土木工程測量第02章

第一章第二章

第二章

水準測量第二章水準測量第二章水準測量◆水準測量原理◆水準測量的方法與成果整理◆水準儀軸線的檢驗與校正◆自動安平水準儀和精密水準儀

學習要點提要一.水準測量原理水準測量原理一.高程測量概述二.水準測量原理一.高程測量概述1.高程測量測定地面點高程的工作2.高程測量的方法水準測量——用水準儀進行高程測量的工作。是高程測量的主要方法使用儀器：水準儀

水準儀的主要功能是能指出一條水平視線。其他高程測量方法：三角高程測量、電子全站儀全站儀高程導線測量。3.高程系統我國國家高程系統：黃海高程系我國國家高程基準：1985年國家高程基準◆我國取青島附近黃海平均海水面為大地水準面；(1956年取前6年的平均潮位作為大地水準面；1985年取1953年1979年共26年觀測的平均潮位作為大地水準面)；◆水準原點建在青島市內，作為我國的國家高程基準。1956年高程基準的高程為72.289米，1985年高程基準的高程為72.260米。4.水準點◆埋設在永久、固定的地點，按等級不同，埋設的要求不同。高程由此算起5.水準測量的等級◆國家分一、二、三、四等、圖根（按精度要求、控制范圍）◆城市分二、三、四等、圖根二.水準測量原理▲高差=后視讀數-前視讀數：1.水準測量原理

hAB>0，高差為正，前視點高；hAB<0，高差為負，前視點低。

高差必須帶“+、-”號；

hAB的下標次序必須與測量的前進方向一致。

例：已知hAB=+1.436m則hBA=-1.436m大地水準面

hABABHAHB=HA+hAB水平視線水準尺水準尺ab前進方向2.連續安置水準儀的測量方法

兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設若干轉點，分段測量高差，取各分段高差的總和。hAB=h1+h2++hn

=(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn)=a-b(2-2-7)hAB測站：每安置一次儀器稱為一個測站。轉點：傳遞高程的臨時點。一.水準測量的儀器與工具二.水準儀使用三.水準路線測量四.水準測量成果整理水準測量的方法與成果整理一.水準測量的儀器與工具一.水準測量的儀器與工具1.水準尺、尺墊

直尺：雙面(黑、紅)水準尺，尺常數4.687m、4.787m，用于三等以下水準路線測量。塔尺：可伸縮，伸足為3米、

5米，用于一般工程測量。尺墊：轉點立尺用。2.水準儀2.水準儀精度系列：

S05

S1

S3

S10

型號下標：毫米數，表示

1公里往、返測量的高差平均值的中誤差(由于儀器引起的)。結構系列:

微傾式水準儀、自動安平水準儀和電子水準儀構造：

一般構件望遠鏡與視差水準器S3水準儀外型

DS3微傾式水準儀的基本構造

主要由望遠鏡、水準器、基座三部分組成望遠鏡與視差望遠鏡與視差●測量望遠鏡及十字絲上絲下絲豎絲橫絲望遠鏡的十字絲精確瞄準水準尺和提供視線進行讀數的設備。視差●視差

望遠鏡內目標像與十字絲分劃板未重合。

現象：則當觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到目標象與十字絲之間有相對錯動。這種現象稱為視差。視差影響瞄準的精度。消除視差的步驟：目鏡調焦，使十字絲最清晰；物鏡調焦，使目標像最清晰，且無視差。水準器水準器是用來指示視準軸是否水平或儀器豎軸是否豎直的裝置。水準器分為管水準器和圓水準器兩種。水準器●圓水準器作用初步整平儀器（使水準儀的豎軸處于豎直位置）當圓水準器氣泡居中時，軸線處于豎直位置。當氣泡不居中時，氣泡中心偏移零點2mm，軸線所傾斜的角值，稱為圓水準器分劃值，一般為

8~10。●管水準器的作用用于儀器精平（使水準管軸水平處于水平狀態）側視俯視當水準管的氣泡中點與水準管零點重合，即氣泡兩端與圓弧終點對稱時，稱為氣泡居中，這時水準管軸處于水平位置。●水準管的靈敏度

水準管上兩相鄰分劃線間的圓弧（弧長為2mm）所對的圓心角，稱為水準管分劃值（或靈敏度）水準管分劃值越小，靈敏度就越高，DS3型水準儀的水準管分劃值一般為20/2mm。二.水準儀使用二.水準儀使用操作程序與方法安置——粗平——瞄準——精平——讀數

安置時考慮前、后視等距；

粗平時掌握“左手大拇指法”；

瞄準時包括消除視差；在精平狀態下(符合氣泡符合時)讀數；讀數估讀至毫米。左手大拇指法“左手大拇指法”整平：氣泡移動的方向與左手大拇指轉動腳螺旋的方向一致。

abc●粗平的操作●精平的判斷

看水準管氣泡觀察窗內，當氣泡兩端的兩個半像符合成一個圓弧時，就表示水準管氣泡居中。符合氣泡符合尚未符合思考粗平是否可以省略？●水準尺的瞄準與讀數0.700m1.000m0.800m0.900m0.730

a

b6.2391.520c三.水準路線測量三.水準路線測量1.水準測量的方法2.水準路線3.水準測量的檢核1.水準測量的方法

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.543思考A、B兩點上能否放置尺墊？利用已知高程點來引測其他待定點的高程，用水準測量的方法建立的高程控制點稱為水準點，常以BM表示。普通水準測量記錄手簿2.水準路線●定義

由已知水準點開始或在兩已知水準點之間按一定形式進行水準測量的測量路線。2.水準路線3.支水準路線BM.ATBM1TBM2TBM1BM.ATBM2TBM3TBM41.閉合水準路線2.附合水準路線BM.ABM.BTBM1TBM2TBM3三種水準路線的布置形式3.水準測量的檢核兩種方法：(1)兩次儀器高法(＞10cm)h-h5mm(2)雙面尺法①每一測站上紅黑面讀數差3mm

②h黑-h紅5mm)◆測站檢核對每一站高差進行檢核，保證每一站高差正確。◆計算檢核路線檢核◆路線（成果）檢核——對整條路線的高差閉合差進行檢核2.支水準路線BM.ATBM1TBM2TBM1BM.ATBM2TBM3TBM41.閉合水準路線3.附合水準路線BM.ABM.BTBM1TBM2TBM3檢核公式h理=0fh=h測fhfh允fh=h往+h返

fhfh允檢核公式h理=H終-H始fh=h測-h理fhfh允●高差閉合差檢驗▲

當fh≤fh容

時，認為外業觀測合格，否則應查明原因返工重測，直至符合要求為止。▲

fh容的計算方法四.水準測量成果整理

閉合差的分配原則：對于閉合或附合水準路線，按與路線長度L或按路線測站數n成正比的原則，將高差閉合差反其符號進行分配。

計算改正后的高差

根據已知水準點高程和各測段改正后的高差，依次逐點推求各點改正后的高程。水準測量成果整理算例算例1算例2微傾式水準儀的檢驗與校正一.水準儀的軸線及其應滿足的條件二.水準儀檢驗與校正一.水準儀的軸線及其應滿足的條件CCLLVVL'L'1.四條軸線視準軸CC水準管軸LL

圓水準軸L'L'

豎軸VV(1)L'L'//VV(2)橫絲⊥VV(3)LL//CC(主要條件)

2.應滿足的三個條件對以上三個條件進行檢驗和校正視準軸CC：十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。水準管軸LL：經過水準管零點的切線。豎軸VV：儀器旋轉軸圓水準軸L'L'：經過圓水準管零點的法線。二.水準儀的檢驗與校正1.圓水準器的檢驗和校正

了解原理與作業方法2.十字絲的檢驗和校正

了解原理與作業方法3.水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正

掌握原理與作業方法二、水準儀檢驗與校正（一）圓水準器軸平行于儀器縱軸的檢驗與校正誤差的影響：不影響讀數，但使縱軸傾斜，影響操作速度。1.檢驗：（如何發現誤差？）a)以圓水準器為準（氣泡居中）安置儀器的縱軸。b)把儀器連帶水準器繞縱軸旋轉180度。如果氣泡仍然居中，則水準器軸平行儀器縱軸。否則，水準器軸不平行儀器縱軸。2.校正：（如何減少誤差？）（氣泡移動量一半所表示的傾斜度就是縱軸的傾斜度。）動校正螺絲，使氣泡返回移動量的一半。重復上述檢驗和校正一、二次，使該這誤差盡可能小。L′V1.誤差的影響：如果水準尺象偏離十字絲中心，就會增加讀數誤差。2.檢驗用圓水準器使縱軸垂直后，用十字絲的橫絲照準某一清晰目標。用微動螺旋轉動望遠鏡，如果十字絲的橫絲一直不離開目標，則無誤差。否則要校正。3.校正松開十字絲的固定螺絲，轉動十字絲。2

13

4

十字絲環校正螺絲十字絲環校正螺絲(二)十字絲的橫絲垂直于縱軸(三)水準管軸不平行視準軸1.原理與方法i角誤差：水準管軸不平行于視準軸，它們在豎直面內投影之夾角（有正負之分）。

axi2.i角誤差的影響規律結論：當前后視距相等時，i角誤差影響為0。3.檢驗（1）場地準備(CA、CB等距，約40米)（2）在C測定A、B的正確高差：

h正確

=a1-b1=h（3）儀器至B近旁，讀數b2、a2

：h′=a2-b2h′-h>±3~5mm要校正4.校正方法計算A尺水平視線讀數：a2'=b2+h轉動微傾螺旋，使橫絲瞄準讀數a2'：CC水平撥動水準管一端上下校正螺絲，使水準管氣泡居中：LL水平（LL//CC）

重復檢驗直至符合要求。水準管的校正螺絲像片水準管的一端水準管的校正螺絲自動安平水準儀和精密水準儀一.自動安平水準儀二.精密水準儀三.電子水準儀一、自動安平水準儀（一）自動安平水準儀的特點1、沒有水準管和微傾螺旋，望遠鏡和支架連成一體。2、只有圓水準器，測量時只需粗平。3、縮短觀測時間，簡化操作，提高觀測精度。（二）自動安平水準儀基本原理自動安平補償器結構ZeissKoni007自動安平水準儀精密水準測量的兩個重要條件：精密水準儀——提供精確的水平視線；精密水準尺——刻度精確(銦鋼帶水準尺)，能讀得精確的讀數。二.精密水準儀每公里往返平均高差中誤差1mm1.水準器靈敏度高：

水準器格值達到5102mm。

采用微傾式結構和符合水準器棱鏡組，能方便、精確地完成精平。2.望遠鏡放大率大，孔徑大：放大率V在40倍以上，孔徑D大于50mm，照準精度高。3.望遠鏡結構嚴密，視準軸變化小：有隔熱罩。4.裝有平行玻璃板測微裝置：測微范圍10（5）mm，測微器刻度100格，格值為0.1（0.05）mm，可估讀至0.01（0.005)mm。精密水準儀的特點精密水準儀、水準尺WILDN3、精密水準尺WILDN3精密水準儀精密水準尺讀數方法：精平后，轉動“測微螺旋”，使十字絲的楔形絲精確夾準某一整分劃線。將整分劃值和測微器中的讀數合起來。1.48655m三.電子水準儀●也稱“數字水準儀”具有自動安平功能。自動顯示水平視線讀數和視距。通過物鏡獲取水準尺圖象，通過儀器的處理系統，將圖象信息轉換成數字顯示。能與計算機實現數據通訊。基本避免了人為的觀測誤差（視差、水準器精平誤差、瞄準誤差、估讀數誤差。電子水準儀圖電子水準儀圖條碼尺測量鍵電子水準儀的瞄準要求豎絲位于條碼帶上電子水準儀的瞄準電子水準儀激光自動安平水準儀

1km往返平均高差中誤差≤1mm

水平精度5″

測量范圍150m

圓水泡角值8′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。