工程測量2第二章 水準(zhǔn)測量.ppt

1、第二章 水準(zhǔn)測量 2.1 水準(zhǔn)測量原理 2.2 DS3水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測量的工具 2.3 水準(zhǔn)儀的使用 2.4 水準(zhǔn)測量的施測方法 2.5 水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算 2.6 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 2.7 水準(zhǔn)測量的誤差及注意事項(xiàng) 2.8 其他水準(zhǔn)儀簡介,水準(zhǔn)測量原理： 利用水準(zhǔn)儀提供水平視線，讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，測定兩點(diǎn)間的高差，有已知點(diǎn)高程推求未知點(diǎn)高程。如圖： hAB = a b HB = HA + hAB,大地水準(zhǔn)面,Hi,b,HB,HA,hAB,前進(jìn)方向,高差法,Hi= HA+ a HB= Hi-b,視線高法,A,B,當(dāng)a b時(shí)，hAB 為正，B高于A ； 當(dāng)a b時(shí)， hAB 為負(fù)，B低于A。,a

2、,高差法：利用高差計(jì)算高程。 （安置一次儀器測定一個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） 視線高法：利用視線高計(jì)算高程。 （安置一次儀器測定多個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） 水準(zhǔn)測量所使用的儀器、工具： 水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)尺 尺墊,一、水準(zhǔn)儀 1、水準(zhǔn)儀的等級(jí) DS05、DS1、DS3、DS10、 DS20 D大地測量儀器 S水準(zhǔn)儀 數(shù)字 表示儀器的精度，即每公里往、返 測得高差中數(shù)的中誤差（mm）。 水準(zhǔn)儀的作用是提供一條水平視線； 工程測量中常使用DS3型水準(zhǔn)儀，該儀器 標(biāo)稱精度為3mm/km。,目鏡,水準(zhǔn)管目鏡,圓水準(zhǔn)器校正螺釘,2、DS3型水準(zhǔn)儀的,主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。,構(gòu)造,微傾螺旋,（1）望遠(yuǎn)鏡：

3、用來瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處的水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)；,由物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦透鏡、 調(diào)焦螺旋組成；放大率一般為2530倍。,視準(zhǔn)軸：物鏡中心 與十字絲交點(diǎn)的連線。,（2）水準(zhǔn)器 水準(zhǔn)器的作用：整平儀器， 使視準(zhǔn)軸處于水平位置。 圓水準(zhǔn)器 作用：粗略整平 結(jié)構(gòu)：如圖所示 精度：一般為 8- 10/2mm （氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm 所對的圓心角）,管水準(zhǔn)器 作用：精確整平 結(jié)構(gòu)：如圖所示 精度：一般= 20/2mm 水準(zhǔn)管的分劃值： 氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm 所對的圓心角。 公式： 分析： R越大，越小，靈敏度越高。 DS3 : R=20.6265米 =20,（3）基座,軸座：承托儀器上部 腳螺旋：調(diào)節(jié)腳螺旋使

4、圓水準(zhǔn)器氣泡居中 連接板：連接三腳架,組成,軸座,腳螺旋,連接板,二、水準(zhǔn)尺和尺墊 1、水準(zhǔn)尺 塔尺 ：可以伸縮，一般全長3m、5m， 用于等外水準(zhǔn)測量。 雙面尺：不可伸縮，一般全長3m， 用于三、四等水準(zhǔn)測量。,2、尺墊 僅在轉(zhuǎn)點(diǎn)處豎立水準(zhǔn)尺時(shí)使用， 防止點(diǎn)位移動(dòng)和水準(zhǔn)尺下沉。,一、操作步驟 1、安置儀器 高度適中、架頭大致水平，固定儀器。 2、粗略整平 目的： 使圓水準(zhǔn)氣泡居中， 視準(zhǔn)軸粗略水平。 方法（如圖所示）：,3、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 目的：使目標(biāo)和十字絲成像清晰。 方法： 初步瞄準(zhǔn)（用準(zhǔn)星對準(zhǔn)目標(biāo)） 目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰） 物鏡調(diào)焦（使目標(biāo)成像清晰） 精確瞄準(zhǔn)（使縱絲對準(zhǔn)目標(biāo)）,注意：瞄

5、準(zhǔn)時(shí)應(yīng)消除視差。 視差：當(dāng)目鏡、物鏡對光不夠精細(xì)時(shí)，目標(biāo)的影像 不在十字絲平面上，以致兩者不能同時(shí)被看清。 消除方法：仔細(xì)進(jìn)行目鏡、物鏡調(diào)焦。,4、精確整平 目的：使水準(zhǔn)管氣泡居中， 視準(zhǔn)軸精確水平。 方法：調(diào)節(jié)微傾螺旋，使 氣泡影像符合。,5、讀數(shù) 用十字絲橫絲在水準(zhǔn)尺上按從小到大的方向讀數(shù)，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。如圖的讀數(shù) 0.860m,注意：讀數(shù)前必須精平， 精平后立即讀數(shù)。,二、一個(gè)測站的水準(zhǔn)測量工作,A,B,a,b,1、安置儀器于AB之間， 立尺于A、B點(diǎn)上； 2、粗略整平； 3、瞄準(zhǔn)A尺，精平、讀數(shù)a， 記錄1.568m； 4、瞄準(zhǔn)B尺，精平、讀數(shù)b， 記錄1

6、.471m；,5、計(jì)算：hAB = a b = 1.568-1.471=0.115m 即B點(diǎn)比A點(diǎn)高0.115m。 hBA = hAB= 0.115m，即 A點(diǎn)比B點(diǎn)低0.115m。,三、概念 1、測站：測量儀器所安置的地點(diǎn)。 2、水準(zhǔn)路線：進(jìn)行水準(zhǔn)測量時(shí)所行走的路線。 3、后視：水準(zhǔn)路線的后視方向。 4、前視：水準(zhǔn)路線的前視方向。 5、視線高程：后視高程+后視讀數(shù)。 6、視距：水準(zhǔn)儀至標(biāo)尺的水平距離。 7、水準(zhǔn)點(diǎn)：水準(zhǔn)測量的固定標(biāo)志。 8、 水準(zhǔn)點(diǎn)高程：指標(biāo)志點(diǎn)頂面的高程。 9、轉(zhuǎn)折點(diǎn)：水準(zhǔn)測量中起傳遞高程作用的中間點(diǎn)。,水準(zhǔn)點(diǎn),一、連續(xù)水準(zhǔn)測量 當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差較大時(shí)，需連續(xù)安置水準(zhǔn)儀

7、測定相鄰各點(diǎn)間的高差，最后取各個(gè)高差的代數(shù)和，可得到起終兩點(diǎn)間的高差。,B,如圖：A、B兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間，設(shè)3個(gè)臨時(shí)性的轉(zhuǎn)點(diǎn)。 h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 hAB= h1+h2+h3+h4,A、B兩點(diǎn)高差計(jì)算的一般公式：hAB= =,n為測站數(shù),例：,注意：為保證高程傳遞的準(zhǔn)確性，在相鄰測站的觀測過程中，必須使轉(zhuǎn)點(diǎn)保持穩(wěn)定（高程不變）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,HA=123.446m,HB,大 地 水 準(zhǔn) 面,前進(jìn)方向,A TP1,TP1 TP2,TP2 TP3,TP

8、3 B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,計(jì)算 檢核,6.406 5.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水 準(zhǔn) 測 量 手 簿,已知,（一）、測站檢核 目的：保證前后視讀數(shù)的正確。,方法：變動(dòng)儀器高法、雙面尺法,1、變動(dòng)儀器高法 在同一測站上變動(dòng)儀器高（10cm左右），兩 次測出高差；等外水準(zhǔn)測量其差值|h | 6mm， 取其平均值作為最后結(jié)果。 2、雙面尺法 采用黑紅面的水準(zhǔn)尺，利用雙面的零 點(diǎn)差檢核觀測質(zhì)量。,（二）、計(jì)算檢核

9、目的：檢核計(jì)算高差和高程計(jì)算是否正確。 檢核條件： 如上表所示：,等式條件成立，說明計(jì)算正確。,二、成果檢核,水準(zhǔn)測量時(shí)，一般將已知水準(zhǔn)點(diǎn)和待 測水準(zhǔn)點(diǎn)組成一條水準(zhǔn)路線； 在水準(zhǔn)測量的施測過程中，測站檢核 只能檢核一個(gè)測站上是否存在錯(cuò)誤或誤 差是否超限； 計(jì)算檢核只能發(fā)現(xiàn)每頁計(jì)算是否有誤； 對一條水準(zhǔn)路線來講必須進(jìn)行成果檢核。,1、水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式 附合水準(zhǔn)路線（見圖1） 閉合水準(zhǔn)路線（見圖2） 支水準(zhǔn)路線（見圖3）,BMA,BMB,1,2,3,4,圖1,1,2,3,圖3,BMA,1,2,3,4,圖2,BMA,2、檢核的主要內(nèi)容 閉合差：觀測值與理論值的差值。 高差閉合差就是高差的觀測值與理

10、論值之差； 用fh表示，即 fh=h測 - h理 限差：規(guī)范規(guī)定的的高差閉合差的允許值； 用fh允表示。 等外水準(zhǔn)測量要求： 平地： fh允40 （mm） L水準(zhǔn)路線的長度，單位km。 山地： fh允12 （mm） n水準(zhǔn)路線的測站數(shù)。 要求： fh fh允,3、不同形式水準(zhǔn)路線fh的計(jì)算 附和水準(zhǔn)路線： h測=h1+h2+h3+ + hn h理=H終 H始 fh = h測 - h理= h測-（H終 H始） 閉合水準(zhǔn)路線： h測= h1+h2+h3+ + hn h理= 0 fh = h測 - h理= h測 支水準(zhǔn)路線： h測= h往+ h返 h理= 0 fh = h測 - h理= h往+ h返

11、,一、附合水準(zhǔn)路線的內(nèi)業(yè)計(jì)算 如圖為一附合水準(zhǔn)路線：,A、B為已知水準(zhǔn)點(diǎn)，HA =65.376m ， HB =68.623m 點(diǎn)1、2、3 為待測水準(zhǔn)點(diǎn)，各測段高差、測站數(shù)、 距離見下圖：,備注,1,2,3,4,A 1,2,3,B,1.0 8 +1.575,1.2 12 +2.036,1.4 14 -1.742,2.2 16 +1.446,5.8 50 +3.315,輔助計(jì)算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,符合水準(zhǔn)測

12、量成果計(jì)算表,已知,已知,1、計(jì)算閉合差：,2、檢核：,故其精度符合要求。,3、計(jì)算改正數(shù) 分配原則：按與測段距離（或測站數(shù)）成正比，并反其符號(hào)改正到各相應(yīng)的高差上，得改正后高差。,按距離：,按測站數(shù)：,以第1測段為例，測段改正數(shù)為：,檢核：,4、計(jì)算改正后高差,檢核：,以第1測段為例，改正后的高差為：,5、計(jì)算高程,如：,檢核：,否則說明高程計(jì)算有誤。,二、閉合水準(zhǔn)路線成果計(jì)算 1、計(jì)算閉合差： 2、檢核： 3、計(jì)算高差改正數(shù)： 閉合水準(zhǔn)路線的計(jì)算與附合水準(zhǔn)路線基本相同。,4、計(jì)算改正后高差： 5、計(jì)算各測點(diǎn)高程：,三、支水準(zhǔn)路線成果計(jì)算,1,1、計(jì)算閉合差：,2、檢核：,，故精度符合要求。

13、,3、計(jì)算高差（取往、返測絕對值的平均值，其符號(hào)與往測相同）,4、計(jì)算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),一、水準(zhǔn)儀的主要軸線及應(yīng)滿足的條件 主要軸線：視準(zhǔn)軸CC 水準(zhǔn)管軸LL 儀器豎軸VV 圓水準(zhǔn)器軸 幾何關(guān)系： 圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸 水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸 十字絲橫絲 豎軸,二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正 1、圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)和校正 目的：使圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸 檢驗(yàn)： 用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中； 望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)180度。 若氣泡仍居中，滿足要求； 若氣泡不居中，需進(jìn)行校正。 校正： 用腳螺旋調(diào)氣泡偏離 值的一半； 用圓水準(zhǔn)器的校正 螺旋再調(diào)一半。,2、十字

14、絲橫絲的檢校和校正 目的：使十字絲橫絲 豎軸 檢驗(yàn)： 精平儀器，十字絲橫絲左邊 對準(zhǔn)墻上標(biāo)志點(diǎn)p； 水平微動(dòng)，p點(diǎn)在橫絲上移動(dòng)，說明十字絲橫絲位置正確； 否則需要校正。 校正： 松開十字絲的固定螺旋； 微微轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲環(huán)座， 至p點(diǎn)軌跡與橫絲重合； 擰緊十字絲的固定螺旋。,十字絲固定螺旋,3、水準(zhǔn)管軸的檢驗(yàn)與校正 目的：使水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸。 檢驗(yàn)： 在平坦地面選相距80m左右A、B兩點(diǎn)，置水 準(zhǔn)儀于中點(diǎn)C，用變動(dòng)儀器高法（兩次高差之 差3mm）測定兩點(diǎn)之間 的高差h0=a1-b1；,i角 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸之間的夾角； 前后視距相等可以消除。,儀器搬A點(diǎn)附近，測得高差 h = a2b2； 若 h=

15、h0，則水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸； 若 h不等于h0，則存在i角。 如圖：,式中：DAB 為AB兩點(diǎn)之間的距離,對于DS3水準(zhǔn)儀，當(dāng) 時(shí)，則需校正。,3、校正 轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使 （此時(shí)視準(zhǔn)軸水平，水準(zhǔn)管氣泡不居中）。 調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管校正螺絲，使符合氣泡居中。,誤差來源： 儀器誤差 + 觀測誤差 + 外界條件的影響,一、儀器誤差 1、儀器校正后的殘余誤差主要是i角誤差。 （前后視距相等可消除） 2、水準(zhǔn)尺誤差 包括刻劃不準(zhǔn)、尺長變化、 尺身彎曲等誤差。（作業(yè)前必須檢驗(yàn)，前后視 尺交替使用、測站數(shù)為偶數(shù)可減弱或消除）,二、觀測誤差 1、視差（仔細(xì)調(diào)焦可消除） 2、讀數(shù)誤差（減小視線長度、讀數(shù)認(rèn)真果斷） 3、水準(zhǔn)器泡居中誤差（符合后立即讀數(shù)） 4、水準(zhǔn)尺傾斜的影響（認(rèn)真扶尺、氣泡居中）,三、外界條件的影響 1、儀器下沉（踩緊腳架、減少觀測時(shí)間） 2、尺墊下沉（尺墊踩實(shí)、往返測取中數(shù)） 3、地球曲率和大氣折光（前后視距相等可消除） 4、大氣溫度和風(fēng)力（打傘遮陽、選擇好的天氣）,精密水準(zhǔn)儀,主要用于一、二等水準(zhǔn)測量和精密工程測量。,特點(diǎn)： 1、結(jié)構(gòu)精密、性能穩(wěn)定、測量 精度高； 2、望遠(yuǎn)鏡放大率不小于40倍；