.2.計算檢核計算檢核3.3.路線檢核（成果檢核）路線檢核（成果檢核）1.1.測站檢核測站檢核 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系四四. .

19、水準測量的檢核水準測量的檢核( (適用于等外水準路線適用于等外水準路線) )1.1.測站檢核測站檢核對每一站高差進行檢核，每站對每一站高差進行檢核，每站 進行（避免讀錯、聽錯、記錯、進行（避免讀錯、聽錯、記錯、 未精平等粗差）未精平等粗差）。a a b b BA h =a b h =ab兩次儀器高法兩次儀器高法 BAa黑a紅 b紅b黑h = a黑b黑h = a紅b紅雙面尺法雙面尺法讀數(shù)要求讀數(shù)要求 （黑（黑+ +常數(shù)常數(shù) 紅）紅） 3 3mmmm高差要求高差要求 h h 5 5mmmm 取取 h=(=(h +h ) / 2 2兩尺常數(shù)不一致時，考慮兩尺常數(shù)差兩尺常數(shù)不一致時，考慮兩尺常數(shù)差 0

20、.1000.100米。米。要求要求: : 改變儀器高度應在改變儀器高度應在1010cmcm以上以上 h h 5 5mmmm 取取 h=(=(h +h ) / 2 2 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系2.2.計算檢核計算檢核黑面: h黑 = a-b紅面： h紅 = a-b平均高差： h =（h黑 + h紅）/2 或 h =（h黑 + h紅0.1）/2 h = ( a-b )/2 或 h = ( a-b0.1 )/2 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系2.2.計算檢核計算檢核黑面: h黑 = a-b紅面：h紅 = a-b平均高差： h =（ h黑 + h紅0.1）/2 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系h測

21、 =h1+h2+h3+h4+h5h理 = H終-H始 fh = h測-h要求：fh fh容3.3.路線檢核路線檢核（成果檢核）（成果檢核） 計算路線高差閉合差，檢驗整條路線的測量精度。計算路線高差閉合差，檢驗整條路線的測量精度。（1 1）附合水準路線）附合水準路線BMBM1 11 12 23 3BMBM2 2h4h3h2h1 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系BMAh測 =h1+h2+h3+h4+h5h1h4（2 2）閉合水準路線）閉合水準路線h理=0fh = h測 要求：fh fh容（3 3）支水準路線）支水準路線fh = h往+h返要求：fh fh容BMBM1 14 43 321 1BMBM1

22、 11 12 23 3h3h2h1h5h往h返 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系fh容 = mm fh容 = mm等外(圖根)水準路線測量容許高差閉合差公式：式中：L路線長，以公里為單位 n路線測站總數(shù)n12L40 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系五五. .水準路線成果計算水準路線成果計算1、高差閉合差計算與比較閉合水準路線高差閉合差觀測hfh附合水準路線高差閉合差)(12BMBMhHHhf觀測支水準路線高差閉合差返測往測hhfh，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系五五. .水準路線成果計算水準路線成果計算2、高差閉合差的分配和各點高程的計算 高

23、差改正數(shù)為：高差改正數(shù)為：hiihiifnnVfLLV或改正后高差為：改正后高差為：iiiVhh計算各點高程：計算各點高程：iiihHH 1 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系五五. .水準路線成果計算水準路線成果計算1.1.附合水準路線成果整理附合水準路線成果整理例：例： 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系H前 H后h 1.1.高差閉合差的計算高差閉合差的計算 2.2.高差閉合差的高差閉合差的 調(diào)整與各調(diào)整與各待定待定點高程的計算點高程的計算iihiiihllflVVlfV測段改正數(shù)每公里改正數(shù) 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系2.2.閉合水準路線成果計算閉合水準路線成果計算 與附合水準路線不同之處是

24、終點和起點是同一點，因此：與附合水準路線不同之處是終點和起點是同一點，因此： h h理理 = H= H終終-H-H始始= 0 = 0 f fh h = h= h測測-h-h理理 = h= h測測 其余計算與附合水準路線相同其余計算與附合水準路線相同 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.5 微傾式水準儀的檢驗和校正微傾式水準儀的檢驗和校正一一. .水準儀的軸線及其應滿足的條件水準儀的軸線及其應滿足的條件(1)(1)圓水準軸平行于圓水準軸平行于豎豎軸軸 LL/ VVLL/ VV(2)(2)十字橫絲垂直于十字橫絲垂直于豎豎軸軸 橫絲橫絲VVVV(3)(3)水準管軸平行于視準軸水準管軸平行于視準軸 LL

25、 / CC LL / CC (3)(3)為主要條件為主要條件 應滿足的三個條件應滿足的三個條件四條軸線四條軸線 視視 準準 軸軸 CCCC 望遠鏡十字絲交點與物鏡光心的連線，其望遠鏡十字絲交點與物鏡光心的連線，其 延長線即視線。延長線即視線。 水水 準準 管管 軸軸LLLL 水準管零點處的切線，氣泡居中，水準管零點處的切線，氣泡居中，LLLL水平。水平。 圓水準圓水準器器軸軸LLLL水準器球面圓圈中心與球面所對球心的連線。水準器球面圓圈中心與球面所對球心的連線。 豎豎 軸軸VVVV 儀器旋轉(zhuǎn)軸儀器旋轉(zhuǎn)軸 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系(d)用腳螺旋將氣泡調(diào)回一半 VV鉛垂檢驗校正二二. .檢驗

26、與校正檢驗與校正1.1.圓水準器的檢驗與校正圓水準器的檢驗與校正(a)用腳螺旋調(diào)節(jié)圓氣泡居中(b)照準部旋轉(zhuǎn)180 (c)校正圓氣泡居中LL鉛垂 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系(a)用腳螺旋調(diào)節(jié)圓氣泡居中(b)照準部旋轉(zhuǎn)180檢驗校正(c)用腳螺旋將氣泡調(diào)回一半 VV鉛垂 (d)校正圓氣泡居中LL鉛垂二二. .檢驗與校正檢驗與校正1.1.圓水準器的檢驗與校正圓水準器的檢驗與校正 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系2. 2. 十字橫絲垂直于十字橫絲垂直于豎豎軸的檢驗與校正軸的檢驗與校正( (橫絲橫絲VV)VV)檢驗檢驗 (a)(a) 粗平、調(diào)焦，在橫絲一端找一參照點M (b) (b) 望遠鏡水平微動

27、，觀測M點相對于橫絲的移動軌跡。校正：校正：校正十字絲環(huán)校正十字絲環(huán)2134十字絲環(huán)固定螺絲十字絲校正螺絲 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.3.水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正 ( LL / CC )( LL / CC ) (1) (1) 檢驗檢驗 a.a.場地準備場地準備(CA(CA、CBCB等距，約等距，約4040米米) ) b. b.在在C C測定測定A A、B B的正確高差：的正確高差： h h正確正確=(a=(a1 1- -)-(b)-(b1 1- -)=a)=a1 1-b-b1 1=h=h c.c.儀器至儀器至B B近旁，讀數(shù)近旁，讀數(shù)b b2 2

28、、a a2 2：h=ah=a2 2- a- a2 2 22ABDhihba 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系（2 2）校正）校正方法1：校正水準管 a. a. 計算計算A A尺水平視線讀數(shù)：尺水平視線讀數(shù)： a a2 2=b=b2 2+h+h b. b. 轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使橫絲瞄準讀數(shù)轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使橫絲瞄準讀數(shù) a a2 2 ：CCCC水平水平 c. c. 校正水準管氣泡居中：校正水準管氣泡居中：LLLL水平（水平（LL / CCLL / CC） d. d. 重復檢驗直至符合要求。重復檢驗直至符合要求。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系校正水準管水準管的 校正螺絲水準管 的一端 合肥工業(yè)大學土建學

29、院測量工程系方法方法2 2：校正十字絲：校正十字絲 a.a.保持水準管氣泡居中即保持水準管氣泡居中即LLLL水平；水平； b.b.調(diào)整十字絲環(huán)上、下校正螺絲，使橫絲對準調(diào)整十字絲環(huán)上、下校正螺絲，使橫絲對準 讀數(shù)讀數(shù) a a2 2即即CCCC水平，從而水平，從而LL / CCLL / CC。2134十字絲環(huán)十字絲環(huán)校正螺絲校正螺絲十字絲環(huán)十字絲環(huán)校正螺絲校正螺絲 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.3 自動安平水準儀和數(shù)字水準儀自動安平水準儀和數(shù)字水準儀一一. .自動安平水準儀原理自動安平水準儀原理dtgftgdtglftgl 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系二二. .自動安平補償器結構自動安平補

30、償器結構 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系上圖為北京光學儀器廠生上圖為北京光學儀器廠生產(chǎn)的產(chǎn)的DZS3-1DZS3-1自動安平水準儀，自動安平水準儀，右圖為補償器狀態(tài)窗口，當右圖為補償器狀態(tài)窗口，當儀器安置好、補償器指標線儀器安置好、補償器指標線位于補償器指標附近時，即位于補償器指標附近時，即可以進行讀數(shù)?？梢赃M行讀數(shù)。 DZS3-1DZS3-1自動安平水準儀自動安平水準儀 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系激光水準儀激光水準儀 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系數(shù)字水準儀和條碼水準尺數(shù)字水準儀和條碼水準尺 數(shù)字水準儀(digital level)是在儀器望遠鏡光路中增加了分光鏡和光電探測器(CCD陣列

31、)等部件，采用條形碼分劃水準尺(coding level staff)和圖像處理電子系統(tǒng)構成光、機、電及信息存儲與處理的一體化水準測量系統(tǒng)。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系一、數(shù)字水準儀的特點一、數(shù)字水準儀的特點用自動電子讀數(shù)代替人工讀數(shù)，不存在讀錯、記錯等問用自動電子讀數(shù)代替人工讀數(shù)，不存在讀錯、記錯等問題，沒有人為讀數(shù)誤差；題，沒有人為讀數(shù)誤差；精度高，多條碼精度高，多條碼( (等效為多分劃等效為多分劃) )測量，削弱標尺分劃誤測量，削弱標尺分劃誤差，自動多次測量，削弱外界環(huán)境變化的影響；差，自動多次測量，削弱外界環(huán)境變化的影響；速度快、效率高，實現(xiàn)自動記錄、檢核、處理和存儲，速度快、效率

32、高，實現(xiàn)自動記錄、檢核、處理和存儲，可實現(xiàn)水準測量從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到最后成果計算的內(nèi)外可實現(xiàn)水準測量從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到最后成果計算的內(nèi)外業(yè)一體化。業(yè)一體化。數(shù)字水準儀一般是設置有補償器的自動安平水準儀，當數(shù)字水準儀一般是設置有補償器的自動安平水準儀，當采用普通水準尺時，數(shù)字水準儀又可當作普通自動安平采用普通水準尺時，數(shù)字水準儀又可當作普通自動安平水準儀使用。水準儀使用。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系下圖為采用相關法的徠卡NA3003數(shù)字水準儀的機械光學結構圖 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系二、數(shù)字水準儀的原理二、數(shù)字水準儀的原理 當用望遠鏡照準標尺并調(diào)焦后，標尺上的條形碼影像當用望遠鏡照準標尺并

33、調(diào)焦后，標尺上的條形碼影像入射到分光鏡上；分光鏡將其分為可見光和紅外光兩入射到分光鏡上；分光鏡將其分為可見光和紅外光兩部份，可見光影像成像在分劃板上，供目視觀測；部份，可見光影像成像在分劃板上，供目視觀測； 紅外光影像成像在紅外光影像成像在CCDCCD線陣光電探測器上線陣光電探測器上( (探測器長約探測器長約6.5mm6.5mm，由，由256256個口徑為個口徑為25m25m的光敏二極管組成，一個的光敏二極管組成，一個光敏二極管就是線陣的一個像素光敏二極管就是線陣的一個像素) )，探測器將接收到的，探測器將接收到的光圖像通過光圖像通過A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號；轉(zhuǎn)換數(shù)字信號； 傳送給儀器的處理器

34、，通過與機內(nèi)事先存儲好的標尺傳送給儀器的處理器，通過與機內(nèi)事先存儲好的標尺條形碼本源數(shù)字信息進行相關比較，當兩信號處于最條形碼本源數(shù)字信息進行相關比較，當兩信號處于最佳相關位置時，即可獲得水準尺上的水平視線讀數(shù)和佳相關位置時，即可獲得水準尺上的水平視線讀數(shù)和視距讀數(shù)，最后將處理結果存儲并送往屏幕顯示。視距讀數(shù)，最后將處理結果存儲并送往屏幕顯示。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系三、條碼水準尺三、條碼水準尺 與數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺一般為因瓦與數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺一般為因瓦帶尺、玻璃鋼或鋁合金制成的單面或雙面尺，帶尺、玻璃鋼或鋁合金制成的單面或雙面尺，形式有直尺和折疊尺兩種，規(guī)格有形式有

35、直尺和折疊尺兩種，規(guī)格有1m1m、2m2m、3m3m、4m4m、5m5m幾種，尺子的分劃一面為二進制幾種，尺子的分劃一面為二進制偽隨機碼分劃線偽隨機碼分劃線( (配徠卡儀器配徠卡儀器) )或規(guī)則分劃線或規(guī)則分劃線( (配蔡司儀器配蔡司儀器) )，其外形類似于一般商品外包，其外形類似于一般商品外包裝上印制的條紋碼。裝上印制的條紋碼。 右圖為與徠卡數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺，右圖為與徠卡數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺，它用于數(shù)字水準測量；雙面尺的另一面為長它用于數(shù)字水準測量；雙面尺的另一面為長度單位的分劃線，用于普通水準測量。度單位的分劃線，用于普通水準測量。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系四、徠卡四

36、、徠卡DNA03DNA03中文精密數(shù)字水準儀簡介中文精密數(shù)字水準儀簡介 1990年，徠卡在世界上首次推出了第一代精密數(shù)字水準儀NA3003，現(xiàn)在又在NA3003的基礎上推出了第二代精密數(shù)字水準儀DNA03，見圖所示。界面為中文，同時內(nèi)置了適合我國測量規(guī)范的觀測程序。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系徠卡DNA03中文精密數(shù)字水準儀簡介DNA03DNA03的主要技術參數(shù)如下：的主要技術參數(shù)如下： 精度：精度：0.3mm/km(0.3mm/km(采用因瓦水準尺采用因瓦水準尺) ) 最小讀數(shù)：最小讀數(shù)：0.01mm0.01mm 測距精度：測距精度：1cm/20m1cm/20m 內(nèi)存：可以存儲內(nèi)存：可以

37、存儲16501650組測站數(shù)據(jù)或組測站數(shù)據(jù)或60006000個測量數(shù)據(jù)個測量數(shù)據(jù) 補償器：磁性阻尼補償器補償器：磁性阻尼補償器 補償范圍：補償范圍：88 補償精度：補償精度：0.30.3 單次測量時間：單次測量時間：3 3秒秒 GEBGEB電池：連續(xù)測量電池：連續(xù)測量1212小時小時 為確保外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的安全，為確保外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的安全，DNA03DNA03上還插有一個上還插有一個PCMCIAPCMCIA閃閃存卡，全部測量數(shù)據(jù)同時保存在儀器內(nèi)存和存卡，全部測量數(shù)據(jù)同時保存在儀器內(nèi)存和PCMCIAPCMCIA卡中?？ㄖ?。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系SDL30數(shù)字

38、水準儀 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系DiNi12數(shù)字水準儀 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系精密水準測量的兩個重要條件： 精密水準儀提供精確的水平視線； 精密水準尺刻度精確(銦鋼帶水準尺)，能讀得精確的讀數(shù)。一一. .精密水準儀精密水準儀每公里往返平均高差中誤差每公里往返平均高差中誤差 1mm1mm；國產(chǎn)國產(chǎn) S05 S1S05 S1國外國外 Ni004(Zeiss) NNi004(Zeiss) N3 3 (Wild)(Wild)自動安平自動安平 Ni002(Zeiss) Koni007(ZeissNi002(Zeiss) Koni007(Zeiss) 用于： 國家一、二等水準測量以及建構筑物

39、的沉降觀測，大型橋梁工程的施工測量和大型精密設備安裝等。3.2.2 精密水準儀及其使用精密水準儀及其使用 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系精密水準儀精密水準儀 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系1.1.水準器靈敏度高水準器靈敏度高 水準器格值達到水準器格值達到551010/2mm/2mm。2.2.望遠鏡放大率大，孔徑大望遠鏡放大率大，孔徑大 放大率放大率V V在在4040倍以上，孔徑倍以上，孔徑D D大于大于50mm50mm，照準精度高。，照準精度高。3.3.望遠鏡結構嚴密，視準軸變化小望遠鏡結構嚴密，視準軸變化小 有隔熱罩。有隔熱罩。4.4.裝有平行玻璃板測微裝置裝有平行玻璃板測微裝置 測微范圍測

40、微范圍10mm10mm，測微器刻度，測微器刻度100100格，格值為格，格值為0.1mm0.1mm，可估讀，可估讀 至至0.01mm0.01mm。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系二二. .平行玻璃板測微裝置平行玻璃板測微裝置 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。測微器結構與測微原理測微器結構與測微原理 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系二二. .平行玻璃板測微裝置平行玻璃板測微裝置測微尺的讀數(shù)測微尺的讀數(shù) 旋轉(zhuǎn)平行玻璃板可以產(chǎn)生的最大視線平移量為旋轉(zhuǎn)平行玻璃板可以產(chǎn)生的最大視線平移量為10mm10mm，它對應，它對應測微尺上的測微尺上的1001

41、00個分格。個分格。 測微尺上測微尺上1 1個分格等于個分格等于0.1mm0.1mm，如在測微尺上估讀到，如在測微尺上估讀到0.10.1分格，分格，則可以估讀到則可以估讀到0.01mm0.01mm。 將標尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標尺的實際讀數(shù)。將標尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標尺的實際讀數(shù)。如下圖的讀數(shù)為如下圖的讀數(shù)為148+0.655=148.655cm=1.48655m148+0.655=148.655cm=1.48655m。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系三三. .精密水準尺精密水準尺 精密水準尺：是在木質(zhì)尺身精密水準尺：是在木質(zhì)尺身的凹槽內(nèi)，引張一根因瓦合的凹槽內(nèi)，引張

42、一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在金鋼帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張在尺身上，定的拉力將其引張在尺身上，以使因瓦合金鋼帶不受尺身以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。伸縮變形的影響。 長度分劃在因瓦合金鋼帶上，長度分劃在因瓦合金鋼帶上，數(shù)字注記在木質(zhì)尺身上，精數(shù)字注記在木質(zhì)尺身上，精密水準尺的分劃值有密水準尺的分劃值有10mm10mm和和5mm5mm兩種。兩種。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系三三. .精密水準尺精密水準尺 右圖（右圖（a a）為徠卡公司生產(chǎn)的與新）為徠卡公司生產(chǎn)的與新NA2NA2精密水準儀配套的精密水準尺，因為精密水準儀

43、配套的精密水準尺，因為新新NA2NA2的望遠鏡為正像望遠鏡，所以的望遠鏡為正像望遠鏡，所以水準尺上的注記也是正立的。水準尺上的注記也是正立的。 水準尺全長約水準尺全長約3.2m3.2m，在因瓦合金鋼帶，在因瓦合金鋼帶上刻有兩排分劃，右邊一排分劃為基上刻有兩排分劃，右邊一排分劃為基本分劃，數(shù)字注記從本分劃，數(shù)字注記從0 0到到300cm300cm，左邊，左邊一排分劃為輔助分劃，數(shù)字注記從一排分劃為輔助分劃，數(shù)字注記從300cm300cm到到600cm600cm， 基本分劃與輔助分劃的零點相差一個基本分劃與輔助分劃的零點相差一個常數(shù)常數(shù)301.55cm301.55cm，稱為基輔差或尺常數(shù)。，稱為基

44、輔差或尺常數(shù)。水準測量作業(yè)時用以檢查讀數(shù)是否存水準測量作業(yè)時用以檢查讀數(shù)是否存在粗差。在粗差。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系四四. .測微尺的讀數(shù)測微尺的讀數(shù)148+0.650=148.650cm=1.48650m。1.97+0.00150=1.97150m1.97+0.00150=1.97150m 0.98575m0.98575m 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.8 水準測量的誤差分析及注意事項水準測量的誤差分析及注意事項 水準測量誤差包括水準測量誤差包括儀器誤差儀器誤差、觀測誤差觀測誤差和和外外界環(huán)境的影響界環(huán)境的影響三個方面。三個方面。 一、儀器誤差一、儀器誤差 二、觀測誤差二、觀測

45、誤差 三、外界環(huán)境的影響三、外界環(huán)境的影響 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.8 水準測量的誤差分析及注意事項水準測量的誤差分析及注意事項一、儀器誤差1) 1) 儀器校正后的殘余誤差儀器校正后的殘余誤差：規(guī)范規(guī)定，：規(guī)范規(guī)定，DS3DS3水準儀的水準儀的i i角大于角大于2020才需要校才需要校正，因此，正常使用情況下，正，因此，正常使用情況下，i i角將保持在角將保持在2020以內(nèi)。以內(nèi)。i i角引起的水準尺讀數(shù)誤差與儀器至標尺的距離成正比，只要觀測時注意角引起的水準尺讀數(shù)誤差與儀器至標尺的距離成正比，只要觀測時注意使前、后視距相等，便可消除或減弱角誤差的影響。使前、后視距相等，便可消除或減

46、弱角誤差的影響。在水準測量的每站觀測中，使前、后視距完全相等是不容易做到的，因此在水準測量的每站觀測中，使前、后視距完全相等是不容易做到的，因此規(guī)范規(guī)定，對于四等水準測量，一站的前、后視距差應小于等于規(guī)范規(guī)定，對于四等水準測量，一站的前、后視距差應小于等于5m5m，任一，任一測站的前后視距累積差應小于等于測站的前后視距累積差應小于等于10m10m。2) 2) 水準尺誤差水準尺誤差：由于水準尺分劃不準確、尺長變化、尺彎曲等原因而引起：由于水準尺分劃不準確、尺長變化、尺彎曲等原因而引起的水準尺分劃誤差會影響水準測量的精度，因此須檢驗水準尺上米間隔平的水準尺分劃誤差會影響水準測量的精度，因此須檢驗水準尺上米間隔平均真長與名義長之差。均真長與名義長之差。規(guī)范規(guī)定，對于區(qū)格式木質(zhì)標尺不應大于規(guī)范規(guī)定，對于區(qū)格式木質(zhì)標尺不應大于0.5mm0.5mm，否則，應在所測高差中，否則，應在所測高差中進行米真長改正。至于一對水準尺的零點差，可在一水準測段的觀測中安進行米真長改正。至于一對水準尺的零點差，可在一水準測段的觀測中安排偶數(shù)個測站予以消除。排偶數(shù)個測站予以消除。 合肥工業(yè)大學土建學院測量工程系3.8 水準測量的誤差分析及注意事項水準測量的誤差分析及注意事項二、觀測誤差