建筑工程測量水準測量

第二章surveying水準測量是測定高程的常用方法之一。本章主要介紹水準測量原理和方法、水準儀的構造及使用、水準儀測定高差的作業(yè)方法及數(shù)據(jù)處理，水準測量誤差來源及注意問題。重點是水準測量作業(yè)方法及成果計算。難點是儀器的檢校。第二章 水準測量surveying本章內容2.1

水準測量原理2.2

水準測量儀器和工具2.3

水準儀的使用2.4

水準測量的施測方法2.5

水準測量的成果計算2.6

水準儀的檢校與校正2.7

水準測量誤差與注意事項2.8

其他水準儀簡介surveying2.1 水準測量原理

2.1.1

高程測量的方法

1.氣壓高程測量：利用地面高度不同、大氣的壓力也不同，氣壓與海拔高度成比例的原理來測定高程。 此法簡便，但精度很低。通常用在登山探險、資源考察方面。

測定地面點高程的工作就叫高程測量。

2.三角高程測量：根據(jù)幾何原理測定高差。 （精度較水準測量低，但傳遞快，平原、山區(qū)均可用，特別適用于山區(qū)）。

h’=D×tan

hAB=h’+i-v

HB=HA＋hAB

ih’DABhABVsurveyingsurveying3.水準測量 利用水準儀提供的水平視線來測定兩點間的高差。 精度較高，但山區(qū)不適用。4.GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)測定

通過接收衛(wèi)星信號,利用電磁波空中距離后方交會來測定高程。 全天候，不受地形限制，但精度不如水準測量。surveying

利用水準儀提供的水平視線,在鉛垂的水準尺上讀數(shù),由于水平視線與水準面以及標尺構成矩形,因而有

hAB=a-b

即高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)

HB=HA+hAB=(HA+a)-b=Hi-bb2.1.2水準測量原理hABabHAHB前視后視水平視線surveying2.2 水準測量儀器和工具

水準儀的類別

精密水準儀 DS05、DS1按精度分: 普通水準儀 DS3

（重點學習）

工程水準儀 DS10

電子水準儀 （精密、自動安平）按性能分： 自動安平水準儀（有精密、有普通）

微傾式水準儀

激光水準儀D——大地測量儀器 S——水準儀系列05、1、3、10——往返觀測1公里高差中數(shù)中誤差（㎜）surveying電子水準儀surveying自動安平水準儀surveyingDS3普通水準儀

1.望遠鏡作用：提供一條清晰的視線分三部分2.水準器作用：整平視線

3.基座作用：支承上部surveying2.2.1DS3水準儀的構造surveying微傾螺旋制動螺旋調焦螺旋微動螺旋各部件名稱物鏡目鏡水準管圓水準器腳螺旋制動螺旋粗瞄器surveying望遠鏡的構成:

由物鏡、目鏡、十字絲、調焦透鏡四個 部分構成

物鏡的作用：成像，把目標成像于望遠鏡內。

目鏡的作用：把目標的像放大。

十字絲的作用：用于精確瞄準目標。

調焦透鏡的作用：使遠近不同的物體都能夠成像于十字絲板上。

望遠鏡視準軸：物鏡光心與十字絲的連線。

1.望遠鏡的構造十字絲板豎絲橫絲或中絲上絲下絲十字絲交點surveying十字絲板水準管分劃值surveying2.水準器水準器分:

圓水準器——作用是：粗略整平儀器。 水準管——作用是：精確整平視線。圓水準器軸水準管軸surveying符合式水準管微傾螺旋surveying水準管的符合影像及氣泡居中腳螺旋的操作規(guī)律：氣泡往高處走，腳螺旋順時針轉升高，逆時針轉為降低。腳螺旋的作用：調平基座，粗略整平儀器。surveying3.基座及腳螺旋surveying2.2.2水準標尺和尺墊尺墊surveying水準尺種類普通水準尺：3米單面、雙面尺(紅、黑面)精密水準尺（配精密水準儀用）條碼尺(配電子水準儀用)

surveying2.3水準儀的使用精平 根據(jù)水準測量原理的要求,水準儀必須提供一條水平視線,瞄準目標,進行讀數(shù)。也就是說，讀數(shù)前必須把視線調成水平。1.

安置水準儀（將水準儀安裝到腳架上）2.粗略整平（用腳螺旋或腳架使圓氣泡居中）3.瞄準水準尺（粗瞄-對光-精瞄-消除視差）4.精確整平（用微傾螺旋使符合氣泡影像居中）5.讀數(shù)（讀取中絲所切的標尺高度）surveying水準儀的安置及使用用腳架粗平用腳螺旋粗平調微傾螺旋精平瞄準標尺讀數(shù)瞄準讀數(shù)記錄立尺091015倒像正像14注意單位，用米或毫米黑面紅面0.9611.483讀數(shù)方法什么是視差？當眼睛在目鏡處稍微上下移動時，發(fā)現(xiàn)標尺的讀數(shù)（像）也有相對移動的現(xiàn)象稱為視差。視差產(chǎn)生的原因：主要是由于調焦不準確，目標的像沒有落在十字絲平面上（兩者不重合）。視差消除的方法：重新進行目鏡、物鏡精確調焦，使十字絲與目標成像都清晰。十字絲平面標尺的像視準軸surveying關于視差的問題surveying2.4 水準測量的施測方法

2.4.1水準點與水準路線形式

1.水準點:用水準測量方法測定高程的高程控制點。

2.水準測量等級：一般分為一、二、三、四等和圖根水準。 一、二、三、四等水準點為永久點，圖根點一般是臨時水準點。 根據(jù)水準點等級不同，埋設要求也不同,見書中P15。surveying 閉合水準路線 單一形式 附合水準路線 支水準路線

水準網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 結點網(wǎng)3.水準路線形式已知點支水準路線surveying2已知點1345閉合水準路線已知點1已知點2附合水準路線單一路線形式surveying2.4.2水準測量外業(yè)工作水準測量外業(yè)工作包括：選點、埋石、觀測高差。1.選點、埋石或打樁

(圖上初選-實地定點-埋石或打樁)

選點要求:盡可能沿平坦道路布設，要求土質堅硬，便于長期保存和使用的地方。等級水準點要埋設標石。水準點布設

(沿道路布設)surveying

單面觀測法后視點A1，前視點A2（1)在兩點中間安置水準儀（2)粗平（3)先瞄后視點A1（4)精平（5)讀記中絲讀數(shù)2.345m（6)轉瞄前視點A2（7)精平（8)讀記中絲讀數(shù)量0.345m

（9)計算兩點高差

h=2.345-0.345=2.000m2.3450.345A1A2h測點讀數(shù)高差（m）后視讀數(shù)（m）前視讀數(shù)（m）A1A22.3450.3452.0002.兩點高差的觀測surveying雙面觀測法(紅黑面觀測法)（1）在兩點中間安置水準儀（2）粗平（3）瞄準后視點（黑面）（4）精平（5）讀數(shù)A1（黑）2.345m（6）轉過紅面再讀數(shù)A1（紅）7.032m（7)轉瞄前視點(黑面)（8)精平（9)讀數(shù)A2(黑)0.345m（10)轉過紅面再讀A2(紅)5.032m（11)計算黑紅面高差

方向點名標尺讀數(shù)K+黑-紅高差中數(shù)黑面紅面后A1前A2后-前等級觀測順序等級水準后—前—前—后等外水準后—后—前—前后視點前視點測站檢核方法：可用雙面尺觀測或變動儀器高觀測.注意：由后視轉向前視時，水準管氣泡居中才能讀數(shù)，若圓水準器氣泡不居中，不能再調腳螺旋。2.3457.0320.3455.0302.3457.0320.3455.0300+22.000 2.002-22.001surveying3.水準路線的觀測（圖根）測站、后視點、前視點轉點：在水準測量中起傳遞高程作用的臨時立尺點。觀測方法:從已知點開始按兩點間高差觀測方法一站一站地往前測，直到閉合回來或符合到另一已知點上。記錄計算surveying4.水準測量技術要求等級最大視距前后視距差黑+K-紅紅黑面高差之差路線閉合差四等80m5m3mm5mm20或6圖根100m10m4mm6mm40或12后視點前視距離后視距離前視點surveying5.觀測成果檢核測站高差檢核

可用雙面尺觀測或變動儀器高觀測來檢核.路線閉合差檢核 閉合或附合路線測完后，計算路線閉合差與允許閉合差比較，若不合格，分析原因，重測。閉合路線高差閉合差fh=∑h附合路線高差閉合差fh=∑h-（H終-H始）surveying2.5 水準測量的成果計算水準測量的目的是要得到各待定水準點的準確高程。

外業(yè)測出來的是各站高差,并且,由于各方面的原因,高差觀測值是帶有誤差的，必須通過誤差處理,求出準確高差,然后再計算出各個水準點的高程。水準測量成果計算的內容包括:

1.計算誤差（路線閉合差），并進行精度評定。

2.誤差分配，求出改正后的各段高差。

3.計算出各點高程。surveying2.5.1水準測量計算步驟：1.

對外業(yè)記錄計算進行全面檢查。2.繪出計算略圖。P19圖2.193.繪好計算表格。P19表2.24.填入有關數(shù)據(jù)。5.計算路線閉合差，并評定精度。6.分配閉合差，計算改正后高差。7.計算各點高程。計算實例閉合差計算閉合差=觀測值-理論值1.

閉合路線閉合差fh=h觀-h理=h觀2.附合路線閉合差fh=h觀-（H終-H始）h1h2h3h4h5h6h7h理=0H始點

H

終點h1h2h3h4h5h6h7h理=H終-H始surveying精度評定允許誤差參照技術要求,圖根級規(guī)定如下:

平坦地區(qū)fh容=

(㎜)

山區(qū) fh容=

(㎜)

若fh

≤fh容，則合格L——路線長度,以km為單位；n——測站總數(shù)。閉合差分配原則由于水準路線測量誤差的大小是與測站數(shù)或距離成正比的。因此，閉合差分配原則是：反號，按與測站數(shù)或距離成正比分配。 即每站(或每公里)高差改正數(shù)

V1=-fh/n

或V1=-fh/S

V1——一個站或一公里的改正數(shù)；

n——全路線測站數(shù)總和； S——全路線總長，以公里為單位。 若這一段有5個站，則這一段的改正數(shù)為5V1；若這一段長是0.5公里,則這段改正數(shù)為0.5V1。1.附合水準路線計算點名測站數(shù)高差高程（m）點名觀測值（m）改正數(shù)（mm）改正后高差（m）A2+2.150+6+2.15680.000A82.156BB2-1.506+6-1.50080.656CC3-0.502+9-0.493D80.163D3+1.828+9+1.83782.000EE10+1.970+30+2.000輔助計算:h=

+1.970m

?h=

+1.970–2.000=-0.03=-30㎜

?h容=±12

=±38㎜＞?h合格

每站改正數(shù)V1=

-?h/n=--30/10=+3㎜surveying2.閉合水準路線計算=48㎜2.6.1水準儀的主要軸系及應滿足的幾何關系主要軸系1.儀器的豎軸2.望遠鏡視準軸3.圓水準器軸4.水準管軸應滿足的幾何關系1.豎軸∥圓水準器軸2.水準管軸∥視準軸（主要條件）3.十字絲應水平surveying2.6 水準儀的檢校與校正2.6.2水準儀檢驗與校正檢驗原理：檢驗方法：粗平后轉180°觀察氣泡偏離情況。校正方法：各調一半1.豎軸∥圓水準器軸的檢校2.十字絲橫絲的檢校檢驗原理：檢驗方法：用橫絲瞄點或用豎絲瞄準錘球線看是否重合。3.水準管軸∥視準軸的檢校（i角的檢校）檢驗原理：檢驗方法：中端點法（1)在平坦地段量一段距離80m，定兩點A和B，并立上水準尺。（2）先在中點安儀器，測出AB兩點的正確高差hAB=a1-b1（改變儀器高測兩次取中數(shù)）（3）把儀器搬到離端點A或B約3m處安置，再測高差

hAB’=a2-b2ABa1b1a2b280米b2正若中點與端點所測高差相等，則i角為0，說明水準管軸∥視準軸。若不等，說明條件不滿足，如果差值大于4㎜則要校正。(或i=△h/Di角＞20″則要校正)

校正方法：在端點校正。先計算b2正=a2–hAB

，然后調微傾螺旋使中絲對準正確讀數(shù)，此時水準管氣泡不居中，再校正水準管。反復進行。surveying關于i角的問題什么是i角？

i角是水準管軸不平行視準軸所形成的小角。i角對標尺讀數(shù)和高差的影響 與距離成正比，距離越大，對讀數(shù)的影響越大。 若前后視距離相等，則i角對前后視讀數(shù)的影響相等。對高差沒有影響。 若D1=D2△1=△2

則h=(a+△1)–(b+△2)=a-bi角誤差是儀器的殘余誤差，屬于系統(tǒng)誤差。消除方法：可以通過中間法（即前后視距相等）消除其對高差的影響。iD1△2△1D2iabsurveying

i角檢驗舉例兩點距離80m，中間站測得兩點高差h1=+0.235m,h2=+0.231m,搬到后視點附近后,測得后視讀數(shù)為1.053m,前視讀數(shù)為0.810m,問儀器i角有多大？視線偏上或偏下？如何校正？

解:正確高差h=+0.233m,

端點測得高差h’=1.053-0.810=+0.243m≠h

所以有i角存在，△h=h-h’=-10㎜

i角=△h/D=-10×206265/80000=-26″

視線偏下。 校正:先計算正確的前視讀數(shù)

b正=a-h=1.053-0.233=0.820m

然后用微傾螺旋使中絲對準確0.820m處,此時再用校正針調水準管校正螺釘使氣泡居中即可。

校正后還需再檢驗一次，直到符合要求為止。surveyingsurveying2.7水準測量誤差與注意事項

2.7.1水準測量誤差來源

1.儀器、工具殘余誤差 主要有：i角誤差，標尺分劃誤差，尺零點差，十字絲中絲不水平誤差等。

2.人為誤差(觀測誤差)

氣泡居中誤差，讀數(shù)誤差，調焦誤差、立尺誤差等。

3.外界環(huán)境影響 風、氣溫、大氣折