建筑工程測量水準(zhǔn)測量

第二章surveying水準(zhǔn)測量是測定高程的常用方法之一。本章主要介紹水準(zhǔn)測量原理和方法、水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及使用、水準(zhǔn)儀測定高差的作業(yè)方法及數(shù)據(jù)處理，水準(zhǔn)測量誤差來源及注意問題。重點(diǎn)是水準(zhǔn)測量作業(yè)方法及成果計(jì)算。難點(diǎn)是儀器的檢校。第二章 水準(zhǔn)測量surveying本章內(nèi)容2.1

水準(zhǔn)測量原理2.2

水準(zhǔn)測量儀器和工具2.3

水準(zhǔn)儀的使用2.4

水準(zhǔn)測量的施測方法2.5

水準(zhǔn)測量的成果計(jì)算2.6

水準(zhǔn)儀的檢校與校正2.7

水準(zhǔn)測量誤差與注意事項(xiàng)2.8

其他水準(zhǔn)儀簡介surveying2.1 水準(zhǔn)測量原理

2.1.1

高程測量的方法

1.氣壓高程測量：利用地面高度不同、大氣的壓力也不同，氣壓與海拔高度成比例的原理來測定高程。 此法簡便，但精度很低。通常用在登山探險(xiǎn)、資源考察方面。

測定地面點(diǎn)高程的工作就叫高程測量。

2.三角高程測量：根據(jù)幾何原理測定高差。 （精度較水準(zhǔn)測量低，但傳遞快，平原、山區(qū)均可用，特別適用于山區(qū)）。

h’=D×tan

hAB=h’+i-v

HB=HA＋hAB

ih’DABhABVsurveyingsurveying3.水準(zhǔn)測量 利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線來測定兩點(diǎn)間的高差。 精度較高，但山區(qū)不適用。4.GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)測定

通過接收衛(wèi)星信號(hào),利用電磁波空中距離后方交會(huì)來測定高程。 全天候，不受地形限制，但精度不如水準(zhǔn)測量。surveying

利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線,在鉛垂的水準(zhǔn)尺上讀數(shù),由于水平視線與水準(zhǔn)面以及標(biāo)尺構(gòu)成矩形,因而有

hAB=a-b

即高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)

HB=HA+hAB=(HA+a)-b=Hi-bb2.1.2水準(zhǔn)測量原理hABabHAHB前視后視水平視線surveying2.2 水準(zhǔn)測量儀器和工具

水準(zhǔn)儀的類別

精密水準(zhǔn)儀 DS05、DS1按精度分: 普通水準(zhǔn)儀 DS3

（重點(diǎn)學(xué)習(xí)）

工程水準(zhǔn)儀 DS10

電子水準(zhǔn)儀 （精密、自動(dòng)安平）按性能分： 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀（有精密、有普通）

微傾式水準(zhǔn)儀

激光水準(zhǔn)儀D——大地測量儀器 S——水準(zhǔn)儀系列05、1、3、10——往返觀測1公里高差中數(shù)中誤差（㎜）surveying電子水準(zhǔn)儀surveying自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀surveyingDS3普通水準(zhǔn)儀

1.望遠(yuǎn)鏡作用：提供一條清晰的視線分三部分2.水準(zhǔn)器作用：整平視線

3.基座作用：支承上部surveying2.2.1DS3水準(zhǔn)儀的構(gòu)造surveying微傾螺旋制動(dòng)螺旋調(diào)焦螺旋微動(dòng)螺旋各部件名稱物鏡目鏡水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器腳螺旋制動(dòng)螺旋粗瞄器surveying望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)成:

由物鏡、目鏡、十字絲、調(diào)焦透鏡四個(gè) 部分構(gòu)成

物鏡的作用：成像，把目標(biāo)成像于望遠(yuǎn)鏡內(nèi)。

目鏡的作用：把目標(biāo)的像放大。

十字絲的作用：用于精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

調(diào)焦透鏡的作用：使遠(yuǎn)近不同的物體都能夠成像于十字絲板上。

望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸：物鏡光心與十字絲的連線。

1.望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造十字絲板豎絲橫絲或中絲上絲下絲十字絲交點(diǎn)surveying十字絲板水準(zhǔn)管分劃值surveying2.水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器分:

圓水準(zhǔn)器——作用是：粗略整平儀器。 水準(zhǔn)管——作用是：精確整平視線。圓水準(zhǔn)器軸水準(zhǔn)管軸surveying符合式水準(zhǔn)管微傾螺旋surveying水準(zhǔn)管的符合影像及氣泡居中腳螺旋的操作規(guī)律：氣泡往高處走，腳螺旋順時(shí)針轉(zhuǎn)升高，逆時(shí)針轉(zhuǎn)為降低。腳螺旋的作用：調(diào)平基座，粗略整平儀器。surveying3.基座及腳螺旋surveying2.2.2水準(zhǔn)標(biāo)尺和尺墊尺墊surveying水準(zhǔn)尺種類普通水準(zhǔn)尺：3米單面、雙面尺(紅、黑面)精密水準(zhǔn)尺（配精密水準(zhǔn)儀用）條碼尺(配電子水準(zhǔn)儀用)

surveying2.3水準(zhǔn)儀的使用精平 根據(jù)水準(zhǔn)測量原理的要求,水準(zhǔn)儀必須提供一條水平視線,瞄準(zhǔn)目標(biāo),進(jìn)行讀數(shù)。也就是說，讀數(shù)前必須把視線調(diào)成水平。1.

安置水準(zhǔn)儀（將水準(zhǔn)儀安裝到腳架上）2.粗略整平（用腳螺旋或腳架使圓氣泡居中）3.瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺（粗瞄-對(duì)光-精瞄-消除視差）4.精確整平（用微傾螺旋使符合氣泡影像居中）5.讀數(shù)（讀取中絲所切的標(biāo)尺高度）surveying水準(zhǔn)儀的安置及使用用腳架粗平用腳螺旋粗平調(diào)微傾螺旋精平瞄準(zhǔn)標(biāo)尺讀數(shù)瞄準(zhǔn)讀數(shù)記錄立尺091015倒像正像14注意單位，用米或毫米黑面紅面0.9611.483讀數(shù)方法什么是視差？當(dāng)眼睛在目鏡處稍微上下移動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)尺的讀數(shù)（像）也有相對(duì)移動(dòng)的現(xiàn)象稱為視差。視差產(chǎn)生的原因：主要是由于調(diào)焦不準(zhǔn)確，目標(biāo)的像沒有落在十字絲平面上（兩者不重合）。視差消除的方法：重新進(jìn)行目鏡、物鏡精確調(diào)焦，使十字絲與目標(biāo)成像都清晰。十字絲平面標(biāo)尺的像視準(zhǔn)軸surveying關(guān)于視差的問題surveying2.4 水準(zhǔn)測量的施測方法

2.4.1水準(zhǔn)點(diǎn)與水準(zhǔn)路線形式

1.水準(zhǔn)點(diǎn):用水準(zhǔn)測量方法測定高程的高程控制點(diǎn)。

2.水準(zhǔn)測量等級(jí)：一般分為一、二、三、四等和圖根水準(zhǔn)。 一、二、三、四等水準(zhǔn)點(diǎn)為永久點(diǎn)，圖根點(diǎn)一般是臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。 根據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)等級(jí)不同，埋設(shè)要求也不同,見書中P15。surveying 閉合水準(zhǔn)路線 單一形式 附合水準(zhǔn)路線 支水準(zhǔn)路線

水準(zhǔn)網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 結(jié)點(diǎn)網(wǎng)3.水準(zhǔn)路線形式已知點(diǎn)支水準(zhǔn)路線surveying2已知點(diǎn)1345閉合水準(zhǔn)路線已知點(diǎn)1已知點(diǎn)2附合水準(zhǔn)路線單一路線形式surveying2.4.2水準(zhǔn)測量外業(yè)工作水準(zhǔn)測量外業(yè)工作包括：選點(diǎn)、埋石、觀測高差。1.選點(diǎn)、埋石或打樁

(圖上初選-實(shí)地定點(diǎn)-埋石或打樁)

選點(diǎn)要求:盡可能沿平坦道路布設(shè)，要求土質(zhì)堅(jiān)硬，便于長期保存和使用的地方。等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)要埋設(shè)標(biāo)石。水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

(沿道路布設(shè))surveying

單面觀測法后視點(diǎn)A1，前視點(diǎn)A2（1)在兩點(diǎn)中間安置水準(zhǔn)儀（2)粗平（3)先瞄后視點(diǎn)A1（4)精平（5)讀記中絲讀數(shù)2.345m（6)轉(zhuǎn)瞄前視點(diǎn)A2（7)精平（8)讀記中絲讀數(shù)量0.345m

（9)計(jì)算兩點(diǎn)高差

h=2.345-0.345=2.000m2.3450.345A1A2h測點(diǎn)讀數(shù)高差（m）后視讀數(shù)（m）前視讀數(shù)（m）A1A22.3450.3452.0002.兩點(diǎn)高差的觀測surveying雙面觀測法(紅黑面觀測法)（1）在兩點(diǎn)中間安置水準(zhǔn)儀（2）粗平（3）瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)（黑面）（4）精平（5）讀數(shù)A1（黑）2.345m（6）轉(zhuǎn)過紅面再讀數(shù)A1（紅）7.032m（7)轉(zhuǎn)瞄前視點(diǎn)(黑面)（8)精平（9)讀數(shù)A2(黑)0.345m（10)轉(zhuǎn)過紅面再讀A2(紅)5.032m（11)計(jì)算黑紅面高差

方向點(diǎn)名標(biāo)尺讀數(shù)K+黑-紅高差中數(shù)黑面紅面后A1前A2后-前等級(jí)觀測順序等級(jí)水準(zhǔn)后—前—前—后等外水準(zhǔn)后—后—前—前后視點(diǎn)前視點(diǎn)測站檢核方法：可用雙面尺觀測或變動(dòng)儀器高觀測.注意：由后視轉(zhuǎn)向前視時(shí)，水準(zhǔn)管氣泡居中才能讀數(shù)，若圓水準(zhǔn)器氣泡不居中，不能再調(diào)腳螺旋。2.3457.0320.3455.0302.3457.0320.3455.0300+22.000 2.002-22.001surveying3.水準(zhǔn)路線的觀測（圖根）測站、后視點(diǎn)、前視點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)：在水準(zhǔn)測量中起傳遞高程作用的臨時(shí)立尺點(diǎn)。觀測方法:從已知點(diǎn)開始按兩點(diǎn)間高差觀測方法一站一站地往前測，直到閉合回來或符合到另一已知點(diǎn)上。記錄計(jì)算surveying4.水準(zhǔn)測量技術(shù)要求等級(jí)最大視距前后視距差黑+K-紅紅黑面高差之差路線閉合差四等80m5m3mm5mm20或6圖根100m10m4mm6mm40或12后視點(diǎn)前視距離后視距離前視點(diǎn)surveying5.觀測成果檢核測站高差檢核

可用雙面尺觀測或變動(dòng)儀器高觀測來檢核.路線閉合差檢核 閉合或附合路線測完后，計(jì)算路線閉合差與允許閉合差比較，若不合格，分析原因，重測。閉合路線高差閉合差fh=∑h附合路線高差閉合差fh=∑h-（H終-H始）surveying2.5 水準(zhǔn)測量的成果計(jì)算水準(zhǔn)測量的目的是要得到各待定水準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確高程。

外業(yè)測出來的是各站高差,并且,由于各方面的原因,高差觀測值是帶有誤差的，必須通過誤差處理,求出準(zhǔn)確高差,然后再計(jì)算出各個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)測量成果計(jì)算的內(nèi)容包括:

1.計(jì)算誤差（路線閉合差），并進(jìn)行精度評(píng)定。

2.誤差分配，求出改正后的各段高差。

3.計(jì)算出各點(diǎn)高程。surveying2.5.1水準(zhǔn)測量計(jì)算步驟：1.

對(duì)外業(yè)記錄計(jì)算進(jìn)行全面檢查。2.繪出計(jì)算略圖。P19圖2.193.繪好計(jì)算表格。P19表2.24.填入有關(guān)數(shù)據(jù)。5.計(jì)算路線閉合差，并評(píng)定精度。6.分配閉合差，計(jì)算改正后高差。7.計(jì)算各點(diǎn)高程。計(jì)算實(shí)例閉合差計(jì)算閉合差=觀測值-理論值1.

閉合路線閉合差fh=h觀-h理=h觀2.附合路線閉合差fh=h觀-（H終-H始）h1h2h3h4h5h6h7h理=0H始點(diǎn)

H

終點(diǎn)h1h2h3h4h5h6h7h理=H終-H始surveying精度評(píng)定允許誤差參照技術(shù)要求,圖根級(jí)規(guī)定如下:

平坦地區(qū)fh容=

(㎜)

山區(qū) fh容=

(㎜)

若fh

≤fh容，則合格L——路線長度,以km為單位；n——測站總數(shù)。閉合差分配原則由于水準(zhǔn)路線測量誤差的大小是與測站數(shù)或距離成正比的。因此，閉合差分配原則是：反號(hào)，按與測站數(shù)或距離成正比分配。 即每站(或每公里)高差改正數(shù)

V1=-fh/n

或V1=-fh/S

V1——一個(gè)站或一公里的改正數(shù)；

n——全路線測站數(shù)總和； S——全路線總長，以公里為單位。 若這一段有5個(gè)站，則這一段的改正數(shù)為5V1；若這一段長是0.5公里,則這段改正數(shù)為0.5V1。1.附合水準(zhǔn)路線計(jì)算點(diǎn)名測站數(shù)高差高程（m）點(diǎn)名觀測值（m）改正數(shù)（mm）改正后高差（m）A2+2.150+6+2.15680.000A82.156BB2-1.506+6-1.50080.656CC3-0.502+9-0.493D80.163D3+1.828+9+1.83782.000EE10+1.970+30+2.000輔助計(jì)算:h=

+1.970m

?h=

+1.970–2.000=-0.03=-30㎜

?h容=±12

=±38㎜＞?h合格

每站改正數(shù)V1=

-?h/n=--30/10=+3㎜surveying2.閉合水準(zhǔn)路線計(jì)算=48㎜2.6.1水準(zhǔn)儀的主要軸系及應(yīng)滿足的幾何關(guān)系主要軸系1.儀器的豎軸2.望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸3.圓水準(zhǔn)器軸4.水準(zhǔn)管軸應(yīng)滿足的幾何關(guān)系1.豎軸∥圓水準(zhǔn)器軸2.水準(zhǔn)管軸∥視準(zhǔn)軸（主要條件）3.十字絲應(yīng)水平surveying2.6 水準(zhǔn)儀的檢校與校正2.6.2水準(zhǔn)儀檢驗(yàn)與校正檢驗(yàn)原理：檢驗(yàn)方法：粗平后轉(zhuǎn)180°觀察氣泡偏離情況。校正方法：各調(diào)一半1.豎軸∥圓水準(zhǔn)器軸的檢校2.十字絲橫絲的檢校檢驗(yàn)原理：檢驗(yàn)方法：用橫絲瞄點(diǎn)或用豎絲瞄準(zhǔn)錘球線看是否重合。3.水準(zhǔn)管軸∥視準(zhǔn)軸的檢校（i角的檢校）檢驗(yàn)原理：檢驗(yàn)方法：中端點(diǎn)法（1)在平坦地段量一段距離80m，定兩點(diǎn)A和B，并立上水準(zhǔn)尺。（2）先在中點(diǎn)安儀器，測出AB兩點(diǎn)的正確高差hAB=a1-b1（改變儀器高測兩次取中數(shù)）（3）把儀器搬到離端點(diǎn)A或B約3m處安置，再測高差

hAB’=a2-b2ABa1b1a2b280米b2正若中點(diǎn)與端點(diǎn)所測高差相等，則i角為0，說明水準(zhǔn)管軸∥視準(zhǔn)軸。若不等，說明條件不滿足，如果差值大于4㎜則要校正。(或i=△h/Di角＞20″則要校正)

校正方法：在端點(diǎn)校正。先計(jì)算b2正=a2–hAB

，然后調(diào)微傾螺旋使中絲對(duì)準(zhǔn)正確讀數(shù)，此時(shí)水準(zhǔn)管氣泡不居中，再校正水準(zhǔn)管。反復(fù)進(jìn)行。surveying關(guān)于i角的問題什么是i角？

i角是水準(zhǔn)管軸不平行視準(zhǔn)軸所形成的小角。i角對(duì)標(biāo)尺讀數(shù)和高差的影響 與距離成正比，距離越大，對(duì)讀數(shù)的影響越大。 若前后視距離相等，則i角對(duì)前后視讀數(shù)的影響相等。對(duì)高差沒有影響。 若D1=D2△1=△2

則h=(a+△1)–(b+△2)=a-bi角誤差是儀器的殘余誤差，屬于系統(tǒng)誤差。消除方法：可以通過中間法（即前后視距相等）消除其對(duì)高差的影響。iD1△2△1D2iabsurveying

i角檢驗(yàn)舉例兩點(diǎn)距離80m，中間站測得兩點(diǎn)高差h1=+0.235m,h2=+0.231m,搬到后視點(diǎn)附近后,測得后視讀數(shù)為1.053m,前視讀數(shù)為0.810m,問儀器i角有多大？視線偏上或偏下？如何校正？

解:正確高差h=+0.233m,

端點(diǎn)測得高差h’=1.053-0.810=+0.243m≠h

所以有i角存在，△h=h-h’=-10㎜

i角=△h/D=-10×206265/80000=-26″

視線偏下。 校正:先計(jì)算正確的前視讀數(shù)

b正=a-h=1.053-0.233=0.820m

然后用微傾螺旋使中絲對(duì)準(zhǔn)確0.820m處,此時(shí)再用校正針調(diào)水準(zhǔn)管校正螺釘使氣泡居中即可。

校正后還需再檢驗(yàn)一次，直到符合要求為止。surveyingsurveying2.7水準(zhǔn)測量誤差與注意事項(xiàng)

2.7.1水準(zhǔn)測量誤差來源

1.儀器、工具殘余誤差 主要有：i角誤差，標(biāo)尺分劃誤差，尺零點(diǎn)差，十字絲中絲不水平誤差等。

2.人為誤差(觀測誤差)

氣泡居中誤差，讀數(shù)誤差，調(diào)焦誤差、立尺誤差等。

3.外界環(huán)境影響 風(fēng)、氣溫、大氣折