第二章水準(zhǔn)測(cè)量

第二章水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)測(cè)量Unit2WaterLevelAndLeveling西安理工大學(xué)工程管理系屈漫利ProjectManagementDepartmentofXI’AnUniversityofTechnologyQuManli2013年5月12日

水準(zhǔn)測(cè)量原理ThePrincipleofLeveling水準(zhǔn)儀及其使用TheWaterLevelandtheUsage水準(zhǔn)測(cè)量的一般方法和要求TheCommonMethodsandDemandoftheWaterLevel水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正TheInspectionandEmendationoftheWaterLevel水準(zhǔn)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法TheCausesandEliminationofLeveling第二章§2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理

ThePrincipleofLeveling2.1.1高程概念 點(diǎn)的空間表示：（x,y,z） 在測(cè)量學(xué)上：x,y——平面位置

z——鉛直位置，用H表示，海拔例如 華山南峰海拔、太白山頂海拔 在土木工程領(lǐng)域：海拔——高程（標(biāo)高） 西安市地面高程420.00m左右水準(zhǔn)面地球自然表面高程測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量三角高程測(cè)量氣壓高程測(cè)量2.1.2水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量目的：測(cè)定地面點(diǎn)間的高程差已知點(diǎn)A高程未知點(diǎn)B高程高程差水準(zhǔn)測(cè)量原理：利用水平視線HAABHBHA′HB′h假設(shè)水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面AB已知點(diǎn)(后視)未知點(diǎn)（前視）前進(jìn)方向水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺abhabHAHB§2.2水準(zhǔn)儀及其使用

§2.2

TheWaterLevelandtheUsage水準(zhǔn)儀是為水準(zhǔn)測(cè)量提供水平視線的儀器我國水準(zhǔn)儀按其精度分為DS05、DS1、DS3、DS10 D——大地

S——水準(zhǔn) 下標(biāo)05——中誤差±0.5mm/km精密水準(zhǔn)測(cè)量：DS05、DS1；普通水準(zhǔn)測(cè)量：DS3、DS10在土木工程測(cè)量中，一般使用DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡

物鏡、對(duì)光透鏡、十字絲分劃板、目鏡水準(zhǔn)器

圓水準(zhǔn)器、管水準(zhǔn)器（水準(zhǔn)管）基座

軸座、腳螺旋、三角壓板、底板一、水準(zhǔn)儀構(gòu)造(以DS3型水準(zhǔn)儀為例)

TheWaterLevel(TakeDS3forexample)望遠(yuǎn)鏡物鏡對(duì)光透鏡對(duì)光螺旋十字絲分劃板目鏡望遠(yuǎn)鏡幾何光學(xué)成像原理望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸

定義：十字絲交點(diǎn)和物鏡光心的連線

作用：用來標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡的作用

a.將遠(yuǎn)處的目標(biāo)放大，提高瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)的精度

b.提供一條瞄準(zhǔn)目標(biāo)的視線圓水準(zhǔn)器結(jié)構(gòu)玻璃圓盒裝在金屬外殼內(nèi)玻璃內(nèi)表面磨成球面，中央刻有一個(gè)小圓圈圓弧2mm長度所對(duì)圓心角表示分劃值：8’/2mm圓圈中心與球心的連線——圓水準(zhǔn)器軸作用圓水準(zhǔn)器氣泡居中圓水準(zhǔn)器軸處于鉛直位置水準(zhǔn)管結(jié)構(gòu)內(nèi)表面磨成圓弧的玻璃管內(nèi)盛滿酒精和乙醚的混合液，僅留一個(gè)氣泡圓弧2mm長度所對(duì)圓心角表示水準(zhǔn)管分劃值20”/2mm圓弧中點(diǎn)出的切線——水準(zhǔn)管軸作用

氣泡居中時(shí)水準(zhǔn)管軸處于水平為了提高水準(zhǔn)管氣泡居中觀察精度設(shè)置一組棱鏡兩個(gè)氣泡半像錯(cuò)開氣泡不居中兩個(gè)氣泡半像吻合氣泡居中二、水準(zhǔn)測(cè)量需要用到的器具

水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)尺三角架尺墊

臨時(shí)標(biāo)志、精確定位

材料：木材、鋁合金、玻璃鋼類型：直尺、塔尺、折尺單面水準(zhǔn)尺、雙面水準(zhǔn)尺注意事項(xiàng)：立尺時(shí)小刻度在下；讀數(shù)時(shí)從小到大刻度方向讀三、水準(zhǔn)儀的使用

（一）安置儀器（二）粗略整平（三）瞄準(zhǔn)目標(biāo)（四）消除視差（五）精平讀數(shù)轉(zhuǎn)到水準(zhǔn)儀檢驗(yàn)和校正（一）安置儀器三腳架調(diào)節(jié)高度（齊胸），且架頭大致水平用中心連接螺旋，使水準(zhǔn)儀和三腳架牢固連接（二）粗略整平 ——圓水準(zhǔn)器氣泡居中方法：左手拇指法、先兩個(gè)后一個(gè)（轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)，雙手對(duì)稱轉(zhuǎn)）先外粗瞄 準(zhǔn)心、缺口、目標(biāo)三點(diǎn)一線（粗瞄前松動(dòng)水平制動(dòng)，瞄準(zhǔn)后關(guān)上水平制動(dòng)）后內(nèi)精瞄調(diào)節(jié)物鏡對(duì)光螺旋，使水準(zhǔn)尺成像清晰調(diào)節(jié)目鏡調(diào)節(jié)螺旋，使十字絲清晰若十字絲偏離水準(zhǔn)尺，用水平微動(dòng)使十字絲對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺（二）瞄準(zhǔn)目標(biāo)（水準(zhǔn)尺）（四）消除視差若眼睛在目鏡前上下移動(dòng)時(shí)，讀數(shù)不穩(wěn)定，存在視差反復(fù)調(diào)節(jié)目鏡調(diào)節(jié)螺旋和對(duì)光螺旋使尺像達(dá)到最清晰（五）精平轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋是水準(zhǔn)管氣泡精確居中（半像吻合）讀數(shù)精平后立刻讀出十字絲中橫絲所在刻度四、一個(gè)高差測(cè)量（一）安置儀器（二）粗略整平（三）瞄準(zhǔn)目標(biāo)A（四）消除視差（五）精平讀后視尺讀數(shù)a（六）瞄準(zhǔn)目標(biāo)B（七）消除視差（八）精平讀前視尺讀數(shù)b則AB兩點(diǎn)高差為：AB后視點(diǎn)前視點(diǎn)轉(zhuǎn)到水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：《工程測(cè)量學(xué)實(shí)踐指南》實(shí)驗(yàn)一地點(diǎn)：領(lǐng)儀器10-5層，領(lǐng)完后到教十樓前廣場(chǎng)分組：三人一組，每人測(cè)兩個(gè)高差，分別記錄在自己的《指南》一書中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中做完實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)批閱、登記，合格后交還儀器實(shí)驗(yàn)記錄注意事項(xiàng)水準(zhǔn)儀第一次課講授完畢謝謝！一、水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施回顧兩點(diǎn)間高差的測(cè)量§2.3水準(zhǔn)測(cè)量的一般方法和要求

§2.3

TheCommonMethodsandDemandofLeveling若出現(xiàn)下列情況：兩點(diǎn)間隔較遠(yuǎn)，200m以上兩點(diǎn)間高差過大，大于3m兩點(diǎn)間有障礙物，不通視放尺墊注意事項(xiàng)：測(cè)點(diǎn)不能放置尺墊松軟地面，將地面踩實(shí)后放尺墊水準(zhǔn)尺放置在尺墊半圓球頂上需要在兩點(diǎn)間設(shè)置高程轉(zhuǎn)點(diǎn)， 即高程傳遞點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)必須放置尺墊， 作用：臨時(shí)標(biāo)記，精確定點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)見書高程傳遞已知HA水準(zhǔn)測(cè)量記錄表格儀器號(hào)碼：天氣：觀測(cè)者：日期：呈象：記錄者：測(cè)站測(cè)點(diǎn)后枧前視高差高程ⅠAaAHATP1b1hA1H1ⅡTP1a1H1TP2b2h12H2ⅢTP2a2H2TP3b3h23H3ⅣTP3a3H3BbBh3BHB測(cè)自點(diǎn)天氣：班級(jí)組別：至點(diǎn)呈象：觀測(cè)者：儀器號(hào)碼：日期：記錄者：測(cè)點(diǎn)后視讀數(shù)(m)前視讀數(shù)(m)高差(m)高程(m)備注＋－AaAHATP1a1b1hA1H1TP2a2b2h12H2TP3a3b3h23H3BbBh3BHB校核計(jì)算Σa＝Σh＝末點(diǎn)高程＝－）Σb＝－）起點(diǎn)高程＝三、實(shí)際工程中水準(zhǔn)測(cè)量（一）、建立某一工程測(cè)區(qū)的高程控制網(wǎng)一般根據(jù)工程測(cè)區(qū)的地形特點(diǎn)和已知高程點(diǎn)的位置有以下三種：1、閉合水準(zhǔn)路線——已知一個(gè)點(diǎn)，多個(gè)待求點(diǎn)，且逐次相連構(gòu)成一多邊形；適用于塊狀工程測(cè)區(qū)（民建）2、符合水準(zhǔn)路線——在帶狀工程測(cè)區(qū)的兩端有兩個(gè)已知高程點(diǎn)，其中間布設(shè)多個(gè)工程控制點(diǎn)；適用于帶狀工程測(cè)區(qū)（公路、鐵路）；3、支水準(zhǔn)路線——適用于封閉的工程測(cè)區(qū)。

方法：普通水準(zhǔn)測(cè)量（等外水準(zhǔn)測(cè)量）

試驗(yàn)二水準(zhǔn)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)二內(nèi)容：水準(zhǔn)測(cè)量，《實(shí)踐指南》p4三種水準(zhǔn)路線：閉合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線塊狀測(cè)區(qū)帶狀測(cè)區(qū)精度不高，不常用23A1654教學(xué)樓實(shí)驗(yàn)要求：起點(diǎn)A作記號(hào)，不放尺墊其它點(diǎn)作高程傳遞點(diǎn)放尺墊邊測(cè)邊記錄于p5”水準(zhǔn)測(cè)量記錄表”實(shí)驗(yàn)課后進(jìn)行高差調(diào)整與高程計(jì)算實(shí)驗(yàn)記錄注意事項(xiàng)（二）、已知以國家四等水準(zhǔn)點(diǎn)，求工程測(cè)區(qū)一控制點(diǎn)高程例：進(jìn)行理工大曲江校區(qū)測(cè)地形圖高程控制測(cè)量時(shí)，已知一國家四等水準(zhǔn)點(diǎn)理工南Ⅱ高程為457.294m，測(cè)求控制點(diǎn)B8高程方法：往返、雙面尺法的四等水準(zhǔn)測(cè)量步驟：——實(shí)驗(yàn)十三四等水準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)：三人一組合作完成兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（一個(gè)已知高程一個(gè)待求高程）中間往返各加兩個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)（必須放尺墊）（一）測(cè)站校核——判定本測(cè)站測(cè)量成果是否符合要求兩臺(tái)儀器法變動(dòng)儀高法采用雙面尺兩次測(cè)得的高差之差必須小于5mm二、普通水準(zhǔn)測(cè)量的校核方法和精度要求附合水準(zhǔn)路線12BMABMB（二）路線校核——判定整個(gè)路線測(cè)量成果閉合水準(zhǔn)路線12BMA3支水準(zhǔn)路線21BMA往測(cè)返測(cè)閉合水準(zhǔn)路線一般高程傳遞：12BMA3則閉合路線：理論上往往實(shí)測(cè)閉合差附合水準(zhǔn)路線12BMABMB一般高程傳遞：則附合路線：理論上往往實(shí)測(cè)閉合差支水準(zhǔn)路線在測(cè)量規(guī)范中規(guī)定：一般水準(zhǔn)測(cè)量21BMA往測(cè)返測(cè)往測(cè)：BMA——1——2返測(cè)：2——1——BMA理論上：閉合差：測(cè)量成果滿足精度要求測(cè)量成果不滿足要求，返工三、水準(zhǔn)路線閉合差調(diào)整與高程計(jì)算測(cè)量成果若閉合差對(duì)閉合差進(jìn)行調(diào)整，合理分配給每段高差（一）閉合和附合水準(zhǔn)路線高差閉合差的調(diào)整高差改正數(shù)：改正后高差：高程傳遞：（二）支水準(zhǔn)路線高差閉合差的調(diào)整若閉合差則其符號(hào)與往測(cè)高差符號(hào)相同閉合差調(diào)整算例書上的算例實(shí)驗(yàn)三人一組每組領(lǐng)儀器：水準(zhǔn)儀、三角架、水準(zhǔn)尺、尺墊各1個(gè)整個(gè)路線測(cè)完后，進(jìn)行高差閉合差計(jì)算，若水準(zhǔn)儀第二次課講授完畢謝謝！測(cè)量誤差的來源儀器：觀測(cè)者外界條件各部件關(guān)系發(fā)生改變點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)測(cè)得高差(m)改正數(shù)(mm)改正后高差(m)高程(m)備注

BM610＋0.74846.215△h允＝

Ⅰ5－0.432Ⅱ7＋0.543Ⅲ4－0.245Ⅳ9－1.476BM1045.330

Σ-0.862-23-0.885HBM10－HBM6=-0.885一、DS3水準(zhǔn)儀主要軸線豎軸V-V ——儀器旋轉(zhuǎn)軸§2.4水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正圓水準(zhǔn)器軸L0-L0

——圓水準(zhǔn)器球面過頂點(diǎn)的法線視準(zhǔn)軸C-C

——物鏡組合光心與十字絲交叉點(diǎn)連線水準(zhǔn)管軸L-L

——過圓弧分劃中心的切線水準(zhǔn)測(cè)量操作二、水準(zhǔn)儀軸線必須滿足的條件圓水準(zhǔn)器軸平行于豎軸（L0L0‖VV）十字絲橫絲垂直于豎軸水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸（LL‖CC）三、水準(zhǔn)儀檢驗(yàn)和校正檢驗(yàn)步驟：轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋圓水準(zhǔn)器氣泡居中望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)180度圓水準(zhǔn)器氣泡仍然居中L0L0

∥VV

圓水準(zhǔn)器氣泡不居中需要校正

（一）L0L0‖VV檢驗(yàn)和校正檢驗(yàn)原理：假如L0L0

∥VV

繞豎軸轉(zhuǎn)180度假如L0L0

不平行于VV

繞豎軸轉(zhuǎn)180度校正步驟：腳螺旋校正一半的偏離量轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，同時(shí)記清轉(zhuǎn)數(shù)退回腳螺旋剛才轉(zhuǎn)數(shù)的一半校正螺絲校正另一半的偏離量撥動(dòng)圓水準(zhǔn)器校正螺絲，使氣泡居中撥動(dòng)時(shí)：先松后緊、一松一緊、不能太緊、最后都緊圖片演示圖片演示圓水準(zhǔn)器校正裝置頂緊型：螺絲轉(zhuǎn)緊螺絲轉(zhuǎn)松拉緊型螺絲轉(zhuǎn)緊螺絲轉(zhuǎn)松升高降低（氣泡不在的一側(cè)）（氣泡所在的一側(cè)）降低升高（氣泡所在的一側(cè)）（氣泡不在的一側(cè)）（二）十字絲橫絲垂直于豎軸的檢驗(yàn)和校正檢驗(yàn)步驟：在望遠(yuǎn)鏡前方找到一小點(diǎn)（鉛筆頭大?。┯檬纸z交叉點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)該點(diǎn)

（旋緊制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)水平微動(dòng)和微傾螺旋）轉(zhuǎn)動(dòng)水平微動(dòng)查看該點(diǎn)：始終在橫絲上動(dòng)偏離橫絲十字絲橫絲⊥豎軸需要校正校正步驟：將護(hù)蓋打開，用螺絲刀（向老師借）擰開三顆分劃板座埋頭螺絲中的任意兩顆微微轉(zhuǎn)動(dòng)分劃板座，邊轉(zhuǎn)邊檢驗(yàn)點(diǎn)始終沿橫絲動(dòng)，擰緊埋頭螺絲，邊擰邊檢驗(yàn)裝好護(hù)蓋注意：本校測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的水準(zhǔn)儀十字絲分劃板座沒有護(hù)蓋，埋頭螺絲直接暴露在外面（三）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)和校正檢驗(yàn)步驟：在平坦地面上，相距40左右固定兩個(gè)點(diǎn)A,B（或固定兩根水準(zhǔn)尺）將水準(zhǔn)儀放在A、B間等距處測(cè)得高差：a1b1abiiABD/2D/2將儀器移至離B尺3m左右，讀數(shù)a2、b2a2b2abAB3m40mi校正步驟：不動(dòng)儀器，算出A尺的正確讀數(shù)調(diào)整微傾螺旋，使A尺讀數(shù)對(duì)準(zhǔn)a水準(zhǔn)管氣泡不居中，用撥針轉(zhuǎn)動(dòng)校正螺絲氣泡居中注意：邊撥邊看讀數(shù)a、氣泡居中；撥動(dòng)時(shí)，先松開左右兩顆加緊螺絲，再調(diào) 整上下兩顆校正螺絲在B點(diǎn)附近重新安置儀器，再檢驗(yàn)檢校過程注意事項(xiàng)三部曲：先檢驗(yàn)、后校正，再檢驗(yàn) （每一項(xiàng)檢校最后都以檢驗(yàn)結(jié)束）校正螺絲使用：

先松后緊、一松一緊，不能太緊，最后都緊實(shí)驗(yàn)表格實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：《指南》書實(shí)驗(yàn)三每組領(lǐng)：水準(zhǔn)儀、三腳架、撥針一、儀器誤差儀器校正不完善的誤差（水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸）對(duì)光誤差（調(diào)焦誤差）、水準(zhǔn)尺刻劃誤差水準(zhǔn)尺尺底零點(diǎn)誤差二、觀測(cè)誤差整平誤差照準(zhǔn)誤差估讀誤差三、外界條件的影響儀器升降的誤差尺墊升降的誤差地球曲率的誤差大氣折光的誤差§2.5水準(zhǔn)測(cè)量誤差分析及消減方法四、誤差消減方法儀器置于后前視等距處，能消減：LL平行于CC

對(duì)光誤差地球曲率影響大氣折光§2.5水準(zhǔn)測(cè)量誤差分析及消減方法注意整平操作不需要精平操作（自動(dòng)補(bǔ)償裝置），加快測(cè)量高速度§2.7自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀§2.8精密水準(zhǔn)儀國家一二等水準(zhǔn)測(cè)量精密施工測(cè)量建筑物變形觀測(cè)（對(duì)應(yīng)精密水準(zhǔn)尺）精密水準(zhǔn)尺的讀數(shù)本次課堂內(nèi)容充裕，可增加精密水準(zhǔn)尺的讀數(shù)方法講解，可參考錄像或其它書籍水準(zhǔn)儀課堂講授完畢謝謝！作業(yè)：《工程測(cè)量學(xué)實(shí)踐指南》p28作業(yè)二(第三次課時(shí)間充裕，需要增加內(nèi)容)返回實(shí)驗(yàn)記錄注意事項(xiàng)用鉛筆記，但不能用橡皮錯(cuò)誤單線劃掉，正確的記邊上有空必填（日期、天氣、記錄者、觀測(cè)者等）不能謄抄（保持原始資料）讀什么記什么（1.910不能記作1.91）返回1返回2水準(zhǔn)測(cè)量記錄表