《水利工程測量》2水準儀及水準測量課件

1、水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院1第二章 水準儀及水準測量Unit 2 Water Level And Leveling第1頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院2水準測量原理The Principle of Leveling水準儀及其使用The Water Level and the Usage水準測量的一般方法和要求The Common Methods and Demand of the Water Level水準儀的檢驗和校正The Inspection and Emendation of the Water Level水準測量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法The

2、Causes and Elimination of Leveling水準路線閉合差的調(diào)整和計算The adjustment and calculation of the Level route error 第2頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院32.1 水準測量原理 The Principle of Leveling水準測量的原理: 是借助儀器提供的水平視線，配合水準尺測定地面上兩點間的高差，然后根據(jù)已知點的高程來推求未知點的高程。如圖21已知A點高程為HA，要測出B點高程HB，只要在A、B兩點間安置一架能提供水平視線的儀器水準儀，并在A、B兩點各豎立水準尺，利用水平視線

3、分別讀出A點尺子上的讀數(shù)及B點尺子上的讀數(shù)b，則A、B兩點間的高差為:hAB=a-b如果測量是由AB的方向前進，則A點稱為后視點，B點稱為前視點，a及b分別為后視讀數(shù)和前視讀數(shù)，兩點間的高差就等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。如果B點高于A點，則高差為正，反之，高差為負。第3頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院4AB后視前視前進方向（水平視線高程=HA+a）HiHBHA水準尺a水準尺bhab第4頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院5計算高程的方法 (一) 由高差計算高程 B點（未知點）的高程等于A點（已知點）的高程加上兩點間的高差，即HB=HA+hAB=HA+(

4、a-b) (二) 由視線高程計算高程 由上頁圖可知，A點高程加后視讀數(shù)等于儀器視線的高程，設(shè)視線高程為Hi，即Hi=HA+a 則B點高程等于視線高程減去前視讀數(shù)，即HB=Hi-b=(HA+a)-b 第5頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院62.2 水準儀及其使用 2.2 The Water Level and the Usage一、水準儀(以DS3型水準儀為例) The Water Level (Take DS3 for example) 精度系列:分DS05、DS1、DS3，DS10,下標“05”、“1”、“3”及“10”等數(shù)字,表示該類儀器的精度,每公里往返測高差中數(shù)的

5、中誤差。 主要由望遠鏡、水準器及基座三個主要部分組成。水準儀通過基座與三腳架連接，支承在三腳架上。基座上裝有一個圓水準器。下面有三個腳螺旋，用以粗略整平儀器。望遠鏡一側(cè)裝有管狀水準器，其下端裝有一個能使望遠鏡作微小上下仰俯動作的微傾螺旋，轉(zhuǎn)動微傾螺旋，管水準器隨望遠鏡上下仰俯，當氣泡居中時，望遠鏡中的視線便呈水平位置，以簡化精密整平儀器的工作。（見圖2-2） 第6頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院7第7頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院8（一）望遠鏡 是用來瞄準遠方目標的，主要作用是使目標成像清晰、擴大視角，以精確照準目標。由物鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦

6、鏡、目鏡等構(gòu)成。由于物鏡調(diào)節(jié)器焦構(gòu)造不同，望遠鏡有外對光望遠鏡和內(nèi)對望遠鏡兩種。成像原理：目標通過物鏡及調(diào)焦凹透鏡的作用，在十字絲面上形成一個倒立的小實像，再經(jīng)過目鏡的放大作用，使目標的像和十字絲同時放大成虛像。視準軸是指十字絲的交點和物鏡光心的連線。第8頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院9（二）水準器 是用來指示視線是否水平或豎軸是否豎直的。水準器分圓水準器和長水準器兩種。 圓水準器一般裝在基座上，作粗略整平、使豎軸豎直之用，長水準管和望遠鏡連在一起，供精確調(diào)平視線之用。水準管分劃值是指圓弧2mm 長度所對圓心角的度數(shù)。第9頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)

7、與工程學(xué)院10二、水準尺與尺墊 The Water Level Ruler and Ruler Tray直尺: 雙面水準尺分 “黑面尺” 和 “紅面尺”。黑面尺尺底 均從零開始，而紅面尺尺底， 從固定數(shù)值4.687m或4.787m 開始，此數(shù)值稱為零點差。塔尺: 可伸縮，伸足為3米、 5米，用于一般工程測量。 尺墊: 轉(zhuǎn)點立尺用。第10頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院11三、水準儀的使用 The Usage of Water Level（一）安置與粗略整平支開三角架，將三腳架支穩(wěn)并使架頭大致水平，利用連接螺旋使水準儀與三角架固連，而后旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準器的氣泡居中。其具

8、體方法為：如下圖所示第11頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院12（二）瞄準 當儀器粗略整平后，松開望遠鏡制動螺旋，利用望遠鏡筒上的缺口和準星概略的瞄準水準尺，在望遠鏡內(nèi)看到水準尺后，關(guān)緊制動螺旋，轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)節(jié)螺旋，使十字絲的呈像清晰，再轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準尺的分劃呈像清晰。要使十字絲縱絲對準水準尺。如右圖所示。第12頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院13（三）精確整平和讀數(shù) 轉(zhuǎn)動微傾螺旋使水準管的氣泡精確居中。后利用十字絲的中絲讀數(shù)。從望遠鏡中看到的是尺子的正像，注記從上向下遞增，因此讀數(shù)應(yīng)從上向下讀，在上圖中，讀數(shù)為1.948。第13頁，共44

9、頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院14 a0.741 bc6.2481.501第14頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院15（四）消除視差 十字絲與標尺的影像不重合即產(chǎn)生視差。具體來說就是眼睛看讀數(shù)時上下晃動，讀數(shù)也隨之變動的現(xiàn)象。消除方法是反復(fù)仔細調(diào)節(jié)物鏡和目鏡調(diào)焦螺旋，直到眼睛上、下移動時讀數(shù)不變?yōu)橹?。第15頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院162.3 水準測量的一般方法和要求 2.3 The Common Methods and Demand of the Water Level一、水準測量的實施 The Implement of

10、water level 若地面兩點相距近時，安置一次儀器就可以直接測定兩點的高差。當?shù)孛嫔蟽牲c相距較遠或高差較大時，安置一次儀器難以測得兩點的高差，因此，必須依圖212所示，在A、B兩點之間增設(shè)若干臨時立尺點，稱為轉(zhuǎn)點（起傳遞高程的作用）。把A、B分成若干測段，逐段測出高差，最后由各段高差求和，得出A、B兩點間高差。要求：隨測、隨記、隨算。第16頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院17第17頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院18 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn hAB=h1+h2+hn=h 可用下式進行高差計算正確性的檢核： hA

11、B=(a1-b1)+(a2-b2)+ +(an-bn)= a-b 如果A為已知高程點，其高程為HA ，則B點高程為：HB=HA+hAB=HA+a-b第18頁，共44頁。19測站方向立尺點號水準尺中絲讀數(shù)(m)高差(m)h=后-前高程(m)備注后視A123.446前視TP1后視TP1前視TP2后視TP2前視TP3后視TP3前視B后視后h=前視前2.142 0.928 1.235 1.664 1.431 1.672 2.074 6.406 5.998 +0.884 -0.307 +0.233 -0.402 0.408 123.854 后前=0.408H終H始=0.408 1.258 124.330

12、124.023124.256計算檢核第19頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院20二、水準測量的校核方法和精度要求 The Precision and Emendation of the Water Level（一）測站校核 一個測站觀測結(jié)果的檢核。變動儀高法：在同一測站上，通過改變儀器高（10）的方法測出兩次高差，兩次高差在容許范圍之內(nèi)（等外為6；四等為5），取其平均值作為該站的高差。雙面尺法：在同一測站上，儀器高度不變，用黑面、紅面尺分別測出兩次高差，兩次高差之差在容許范圍之內(nèi)（等外為6；四等為5），取其平均值作為該站的高差。第20頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)

13、水利科學(xué)與工程學(xué)院21（二）路線檢核：對整個水準路線的成果的檢核。 1、水準路線：水準測量所經(jīng)過的路線。 布設(shè)形式：閉合水準路線、附合水準路線、支水準路線。 2、水準路線的成果檢核： 水準路線測量成果的精度是用高差閉合差來衡量的。 高差閉合差fh：觀測高差值與理論高差值之差。 第21頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院22(1)閉合水準路線：從一水準點出發(fā)，沿各待定高程點進行水準測量，最后又回到原水準點，所形成的環(huán)形路線。第22頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院23(2)附合水準路線：從一水準點出發(fā)，沿各待定高程點進行水準測量，最后附合到另一水準點上，

14、所形成的路線。即在兩個水準點間布設(shè)的水準路線。第23頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院24(3)支水準路線：從一水準點出發(fā)，沿各待定高程點進行水準測量，末端仍為一未知點的水準路線。第24頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院253、水準測量的精度要求:第25頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院262.4水準路線閉合差的調(diào)整和計算 2.4The adjustment and calculation of the Level route error 一、閉合及附合水準路線成果計算：首先檢查外業(yè)成果，并繪出水準路線外業(yè)圖，再按以下步驟計算：

15、（一）將高差、測站數(shù)、點號等數(shù)據(jù)填入計算表上；（二）計算高差閉合差： （三）計算高差閉合差容許值： 第26頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院27（四）調(diào)整高差閉合差1、調(diào)整原則：將閉合差fh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，得改正后高差。2、高差調(diào)整數(shù)：3、檢核：（五）計算改正后高差： 檢核：第27頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院28注意：1、改正數(shù)的符號只有一個，與fh的符號相反； 2、改正后高差的代數(shù)和與理論值或已知值之差在3mm內(nèi)，可將其分配給站數(shù)最多或段數(shù)最長的一段； 3、數(shù)字修約法：“四舍六入，五前單進

16、雙不進”。 例：第28頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院29數(shù)字修約規(guī)則( 補充內(nèi)容) 在實際工作中，各種測量計算的數(shù)值需要修約時，應(yīng)按下列規(guī)則進行。1在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個數(shù)字小于5時，則舍去，即所擬保留的末位數(shù)字不變。例如：將14.2432修約保留一位小數(shù)。 修約前 修約后 14.2432 1422. 在擬舍棄數(shù)字中，若左邊的第一個數(shù)字大于5時則進一，即擬保留的末位數(shù)字加一。 例如：將264843修約保留一位小數(shù)。 修約前 修約后 26.4843 26.53. 在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個數(shù)字等于5，右邊的數(shù)字并非全部為零時，則進一，所擬保留末位數(shù)字加一 例

17、如：將1.0501修約保留一位小數(shù)。 修約前 修約后 1.0501 1.1第29頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院304.在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊的第一個數(shù)字等于5，其右邊的數(shù)字皆為零時，所擬保留的末位數(shù)字若為奇數(shù)則進一，若為偶數(shù)(包括“0”)則不進。 例如：將下列數(shù)字修約到只保留一位小數(shù)。修約前 修約后 0.3500 0.4 0.4500 0.4 1.0500 1.05.所擬舍棄的數(shù)字，若為兩位以上數(shù)字時，不得連續(xù)多次修約，應(yīng)根據(jù)所擬舍棄數(shù)字中左邊第一位數(shù)字的大小，按上述規(guī)則一次修約出結(jié)果。例如：將15.4546修約成整數(shù)。正確的作法是修約前 修約后15.4546 1

18、5第30頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院31不正確的作法是：修約前 一次修約 二次修約 三次修約 四次修約15.4546 15.455 15.46 15.5 16為了方便于記憶數(shù)字修約法，其口訣是： 四舍六入五考慮， 五后非零則進一， 五后皆零視奇偶， 五前為偶應(yīng)舍去， 五前為奇則進一。(“0”視為偶數(shù))。第31頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院32 測段點號測站數(shù)或公里數(shù) 實測高差（m） 改正數(shù)（m） 改正后高差（m） 高程（m） 備注 BMA27.015已知1234BMA輔助計算1.10.70.90.81.34.8+3.241-0.680-2.

19、880-0.155+0.452-0.022+0.005+0.003+0.004+0.004+0.006+0.022+3.246 -0.677 -2.876 -0.151 +0.458 0 30.261 29.584 26.708 26.557 27.015 與已知相符第32頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院33二、支水準路線成果計算例：已知水準點A的高程為186.785m，往、返測站16站，求1點的高程。（一）計算高差閉合差：（二）計算高差閉合容許值： （三）計算改正后高差：取各測段往測和返測高差絕對值的平均值作為改正后高差，其符號以往測高差符號為準。（四）計算待定點高程

20、：注意：支水準路線在計算fh容時，路線總長L或測站總數(shù)N均按單程計。第33頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院34 測段點號測站數(shù)往測高差（m） 返測高差（m） 平均高差（m） 高程（m） 備注 BMA186.785已知1輔助計算16-1.3751.396-1.386185.399第34頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院352.5 水準儀的檢驗和校正 2.5 The Inspection and Emendation of the Water Level一、水準儀軸線必須滿足的條件The Necessary Condition of water lev

21、el axes1. 圓水準器軸平行于豎軸（L1L1 VV）2. 十字絲橫絲垂直于豎軸3. 水準管軸平行于視準軸（ LL CC）第35頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院36二、圓水準器軸平行于儀器豎軸的檢驗和校正The Inspection and Emendation of Round Water Level Paralleling Instrument axes檢驗：旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準氣泡居中，之后將儀器水平旋轉(zhuǎn)180，氣泡仍居中則正常，否則需要校正。校正：設(shè)望遠鏡轉(zhuǎn)動180度以后，氣泡不在中心而在a位置，表明校正螺絲1一側(cè)偏高。校正時，轉(zhuǎn)動角螺旋使氣泡從a 位置移向中

22、心偏離量的一半，到圖示b的位置，然后用三個校正螺絲旋進旋出使氣泡居中，應(yīng)反復(fù)檢驗和校正，直至儀器轉(zhuǎn)至任何位置，氣泡始終居中。第36頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院37三、十字絲橫絲垂直于豎軸的檢驗和校正The Inspection and Emendation of Cross Line Plumbing Upright Axes 水準測量是利用橫絲來讀數(shù)的，當豎軸處于鉛垂位置時，如果橫絲不水平，圖a所示，這時用橫絲的左側(cè)或右側(cè)讀數(shù)將產(chǎn)生誤差。第37頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院38檢驗：瞄準一固定點A，轉(zhuǎn)微動螺旋使儀器水平旋轉(zhuǎn)，若點始終沿橫絲

23、移動，則水平；若偏離橫絲圖b，則需校正。校正：擰開目鏡護蓋，松開十字絲分劃板座四顆固定螺絲，輕輕轉(zhuǎn)動分劃板座，使橫絲水平，后擰緊固定螺絲，蓋上護蓋。第38頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院39四、水準管軸平行于視準軸的檢驗和校正The Inspection and Emendation of Water Level Canal Paralleling Watch Axes第39頁，共44頁。水利工程測量太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院40檢驗：在比較平坦的地面上相距約40米左右的地方安放水準尺作為固定點A和B，如圖2-21所示，先將水準儀安置于距兩點等距離處，分別讀取 A、B點讀數(shù)a1和b1，求得高差h1=a1-b1；后將儀器搬至B點附近，讀取A、B點讀數(shù)a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2,若h1=h2，則水準管軸平行于視準軸，無需校正。若h1h2，h2與h1的差值大于3mm，則需校正。校正：將儀器安置于B 點附近對近尺B的讀數(shù)影響很