M第2章 水準(zhǔn)測量

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

2、HAHBhABHi大地水準(zhǔn)面前進(jìn)方向水準(zhǔn)測量原理方法二：視線高法視線高法Hi=HA+aHB=Hi-ba1b1a2b2a3b3BATP1TP2AB大地水準(zhǔn)面ABhi=ai-bi hAB=h1+h2+h3 HB=HA+hAB連續(xù)水準(zhǔn)測量高程計(jì)算轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)第二節(jié) 水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及其使用n水準(zhǔn)儀型號：nD S 3大地水準(zhǔn)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(zhǔn)儀的構(gòu)造及其使用nDS3型水準(zhǔn)儀構(gòu)造水準(zhǔn)尺、三腳架和尺墊二、DS3微傾式水準(zhǔn)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(dāng)、架頭大致水

3、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。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(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)的方向一致二、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的使用n粗平二、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的使用n3. 瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺目鏡對光初步瞄準(zhǔn)物鏡對光消除視差消除視差二、DS3微傾式水準(zhǔn)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(zhǔn)管氣泡居中每次

4、讀數(shù)前都需要重新使水準(zhǔn)管氣泡居中n5. 讀數(shù)記錄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)四位數(shù)。第三節(jié) 水準(zhǔn)測量的方法n一、水準(zhǔn)點(diǎn)即高程控制點(diǎn)高程控制點(diǎn)，是通過水準(zhǔn)測量測定其高程的固定點(diǎn)，記為BM (Bench Mark)。可以分為永久性和臨時(shí)性兩種，永久性水準(zhǔn)點(diǎn)一般用鋼筋混凝土制成，也可以用金屬標(biāo)志埋設(shè)在永久性建筑物的墻角上；臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)在突起的堅(jiān)硬巖石上做記號或?qū)⒛緲洞蛉氲孛?。二、水?zhǔn)路線n水準(zhǔn)路線是在水準(zhǔn)點(diǎn)間進(jìn)行水準(zhǔn)測量所經(jīng)過的路線，可以分為：n附合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線（右圖a）n閉合水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線（右圖b） n

5、支水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線（右圖c）n水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)網(wǎng)三、普通水準(zhǔn)測量的方法n1、簡單水準(zhǔn)測量簡單水準(zhǔn)測量當(dāng)兩點(diǎn)相距不遠(yuǎn)，高差不大，且無視線阻擋時(shí)，只需安置一次水準(zhǔn)儀就可以測得兩點(diǎn)間的高差。n2、連續(xù)水準(zhǔn)測量連續(xù)水準(zhǔn)測量當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差較大或有障礙阻擋視線相距較遠(yuǎn)或高差較大或有障礙阻擋視線時(shí)，需在水準(zhǔn)路線中加設(shè)若干個(gè)臨時(shí)過渡立尺點(diǎn)（轉(zhuǎn)點(diǎn)，Turning Point, TP），把原水準(zhǔn)路線分為若干段，依次連續(xù)安置水準(zhǔn)儀測定各段高差，最后取各段高差的代數(shù)和。三、普通水準(zhǔn)測量的方法已知A點(diǎn)高程HA，求B點(diǎn)高程。 在A、B兩點(diǎn)間設(shè)置4個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)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(diǎn)間的高差hAB。 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn三、普通水準(zhǔn)測量的方法n各式相加，可得：hAB=h=a-bn點(diǎn)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(diǎn)的作用是傳遞高程傳遞高程，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)點(diǎn)上即有前視度數(shù)又有后視度數(shù)。高程計(jì)算表測站測點(diǎn)后視讀數(shù)前視讀數(shù)高差高程備注ATP12.0731.5260.54750.118A點(diǎn)高程=50.118TP1TP21.6241.4070.217TP2TP31.6781.3920.286TP3TP41.5951.4020.193TP4B0.9211.5030.5825

7、0.7797.8917.2301.2430.582計(jì)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(jì)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(zhǔn)測量成果整理n1、高差閉合差的計(jì)算與校核1) 附合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)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(zhǔn)測量成果整理n2) 閉合水準(zhǔn)路線理論上，閉合水準(zhǔn)路線中各段高差的總和應(yīng)等高差的總和應(yīng)等于零于零。若不等于零，則存在閉合差：fh= hn3)支水準(zhǔn)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(zhǔn)路線一般不超過2km容許高差閉合差n注：注：1、L為水準(zhǔn)路線單程長度，以為水準(zhǔn)路線單程長度，以km計(jì)；計(jì)；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(jì)算，在山地按計(jì)算，在山地按n計(jì)算計(jì)算。等級等級容許閉合差容許閉合差( (mm) )一般應(yīng)用

9、范圍舉例一般應(yīng)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(jì)算與調(diào)整n1）附和水準(zhǔn)路線閉合差的調(diào)整及各點(diǎn)高程的計(jì)算當(dāng)實(shí)際的高程閉合差在容許值以內(nèi)時(shí)，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(zhǔn)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(jì)算與調(diào)整n2）閉合水準(zhǔn)路線閉合差的調(diào)整及各點(diǎn)高程的計(jì)算閉合水準(zhǔn)路線閉合差的調(diào)整、各點(diǎn)高程的計(jì)算及容許值的大小，均與附和水準(zhǔn)路線相同均與附和水準(zhǔn)路線相同。n3）支水準(zhǔn)路線閉合差調(diào)整及待定點(diǎn)高程的計(jì)算因支水準(zhǔn)路線只求一個(gè)點(diǎn)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(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正n一、水準(zhǔn)儀的軸線及其應(yīng)滿足的幾何條件微傾式水準(zhǔn)儀的主要軸線，它們之間應(yīng)滿足的幾何條件是：p1. 圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)平行于圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)平行于儀器的豎軸儀器的豎軸；p2. 十字絲的橫絲應(yīng)垂直十字絲的橫絲應(yīng)垂直于儀器的豎軸于儀器的豎軸；p3. 水準(zhǔn)管軸應(yīng)平行于視水準(zhǔn)管軸應(yīng)平行于視準(zhǔn)軸準(zhǔn)軸。二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正（視頻教學(xué)）n1、圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正檢驗(yàn)：圓水準(zhǔn)器居中時(shí)，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(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正（視頻教學(xué)）n2、十字絲的橫絲的檢驗(yàn)與校正檢驗(yàn)：整平儀器，在望遠(yuǎn)鏡中用十字絲焦點(diǎn)對準(zhǔn)一個(gè)明顯目標(biāo)P，擰緊

12、制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)水平微動(dòng)螺旋，如目標(biāo)P始終在十字絲橫絲上移動(dòng)，則滿足條件2，否則必須要校正。校正(P27)二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正（視頻教學(xué)）n3、水準(zhǔn)管軸檢驗(yàn)與校正(P28)第五節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差分析及注意事項(xiàng)n一、儀器誤差n1、視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行引起的誤差測量時(shí)將儀器置于前后視距相等處，可以消除該項(xiàng)誤差的影響。n2、水準(zhǔn)尺的誤差包括尺長誤差、分劃誤差和零點(diǎn)誤差。觀測前應(yīng)對水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢驗(yàn)后方可使用，零點(diǎn)誤差可在每個(gè)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(zhǔn)測量誤差分析及注意事項(xiàng)n二、觀測與操作者的誤差1、氣泡居中誤差2、估讀水準(zhǔn)尺分劃的誤差3、扶水準(zhǔn)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(zhǔn)尺下沉的誤差p儀器下沉的誤差; p水準(zhǔn)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(zhǔn)測量誤差分析及注意事項(xiàng)n四、水準(zhǔn)測量注意事項(xiàng)1、保持視線水平pa.放置水準(zhǔn)儀時(shí)，應(yīng)盡量使前、后視距相等；pb.每次讀數(shù)水準(zhǔn)管氣泡必須嚴(yán)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(yīng)小于0.3米，使上中下三絲都能讀數(shù)；pd.在強(qiáng)烈光照下必須撐傘，避免溫度的影響；pe.觀測前儀器必須進(jìn)行檢驗(yàn)和校正。第五節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差分析及注意事項(xiàng)2、立尺、度數(shù)和記錄pa.讀數(shù)時(shí)水準(zhǔn)尺必須豎直，有圓水準(zhǔn)器的尺子應(yīng)使氣泡居中；pb.尺墊頂部

14、和水準(zhǔn)尺底部都不應(yīng)沾泥土；pc.望遠(yuǎn)鏡應(yīng)仔細(xì)對光，嚴(yán)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(fù)誦，字體清楚；pe.讀數(shù)后，記錄者必須當(dāng)場計(jì)算，測站檢核無誤后，方可搬站。3、儀器搬站時(shí)要保護(hù)好轉(zhuǎn)點(diǎn)上的尺墊不受任何碰動(dòng)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 Automatic LevelLEICA NA2 NAK2TOPCON AT-22A自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀特點(diǎn)特點(diǎn)n無水準(zhǔn)管和微傾螺旋，測量時(shí)只需粗平（圓水準(zhǔn)器氣泡居中）；無水準(zhǔn)管和微傾螺旋，測量時(shí)只需粗平（圓水準(zhǔn)器氣泡居中）；n在視準(zhǔn)軸存在微小傾斜時(shí)，可借助一種利用重力的補(bǔ)償裝置，利在視準(zhǔn)軸存在微小傾斜時(shí)，可借助一種利用重力的補(bǔ)

15、償裝置，利用十字絲橫絲讀出相當(dāng)于視準(zhǔn)軸水平時(shí)的尺上讀數(shù)；用十字絲橫絲讀出相當(dāng)于視準(zhǔn)軸水平時(shí)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(zhǔn)儀。工程中最常用的水準(zhǔn)儀。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用要點(diǎn)使用要點(diǎn)n操作程序與微傾式水準(zhǔn)儀基本一致；操作程序與微傾式水準(zhǔn)儀基本一致；n不需要不需要“精平精平”這一步驟，圓水準(zhǔn)器氣泡距中后，補(bǔ)償器便能起這一步驟，圓水準(zhǔn)器氣泡距中后，補(bǔ)償器便能起自動(dòng)安平的作用；自動(dòng)安平的作用；n觀測時(shí)應(yīng)先在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)觀察指標(biāo)窗是否全部呈綠色，即視線是否觀測時(shí)應(yīng)先在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)觀察指標(biāo)窗是否全部呈綠色，即視線是否在補(bǔ)償器的補(bǔ)

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(bǔ)償器的補(bǔ)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(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀 Precision LevelSOKKIA PL1精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀特點(diǎn)特點(diǎn)n主要用于國家一、二級水準(zhǔn)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(zhǔn)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(shè)備安裝等測量工作；筑物沉降觀測、大型精密設(shè)備安裝等測量工作；n水準(zhǔn)管分劃值較小，一般為水準(zhǔn)管分劃值較小，一般為 mm；n望遠(yuǎn)鏡放大率較大，一搬不小于望遠(yuǎn)鏡放大率較大，一搬不小于40倍；望遠(yuǎn)鏡的亮度好，儀器結(jié)倍；望遠(yuǎn)鏡的亮度好，儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度變化的影響??；構(gòu)

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(zhǔn)儀上設(shè)有光學(xué)測微器，最小讀數(shù)可為了提高讀數(shù)精度，精密水準(zhǔn)儀上設(shè)有光學(xué)測微器，最小讀數(shù)可達(dá)達(dá)0.05mm；n精密水準(zhǔn)儀配有精密水準(zhǔn)尺，即銦瓦合金尺。精密水準(zhǔn)儀配有精密水準(zhǔn)尺，即銦瓦合金尺。精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀管水準(zhǔn)器觀察口管水準(zhǔn)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(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀測微輪測微輪調(diào)焦螺旋調(diào)焦螺旋水平制動(dòng)螺旋水平制動(dòng)螺旋水平微動(dòng)螺旋水平微動(dòng)螺旋圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀光學(xué)測微器讀數(shù)光學(xué)測微器讀數(shù)精密水準(zhǔn)尺（銦瓦尺）精密水準(zhǔn)尺（銦瓦尺）數(shù)字水準(zhǔn)儀數(shù)字水準(zhǔn)儀 Digital LevelSOKKIA SDL50TOPCON DL103數(shù)字水準(zhǔn)儀數(shù)字水準(zhǔn)儀特點(diǎn)特點(diǎn)n無疲勞觀測及操作，只要照準(zhǔn)標(biāo)尺聚焦，按動(dòng)紅色測量鍵即可完無疲勞觀測及操作，只要照準(zhǔn)標(biāo)尺聚焦，按動(dòng)紅色測量鍵即可完成標(biāo)尺讀數(shù)和視距測量；成標(biāo)尺讀數(shù)和視距測量；n采用采用REC模塊自動(dòng)記錄和存儲數(shù)據(jù)或直接電腦操作；模塊自動(dòng)記錄和存儲數(shù)據(jù)或直接電腦操作；n能自動(dòng)計(jì)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(dòng)計(jì)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