M第2章 水準測量

1、臺州學院建筑工程學院臺州學院建筑工程學院第二章 水準測量第一節(jié) 水準測量原理n一、水準測量原理 水準測量是利用水準儀水準儀提供的水平視線，借助于帶有分劃的水準尺水準尺，直接測定地面上兩點間的高差高差，然后根據(jù)已知點高程和測得的高差，推算出未知點高程。ABabHAHBhABHi大地水準面前進方向水準測量原理后視點后視點前視點前視點水準儀水準儀水準尺水準尺水準尺水準尺前視讀數(shù)前視讀數(shù)后視讀數(shù)后視讀數(shù)A點高程點高程B點高程點高程A、B點高程差點高程差二、計算未知點高程ABabHAHBhABHi大地水準面前進方向水準測量原理方法一：高差法高差法hAB=a-bHB=HA+hAB二、計算未知點高程ABab

2、HAHBhABHi大地水準面前進方向水準測量原理方法二：視線高法視線高法Hi=HA+aHB=Hi-ba1b1a2b2a3b3BATP1TP2AB大地水準面ABhi=ai-bi hAB=h1+h2+h3 HB=HA+hAB連續(xù)水準測量高程計算轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點第二節(jié) 水準儀的構造及其使用n水準儀型號：nD S 3大地水準精度型號型號DS0.5DS1DS3每公里往返測高差中數(shù)每公里往返測高差中數(shù)的中誤差的中誤差0.5mm1mm3mm第二節(jié) 水準儀的構造及其使用nDS3型水準儀構造水準尺、三腳架和尺墊二、DS3微傾式水準儀的使用n1. 安置儀器安置儀器首先打開三腳架，安置三腳架要求高度適當、架頭大致水

3、平并牢固穩(wěn)妥，在山坡上應使三腳架的兩腳在坡下一腳在坡上。然后把水準儀用中心連接螺旋連接到三腳架上，取水準儀時必須握住儀器的堅固部位，并確認已牢固地連結在三腳架上之后才可放手。n2. 粗略整平（左手拇指法則）粗略整平（左手拇指法則）(1)先旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋，然后旋轉(zhuǎn)第三個腳螺旋；(2)旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋時必須作相對地轉(zhuǎn)動，即旋轉(zhuǎn)方向應相反。(3)氣泡移動的方向始終和左手大拇指移動的方向一致二、DS3微傾式水準儀的使用n粗平二、DS3微傾式水準儀的使用n3. 瞄準水準尺目鏡對光初步瞄準物鏡對光消除視差消除視差二、DS3微傾式水準儀的使用n 4. 精確整平粗平 精平每次讀數(shù)前都需要重新使水準管氣泡居中每次

4、讀數(shù)前都需要重新使水準管氣泡居中n5. 讀數(shù)記錄用十字絲中間的橫絲讀取水準尺的讀數(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)，所以每個讀數(shù)必須有四位數(shù)四位數(shù)。第三節(jié) 水準測量的方法n一、水準點即高程控制點高程控制點，是通過水準測量測定其高程的固定點，記為BM (Bench Mark)。可以分為永久性和臨時性兩種，永久性水準點一般用鋼筋混凝土制成，也可以用金屬標志埋設在永久性建筑物的墻角上；臨時性水準點在突起的堅硬巖石上做記號或?qū)⒛緲洞蛉氲孛?。二、水準路線n水準路線是在水準點間進行水準測量所經(jīng)過的路線，可以分為：n附合水準路線附合水準路線（右圖a）n閉合水準路線閉合水準路線（右圖b） n

5、支水準路線支水準路線（右圖c）n水準網(wǎng)水準網(wǎng)三、普通水準測量的方法n1、簡單水準測量簡單水準測量當兩點相距不遠，高差不大，且無視線阻擋時，只需安置一次水準儀就可以測得兩點間的高差。n2、連續(xù)水準測量連續(xù)水準測量當兩點相距較遠或高差較大或有障礙阻擋視線相距較遠或高差較大或有障礙阻擋視線時，需在水準路線中加設若干個臨時過渡立尺點（轉(zhuǎn)點，Turning Point, TP），把原水準路線分為若干段，依次連續(xù)安置水準儀測定各段高差，最后取各段高差的代數(shù)和。三、普通水準測量的方法已知A點高程HA，求B點高程。 在A、B兩點間設置4個轉(zhuǎn)點TP1、 TP2、 TP3、 TP4，把AB分為5段，依次測定各段高

6、差，他們的代數(shù)和即為A、B兩點間的高差hAB。 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn三、普通水準測量的方法n各式相加，可得：hAB=h=a-bn點A、B之間的高差等于后視讀數(shù)之和減去前視度數(shù)之和。HB=HA+hAB=HA+a-bn轉(zhuǎn)點的作用是傳遞高程傳遞高程，其特點是轉(zhuǎn)點上即有前視度數(shù)又有后視度數(shù)。高程計算表測站測點后視讀數(shù)前視讀數(shù)高差高程備注ATP12.0731.5260.54750.118A點高程=50.118TP1TP21.6241.4070.217TP2TP31.6781.3920.286TP3TP41.5951.4020.193TP4B0.9211.5030.5825

7、0.7797.8917.2301.2430.582計算檢核 a-b+0.661 h=+0.661 HB-HA=+0.661測站檢核方法n儀器高法儀器高法在同一測站改變儀器高度重新測量，兩次測得兩次測得的高差在規(guī)定值以內(nèi)的高差在規(guī)定值以內(nèi)，則取兩次高差的平均值兩次高差的平均值作為該站測得的高差值n雙面尺法雙面尺法儀器高度不變，讀取每一根雙面尺的黑面和紅面讀數(shù)，分別計算黑面高差h黑和紅面高差h紅，檢查誤差是否滿足要求，滿足則取h紅紅 100mm與與h黑黑的平均值的平均值 四、水準測量成果整理n1、高差閉合差的計算與校核1) 附合水準路線附合水準路線附合水準路線的高差閉合差為：nfh=h-（H終終-

8、H起起）高差閉合差的大小在一定程度上反映了測量成果的質(zhì)量。 四、水準測量成果整理n2) 閉合水準路線理論上，閉合水準路線中各段高差的總和應等高差的總和應等于零于零。若不等于零，則存在閉合差：fh= hn3)支水準路線理論上有： h往往=-h返返 若往返測高差的代數(shù)和不為零即為閉合差，亦稱較差： fh=h往往+h返返 支水準路線一般不超過2km容許高差閉合差n注：注：1、L為水準路線單程長度，以為水準路線單程長度，以km計；計；n為單程測站數(shù)；為單程測站數(shù)；n 2、容許閉合差在平地按、容許閉合差在平地按L計算，在山地按計算，在山地按n計算計算。等級等級容許閉合差容許閉合差( (mm) )一般應用

9、范圍舉例一般應用范圍舉例三等三等有特殊要求的較大型工程、城市地面有特殊要求的較大型工程、城市地面沉降觀測等沉降觀測等四等四等綜合規(guī)劃路線及重力自流管道工程、綜合規(guī)劃路線及重力自流管道工程、普通建筑工程、河道工程等普通建筑工程、河道工程等等外等外( (圖根圖根) )山區(qū)線路工程、排水溝疏浚工程、小山區(qū)線路工程、排水溝疏浚工程、小型農(nóng)田水利工程等型農(nóng)田水利工程等Lfh12容nfh4容Lfh20容nfh6容Lfh40容nfh12容高程閉合差的計算與調(diào)整n1）附和水準路線閉合差的調(diào)整及各點高程的計算當實際的高程閉合差在容許值以內(nèi)時，可把閉合差分配到各測段的高差上。顯然，高程測量的誤差是隨水準路線的長度

10、或測站數(shù)的增加而增加，所以分配的原則是把閉合差以相反的符號根據(jù)各測段路線的長度或把閉合差以相反的符號根據(jù)各測段路線的長度或測站數(shù)按比例分配到各測段的高差上測站數(shù)按比例分配到各測段的高差上。故各測段高差的改正數(shù)為： 或ihiLLfvihinnfv高程閉合差的計算與調(diào)整n2）閉合水準路線閉合差的調(diào)整及各點高程的計算閉合水準路線閉合差的調(diào)整、各點高程的計算及容許值的大小，均與附和水準路線相同均與附和水準路線相同。n3）支水準路線閉合差調(diào)整及待定點高程的計算因支水準路線只求一個點的高程，故只取往返高差的平均值即可（平均高差的符合與往測的高差值符號相同），即： h均均=（h往往- h返返）/2算例第四節(jié)

11、 DS3型水準儀的檢驗與校正n一、水準儀的軸線及其應滿足的幾何條件微傾式水準儀的主要軸線，它們之間應滿足的幾何條件是：p1. 圓水準器軸應平行于圓水準器軸應平行于儀器的豎軸儀器的豎軸；p2. 十字絲的橫絲應垂直十字絲的橫絲應垂直于儀器的豎軸于儀器的豎軸；p3. 水準管軸應平行于視水準管軸應平行于視準軸準軸。二、水準儀的檢驗與校正（視頻教學）n1、圓水準器的檢驗與校正檢驗：圓水準器居中時，將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180度，如果氣泡不居中，說明不滿足條件1，需要校正。校正(P27)二、水準儀的檢驗與校正（視頻教學）n2、十字絲的橫絲的檢驗與校正檢驗：整平儀器，在望遠鏡中用十字絲焦點對準一個明顯目標P，擰緊

12、制動螺旋，轉(zhuǎn)動水平微動螺旋，如目標P始終在十字絲橫絲上移動，則滿足條件2，否則必須要校正。校正(P27)二、水準儀的檢驗與校正（視頻教學）n3、水準管軸檢驗與校正(P28)第五節(jié) 水準測量誤差分析及注意事項n一、儀器誤差n1、視準軸與水準管軸不平行引起的誤差測量時將儀器置于前后視距相等處，可以消除該項誤差的影響。n2、水準尺的誤差包括尺長誤差、分劃誤差和零點誤差。觀測前應對水準尺進行檢驗后方可使用，零點誤差可在每個測段中采用偶數(shù)站偶數(shù)站的方法來消除。第五節(jié) 水準測量誤差分析及注意事項n二、觀測與操作者的誤差1、氣泡居中誤差2、估讀水準尺分劃的誤差3、扶水準尺不直的誤差n三、外界環(huán)境的影響1、儀

13、器下沉和水準尺下沉的誤差p儀器下沉的誤差; p水準尺下沉的誤差2、地球曲率和大氣折光的誤差p地球曲率引起的誤差;大氣折光引起的誤差3、氣候的影響第五節(jié) 水準測量誤差分析及注意事項n四、水準測量注意事項1、保持視線水平pa.放置水準儀時，應盡量使前、后視距相等；pb.每次讀數(shù)水準管氣泡必須嚴格居中；pc.前后視線長度一般不超過100米，視線離地面高度一般不應小于0.3米，使上中下三絲都能讀數(shù)；pd.在強烈光照下必須撐傘，避免溫度的影響；pe.觀測前儀器必須進行檢驗和校正。第五節(jié) 水準測量誤差分析及注意事項2、立尺、度數(shù)和記錄pa.讀數(shù)時水準尺必須豎直，有圓水準器的尺子應使氣泡居中；pb.尺墊頂部

14、和水準尺底部都不應沾泥土；pc.望遠鏡應仔細對光，嚴格消除視差；pd.讀數(shù)要干脆清楚，記錄者聽到讀數(shù)后邊記錄邊復誦，字體清楚；pe.讀數(shù)后，記錄者必須當場計算，測站檢核無誤后，方可搬站。3、儀器搬站時要保護好轉(zhuǎn)點上的尺墊不受任何碰動自動安平水準儀自動安平水準儀 Automatic LevelLEICA NA2 NAK2TOPCON AT-22A自動安平水準儀自動安平水準儀特點特點n無水準管和微傾螺旋，測量時只需粗平（圓水準器氣泡居中）；無水準管和微傾螺旋，測量時只需粗平（圓水準器氣泡居中）；n在視準軸存在微小傾斜時，可借助一種利用重力的補償裝置，利在視準軸存在微小傾斜時，可借助一種利用重力的補

15、償裝置，利用十字絲橫絲讀出相當于視準軸水平時的尺上讀數(shù)；用十字絲橫絲讀出相當于視準軸水平時的尺上讀數(shù)；n操作方便，觀測速度高；操作方便，觀測速度高；n工程中最常用的水準儀。工程中最常用的水準儀。自動安平水準儀自動安平水準儀自動安平水準儀自動安平水準儀使用要點使用要點n操作程序與微傾式水準儀基本一致；操作程序與微傾式水準儀基本一致；n不需要不需要“精平精平”這一步驟，圓水準器氣泡距中后，補償器便能起這一步驟，圓水準器氣泡距中后，補償器便能起自動安平的作用；自動安平的作用；n觀測時應先在望遠鏡內(nèi)觀察指標窗是否全部呈綠色，即視線是否觀測時應先在望遠鏡內(nèi)觀察指標窗是否全部呈綠色，即視線是否在補償器的補

16、償范圍內(nèi)，警告指示窗全部呈綠色才能觀測讀數(shù)。在補償器的補償范圍內(nèi)，警告指示窗全部呈綠色才能觀測讀數(shù)。精密水準儀精密水準儀 Precision LevelSOKKIA PL1精密水準儀精密水準儀特點特點n主要用于國家一、二級水準測量和高精度的工程測量中，例如建主要用于國家一、二級水準測量和高精度的工程測量中，例如建筑物沉降觀測、大型精密設備安裝等測量工作；筑物沉降觀測、大型精密設備安裝等測量工作；n水準管分劃值較小，一般為水準管分劃值較小，一般為 mm；n望遠鏡放大率較大，一搬不小于望遠鏡放大率較大，一搬不小于40倍；望遠鏡的亮度好，儀器結倍；望遠鏡的亮度好，儀器結構穩(wěn)定，受溫度變化的影響??；構

17、穩(wěn)定，受溫度變化的影響??；n為了提高讀數(shù)精度，精密水準儀上設有光學測微器，最小讀數(shù)可為了提高讀數(shù)精度，精密水準儀上設有光學測微器，最小讀數(shù)可達達0.05mm；n精密水準儀配有精密水準尺，即銦瓦合金尺。精密水準儀配有精密水準尺，即銦瓦合金尺。精密水準儀精密水準儀管水準器觀察口管水準器觀察口測微器讀數(shù)窗口測微器讀數(shù)窗口測微器讀數(shù)窗口測微器讀數(shù)窗口微傾螺旋微傾螺旋精密水準儀精密水準儀測微輪測微輪調(diào)焦螺旋調(diào)焦螺旋水平制動螺旋水平制動螺旋水平微動螺旋水平微動螺旋圓水準器圓水準器精密水準儀精密水準儀光學測微器讀數(shù)光學測微器讀數(shù)精密水準尺（銦瓦尺）精密水準尺（銦瓦尺）數(shù)字水準儀數(shù)字水準儀 Digital LevelSOKKIA SDL50TOPCON DL103數(shù)字水準儀數(shù)字水準儀特點特點n無疲勞觀測及操作，只要照準標尺聚焦，按動紅色測量鍵即可完無疲勞觀測及操作，只要照準標尺聚焦，按動紅色測量鍵即可完成標尺讀數(shù)和視距測量；成標尺讀數(shù)和視距測量；n采用采用REC模塊自動記錄和存儲數(shù)據(jù)或直接電腦操作；模塊自動記錄和存儲數(shù)據(jù)或直接電腦操作；n能自動計算高差，顯示屏顯示測定的正確高差、高程或距離等成能自動計算高差，顯示屏顯示測定的正確高差、高程或距離等成果；果；n能快速量測，提高工作效率和測量成果的精度；能快速量測，提