測(cè)量員學(xué)習(xí)材料課件

土木工程測(cè)量教學(xué)課件1本章摘要

本章主要介紹水準(zhǔn)測(cè)量原理、水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造和使用、水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施方法和成果計(jì)算、檢核等內(nèi)容。2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)量是精密測(cè)量地面點(diǎn)高程最主要的方法。3§2.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺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.其主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分構(gòu)成。2.2.1DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造5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。2.2.1DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造1、望遠(yuǎn)鏡62、水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器是用來標(biāo)志視準(zhǔn)軸是否水平或儀器豎軸是否鉛垂的裝置。⑴管水準(zhǔn)器(水準(zhǔn)管)——用來指示視準(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2.2.1DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造72、水準(zhǔn)器⑵圓水準(zhǔn)器——用來指示豎軸是否豎直。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8′～10′/2mm，故只用于儀器的概略整平。2.2.1DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造93、基座主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成。基座用于支承儀器的上部并通過連接螺旋使儀器與三腳架相連。調(diào)節(jié)基座上的三個(gè)腳螺旋可使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。軸座腳螺旋連接板2.2.1DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造101、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。2、尺墊2.2.2水準(zhǔn)尺和尺墊雙面尺(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=4.787m。用于三、四等精度以下的水準(zhǔn)測(cè)量中。114、精確整平——使視準(zhǔn)軸處于精確水平位置5、讀數(shù)0.5cm/格2.2.3水準(zhǔn)儀的使用132.2.3水準(zhǔn)儀的使用14§2.3水準(zhǔn)測(cè)量方法用水準(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.(BenchMark))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2.3.1水準(zhǔn)點(diǎn)15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=Σh=Σa-ΣbB點(diǎn)高程為：HB=HA+Σh (2-5)hAB=Σh=Σa-ΣbHB=HA+Σh2.3.2水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施172.3.2水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施ab1.3460.9790.3851.2591.2780.7120.6530.5661.8640.5470.7121.2114.5544.1214.1210.4330.43354.63954.2060.433HB=54.206+0.433=54.639181、測(cè)站檢核⑴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)高差之差不超過容許值(等外水準(zhǔn)測(cè)量容許值為6mm)。否則必須重測(cè)。⑵雙面尺法——是儀器的高度不變，而前視和后視上的水準(zhǔn)尺分別用黑和紅面各進(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3mm；且兩次高差之差，又未超過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)。2.3.3水準(zhǔn)測(cè)量檢核紅黑面零點(diǎn)差相差100mm，兩個(gè)高差也應(yīng)相差l00mm，應(yīng)在紅面高差中加或減100mm后再與黑面高差比較。每次讀數(shù)時(shí)均應(yīng)使符合水準(zhǔn)氣泡嚴(yán)密吻合，每個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)均應(yīng)安放尺墊，但所有已知水準(zhǔn)點(diǎn)和待求高程點(diǎn)上不能放置尺墊。192、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(2-9)四等水準(zhǔn)測(cè)量高差閉合差容許值為：平地山地(2-10)式中：L為水準(zhǔn)路線總長(zhǎng)(km)；n為測(cè)站數(shù)2.3.3水準(zhǔn)測(cè)量檢核21§2.4水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算⑴高差閉合差的計(jì)算由式(2-6)：fh=Σh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：fh容=±12n1/2=±12×241/2=±58mm|fh|<|fh容|，符合圖根水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求。

fh=Σh測(cè)-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm2.4.1附合水準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算22⑵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(A～1)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)便得到改正后的高差。2.4.1附合水準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算23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。2.4.2閉合水準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算25§2.5微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正各軸線間應(yīng)滿足的幾何條件是:①圓水準(zhǔn)器l軸平行儀器豎軸；②十字絲橫絲垂直儀器豎軸；③水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。四條主要軸線:視準(zhǔn)軸CC、水準(zhǔn)管軸LL、圓水準(zhǔn)器軸L′L′儀器豎軸VV水準(zhǔn)儀之所以能提供一條水準(zhǔn)路線，取決于儀器本身的構(gòu)造特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在軸線間應(yīng)滿足的幾何條件：26⑴檢驗(yàn)2.5.2十字絲橫絲垂直儀器豎軸的檢驗(yàn)與校正29⑵校正改正偏移量的一半。2.5.2十字絲橫絲垂直儀器豎軸的檢驗(yàn)與校正30⑴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)測(cè)的b’與計(jì)算得到的b’0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)2～3m的Ⅱ處，……B點(diǎn)尺上水平視線的正確讀數(shù)為：b’正確讀數(shù)2.5.3水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)與校正31⑵校正儀器仍處在Ⅱ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)?！?.5.3水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)與校正32§2.6水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法水準(zhǔn)測(cè)量的誤差 包括水準(zhǔn)儀本身的⑴儀器誤差、人為的⑵觀測(cè)誤差以及⑶外界條件的影響三個(gè)方面。33⑴儀器校正后的殘余誤差水準(zhǔn)儀經(jīng)過校正后，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。⑵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)站的方法來消除；也可在前、后視中使用同一根水準(zhǔn)尺來消除。2.6.1儀器誤差34⑴水準(zhǔn)管氣泡對(duì)中誤差水準(zhǔn)管氣泡居中誤差一般為±0.15τ″。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：⑵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；ρ——206265″；τ——水準(zhǔn)管分劃值。(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。2.6.2觀測(cè)誤差35⑶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。⑷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)。2.6.2觀測(cè)誤差36⑴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。⑵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)，通過高差計(jì)算可消除該影響。⑶地球曲率的影響(2-17)2.6.3外界條件影響

37⑷大氣折光影響由于地面上空氣密度不均勻，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γ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：⑸溫度的影響(2-18)此項(xiàng)誤差可用前、后視距相等的方法來消除。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)2.6.3外界條件影響

38§2.7精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺精密水準(zhǔn)儀主要用于高等級(jí)高程控制測(cè)量和精密工程測(cè)量中，例如國(guó)家一、二等精密水準(zhǔn)測(cè)量、高層建筑物沉降觀測(cè)、大型精密設(shè)備安裝等測(cè)量工作。39精密水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)：水準(zhǔn)管分劃值較小，一般設(shè)計(jì)為10?/2mm；

望遠(yuǎn)鏡亮度好，放大率較大，不小于40倍；儀器整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度變化的影響?。粸榱颂岣咦x數(shù)精度，精密水準(zhǔn)儀上還設(shè)有光學(xué)測(cè)微器讀數(shù)系統(tǒng)。2.7.1精密水準(zhǔn)儀構(gòu)造特點(diǎn)及讀數(shù)原理40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。1.97m1.54mm1.97154/2=0.98577m1.48m6.50mm1.48650m基本分劃，分劃值1cm輔助分劃，分劃值1cm2.7.2精密水準(zhǔn)尺及讀數(shù)方法41§2.8自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和激光掃平儀42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，便可通過中絲讀到水平視線在水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。2.8.1自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基本原理43結(jié)構(gòu)形式較多，國(guó)產(chǎn)DSZ3型采用懸吊棱鏡組借助重力作用達(dá)到補(bǔ)償。2.8.2自動(dòng)安平補(bǔ)償器442.8.2自動(dòng)安平補(bǔ)償器45激光掃平儀是一種新型的自動(dòng)安平平面的定位儀器。2.8.3激光掃平儀46測(cè)量地面上兩點(diǎn)之間的高差。即首先測(cè)定B點(diǎn)對(duì)A點(diǎn)的高差hAB，然后用公式HB=HA+hAB計(jì)算待定點(diǎn)高程。