土木工程水準(zhǔn)測(cè)量

第二章水準(zhǔn)測(cè)量

水準(zhǔn)測(cè)量原理

水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造及使用

水準(zhǔn)測(cè)量方法

水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正水準(zhǔn)內(nèi)業(yè)計(jì)算

水準(zhǔn)測(cè)量概述其他水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介水準(zhǔn)測(cè)量概述相對(duì)高程——如標(biāo)高(多用于建筑施工)一、高程及高程測(cè)量絕對(duì)高程

——地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離。高程測(cè)量——測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作二、高程測(cè)量的方法1、水準(zhǔn)測(cè)量——用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量的工作。是高程測(cè)量的主要方法使用儀器：水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀的主要功能是能指出一條水平視線。2、其他高程測(cè)量方法：三角高程測(cè)量、GPS高程測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量——精度最高三、水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)分一、二、三、四等（按精度要求、控制范圍）一等水準(zhǔn)測(cè)量:——僅在國(guó)家等級(jí)中存在作為國(guó)家的高程控制,建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn);科學(xué)研究(地殼形變、地面沉降、精密測(cè)量）二等水準(zhǔn)測(cè)量:作為大城市的高程控制；地面沉降；精密工程測(cè)量三、四等水準(zhǔn)測(cè)量:作為小地區(qū)的高程控制；普通工程測(cè)量圖根水準(zhǔn)（普通水準(zhǔn)）§2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理大地水準(zhǔn)面AB后視前視前進(jìn)方向HAHiHBab（水平視線高程=HA+a）hab水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺●地面上A、B兩點(diǎn)之間的高差hab=a-b●若已知

HA，求HB★

高差法：HB=HA+hab★

儀高法:HB=（HA+a）－b=Hi－b如果兩點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，或者高差較大，僅安置一次儀器便不能測(cè)得它們的高差，這時(shí)需要加設(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)，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)。

APQRBW欲求A點(diǎn)至B點(diǎn)的高差，選擇一條施測(cè)路線，用水準(zhǔn)儀依次測(cè)出hPA、hPQ等等的高差，直到最后測(cè)出hWB的高差。每安置一次儀器，稱為一個(gè)測(cè)站，而P、Q、W點(diǎn)即為轉(zhuǎn)點(diǎn)

高差hAB的計(jì)算公式為：hAB＝hAP＋hPQ＋……＋hWB各測(cè)站的高差均為后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)之值，即：

hAP＝a1－b1hPQ＝a2－b2……………h(huán)WB＝an－bn檢核條件：Σh＝Σa－Σb＝HB－HA水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)尺，尺墊§2.2水準(zhǔn)測(cè)量的儀器及使用水準(zhǔn)儀品種很多激光水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀微傾式水準(zhǔn)儀一、S3級(jí)微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造基座、望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器基座：連接儀器和三腳架，基座上面有一個(gè)圓水準(zhǔn)器。望遠(yuǎn)鏡：管水準(zhǔn)器(用于精平)（用于儀器的概略整平）圓水準(zhǔn)器微傾式水準(zhǔn)儀調(diào)整微傾螺旋→管水準(zhǔn)氣泡居中→水平視線，

望遠(yuǎn)鏡作用——照準(zhǔn)豎立水準(zhǔn)尺并讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。組成——物鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡。倒像望遠(yuǎn)鏡，正像望遠(yuǎn)鏡。視準(zhǔn)軸CC——物鏡中心與十字絲分劃板中心連線。中絲——讀取視準(zhǔn)軸CC與標(biāo)尺交點(diǎn)的讀數(shù)。上下絲——讀取水準(zhǔn)儀到標(biāo)尺的距離(視距)。一般的望遠(yuǎn)鏡只需望遠(yuǎn)，不需瞄準(zhǔn)。所以有物鏡，目鏡（加調(diào)焦鏡）即可。測(cè)量望遠(yuǎn)鏡要能瞄準(zhǔn)。所以要有十字絲。目標(biāo)的象與十字絲重合即瞄準(zhǔn)。視差：標(biāo)尺像沒(méi)成在十字絲分劃板上引起的讀數(shù)誤差消除：望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空(或明亮背景)，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲分劃板清晰。望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使標(biāo)尺像清晰。望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空(或明亮背景)旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲分劃板清晰。望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使標(biāo)尺像清晰。（1）圓水準(zhǔn)器靈敏度8/2mm用于儀器粗平

（2）管水準(zhǔn)器靈敏度20/2mm用于儀器精平水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器分圓形和管形兩種管水準(zhǔn)器是個(gè)玻璃容器，其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓弧形。刻劃線對(duì)稱中點(diǎn)處的切線就是水準(zhǔn)管軸?！皻馀菥又小奔此疁?zhǔn)管軸水平。圓水準(zhǔn)器是個(gè)玻璃容器，上面有同心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，同心圓圓心處的曲率半徑就是圓水準(zhǔn)器的軸?！皻馀菥又小奔此疁?zhǔn)器的軸垂直。水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器軸OLL氣泡L′L′水準(zhǔn)儀的軸線豎軸：照準(zhǔn)部的旋轉(zhuǎn)軸。圓水準(zhǔn)器軸：過(guò)圓水準(zhǔn)器中點(diǎn)的法線。視準(zhǔn)軸：物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線。

管水準(zhǔn)器軸：管水準(zhǔn)器中點(diǎn)的縱向切線。二、水準(zhǔn)尺與尺墊水準(zhǔn)尺的種類木質(zhì)—雙面尺和塔尺，3m鋁合金—塔尺結(jié)構(gòu)，3m、5m銦鋼尺—單面尺，3m、2m尺墊直尺——A、B尺，兩把一對(duì)，每把有黑、紅兩面分劃與注記。A尺——黑面分劃0~3m，紅面分劃4.687m~7.687m。B尺——黑面分劃0~3m，紅面分劃4.787m~7.787m。A、B尺黑面注記的零點(diǎn)差為0，紅面注記的零點(diǎn)差為0.1m。尺墊——轉(zhuǎn)點(diǎn)處放置水準(zhǔn)尺用。生鐵鑄成的三角形板座。水準(zhǔn)儀的使用1、安置：用連接螺旋把儀器固定在三腳架上2、粗平：使三腳架架頭大致水平;轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中3、瞄準(zhǔn)調(diào)節(jié)目鏡：照準(zhǔn)明亮的物體（如白墻）調(diào)節(jié)目鏡使之適合自己的視力（十字絲最清晰）；粗瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，利用望遠(yuǎn)鏡外殼上的準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)目標(biāo)；精確瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)焦螺旋使目標(biāo)象清晰，直至無(wú)“視差”。用微動(dòng)螺旋慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，直至精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)為止（十字絲的縱絲靠近水準(zhǔn)尺）4、精平用微傾螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中（符合氣泡符合）5、讀數(shù)用十字絲的橫絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)（先讀毫米數(shù)，然后米，分米，厘米數(shù)。每次讀四位數(shù)，“0”也是必須記錄的數(shù)字。）圓水準(zhǔn)管腳螺旋粗平用連接螺旋把儀器固定在三腳架上，固定兩個(gè)腳架，動(dòng)第三個(gè)腳架，使三腳架架頭大致水平;轉(zhuǎn)動(dòng)腳使螺旋圓水準(zhǔn)器的氣泡居中2、粗平（左手拇指法則）調(diào)節(jié)目鏡：照準(zhǔn)明亮的物體（如白墻）調(diào)節(jié)目鏡使之適合自己的視力（十字絲最清晰）；粗瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，利用望遠(yuǎn)鏡外殼上的準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)目標(biāo)；精確瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)焦螺旋使目標(biāo)象清晰，檢查有無(wú)“視差”（消除視差）。用微動(dòng)螺旋慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，直至精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)為止（十字絲的縱絲靠近水準(zhǔn)尺）3、瞄準(zhǔn)目鏡缺口

●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，且無(wú)視差。符合棱鏡系統(tǒng)把水準(zhǔn)氣泡兩端成象在一起便于觀察。用符合棱鏡系統(tǒng)觀察，可以避免上述缺點(diǎn)。判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。調(diào)節(jié)微傾螺旋，使氣泡吻合成一個(gè)完整的拋物線觀察窗4、精平（普通水準(zhǔn)尺）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)即毫米“估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠(yuǎn)處觀察并讀數(shù)。5、讀數(shù)讀數(shù)：倒像望遠(yuǎn)鏡，從上向下讀。m位與dm位直讀標(biāo)尺上的數(shù)字，cm為數(shù)格子，mm位估讀。紅黑面讀數(shù)差為6295-1608=4687。

一、水準(zhǔn)點(diǎn)

與水準(zhǔn)路線（一）水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)：一、二、三、四等與圖根水準(zhǔn)。一、二等為精密水準(zhǔn)測(cè)量，三四等為普通水準(zhǔn)測(cè)量。為統(tǒng)一全國(guó)高程系統(tǒng)和滿足各種測(cè)量的需要國(guó)家各級(jí)測(cè)繪部門(mén)在全國(guó)各地埋設(shè)并測(cè)定了很多高程點(diǎn)稱水準(zhǔn)點(diǎn)(BM)，分地面點(diǎn)與墻上點(diǎn)?！?.3水準(zhǔn)測(cè)量一般方法與計(jì)算（二）水準(zhǔn)路線1、支水準(zhǔn)路線2、閉合水準(zhǔn)路線3、附合水準(zhǔn)路線二、水準(zhǔn)測(cè)量方法（一）兩次儀器高法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2<=f=±5mm水準(zhǔn)測(cè)量記錄（兩次儀器法）（二）雙面尺法

已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2<=f=±5mm水準(zhǔn)測(cè)量記錄（雙面尺法）3.線路校核附合水準(zhǔn)路線12BMABMB從一個(gè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過(guò)各待測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)附合另一個(gè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)上。高程閉合差：fh＝Σh－（H終－H起）閉合水準(zhǔn)路線12BMA3從一個(gè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過(guò)各待測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)后又回到該已知水準(zhǔn)點(diǎn)上。高程閉合差：fh＝Σh支水準(zhǔn)路線12BMA往測(cè)返測(cè)高程閉合差：fh＝Σh往＋Σh返（往返測(cè)量）一、高程閉合差計(jì)算：

2A431A321B§2.4水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算二、容許閉合差：三、水準(zhǔn)路線計(jì)算：A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差閉合差計(jì)算0閉合水準(zhǔn)HB–HA=H終-H始附合水準(zhǔn)無(wú)支水準(zhǔn)支水準(zhǔn)路線無(wú)閉合差，所以采用往、返測(cè)量A123+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286m(一）高差閉合差計(jì)算高差閉合差的允許值L---以公里為單位A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m（二）高差閉合差的分配水準(zhǔn)測(cè)量成果整理§2.5水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正一、水準(zhǔn)儀的軸線1.豎軸(VV):望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)軸。2.圓水準(zhǔn)器軸(V′V′):過(guò)零點(diǎn)的球面法線3.水準(zhǔn)管軸（LL）:過(guò)零點(diǎn)作水準(zhǔn)管圓弧切線。4.視準(zhǔn)軸（CC):十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線。二、水準(zhǔn)儀軸線必須滿足的條件1.圓水準(zhǔn)器軸平行于豎軸（V′V′‖

VV）2.十字絲橫絲垂直于豎軸3.水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸（LL‖

CC）

三、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正

1、圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸的檢驗(yàn)和校正（1）檢驗(yàn)：

調(diào)整腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中；照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)180度，如氣泡偏離，說(shuō)明兩條軸線不平行。(2)校正旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使氣泡向圓水準(zhǔn)器中心移動(dòng)偏距的一半；用校正針撥圓水準(zhǔn)器底下的三個(gè)校正螺絲，氣泡符合。2.十字絲橫絲垂直于豎軸的檢驗(yàn)和校正(1)檢驗(yàn)

整平儀器，十字絲交點(diǎn)瞄準(zhǔn)明顯點(diǎn)P，擰緊制動(dòng)螺旋；轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，如果P點(diǎn)相對(duì)望遠(yuǎn)鏡左右移動(dòng)時(shí)離開(kāi)橫絲，表示縱軸鉛垂時(shí)橫絲不水平。

(2)校正校正：旋下靠目鏡處的十字絲環(huán)外罩，用螺絲刀松開(kāi)十字絲組的四個(gè)固定螺絲，按橫絲傾斜反方向轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲組。3.水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)和校正(1)檢驗(yàn)b2b1ABa2a1a2′（3）校正轉(zhuǎn)動(dòng)上下微動(dòng)螺旋，使十字絲的中絲對(duì)準(zhǔn)A尺上的正確讀數(shù)a2′，這時(shí)水準(zhǔn)管器泡不再居中，用校正針撥動(dòng)水準(zhǔn)管一端上、下兩個(gè)校正螺旋，使氣泡居中，反復(fù)多次，使條件滿足為止。§2.6水準(zhǔn)測(cè)量誤差分析及注意事項(xiàng)一、儀器誤差水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸水準(zhǔn)尺分劃誤差水準(zhǔn)尺零點(diǎn)誤差二、觀測(cè)誤差水準(zhǔn)管氣泡居中誤差視差水準(zhǔn)尺估讀十字絲壓線誤差水準(zhǔn)尺傾斜誤差尺墊下沉及三、外界因數(shù)的影響太陽(yáng)直射、風(fēng)力、能見(jiàn)度等地球曲率及大氣折光影響地球曲率的影響：大氣折光的影響：綜合兩項(xiàng)的影響：r：有正負(fù)注意：水準(zhǔn)測(cè)量盡量前后視距相等，可消除此項(xiàng)誤差地球曲率及大氣折光的影響大地水準(zhǔn)面BAbab′a′b″a″rfcHAHB§2.7其他水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介

精密水準(zhǔn)儀主要用于一、二等水準(zhǔn)測(cè)量和精密工程測(cè)量。特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)精密、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高；2、望遠(yuǎn)鏡放大率不小于40倍；3、水準(zhǔn)管分劃值為10"/2mm；4、采用光學(xué)測(cè)微器讀數(shù)，可直接到0.1mm，估讀到0.01mm；5、配專用精密水準(zhǔn)尺；WILDN3精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀利用自動(dòng)安平補(bǔ)償器代替水準(zhǔn)管，使視準(zhǔn)軸水平。特點(diǎn)：1、視準(zhǔn)軸自動(dòng)安平；2、提高水準(zhǔn)測(cè)量精度；3、減少操作步驟，