測量學(xué)學(xué)習(xí)課件

測量學(xué)學(xué)習(xí)課件第1頁/共57頁例1：圖中已知A點(diǎn)高程HA=452.623m，后視讀數(shù)a=1.571m，前視讀數(shù)b=0.685m，求B點(diǎn)高程。解：B點(diǎn)對于A點(diǎn)高差：hAB=1.571－0.685=0.886mB點(diǎn)高程為：HB＝452.623＋0.886＝453.509m第2頁/共57頁例2：圖2.3中已知A點(diǎn)高程HA=423.518m，要測出相鄰1、2、3點(diǎn)的高程。先測得A點(diǎn)后視讀數(shù)a=1.563m，接著在各待定點(diǎn)上立尺，分別測得讀數(shù)b1=0.953m，b2=1.152，b3=1.328m。解：先計(jì)算出視線高程Hi=HA+a=423.518＋1.563＝425.081m各待定點(diǎn)高程分別為：H1＝Hi－b1＝425.081－0.953＝424.128mH2＝Hi－b2＝425.081－1.152＝23.929mH3＝Hi－b3＝425.081－1.328＝23.753m高差法和視線高法的測量原理是相同的，區(qū)別在于計(jì)算高程時(shí)次序上的不同。在安置一次儀器需求出幾個(gè)點(diǎn)的高程時(shí)，視線高法比高差法方便。第3頁/共57頁2.2水準(zhǔn)測量的儀器和工具

水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具為水準(zhǔn)尺和尺墊。（1）水準(zhǔn)儀的分類水準(zhǔn)儀按其精度可分為DS05、DSl、DS3和DSl0等四個(gè)等級。建筑工程測量廣泛使用DS3級水準(zhǔn)儀。第4頁/共57頁一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造132765498101412131115161.微傾螺旋；2.分劃板護(hù)罩；3.目鏡；4.物鏡調(diào)焦螺旋；5.制動(dòng)螺旋；6.微動(dòng)螺旋；7.底板；8.三角壓板；9.腳螺旋；10.彈簧帽；11.望遠(yuǎn)鏡；12.物鏡；13.管水準(zhǔn)器；14.圓水準(zhǔn)器；15.連接小螺釘；16.軸座

第5頁/共57頁作用：為測量高差提供一條水平視線

組成：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)器基座第6頁/共57頁1.望遠(yuǎn)鏡（1）組成：物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、物鏡對光螺旋、目鏡對光螺旋

（2）作用:

瞄準(zhǔn)目標(biāo)，提供水平視線

CC視準(zhǔn)軸CC：物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線。第7頁/共57頁1.望遠(yuǎn)鏡2.水準(zhǔn)器（1）管水準(zhǔn)器：用于儀器精平（2）圓水準(zhǔn)器：用于儀器粗平第8頁/共57頁§2-2.水準(zhǔn)測量儀器和工具一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造1.望遠(yuǎn)鏡2.水準(zhǔn)器（1）管水準(zhǔn)器：用來指示視準(zhǔn)軸是否水平水準(zhǔn)管軸LL：過水準(zhǔn)管零點(diǎn)所作圓弧面的縱切線。水準(zhǔn)管分劃值：是水準(zhǔn)管表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角。氣泡居中：氣泡零點(diǎn)與水準(zhǔn)管零點(diǎn)重合。2mm0點(diǎn)第9頁/共57頁§2-2.水準(zhǔn)測量儀器和工具

常采用符合水準(zhǔn)管系統(tǒng)

——目的是提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度微傾螺旋

符合氣泡符合尚未符合第10頁/共57頁

2mm1.望遠(yuǎn)鏡2.水準(zhǔn)器（1）管水準(zhǔn)器（2）圓水準(zhǔn)器：用來指示儀器豎軸是否豎直圓水準(zhǔn)器軸：過圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)所作圓球面的法線第11頁/共57頁一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造1.望遠(yuǎn)鏡2.水準(zhǔn)器3.基座基座通過連接螺旋與三腳架相連。基座用于支承水準(zhǔn)儀上部，水準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)軸插入基座軸套可自由旋轉(zhuǎn)?；系娜齻€(gè)腳螺旋用于調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)氣泡。儀器豎軸VV：就是水準(zhǔn)儀的旋轉(zhuǎn)軸。基座三腳架VV第12頁/共57頁二、水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺有雙面尺和塔尺兩種標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺為一對雙面尺，

其中:A尺和B尺黑面0－3m;

A尺紅面4.687－7.687m,B尺紅面

4.787－7.787m。尺墊半球形頂部用來豎立水準(zhǔn)尺，并標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)位置。第13頁/共57頁2.3水準(zhǔn)儀的使用第14頁/共57頁三、水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精平和讀數(shù)等操作步驟1.安置水準(zhǔn)儀2.粗略整平：調(diào)節(jié)三個(gè)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，氣泡移動(dòng)的方向始終與左手大拇指的運(yùn)動(dòng)方向一致。

abc第15頁/共57頁3.瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺：首先轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，再轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡調(diào)焦螺旋使目標(biāo)清晰。注意消除視差！什么是視差？產(chǎn)生的原因？如何消除？當(dāng)眼睛在目鏡端上下微微移動(dòng)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標(biāo)像有相對運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為視差。？第16頁/共57頁4.精平與讀數(shù)在每次讀數(shù)之前，都應(yīng)注視符合水準(zhǔn)氣泡觀測窗，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中。讀數(shù)：儀器精確整平后，即可用十字絲橫絲（即中絲）在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。微傾螺旋第17頁/共57頁4.精平與讀數(shù)讀數(shù)：

0.720第18頁/共57頁一、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀1、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀與微傾式水準(zhǔn)儀的區(qū)別自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀只有圓水準(zhǔn)器，沒有水準(zhǔn)管和微傾螺旋，而是在望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)中裝置了補(bǔ)償器。粗平之后，借助自動(dòng)補(bǔ)償裝置的作用，使視準(zhǔn)軸水平，便可讀出正確讀書。第19頁/共57頁2.4水準(zhǔn)測量外業(yè)工作

2.4.1水準(zhǔn)點(diǎn)（BenchMark）測繪部門在全國各地埋設(shè)并測定了很多高程點(diǎn)，這些點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)(BenchMark)，簡記為BM。水準(zhǔn)測量通常是從水準(zhǔn)點(diǎn)引測其它點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)點(diǎn)有永久性和臨時(shí)性兩種。國家等級水準(zhǔn)點(diǎn)一般用石料或鋼筋混凝土制成，深埋到地面凍結(jié)線以下。在標(biāo)石的頂面設(shè)有用不銹鋼或其它不易銹蝕材料制成的半球狀標(biāo)志。有些水準(zhǔn)點(diǎn)也可設(shè)置在穩(wěn)定的墻腳上，稱為墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)。建筑工地上的永久性水準(zhǔn)點(diǎn)一般用混凝土或鋼筋混凝土制成，臨時(shí)性的水準(zhǔn)點(diǎn)可用地面上突出的堅(jiān)硬巖石或用大木樁打入地下，校頂釘以半球形鐵釘。第20頁/共57頁第21頁/共57頁

2.4.2水準(zhǔn)測量的方法

當(dāng)欲測的高程點(diǎn)距水準(zhǔn)點(diǎn)較遠(yuǎn)或高差很大時(shí)，就需要連續(xù)多次安置儀器以測出兩點(diǎn)的高差。為測A、B點(diǎn)高差，在AB線路上增加1、2、3、4、……等中間點(diǎn)，將AB高差分成若干個(gè)水準(zhǔn)測站。其中間點(diǎn)僅起傳遞高程的作用，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)（TurningPoint），簡寫為TP。轉(zhuǎn)點(diǎn)無固定標(biāo)志，無需算出高程。

【水準(zhǔn)測量手簿

】

顯然，每安置一次儀器，便可測得一個(gè)高差，即

……

將各式相加，得

則B點(diǎn)的高程為

第22頁/共57頁第23頁/共57頁2.4.3水準(zhǔn)測量的檢核

（1）測站檢核

B點(diǎn)的高程是根據(jù)A點(diǎn)的已知高程和轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的高差計(jì)算出來。若其中測錯(cuò)任何一個(gè)高差，B點(diǎn)高程就不會(huì)正確。因此，對每一站的高差，都必須采取措施進(jìn)行檢核測量。

1）變動(dòng)儀器高法：同一測站用兩次不同的儀器高度，測得兩次高差以相互比較進(jìn)行檢核。儀高差：10ｃｍ；高差之差：±５ｍｍ．2）雙面尺法：儀器高度不變，立在前視點(diǎn)和后視點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺分別用黑面和紅面各進(jìn)行一次讀數(shù)，測得兩次高差，相互進(jìn)行檢核。高差之差：±５ｍｍ．第24頁/共57頁（2）路線檢核測站檢核只能檢核一個(gè)測站上是否存在錯(cuò)誤或誤差超限。由于溫度、風(fēng)力、大氣折光、尺墊下沉和儀器下沉等到外界條件引起的誤差，尺了傾斜和估讀的誤差，以及水準(zhǔn)儀本身的誤差等，雖然在一個(gè)測站上反映不很明顯，但隨著測站數(shù)的增多使誤差積累，有時(shí)也會(huì)超過規(guī)定的限差。第25頁/共57頁1BM.A234閉合水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線BM.A12

附合水準(zhǔn)路線BM.ABM.B123第26頁/共57頁2.5水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)1.計(jì)算高差閉合差附合水準(zhǔn)路線高差理論值：高差閉合差：閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差：支水準(zhǔn)路線

高差閉合差：：AB2h1h31h2?返往第27頁/共57頁2.高差閉合差容許誤差在附合水準(zhǔn)路線檢核中，圖根水準(zhǔn)測量.高差閉合差容許值為式中，L為水準(zhǔn)路線長度，以公里計(jì)；為測站數(shù)。水準(zhǔn)測量山地：平地：第28頁/共57頁2.5.2閉合水準(zhǔn)路線閉合差的計(jì)算與調(diào)整

閉合水準(zhǔn)路線各段高差的代數(shù)和應(yīng)等于零，即由于存在著測量誤差，必然產(chǎn)生高差閉合差

閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差的調(diào)整方法、容許值的計(jì)算，均與附合水準(zhǔn)路線相同。第29頁/共57頁2.6水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正2.6.1水準(zhǔn)儀的主要軸線及其應(yīng)滿足的條件

根據(jù)水準(zhǔn)測量原理，水準(zhǔn)儀必須提供一條水平視線，才能正確地測出兩點(diǎn)間高差。為此，水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的幾何條件是：1）圓水準(zhǔn)器軸L′L′應(yīng)平行于儀器的豎軸VV；2）十字絲的中絲（橫絲）應(yīng)垂直于儀器的豎軸；3）水準(zhǔn)管軸LL平行于視準(zhǔn)軸CC。LLL`L`VVCC第30頁/共57頁2.6.2檢驗(yàn)與校正第31頁/共57頁1．圓水準(zhǔn)軸平行于儀器豎軸的檢驗(yàn)與校正【檢驗(yàn)】

用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180度，如果氣泡不居中，表明圓水準(zhǔn)軸不平行于豎軸，而離開零點(diǎn)弧長所對應(yīng)的圓心角為兩倍的α。

【校正】

調(diào)整圓水準(zhǔn)三個(gè)校正螺絲，使氣泡向居中位置移動(dòng)偏離量的一半。校正工作一般都難于一次完成，需反復(fù)進(jìn)行直至儀器旋轉(zhuǎn)到任何位置圓水準(zhǔn)器氣泡皆居中時(shí)為止。第32頁/共57頁第33頁/共57頁2．十字絲橫絲應(yīng)垂直于儀器豎軸的檢驗(yàn)與校正【檢驗(yàn)】

安置儀器后，先將橫絲一端對準(zhǔn)一個(gè)明顯的點(diǎn)狀目標(biāo)M，固定制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，如果標(biāo)志點(diǎn)M不離開橫絲，說明橫絲垂直于豎軸，否則需要校正?！拘Ｕ坑寐萁z刀松開分劃板座固定螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)分劃板座，改正偏離量的一半。第34頁/共57頁3．視準(zhǔn)軸平行于水準(zhǔn)管軸的檢驗(yàn)校正【檢驗(yàn)】

在S1處安置水準(zhǔn)儀，從儀器向兩側(cè)各量40米，定出等距離的A、B兩點(diǎn)，打木樁或放置尺墊標(biāo)志之。

1）在S1處用變動(dòng)儀高法，測出A、B兩點(diǎn)的高差。若兩次測得的高差之差不超過3mm，則取其平均值hAB作為最后結(jié)果。由于距離相等，兩軸不平行的誤差△h可在高差計(jì)算中自動(dòng)消除，故h值不受視準(zhǔn)軸誤差的影響。

2）安置儀器于B點(diǎn)附近的S2處，離B點(diǎn)約3米左右，精平后讀得B點(diǎn)水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)為b2，因儀器離B點(diǎn)很近，兩軸不平行引起的讀數(shù)誤差可忽略不計(jì)。故根據(jù)b2和A、B兩點(diǎn)的正確高差h算出A點(diǎn)尺上應(yīng)有讀數(shù)為

然后，瞄準(zhǔn)A點(diǎn)水準(zhǔn)尺，讀出水平視線讀數(shù)，如果h與h’相等，說明兩軸平行，否則存在I角，其值為

對于DS3級微傾水準(zhǔn)儀，I值不得大于20″。第35頁/共57頁【校正】轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使中絲對準(zhǔn)A點(diǎn)尺上正確讀數(shù)c2，此時(shí)視準(zhǔn)軸處于水平位置，但管水準(zhǔn)氣泡必然偏離中心。用撥針撥動(dòng)水準(zhǔn)管一端的上、下兩個(gè)校正螺絲，使氣泡的兩個(gè)半象符合。第36頁/共57頁2.7水準(zhǔn)測量的誤差及注意事項(xiàng)第37頁/共57頁儀器誤差1．儀器校正后的殘余誤差

角校正殘余誤差，這種影響與距離成正比，只要觀測時(shí)注意前、后視距離相等，可消除或減弱此項(xiàng)的影響。

2．水準(zhǔn)尺誤差

由于水準(zhǔn)尺刻劃不準(zhǔn)確，尺長變化、彎曲等影響，水準(zhǔn)尺必須經(jīng)過檢驗(yàn)才能使用。標(biāo)尺的零點(diǎn)差可在一水準(zhǔn)段中使測站為偶數(shù)的方法予以消除。第38頁/共57頁觀測誤差1．水準(zhǔn)管氣泡居中誤差

設(shè)水準(zhǔn)管分劃值為τ″，居中誤差一般為±0.15τ″，采用符合式水準(zhǔn)器時(shí)，氣泡居中精度可提高一倍，故居中誤差為

2．讀數(shù)誤差

在水準(zhǔn)尺上估讀毫米數(shù)的誤差，與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大倍率以及視線長度有關(guān)，通常按下式計(jì)算

3．視差影響

當(dāng)視差存在時(shí)，十字絲平面與水準(zhǔn)尺影像不重合，若眼睛觀察的位置不同，便讀出不同的讀數(shù)，因而也會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)誤差。4．水準(zhǔn)尺傾斜影響

水準(zhǔn)尺傾斜將使尺上讀數(shù)增大。第39頁/共57頁外界條件1．儀器下沉

由于儀器下沉，使視線降低，從而引起高差誤差。采用“后、前、前、后”的觀測程序，可減弱其影響。2．尺墊下沉

如果在轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生尺墊下沉，將使下一站后視讀數(shù)增大。采用往返觀測，取平均值的方法可以減弱其影響。3.地球曲率及大氣折光影響

如果前視水準(zhǔn)尺和后視水準(zhǔn)尺到測站的距離相等，則在前視讀數(shù)和后視讀數(shù)中含有相同的,放測站時(shí)要爭取“前后視相等”

4.溫度對儀器的影響

溫度會(huì)引起儀器的部件漲縮，從而可能引起視準(zhǔn)軸的構(gòu)件（物鏡，十字絲和調(diào)焦鏡）相對位置的變化，或者引起視準(zhǔn)軸相對與水準(zhǔn)管軸位置的變化。

不均勻的溫度對儀器的性能影響尤其大。

溫度的變化不僅引起大氣折光的變化，而且當(dāng)烈日照射水準(zhǔn)管時(shí)，由于水準(zhǔn)管本身和管內(nèi)液體溫度升高，氣泡向著溫度高的方向移動(dòng)，影響儀器水平，產(chǎn)生氣泡居中誤差，觀測時(shí)應(yīng)注意撐傘遮陽第40頁/共57頁2-8自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)儀簡介

第41頁/共57頁2.8自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀

第42頁/共57頁一、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀1、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀與微傾式水準(zhǔn)儀的區(qū)別自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀只有圓水準(zhǔn)器，沒有水準(zhǔn)管和微傾螺旋，而是在望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)中裝置了補(bǔ)償器。粗平之后，借助自動(dòng)補(bǔ)償裝置的作用，使視準(zhǔn)軸水平，便可讀出正確讀書。第43頁/共57頁2、視線自動(dòng)安平的原理

當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中后，視準(zhǔn)軸仍存在一個(gè)微小傾角α，在望遠(yuǎn)鏡的光路上安置一補(bǔ)償器，使通過物鏡光心的水平光線經(jīng)過補(bǔ)償器后偏轉(zhuǎn)一個(gè)β角，仍能通過十字絲交點(diǎn)，這樣十字絲交點(diǎn)上讀出的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，即為視線水平時(shí)應(yīng)該讀出的水準(zhǔn)尺讀數(shù)。

第44頁/共57頁

由于無需精平，這樣不僅可以縮短水準(zhǔn)測量的觀測時(shí)間，而且對于施工場地地面的微小震動(dòng)、松軟土地的儀器下沉以及大風(fēng)吹刮等原因，引起的視線微小傾斜，能迅速自動(dòng)安平儀器，從而提高了水準(zhǔn)測量的觀測精度。

第45頁/共57頁3、自動(dòng)安平補(bǔ)償器構(gòu)造

兩個(gè)直角棱鏡是補(bǔ)償器的擺動(dòng)部分。鏡筒傾斜時(shí)水平光線與其豎平面不正交，從而使光線在棱鏡系統(tǒng)中產(chǎn)生折射，最后把水平光線導(dǎo)至十字絲中心。光線在棱鏡系統(tǒng)中的多次折射可等效為一次折射。

第46頁/共57頁4、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用

首先將圓水準(zhǔn)器氣泡居中，然后瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，等待2～4秒后，即可進(jìn)行讀數(shù)。

有的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀配有一個(gè)補(bǔ)償器檢查按鈕，每次讀數(shù)前按一下該按鈕，確認(rèn)補(bǔ)償器能正常作用再讀數(shù)。第47頁/共57頁二、精密水準(zhǔn)儀簡介精密水準(zhǔn)尺第48頁/共57頁第49頁/共57頁二、精密水準(zhǔn)儀第50頁/共57頁1．精密水準(zhǔn)儀

精密水準(zhǔn)儀與一般水準(zhǔn)儀比較，其特點(diǎn)是能夠精密地整平視線和精確地讀取讀數(shù)。

（1）水準(zhǔn)器具有較高的靈敏度。如DS1水準(zhǔn)儀的管水準(zhǔn)器τ值為10″/2mm。

（2）望遠(yuǎn)鏡具有良好的光學(xué)性能。如DS1