建筑工程測(cè)量：第二章 水準(zhǔn)測(cè)量

第2章水準(zhǔn)測(cè)量2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理2.2水準(zhǔn)測(cè)量的常用儀器與工具2.3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀2.4自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用方法2.5水準(zhǔn)測(cè)量的方法2.6水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算2.1水準(zhǔn)測(cè)量的原理高程是指地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到基準(zhǔn)面（大地水準(zhǔn)面）的距離。高程測(cè)量按使用的儀器和測(cè)量方法來(lái)分有：水準(zhǔn)測(cè)量三角高程測(cè)量氣壓高程測(cè)量流體靜力水準(zhǔn)測(cè)量

GPS高程測(cè)量獲得地面高程的方法：通過(guò)測(cè)出已知點(diǎn)和未知點(diǎn)之間的高差，再根據(jù)已知點(diǎn)的高程推算出未知點(diǎn)的高程。1、高差法A、B兩點(diǎn)間的高差為：（后視讀數(shù)-前視讀數(shù)）若A點(diǎn)的高程已知，則B點(diǎn)的高程為：

幾個(gè)相關(guān)的概念：

后視點(diǎn)，前視點(diǎn)

后視尺，前視尺

后視讀數(shù)，前視讀數(shù)

后視距，前視距（容易混淆的概念）高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù) hAB>0，高差為正，前視點(diǎn)高；

hAB<0，高差為負(fù)，前視點(diǎn)低。高差必須帶“+、

-”號(hào)；

hAB的下標(biāo)次序必須與測(cè)量的前進(jìn)方向一致。

例：已知hAB=+1.436m則hBA=-1.436m前視點(diǎn)高程等于視線高程減前視讀數(shù)2、視線高法3、多測(cè)站水準(zhǔn)測(cè)量當(dāng)?shù)孛嫔螦、B兩點(diǎn)間的距離較遠(yuǎn)，或兩點(diǎn)的高差太大，安置一次儀器不能測(cè)定其高程時(shí)，就需要增設(shè)若干個(gè)臨時(shí)的立尺點(diǎn)，作為傳遞高程的過(guò)渡點(diǎn)，這樣的點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)，用ZD表示，然后分段測(cè)量高差，取各分段高差的總和作為兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差。高差的計(jì)算公式： hAB=h1+h2+…+hn

=(a1-b1)+(a2-b2)+…+(an-bn)=a-bhAB水準(zhǔn)面曲率（地球曲率）對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響

結(jié)論：在進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，總是把儀器安置在離前、后視點(diǎn)大致等距的地點(diǎn)。2.2水準(zhǔn)測(cè)量的常用儀器與工具水準(zhǔn)測(cè)量所使用的儀器稱為水準(zhǔn)儀，工具有水準(zhǔn)尺和尺墊。按精度將水準(zhǔn)儀分為四個(gè)等級(jí)，分別為DS05、DS1、DS3和DS10。DS05和DS1為精密水準(zhǔn)儀，DS3和DS10為普通水準(zhǔn)儀。

D—

大地測(cè)量

S—

水準(zhǔn)儀

05、1、3、10—

儀器的精度，表示1公里水準(zhǔn)測(cè)量的中誤差微傾水準(zhǔn)儀的基本結(jié)構(gòu)微傾水準(zhǔn)儀的主要部件有望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座。目鏡水準(zhǔn)管物鏡調(diào)焦螺旋物鏡水準(zhǔn)管氣泡觀察窗目鏡調(diào)焦水平制動(dòng)螺旋水平微動(dòng)螺旋微傾螺旋腳螺旋物鏡結(jié)構(gòu)一：望遠(yuǎn)鏡測(cè)量?jī)x器上的望遠(yuǎn)鏡主要用于瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)和讀數(shù)。由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、物鏡調(diào)焦螺旋和目鏡調(diào)焦螺旋組成。視準(zhǔn)軸：物鏡光心與十字絲中心的連線，如圖中CC1物鏡的作用：使目標(biāo)成像（拉近）。目鏡的作用：使十字絲（和目標(biāo)像）放大。十字絲:是固定不動(dòng)的。調(diào)焦鏡的作用：為了讓儀器適用于不同視力的人，目鏡可以前后調(diào)節(jié)，稱為目鏡調(diào)焦。同樣使遠(yuǎn)近不同的目標(biāo)都能成象于十字絲面上。移動(dòng)調(diào)焦鏡稱為物鏡調(diào)焦。視差：如果目標(biāo)像沒(méi)有落在十字絲面上，則當(dāng)觀測(cè)員的眼睛上下左右移動(dòng)時(shí)，會(huì)感到目標(biāo)像與十字絲之間有相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為視差。視差會(huì)影響瞄準(zhǔn)的精度，必須消除。視差：

望遠(yuǎn)鏡內(nèi)目標(biāo)像與十字絲分劃板未重合。

現(xiàn)象：觀測(cè)時(shí)，改變眼睛與目鏡的相對(duì)位置，

十字絲與目標(biāo)的像有相對(duì)移動(dòng)。

消除視差的步驟：目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰；物鏡調(diào)焦，使目標(biāo)像最清晰；仔細(xì)進(jìn)行物鏡調(diào)焦，直到眼睛上下移動(dòng)時(shí)讀數(shù)不變?yōu)橹?。結(jié)構(gòu)二：水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的功能

（1）使儀器的豎軸處于鉛垂位置；（2）使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸位于水平位置；

水準(zhǔn)器的分類

圓水準(zhǔn)器用于儀器粗平管水準(zhǔn)器用于儀器精平（自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀不需要）圓水準(zhǔn)器是將一圓柱形的玻璃盒裝嵌在金屬框內(nèi)，如圖所示。盒內(nèi)裝有酒精或乙醚，玻璃盒頂面內(nèi)壁被磨成圓球面，中央刻有一個(gè)小圓圈，其圓心是圓水準(zhǔn)器的零點(diǎn)，通過(guò)零點(diǎn)的球面法線，稱為圓水準(zhǔn)軸。當(dāng)氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)軸處于鉛垂位置。由于其靈敏度較低，只用于粗略整平儀器。

水準(zhǔn)管是一個(gè)內(nèi)裝酒精或乙醚并留有氣泡的密封玻璃管，其縱向內(nèi)壁被磨成一定半徑的圓弧面，外表面刻有2mm間隔的分劃線，2mm所對(duì)的圓心角τ稱為水準(zhǔn)管分劃值，通過(guò)分劃線的對(duì)稱中心做水準(zhǔn)管圓弧的縱切線，稱為水準(zhǔn)管軸。工具：水準(zhǔn)尺

水準(zhǔn)尺：三、四等水準(zhǔn)測(cè)量或普通水準(zhǔn)測(cè)量所使用的水準(zhǔn)尺是用干燥木料或玻璃纖維合成材料制成，一般長(zhǎng)約3～4米，按其構(gòu)造不同可分為折尺、塔尺、直尺等數(shù)種。折尺可以對(duì)折，塔尺可以縮短，這兩種尺運(yùn)輸方便，但用舊后的接頭處容易損壞，影響尺長(zhǎng)的精度，所以三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)定只能用直尺。尺面每隔一厘米涂有黑白或紅白相間的分格，每分米有數(shù)字注記。尺子底面釘以鐵片，以防磨損。水準(zhǔn)尺一般式樣如右圖所示。三、四等水準(zhǔn)測(cè)量采用的尺長(zhǎng)為3m，以厘米為分劃單位的區(qū)格式木質(zhì)雙面水準(zhǔn)尺。雙面水準(zhǔn)尺的一面分劃黑白相間稱為黑面尺（也叫主尺）。另一面分劃紅白相間稱為紅面尺（也叫輔助尺）。黑面分劃的起始數(shù)字為“零”，而紅面底部起始數(shù)字不是“零”，一般為4687mm或4787mm。為使水準(zhǔn)尺能更精確的處于豎直位置，可在水準(zhǔn)尺側(cè)面裝一圓水準(zhǔn)器。在轉(zhuǎn)點(diǎn)上用，是用生鐵鑄成，一般為三角形，中央有一突起的圓頂，以便放置水準(zhǔn)尺，下有三尖腳可以插入土中。在土質(zhì)松軟地區(qū)，可用尺樁。尺樁長(zhǎng)約30cm，粗約2～3cm，使用時(shí)打入土中，比尺墊穩(wěn)固。工具：尺墊2.3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀上沒(méi)有水準(zhǔn)管和微傾螺旋，但因其配置了補(bǔ)償器，只要圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，在十字絲交點(diǎn)上讀得的便是視線水平時(shí)應(yīng)該得到的讀數(shù)。其自動(dòng)安平原理如下圖：自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀在望遠(yuǎn)鏡中安置了一個(gè)由光敏二極管構(gòu)成的線陣探測(cè)器，儀器采用數(shù)字圖像識(shí)別處理系統(tǒng)，并配用條碼水準(zhǔn)尺。水準(zhǔn)尺的分劃用條紋編碼代替厘米間隔的米制長(zhǎng)度分劃。線陣探測(cè)器將水準(zhǔn)尺上的條碼圖像用電信號(hào)傳送給信息處理器。信息經(jīng)處理后即可求得水平視線的水準(zhǔn)尺讀數(shù)和視距值。其特點(diǎn)：具有測(cè)量速度快、讀數(shù)客觀、能減輕作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度、精度高、測(cè)量數(shù)據(jù)便于輸入計(jì)算機(jī)和容易實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化的特點(diǎn)。2.4自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用方法

使用方法:安置水準(zhǔn)儀、粗平、瞄準(zhǔn)和讀數(shù)。1.安置水準(zhǔn)儀

在待測(cè)點(diǎn)上打開(kāi)三腳架，調(diào)節(jié)高度適中，架頭大致水平，穩(wěn)固地架設(shè)在地面上；將水準(zhǔn)儀安放在三腳架頭上并旋緊中心螺旋。2.粗平首先用雙手分別以相對(duì)方向同時(shí)等量轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)腳螺旋1、2，使圓氣泡移到1、2腳螺旋連線方向的中間，如圖（a）所示；然后再轉(zhuǎn)動(dòng)第三個(gè)腳螺旋，使圓氣泡居中，如圖(b)所示。

氣泡移動(dòng)方向始終和左手大拇指方向一致3.瞄準(zhǔn)

對(duì)光：將望遠(yuǎn)鏡對(duì)向明亮、單純的背景，調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰；

粗瞄：用望遠(yuǎn)鏡上的瞄準(zhǔn)器粗略照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺；

精瞄：調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋，看清水準(zhǔn)尺，利用水平微調(diào)螺旋使十字豎絲瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的邊沿（？），并檢查是否有視差。4.讀數(shù)

水準(zhǔn)尺的分劃不是線劃式而是區(qū)格式的。區(qū)格的邊緣是分劃的位置，區(qū)格內(nèi)的小數(shù)需要“估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠(yuǎn)處觀察并讀數(shù)。2.5水準(zhǔn)測(cè)量的方法1、水準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)點(diǎn)：標(biāo)志和保存水準(zhǔn)測(cè)量成果的固定地面點(diǎn)。可以是永久性的（用水準(zhǔn)標(biāo)石在實(shí)地進(jìn)行標(biāo)定）；也可以是臨時(shí)性的（用木樁或其它標(biāo)志在實(shí)地標(biāo)志）。水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)測(cè)段：兩相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)間的觀測(cè)路線（測(cè)站？）單一水準(zhǔn)路線：連接于高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)之上、由若干個(gè)測(cè)段首尾相連構(gòu)成的單一路線。單一水準(zhǔn)路線的形式：附合水準(zhǔn)路線、閉合水準(zhǔn)路線、支水準(zhǔn)路線。水準(zhǔn)網(wǎng)：由若干個(gè)單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成的網(wǎng)狀圖形。2、水準(zhǔn)測(cè)量方法與記錄計(jì)算（1）高差法將水準(zhǔn)尺立于已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)上作為后視，水準(zhǔn)儀置于施測(cè)路線附近合適位置（？），在施測(cè)路線的前進(jìn)方向上放置尺墊，在尺墊上豎立水準(zhǔn)尺作為前視。立尺點(diǎn)的選擇應(yīng)盡量保持儀器至前、后水準(zhǔn)尺的距離大致相等。粗平水準(zhǔn)儀后瞄準(zhǔn)后視標(biāo)尺，讀后視中絲讀數(shù)至毫米。掉轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)前視標(biāo)尺，讀前視中絲讀數(shù)至毫米。將讀數(shù)記錄在手薄中，并立即計(jì)算高差。此為第一測(cè)站的全部工作。第一測(cè)站結(jié)束后，記錄員通知后視標(biāo)尺員向前轉(zhuǎn)移，選定第二站的前視點(diǎn)，并將儀器隨之遷至第二測(cè)站。前視尺的尺墊保持不動(dòng)，而作為第二測(cè)站的后視尺。然后依第一測(cè)站相同的工作程序進(jìn)行第二測(cè)站的工作。如此依次沿水準(zhǔn)路線方向施測(cè)直至全部路線觀測(cè)完為止。進(jìn)行連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，若其中任何一個(gè)后視讀數(shù)或前視讀數(shù)有錯(cuò)誤，都要影響高差的正確性。因此，在每一測(cè)站的水準(zhǔn)測(cè)量中，為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)中的錯(cuò)誤，通常采用雙面尺法或兩次儀器高法進(jìn)行觀測(cè)，以檢查高差測(cè)定中可能發(fā)生的錯(cuò)誤。測(cè)站點(diǎn)號(hào)水準(zhǔn)尺讀數(shù)高差h高程H備注后視前視1A034746.215轉(zhuǎn)點(diǎn)11631-12842轉(zhuǎn)點(diǎn)10306轉(zhuǎn)點(diǎn)22624-23183轉(zhuǎn)點(diǎn)20833轉(zhuǎn)點(diǎn)31516-06834轉(zhuǎn)點(diǎn)31528轉(zhuǎn)點(diǎn)40501+10275轉(zhuǎn)點(diǎn)42368B0694+167444.631日期＿＿＿＿儀器＿＿＿＿＿觀測(cè)者＿＿＿＿＿天氣＿＿＿＿自＿＿至＿＿＿記錄者＿＿＿＿＿

視線高法日期＿＿＿＿儀器＿＿＿＿＿觀測(cè)者＿＿＿＿＿天氣＿＿＿＿自＿＿至＿＿＿記錄者＿＿＿＿＿

測(cè)站測(cè)站后視讀數(shù)(m)視線高（m）前視讀數(shù)（m）高程（m）備注轉(zhuǎn)點(diǎn)中間點(diǎn)1BMA1.63022.96521.33511.58521.38021.31221.65331.40521.5602TP10.51522.1701.31021.65541.05021.12050.93521.235B1.73220.438計(jì)算檢核∑后=2.145∑后—∑前=—0.897∑前=3.042（不包含中間點(diǎn)）H終—H始=20.438-21.335=-0.897（計(jì)算無(wú)誤）3.水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)站檢核雙面尺法在每一測(cè)站上將水準(zhǔn)儀安置在兩立尺點(diǎn)之間，儀器高度不變。分別讀取后視、前視水準(zhǔn)尺的黑、紅面讀數(shù)各一次，測(cè)得兩次高差。（理論上應(yīng)相等）兩次儀器高法（雙視線高法）每一測(cè)站上用兩次不同儀器高度測(cè)得兩次高差，以相互進(jìn)行比較。按理，兩次測(cè)得的高差應(yīng)相等，據(jù)此檢查觀測(cè)中是否存在錯(cuò)誤。4.水準(zhǔn)測(cè)量的誤差和注意事項(xiàng)

水準(zhǔn)測(cè)量誤差包括儀器誤差、觀測(cè)誤差和外界環(huán)境的影響。一、儀器誤差視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差當(dāng)前后視距相等時(shí)，i角誤差對(duì)觀測(cè)高差沒(méi)有影響。由此，在可采取將水準(zhǔn)儀安置在前、后水準(zhǔn)尺中點(diǎn)處的辦法消除該誤差對(duì)觀測(cè)高差的影響。2.水準(zhǔn)尺誤差水準(zhǔn)尺刻劃不準(zhǔn)確、尺長(zhǎng)變化、彎曲和水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)差等會(huì)影響水準(zhǔn)測(cè)量的精度。因此水準(zhǔn)尺須進(jìn)行檢驗(yàn)后才能使用；對(duì)于零點(diǎn)差，可在一測(cè)段中設(shè)置偶數(shù)站的方法予以消除。二、觀測(cè)誤差1.精平誤差精平的程度反映了視準(zhǔn)軸的水平程度。對(duì)于分劃值為20″/mm的水準(zhǔn)器，視線長(zhǎng)度為100m時(shí)，若水準(zhǔn)管氣泡偏離中心0.5格，則引起的讀數(shù)誤差可達(dá)5mm。（嚴(yán)格精平，快速、果斷讀數(shù)）2.調(diào)焦誤差望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦必然導(dǎo)致視準(zhǔn)軸發(fā)生變化，而引起讀數(shù)誤差。在一測(cè)站的觀測(cè)中不允許兩次調(diào)焦。由于前、后視距大致相等，因此，是可以做到的。3.估讀誤差毫米讀數(shù)的準(zhǔn)確度與厘米分劃像的寬度、十字絲的粗細(xì)有關(guān)。而厘米分劃像的寬度與望遠(yuǎn)鏡的放大倍率和視線的長(zhǎng)度有關(guān)。因此規(guī)范中規(guī)定了遠(yuǎn)鏡的放大倍率和視線的長(zhǎng)度。4.視差應(yīng)徹底消除視差5.水準(zhǔn)尺傾斜誤差水準(zhǔn)尺未豎直的影響總是使讀數(shù)偏大。

a—照準(zhǔn)標(biāo)尺的高度；γ—標(biāo)尺的傾角在水準(zhǔn)尺上安置水準(zhǔn)器；用“搖尺法”讀數(shù)。三、外界環(huán)境的影響

1.地球曲率與大氣折光的影響2.儀器和尺墊升沉的影響在土質(zhì)松軟地段作業(yè)時(shí)，儀器和尺墊在重力作用下會(huì)下沉，還可能因土壤和雜草的彈性而使儀器和尺墊升高，在春季、解凍地段特別突出。在松軟地段和解凍地段作業(yè)時(shí)，采取特殊措施避免其升沉；在一般地段，采取適當(dāng)?shù)挠^測(cè)程序來(lái)限制其影響，如后（a1）→前（b1）→前（b2）→后（a2）。3.溫度和風(fēng)力的影響溫度變化使木質(zhì)水準(zhǔn)尺伸縮、水準(zhǔn)管的靈敏度降低以及大氣折光的變化等。觀測(cè)時(shí)給儀器撐傘遮陽(yáng)，避免太陽(yáng)直射，規(guī)定視線最低高度。氣溫的變化還會(huì)使密度不同的空氣發(fā)生湍動(dòng)，導(dǎo)致視線發(fā)生跳動(dòng)，特別是在日出后與日落前半小時(shí)，和太陽(yáng)中天前后較為明顯，故應(yīng)避免在這些時(shí)段進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。風(fēng)力大于四級(jí)時(shí)，會(huì)使水準(zhǔn)尺和儀器的整置難以穩(wěn)定，因此要避免在風(fēng)力大于四級(jí)時(shí)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。2.6水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算

水準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中，觀測(cè)高差代數(shù)和與高差代數(shù)和理論值的差值稱為高差閉合差。檢核公式h理=0fh=h測(cè)

fh≦fh允檢核公式h理=h終-h始fh=h測(cè)-h理

fh≦

fh允fh=h往+h返

fh≦fh允高差閉合差的分配及高程的計(jì)算計(jì)算步驟：1