華南農(nóng)業(yè)大學(xué)《測量學(xué)》第二章水準(zhǔn)測量

第二章水準(zhǔn)丈量主講：于紅波主要內(nèi)容：水準(zhǔn)丈量原理、水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及運用、水準(zhǔn)丈量的施測方法及成果整理主要目的：使學(xué)生了解水準(zhǔn)丈量原理、丈量儀器與丈量工具，掌握地面點位高程丈量過程。重點內(nèi)容：水準(zhǔn)丈量原理、施測方法、成果計算。

§2.1水準(zhǔn)丈量原理測定地面點高程的任務(wù)，稱為高程丈量(heightmeasurement)。高程丈量按所運用的儀器和施測方法的不同，可以分為水準(zhǔn)丈量(leveling)、三角高程丈量(trigonometricleveling)、GPS高程丈量(GPSleveling)和氣壓高程丈量(airpressureleveling)。水準(zhǔn)丈量是目前精度較高的一種高程丈量方法第一節(jié)水準(zhǔn)丈量原理原理：利用水準(zhǔn)儀(level)提供的程度視野(horizontalsight)，配合水準(zhǔn)尺(levelingstaff)，測定地面兩點的高差，然后根據(jù)一知點高程推算未知點高程。§2.1水準(zhǔn)丈量原理一、高差丈量高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)h=a-b=hAB高差有正負(fù)之分在計算高差hAB時，一定要留意hAB的下標(biāo)：hAB表示A點至B點的高差。二、高程計算HB=HA+h=HA+a-b……高差法=〔HA+a〕-b=Hi-b………視野高法§2.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用水準(zhǔn)丈量所用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具有水準(zhǔn)尺和尺墊(staffplate)。一、水準(zhǔn)儀1、水準(zhǔn)儀分類經(jīng)過調(diào)整水準(zhǔn)儀使管水準(zhǔn)氣泡居中獲得程度視野的水準(zhǔn)儀稱為微傾式水準(zhǔn)儀(titlelevel)；分DS05、DS1、DS3，DS10,下標(biāo)“05〞、“1〞、“3〞及“10〞等數(shù)字表示該類儀器的精度，每公里往返測高差中數(shù)的中誤差。經(jīng)過補(bǔ)償器獲得程度視野讀數(shù)的水準(zhǔn)儀稱為自動安平水準(zhǔn)儀(compensatorlevel)。2、微傾水準(zhǔn)儀的構(gòu)造水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡(telescope)、水準(zhǔn)器(bubble)和基座(tribrach)組成?！?〕望遠(yuǎn)鏡

根據(jù)在目鏡端察看到的物體成像情況，望遠(yuǎn)鏡可以分為正像望遠(yuǎn)鏡和倒像望遠(yuǎn)鏡。

十字絲分劃板：

在不斷徑為約10mm的光學(xué)玻璃圓片上刻出三根橫絲和一根垂直于橫絲的縱絲；

中間的長橫絲稱為中絲，用于讀取水準(zhǔn)尺上分劃的讀數(shù)；

上、下兩根較短的橫絲稱為上絲和下絲，上、下絲總稱為視距絲，用來測定水準(zhǔn)儀至水準(zhǔn)尺的間隔。用視距絲丈量出的間隔稱為視距(stadia)。

望遠(yuǎn)鏡物鏡光心與十字絲交點的連線稱為望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸(collimationaxisoftelescope)，用CC表示?！?.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用觀測者的眼睛在目鏡端上、下悄然挪動時，目的像與十字絲沒有相對挪動，假設(shè)目的像與十字絲分劃板平面不重合，觀測者的眼睛在目鏡端上、下悄然挪動時，目的像與十字絲之間就會有相對挪動，這種景象稱為視差(parallax)。

消除視差的方法：用手暫時遮住物鏡(或?qū)⑼h(yuǎn)鏡對準(zhǔn)天空)，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲非常明晰；移去遮物鏡的手(或瞄準(zhǔn)標(biāo)尺)，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋使目的像非常明晰?！?.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用2134十字絲環(huán)校正螺絲十字絲環(huán)校正螺絲2)水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器用于置平儀器。水準(zhǔn)器有管水準(zhǔn)器(bubbletube)和圓水準(zhǔn)器(circularbubble)兩種。

①管水準(zhǔn)器〔水準(zhǔn)管〕

a：水準(zhǔn)管軸——過水準(zhǔn)管圓弧零點的切線

b：水準(zhǔn)管分劃值——2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角。分劃值越大，水準(zhǔn)管靈敏度越低；反之，越高。

圓水準(zhǔn)器分劃值8/2mm用于儀器粗平管水準(zhǔn)器分劃值20/2mm用于儀器精平

符合氣泡符合尚未符合§2.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用②圓水準(zhǔn)器

圓水準(zhǔn)器由玻璃圓柱控制成，其頂面內(nèi)壁是磨成一定半徑R的球面，中央刻有小圓圈，其圓心O是圓水準(zhǔn)器的零點；

過零0點的球面法線為圓水準(zhǔn)器軸(circularbubbleaxis)；

當(dāng)圓水準(zhǔn)氣泡居中時，

圓水準(zhǔn)器軸處于豎直位置；

圓水準(zhǔn)器用于粗略整平儀器。

③基座

基座主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構(gòu)成。

二、水準(zhǔn)尺和尺墊

水準(zhǔn)尺普通用優(yōu)質(zhì)木材或玻璃鋼制成，長度從2m~5m不等。

水準(zhǔn)尺分為直尺、塔尺和折尺，其中直尺又分單面分劃和雙面分劃兩種。

雙面尺的黑面均由零開場分劃和注記。

紅面的分劃和注記，一把尺由4.687m開場分劃和注記，另一把尺由4.787m開場分劃和注記，兩把尺紅面注記的零點差為0.1m。

尺墊是在轉(zhuǎn)點處放置水準(zhǔn)尺用的。

§2.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用三、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的運用水準(zhǔn)丈量的操作步驟：安頓儀器→粗平→瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺→精平→讀數(shù)。1〕安頓儀器要求使三腳架的架頭面大致程度，并將三腳架的三個腳尖踩入土中，使腳架穩(wěn)定。然后從儀器箱內(nèi)取出水準(zhǔn)儀，放在三腳架的架頭面，并立刻用中心螺旋旋入儀器基座的螺孔內(nèi)，以防止儀器從三腳架頭上摔下來。2)粗平粗平即粗略整平儀器。旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準(zhǔn)氣泡居中，儀器的豎軸大致鉛垂，使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸大致程度。旋轉(zhuǎn)腳螺旋方向與圓水準(zhǔn)氣泡挪動方向的規(guī)律是：用左手旋轉(zhuǎn)腳螺旋，那么左手大拇指挪動方向即為水準(zhǔn)氣泡挪動方向；用右手旋轉(zhuǎn)腳螺旋，那么右手食指挪動方向即為水準(zhǔn)氣泡挪動方向?！白笫执竽粗阜è暣制剑簹馀菖矂拥姆较蚺c左手大拇指轉(zhuǎn)動腳螺旋的方向一致。3)瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺

先目鏡對光：旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲明晰；松開制動螺旋，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡上的準(zhǔn)星和照門瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊制動螺旋；

旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使目的明晰，再旋轉(zhuǎn)微動螺旋，使豎絲對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。

4)精平

從目鏡左邊的附合氣泡察看窗中察看兩個氣泡影像能否吻合，如不吻合，再漸漸旋轉(zhuǎn)微傾螺旋直至完全吻合為止。

5)讀數(shù)

儀器精平后，應(yīng)立刻用十字絲的橫絲在水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)。

§2.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用a0730

bc62531478§2.2水準(zhǔn)丈量儀器、工具及運用根本任務(wù)〔單站〕安頓—粗平—瞄準(zhǔn)—精平—讀數(shù)〔1〕選定測站：土質(zhì)堅實、通視良好、少受震動、易于安頓〔2〕安頓儀器：在兩尺之間將儀器結(jié)實地銜接在三腳架上〔3〕粗略整平：如下圖轉(zhuǎn)動腳螺旋使圓水準(zhǔn)氣泡居中?！?〕目的瞄準(zhǔn)〔后—前〕：1.目鏡對光2.粗略瞄準(zhǔn)3.物鏡對光4.消除視差〔5〕準(zhǔn)確整平〔6〕讀取讀數(shù)〔后—前〕：自小到大，估讀到毫米符合氣泡符合尚未符合

abc§2.3普通水準(zhǔn)丈量為一致全國的高程系統(tǒng)和滿足各種丈量的需求，測繪部門在全國各地埋設(shè)并測定了很多高程點。水準(zhǔn)點：用水準(zhǔn)丈量的方法測定的高程控制點稱為水準(zhǔn)點〔BenchMark，通?？s寫為“BM〞。水準(zhǔn)丈量：從某一知高程的水準(zhǔn)點開場，經(jīng)過一定的水準(zhǔn)道路，測定各待定點的高程。點之記：水準(zhǔn)點應(yīng)進(jìn)展編號，并繪出水準(zhǔn)點與附近固定建筑物或其它明顯地物關(guān)系的點位草圖，作為水準(zhǔn)丈量的成果一并保管?！?.3普通水準(zhǔn)丈量轉(zhuǎn)點：假設(shè)兩點間高差較大或相距較遠(yuǎn)，僅安頓一次儀器不能測得它們的高差，這時需求加設(shè)假設(shè)干個暫時的立尺點，作為傳送高程的暫時點。延續(xù)水準(zhǔn)丈量：依次延續(xù)地在兩個立尺點中間安頓水準(zhǔn)儀來測定相鄰各點間高差，最后取各個測站高差的代數(shù)和，即求得兩點間的高差值。§2.3普通水準(zhǔn)丈量欲求hAB，在A點至B點水準(zhǔn)道路上增設(shè)n-1個轉(zhuǎn)點，安頓n次水準(zhǔn)儀，依次延續(xù)地測定相鄰兩點間高差h1～hn，即h1=a1-b1h2=a2-b2hn=an-bn那么hAB=h1+h2+···+hn=∑h=∑a-∑bHB=HA+hAB=HA+〔∑a-∑b〕hAB§2.3普通水準(zhǔn)丈量水準(zhǔn)丈量的校核方法和閉合差的調(diào)整一、水準(zhǔn)丈量的校核方法㈠測站校核1、雙面尺法⑴同一根尺紅、黑面讀數(shù)之差為４.687或4.787〔m)。誤差≤±3mm⑵一對尺:黑、紅面算得的高差應(yīng)相等。h黑＝a黑－b黑h紅＝a紅－b紅±0.1mh黑－h(huán)紅≤±6mm2.改動儀器高法在每個測站上觀測一次高差后，再原地重新安頓儀器〔升高或降低10cm以上〕，再測一次高差。hAB－h(huán)AB′≤6mm§2.3普通水準(zhǔn)丈量〔二〕道路校核在水準(zhǔn)點之間進(jìn)展水準(zhǔn)丈量所經(jīng)過的道路，稱為水準(zhǔn)道路。水準(zhǔn)道路普通布設(shè)為附合水準(zhǔn)道路、閉合水準(zhǔn)道路和支水準(zhǔn)道路。3.支水準(zhǔn)道路BM.A121BM.A2341.閉合水準(zhǔn)道路2.附合水準(zhǔn)道路BM.ABM.B123§2.3普通水準(zhǔn)丈量3.支水準(zhǔn)道路BM.A121BM.A2341.閉合水準(zhǔn)道路2.附合水準(zhǔn)道路BM.ABM.B123§2.3普通水準(zhǔn)丈量一、水準(zhǔn)丈量的校核方法：測站測核和道路校核1、測站校核：a、雙面尺法：普通黑、紅面高差誤差≦6mmb、改動儀器高法：兩次高差誤差在普通水準(zhǔn)丈量中≦6mm2、道路校核：a、附合水準(zhǔn)道路：h測=h理

b、閉合水準(zhǔn)道路：∑h理=0

c、支水準(zhǔn)道路：|∑h往|=|∑h返|

高差閉合差允許值：普通水準(zhǔn)丈量△h容=±12mm△h容=±40mm二、高差閉合差調(diào)整:1.按比例分配矯正值;2.矯正值符號與閉合差符號相反對于閉合或附合水準(zhǔn)道路，按與道路長度L或按道路測站數(shù)n成正比的原那么，將高差閉合差反其符號進(jìn)展分配?！?.3普通水準(zhǔn)丈量原那么：將閉合差按測段的長度或測站數(shù)成正比反符號進(jìn)展分配矯正值δi=－〔fh／∑Ｌ〕×Li或δi=－〔fh／∑n〕×ni§2.3普通水準(zhǔn)丈量§2.3普通水準(zhǔn)丈量點號L(km)hi(m)v(m)h(m)H(m)BM.A0.60+1.331-0.002+1.3296.54317.8722.00+1.813-0.008+1.80529.6771.60-1.424-0.007-1.43138.2462.05+1.340-0.008+1.332BM.B9.578Σ6.25+3.060-0.025+3.035§2.3普通水準(zhǔn)丈量§2.3普通水準(zhǔn)丈量水準(zhǔn)丈量誤差包括儀器誤差、觀測誤差和外界環(huán)境的影響三個方面。(1)儀器誤差1)儀器校正后的剩余誤差：視準(zhǔn)軸不平行水準(zhǔn)軸誤差〔i角誤差或視野傾斜誤差〕。i角引起的水準(zhǔn)尺讀數(shù)誤差與儀器至標(biāo)尺的間隔成正比，只需觀測時留意使前、后視距相等，便可消除或減弱角誤差的影響。2)水準(zhǔn)尺誤差：由于水準(zhǔn)尺分劃不準(zhǔn)確、尺長變化、尺彎曲等緣由而引起的水準(zhǔn)尺分劃誤差會影響水準(zhǔn)丈量的精度，因此須檢驗水準(zhǔn)尺上米間隔平均真長與名義長之差。規(guī)范規(guī)定，對于區(qū)格式木質(zhì)標(biāo)尺不應(yīng)大于0.5mm，否那么，應(yīng)在所測高差中進(jìn)展米真長矯正。至于一對水準(zhǔn)尺的零點差，可在一水準(zhǔn)測段的觀測中安排偶數(shù)個測站予以消除。(2)觀測誤差管水準(zhǔn)氣泡居中誤差：§2.3普通水準(zhǔn)丈量2)讀數(shù)誤差：讀數(shù)誤差與望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)和視距長有關(guān)。視距愈長，讀數(shù)誤差愈大。因此，規(guī)范規(guī)定，運用DS3水準(zhǔn)儀進(jìn)展四等水準(zhǔn)丈量時，視距應(yīng)小于等于80m。

3)水準(zhǔn)尺傾斜：讀數(shù)時水準(zhǔn)尺必需豎直。

4)瞄準(zhǔn)誤差：

(3)外界環(huán)境的影響

1)儀器下沉和尺墊下沉：采用“后—前—前—后〞的觀測順序可以減弱儀器下沉的影響，采用往返觀測取觀測高差的中數(shù)可以減弱尺墊下沉的影響。

2)地球曲率與大氣折光影響：采用前、后視間隔相等可消除或減弱地球曲率與大氣折光影響。規(guī)范規(guī)定，三、四等水準(zhǔn)丈量時應(yīng)保證上、中、下三絲應(yīng)能讀