土木工程測(cè)量-第02章 水準(zhǔn)測(cè)量.ppt

1、第二章 水準(zhǔn)測(cè)量,土木工程測(cè)量,教學(xué)課件,測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作稱為高程測(cè)量。按使用儀器和施測(cè)方法的不同，高程測(cè)量分為水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和氣壓高程測(cè)量。,圖2-1，A、B兩點(diǎn)高差為： hAB=a-b (2-1),hAB=a-b,圖2-1中，A為已知高程點(diǎn)，B為待測(cè)高程點(diǎn)，a為后視讀數(shù)，b為前視讀數(shù)。,若已知A點(diǎn)高程為HA，則B點(diǎn)高程為： HB=HA+hAB=HA+(a-b) (2-2),HB=HA+hAB=HA+(a-b),B點(diǎn)高程還可通過(guò)儀器的視線高程Hi計(jì)算：,(2-3),(2-2式)稱高差法 (2-3)式稱儀高法,DS3型水準(zhǔn)儀，進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量每千米往、返測(cè)高差精度可達(dá)3mm.其主要由望

2、遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分構(gòu)成。,1、望遠(yuǎn)鏡,望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構(gòu)成。,2、水準(zhǔn)器,水準(zhǔn)器是用來(lái)標(biāo)志視準(zhǔn)軸是否水平或儀器豎軸是否鉛垂的裝置。,管水準(zhǔn)器(水準(zhǔn)管)用來(lái)指示視準(zhǔn)軸是否水平,水準(zhǔn)管圓弧中點(diǎn)O稱為水準(zhǔn)管零點(diǎn)。過(guò)零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧的直線LL，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡中心與零點(diǎn)重合時(shí)，稱氣泡居中，此時(shí)水準(zhǔn)管軸處于水平位置；若氣泡不居中，則水準(zhǔn)管軸處于傾斜位置。,水準(zhǔn)管零點(diǎn),水準(zhǔn)管軸,氣泡居中,2、水準(zhǔn)器,管水準(zhǔn)器,水準(zhǔn)管2mm的弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角稱為水準(zhǔn)管分劃值。,(2-4),R水準(zhǔn)管圓弧半徑，mm 206265 DS3型水準(zhǔn)管分劃值為20/2mm,水準(zhǔn)

3、管分劃值,符合水準(zhǔn)器,2、水準(zhǔn)器,圓水準(zhǔn)器用來(lái)指示豎軸是否豎直。,球面中央圓圈，圓圈的圓心稱為水準(zhǔn)器零點(diǎn)。過(guò)零點(diǎn)的球面法線，稱為圓水準(zhǔn)軸，當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)軸處于豎直位置。圓水準(zhǔn)器分劃值是指通過(guò)零點(diǎn)的任意一個(gè)縱斷面上，氣泡中心偏離2mm的弧長(zhǎng)所對(duì)圓心角的大小。 DS3水準(zhǔn)儀圓水準(zhǔn)器分劃值一般為810/2mm，故只用于儀器的概略整平。,3、基座,主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成。,軸座,腳螺旋,連接板,1、水準(zhǔn)尺,塔尺由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長(zhǎng)3m或5米，接頭處存在誤差，多用于精度較低的水準(zhǔn)測(cè)量中。 雙面尺(直尺或板尺)；黑面尺(基本分劃)、紅面尺(輔助分劃)；常數(shù)K1=4.687m，K2

4、=4.787m。用于三、四等精度以下的水準(zhǔn)測(cè)量中。,2、尺墊,1、安置水準(zhǔn)儀,2、粗略整平目的使儀器豎軸大致鉛直，視準(zhǔn)軸粗略水平。,3、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺,視差 消除視差的方法,4、精確整平使視準(zhǔn)軸處于精確水平位置,5、讀數(shù),用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定的高程控制點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)(記為BM. (Bench Mark) 國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設(shè)永久性標(biāo)石標(biāo)志。 圖根水準(zhǔn)點(diǎn)和施工測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)常采用臨時(shí)性標(biāo)志。,二、三等,圖2-15 轉(zhuǎn)點(diǎn)(Turing Point), 簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)P,每一測(cè)站可測(cè)得前、后視兩點(diǎn)間的高差，即：,h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn,各式相加，得： hAB=h

5、=a-b B點(diǎn)高程為：HB=HA+h(2-5),hAB=h=a-b,HB=HA+h,1、測(cè)站檢核,變動(dòng)儀高法是在同一個(gè)測(cè)站上用兩次不同的儀器高度(10cm)，測(cè)得兩次高差以相互比較進(jìn)行檢核。兩次所測(cè)高差之差不超過(guò)容許值(等外水準(zhǔn)測(cè)量容許值為6mm)。否則必須重測(cè)。,雙面尺法:是儀器的高度不變，而立在前視點(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(cè)得兩次高差，相互進(jìn)行檢核。若同一水準(zhǔn)尺紅面與黑面讀數(shù)(加常數(shù)后)之差，不超過(guò)3mm；且兩次高差之差，又未超過(guò)5mm,則取其平均值作為該測(cè)站的觀測(cè)高差。否則，需要檢查原因，重新觀測(cè)。,2、成果檢核,符合水準(zhǔn)路線,高差閉合差 fh=h測(cè)-(H終-

6、H始)(2-6),fh=h測(cè)-(H終-H始),閉合水準(zhǔn)路線,高差閉合差 fh=h測(cè)(2-7),fh=h測(cè),支水準(zhǔn)路線,高差閉合差 fh=h往+h返(2-8),fh=h往+h返,2、成果檢核,高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測(cè)量誤差，故閉合差的數(shù)值應(yīng)該在容許范圍內(nèi)，否則應(yīng)檢查原因，返工重測(cè)。,圖根水準(zhǔn)測(cè)量高差閉合差容許值為： 平地 山地,四等水準(zhǔn)測(cè)量高差閉合差容許值為： 平地 山地,式中：L為水準(zhǔn)路線總長(zhǎng)(km)；n為測(cè)站數(shù),高差閉合差的計(jì)算 由式(2-6)： fh=h測(cè)-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm,按山地及圖根水準(zhǔn)精度計(jì)算閉合差容許差為：

7、 fh容=12n1/2=12241/2=58mm |fh|fh容|，符合圖根水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求。,fh=h測(cè)-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm,閉合差調(diào)整 閉合差的調(diào)整是按與距離或與測(cè)站數(shù)成正比例反符號(hào)分配到各測(cè)段高差中。第i測(cè)段高差改正數(shù)按下式計(jì)算：,式中：n路線總測(cè)站數(shù)；ni第i段測(cè)站數(shù)； L路線總長(zhǎng)；Di第i段距離。 由式(2-11)算出第一段(A1)的改正數(shù)為：,(2-11),或,(2-12),其他各測(cè)段改正數(shù)按式(2-11)算出后列入表2-2中。改正數(shù)的總和與高差閉合差大小相等符號(hào)相反。每測(cè)段實(shí)測(cè)高差加相應(yīng)的改正數(shù)便得到改正后的高

8、差。,計(jì)算各點(diǎn)高程 用改正后的高差，由已知水準(zhǔn)點(diǎn)A開(kāi)始，逐點(diǎn)算出各點(diǎn)高程，列入表2-2中。由計(jì)算得到的B點(diǎn)高程應(yīng)與B點(diǎn)的已知高程相等，以此作為計(jì)算檢核。,總測(cè)站數(shù),實(shí)測(cè)高差,高差閉合差,閉合差容許,按2-11、2-12計(jì)算調(diào)整值,實(shí)測(cè)高差加改正數(shù),A點(diǎn)已知高程,B點(diǎn)已知高程,42.365+改正后高差,閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差按式(2-7)計(jì)算，若閉合差在容許值范圍內(nèi)，按上述附合水準(zhǔn)路線相同的方法調(diào)整閉合差，并計(jì)算高程。,水準(zhǔn)儀有以下主要軸線：視準(zhǔn)軸、水準(zhǔn)管軸、儀器豎軸和圓水準(zhǔn)器軸，以及十字絲橫絲，見(jiàn)圖2-18。,各軸線間應(yīng)滿足的幾何條件是: 圓水準(zhǔn)器l軸平行儀器豎軸； 十字絲橫絲垂直儀器豎軸；

9、水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。,檢驗(yàn),校正,檢驗(yàn),校正 改正偏移量的一半。,檢驗(yàn),在高差不大的地面上選擇相距80m左右的A、B兩點(diǎn),實(shí)際測(cè)出的b與計(jì)算得到的b0應(yīng)相等，則表明水準(zhǔn)管平行視準(zhǔn)軸否則，兩軸不平行，其夾角為：,b0=a+hAB (2-13),(2-14),DS3水準(zhǔn)儀的i角不得大于20，否則應(yīng)校正。,將儀器搬至距A點(diǎn)23m的處， B點(diǎn)尺上水平視線的正確讀數(shù)為：,b,校正,儀器仍處在處，調(diào)節(jié)微傾螺旋，使中絲在B尺上的讀數(shù)移到b0,這時(shí)視準(zhǔn)軸處于水平位置，但水準(zhǔn)管氣泡不居中(符合氣泡不吻合)。,儀器校正后的殘余誤差,水準(zhǔn)儀經(jīng)過(guò)校正后，不可能絕對(duì)滿足水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸的條件，因而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。這種

10、誤差的影響與距離成正比，只要觀測(cè)時(shí)注意使前、后視距離相等，便可消除或減弱此項(xiàng)誤差的影響。,水準(zhǔn)尺誤差,包括水準(zhǔn)尺長(zhǎng)度變化、刻劃誤差和零點(diǎn)誤差等。 精密水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢定，并對(duì)讀數(shù)進(jìn)行尺長(zhǎng)誤差改正。零點(diǎn)誤差在成對(duì)使用水準(zhǔn)尺時(shí)，可采取設(shè)置偶數(shù)測(cè)站的方法來(lái)消除；也可在前、后視中使用同一根水準(zhǔn)尺來(lái)消除。,水準(zhǔn)管氣泡對(duì)中誤差,水準(zhǔn)管氣泡居中誤差一般為0.15。符合水準(zhǔn)器，氣泡居中精度可提高一倍。由氣泡居中誤差引起的讀數(shù)誤差為：,讀數(shù)誤差估讀毫米數(shù)的誤差，與人眼分辨能力、望遠(yuǎn)鏡放大率以及視線長(zhǎng)度有關(guān)。按下式計(jì)算：,式中：V望遠(yuǎn)鏡放大率；D視線長(zhǎng)； 60人眼能分辨的最小角度；206265；水準(zhǔn)管分劃

11、值。,(2-15),(2-16),為保證讀數(shù)精度，各等水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)望遠(yuǎn)鏡放大率和最大視線長(zhǎng)有相應(yīng)規(guī)定。,視差影響視差對(duì)水準(zhǔn)尺讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。應(yīng)仔細(xì)調(diào)焦，避免出現(xiàn)視差。,水準(zhǔn)尺傾斜誤差水準(zhǔn)尺傾斜會(huì)使讀數(shù)增大，其誤差大小與尺傾斜的角度和在尺上的讀數(shù)大小有關(guān)。,儀器下沉,選擇堅(jiān)實(shí)的地面作測(cè)站，并將腳架踏實(shí)。用雙面尺法進(jìn)行測(cè)站檢核時(shí)，采用“后、前、前、后”的觀測(cè)程度，可減小其影響。,尺墊下沉,水平視線在尺上的讀數(shù)b，理論上應(yīng)改算為相應(yīng)水準(zhǔn)面截于水準(zhǔn)尺的讀數(shù)b，兩者的差值c稱為地球曲率差。,測(cè)量中當(dāng)前、后視距相等時(shí)，通過(guò)高差計(jì)算可消除該影響。,地球曲率的影響,(2-17),大氣折光影響,由于地面上空氣

12、密度不均勻，使I光線發(fā)生折射。因而水準(zhǔn)測(cè)量中，實(shí)際的讀數(shù)不是水平視線的讀數(shù)，而是一向下彎曲視線的讀數(shù)。兩者之差稱為大氣折光差，用表示。在穩(wěn)定的氣象條件下，大氣折光差約為地球曲率差的1/7，即：,溫度的影響,(2-18),此項(xiàng)誤差可用前、后視距相等的方法來(lái)消除。 地球曲率差和大氣折光差是同時(shí)存在的兩者對(duì)讀數(shù)的共同影響可用下式計(jì)算：,(2-19),精密水準(zhǔn)儀主要用于國(guó)家一、二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量和高精度的工程測(cè)量中，例如建筑物沉降觀測(cè)，大型精密設(shè)備安裝等測(cè)量工作。 精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造與DS3水準(zhǔn)儀基本相同，也是由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。其不同之點(diǎn)是：水準(zhǔn)管分劃值較小，一般為10/2mm；望遠(yuǎn)鏡放大率較大，一般不小于40倍；望遠(yuǎn)鏡亮度好，儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度的變化影響小等。 為了提高讀數(shù)精度，精密水準(zhǔn)儀上設(shè)有光學(xué)測(cè)微器。,精密水準(zhǔn)儀必須配有精密水準(zhǔn)尺。這種水準(zhǔn)尺一般是在木質(zhì)尺身的槽內(nèi)，引張一根因瓦合金帶。在帶上標(biāo)有刻劃，數(shù)字注在木尺上。,用自動(dòng)補(bǔ)償器代替水準(zhǔn)管，只需將水準(zhǔn)儀上的圓水準(zhǔn)器氣泡居中，便可通過(guò)中絲讀到水平視線在水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。,結(jié)構(gòu)形式較多，國(guó)產(chǎn)DSZ3型采