土木工程水準測量

第二章水準測量

水準測量原理

水準儀的基本構(gòu)造及使用

水準測量方法

水準儀的檢驗與校正水準內(nèi)業(yè)計算

水準測量概述其他水準儀簡介水準測量概述相對高程——如標高(多用于建筑施工)一、高程及高程測量絕對高程

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

HA，求HB★

高差法：HB=HA+hab★

儀高法:HB=（HA+a）－b=Hi－b如果兩點之間的距離較遠，或者高差較大，僅安置一次儀器便不能測得它們的高差，這時需要加設(shè)若干個臨時的立尺點，作為傳遞高程的過渡點，稱為轉(zhuǎn)點。

APQRBW欲求A點至B點的高差，選擇一條施測路線，用水準儀依次測出hPA、hPQ等等的高差，直到最后測出hWB的高差。每安置一次儀器，稱為一個測站，而P、Q、W點即為轉(zhuǎn)點

高差hAB的計算公式為：hAB＝hAP＋hPQ＋……＋hWB各測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水準儀，水準尺，尺墊§2.2水準測量的儀器及使用水準儀品種很多激光水準儀電子水準儀自動安平水準儀微傾式水準儀一、S3級微傾式水準儀的構(gòu)造基座、望遠鏡、水準器圓水準器管水準器基座：連接儀器和三腳架，基座上面有一個圓水準器。望遠鏡：管水準器(用于精平)（用于儀器的概略整平）圓水準器微傾式水準儀調(diào)整微傾螺旋→管水準氣泡居中→水平視線，

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

（2）管水準器靈敏度20/2mm用于儀器精平水準器水準器分圓形和管形兩種管水準器是個玻璃容器，其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓弧形。刻劃線對稱中點處的切線就是水準管軸?！皻馀菥又小奔此疁使茌S水平。圓水準器是個玻璃容器，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器的軸?！皻馀菥又小奔此疁势鞯妮S垂直。水準管圓水準器軸OLL氣泡L′L′水準儀的軸線豎軸：照準部的旋轉(zhuǎn)軸。圓水準器軸：過圓水準器中點的法線。視準軸：物鏡光心與十字絲交點的連線。

管水準器軸：管水準器中點的縱向切線。二、水準尺與尺墊水準尺的種類木質(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，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尺黑面注記的零點差為0，紅面注記的零點差為0.1m。尺墊——轉(zhuǎn)點處放置水準尺用。生鐵鑄成的三角形板座。水準儀的使用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)動腳螺旋使圓水準器的氣泡居中3、瞄準調(diào)節(jié)目鏡：照準明亮的物體（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：轉(zhuǎn)動儀器，利用望遠鏡外殼上的準星瞄準目標；精確瞄準：轉(zhuǎn)動調(diào)焦螺旋使目標象清晰，直至無“視差”。用微動螺旋慢慢轉(zhuǎn)動望遠鏡，直至精確瞄準目標為止（十字絲的縱絲靠近水準尺）4、精平用微傾螺旋使水準管氣泡居中（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，固定兩個腳架，動第三個腳架，使三腳架架頭大致水平;轉(zhuǎn)動腳使螺旋圓水準器的氣泡居中2、粗平（左手拇指法則）調(diào)節(jié)目鏡：照準明亮的物體（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：轉(zhuǎn)動儀器，利用望遠鏡外殼上的準星瞄準目標；精確瞄準：轉(zhuǎn)動調(diào)焦螺旋使目標象清晰，檢查有無“視差”（消除視差）。用微動螺旋慢慢轉(zhuǎn)動望遠鏡，直至精確瞄準目標為止（十字絲的縱絲靠近水準尺）3、瞄準目鏡缺口

●視差：

望遠鏡內(nèi)目標像與十字絲分劃板未重合。

現(xiàn)象：觀測時，改變眼睛與目鏡的相對位置，十字絲與目標的像有相對移動。消除視差的步驟：目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰；物鏡調(diào)焦，使目標像最清晰，且無視差。符合棱鏡系統(tǒng)把水準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。判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。調(diào)節(jié)微傾螺旋，使氣泡吻合成一個完整的拋物線觀察窗4、精平（普通水準尺）水準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)格式分劃便于從遠處觀察并讀數(shù)。5、讀數(shù)讀數(shù)：倒像望遠鏡，從上向下讀。m位與dm位直讀標尺上的數(shù)字，cm為數(shù)格子，mm位估讀。紅黑面讀數(shù)差為6295-1608=4687。

一、水準點

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

已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2<=f=±5mm水準測量記錄（雙面尺法）3.線路校核附合水準路線12BMABMB從一個已知水準點出發(fā)經(jīng)過各待測水準點附合另一個已知水準點上。高程閉合差：fh＝Σh－（H終－H起）閉合水準路線12BMA3從一個已知水準點出發(fā)經(jīng)過各待測水準點后又回到該已知水準點上。高程閉合差：fh＝Σh支水準路線12BMA往測返測高程閉合差：fh＝Σh往＋Σh返（往返測量）一、高程閉合差計算：

2A431A321B§2.4水準測量內(nèi)業(yè)計算二、容許閉合差：三、水準路線計算：A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差閉合差計算0閉合水準HB–HA=H終-H始附合水準無支水準支水準路線無閉合差，所以采用往、返測量A123+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286m(一）高差閉合差計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測量成果整理§2.5水準儀的檢驗與校正一、水準儀的軸線1.豎軸(VV):望遠鏡的旋轉(zhuǎn)軸。2.圓水準器軸(V′V′):過零點的球面法線3.水準管軸（LL）:過零點作水準管圓弧切線。4.視準軸（CC):十字絲交點與物鏡光心的連線。二、水準儀軸線必須滿足的條件1.圓水準器軸平行于豎軸（V′V′‖

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）

三、水準儀的檢驗與校正

1、圓水準器軸平行于儀器豎軸的檢驗和校正（1）檢驗：

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

整平儀器，十字絲交點瞄準明顯點P，擰緊制動螺旋；轉(zhuǎn)動微動螺旋，如果P點相對望遠鏡左右移動時離開橫絲，表示縱軸鉛垂時橫絲不水平。

(2)校正校正：旋下靠目鏡處的十字絲環(huán)外罩，用螺絲刀松開十字絲組的四個固定螺絲，按橫絲傾斜反方向轉(zhuǎn)動十字絲組。3.水準管軸平行于視準軸的檢驗和校正(1)檢驗b2b1ABa2a1a2′（3）校正轉(zhuǎn)動上下微動螺旋，使十字絲的中絲對準A尺上的正確讀數(shù)a2′，這時水準管器泡不再居中，用校正針撥動水準管一端上、下兩個校正螺旋，使氣泡居中，反復多次，使條件滿足為止。§2.6水準測量誤差分析及注意事項一、儀器誤差水準管軸不平行于視準軸水準尺分劃誤差水準尺零點誤差二、觀測誤差水準管氣泡居中誤差視差水準尺估讀十字絲壓線誤差水準尺傾斜誤差尺墊下沉及三、外界因數(shù)的影響太陽直射、風力、能見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：綜合兩項的影響：r：有正負注意：水準測量盡量前后視距相等，可消除此項誤差地球曲率及大氣折光的影響大地水準面BAbab′a′b″a″rfcHAHB§2.7其他水準儀簡介

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