第三章水準(zhǔn)測量2/1/2023

1合肥工業(yè)大學(xué)高程測量——確定地面上各點(diǎn)高程的工作。高程測量概述水準(zhǔn)測量——用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量的工作。三角高程測量物理高程測量GPS高程測量氣壓高程測量液體靜力水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量高程測量高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同,可分為:水準(zhǔn)測量是高程測量的主要方法。水準(zhǔn)測量使用儀器：水準(zhǔn)儀2/1/2023

2合肥工業(yè)大學(xué)水準(zhǔn)測量的等級水準(zhǔn)測量分為一等、二等、三等、四等四個(gè)等級，以一等精度最高。上一等水準(zhǔn)測量成果作為下一等水準(zhǔn)測量的起算依據(jù)。為滿足測圖以及一般工程測量的需要，還須進(jìn)行測區(qū)的高程控制加密，采用普通水準(zhǔn)測量方法，也稱圖根水準(zhǔn)測量或等外水準(zhǔn)測量(本章主要介紹)。2/1/2023

3合肥工業(yè)大學(xué)§3.1

水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量的實(shí)質(zhì)是測量地面上兩點(diǎn)之間的高差。水準(zhǔn)儀的主要功能是能指出一條水平視線。前進(jìn)方向水平視線大地水準(zhǔn)面HiHAHBAB后視尺前視尺abhab2/1/2023

4合肥工業(yè)大學(xué)

hAB>0，高差為正，前視點(diǎn)高；

hAB<0，高差為負(fù)，前視點(diǎn)低。高差必須帶“+、

-”號(hào)；

hAB的下標(biāo)次序必須與測量的前進(jìn)方向一致。

例:已知hAB=+1.436m則hBA=-1.436m§3.1

水準(zhǔn)測量原理高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)：

hAB=a-b2/1/2023

5合肥工業(yè)大學(xué)

高程的計(jì)算：HB

＝HA＋hAB

＝HA＋(a－b)

高差法：Hi＝HA＋aHB

＝Hi－b儀高法2/1/2023

6合肥工業(yè)大學(xué)

§

3.2水準(zhǔn)儀及其使用

水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，所使用的工具為水準(zhǔn)尺和尺墊。水準(zhǔn)儀按其精度劃分為四個(gè)等級：精密水準(zhǔn)儀DS05、DS1；普通水準(zhǔn)儀DS3、DS10水準(zhǔn)儀按其構(gòu)造可分為四種：微傾式水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、電子水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀目前，普通工程測量中最常用的水準(zhǔn)儀是：

DS3微傾式水準(zhǔn)儀（或DS3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀）2/1/2023

7合肥工業(yè)大學(xué)一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀及其使用DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造作用：為測量高差提供一條水平視線組成：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座132765498101412131115161.微傾螺旋；2.分劃板護(hù)罩；3.目鏡；4.物鏡調(diào)焦螺旋；5.制動(dòng)螺旋；6.微動(dòng)螺旋；7.底板；8.三角壓板；9.腳螺旋；10.彈簧帽；11.望遠(yuǎn)鏡；12.物鏡；13.管水準(zhǔn)器；14.圓水準(zhǔn)器；15.連接小螺釘；16.軸座

2/1/2023

8合肥工業(yè)大學(xué)(1)望遠(yuǎn)鏡

由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成C

C視準(zhǔn)軸CC：物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線視準(zhǔn)軸在測量時(shí)必須保持水平，也就是水平視線！2/1/2023

9合肥工業(yè)大學(xué)（2）水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器分為圓水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器兩種。

管水準(zhǔn)器—用來指示視準(zhǔn)軸是否水平

0點(diǎn)

2mm管水準(zhǔn)器又稱為長水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管分劃值：是水準(zhǔn)管表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角水準(zhǔn)管軸LL：過水準(zhǔn)管零點(diǎn)所作圓弧面的縱切線2/1/2023

10合肥工業(yè)大學(xué)DS3水準(zhǔn)儀

常采用符合水準(zhǔn)管系統(tǒng)

——目的是提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度

符合氣泡符合尚未符合符合氣泡符合，水準(zhǔn)管軸與視線水平。微傾螺旋2/1/2023

11合肥工業(yè)大學(xué)

2mm圓水準(zhǔn)器—用來指示儀器豎軸是否豎直

圓水準(zhǔn)器分劃值：是圓水準(zhǔn)器表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角

DS3水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)器分劃值通常為：長水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器軸：過圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)所作圓球面的法線2/1/2023

12合肥工業(yè)大學(xué)（3）基座基座通過連接螺旋與三腳架相連基座用于支承水準(zhǔn)儀上部，水準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)軸插入基座軸套可自由旋轉(zhuǎn)基座上的三個(gè)腳螺旋用于調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)氣泡儀器豎軸VV：就是水準(zhǔn)儀的旋轉(zhuǎn)軸望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)器基座三腳架VV2/1/2023

13合肥工業(yè)大學(xué)CCLLVVL'L'水準(zhǔn)儀的主要構(gòu)造特點(diǎn)水準(zhǔn)儀的主要軸線：

①視準(zhǔn)軸CC②水準(zhǔn)管軸LL③圓水準(zhǔn)器軸④儀器豎軸VV必須滿足的幾何條件：

①∥VV②十字絲橫絲⊥VV

③LL∥CC2/1/2023

14合肥工業(yè)大學(xué)2.水準(zhǔn)尺和尺墊

（1）水準(zhǔn)尺有單面尺、雙面尺、塔尺三種

（2）標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺為一對雙面尺，

其中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺紅面4.687~7.687m,B尺紅面4.787~7.787m。

（3）尺墊半球形頂部用來豎立水準(zhǔn)尺，并標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)位置。2/1/2023

15合肥工業(yè)大學(xué)安置儀器在測站上松開三腳架架腿的固定螺旋，按需要的高度調(diào)整架腿長度，再擰緊固定螺旋，張開三腳架將架腿踩實(shí)，并使三腳架架頭大致水平。從儀器箱中取出水準(zhǔn)儀，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀固定在三腳架架頭上。3.水準(zhǔn)儀的使用2/1/2023

16合肥工業(yè)大學(xué)粗平使圓水準(zhǔn)器氣泡居中b312c312

a13

2氣泡移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。3.水準(zhǔn)儀的使用2/1/2023

17合肥工業(yè)大學(xué)缺口準(zhǔn)星水平微動(dòng)螺旋水平制動(dòng)螺旋對光螺旋消除視差瞄準(zhǔn)目標(biāo)粗瞄、對光、精瞄和消除視差3.水準(zhǔn)儀的使用2/1/2023

18合肥工業(yè)大學(xué)微傾螺旋每次讀中絲讀數(shù)前都要精平精平使長水準(zhǔn)管氣泡居中3.水準(zhǔn)儀的使用2/1/2023

19合肥工業(yè)大學(xué)1213111.251m0.717m讀數(shù)用中橫絲讀數(shù)2/1/2023

20合肥工業(yè)大學(xué)精密水準(zhǔn)儀（DS05、DS1）主要用于國家一、二等水準(zhǔn)測量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工程測量中；例如建構(gòu)筑物的沉降觀測，大型橋梁工程的施工測量和大型精密設(shè)備安裝的水平基準(zhǔn)測量等。二、精密水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)尺§

3.2水準(zhǔn)儀及其使用2/1/2023

21合肥工業(yè)大學(xué)N3精密水準(zhǔn)儀及其讀數(shù)原理下圖就是新N3微傾式精密水準(zhǔn)儀，其每km往返測高差中數(shù)的中誤差為±0.3mm。為了提高讀數(shù)精度，精密水準(zhǔn)儀上設(shè)有平行玻璃板測微器。2/1/2023

22合肥工業(yè)大學(xué)測微尺的讀數(shù)通過光路成像在測微尺讀數(shù)窗內(nèi)。

2/1/2023

23合肥工業(yè)大學(xué)旋轉(zhuǎn)N3的平行玻璃板可以產(chǎn)生的最大視線平移量為10mm，它對應(yīng)測微尺上的100個(gè)分格。

測微尺上1個(gè)分格等于0.1mm，如在測微尺上估讀到0.1分格，則可以估讀到0.01mm。

將標(biāo)尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標(biāo)尺的實(shí)際讀數(shù)。如下圖的讀數(shù)為148+0.655=148.655cm=1.48655m。

測微尺的讀數(shù)2/1/2023

24合肥工業(yè)大學(xué)精密水準(zhǔn)尺(因瓦水準(zhǔn)尺)精密水準(zhǔn)尺：是在木質(zhì)尺身的凹槽內(nèi)，引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點(diǎn)端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張?jiān)诔呱砩?，以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。長度分劃在因瓦合金鋼帶上，數(shù)字注記在木質(zhì)尺身上，精密水準(zhǔn)尺的分劃值分為基輔分劃（10mm）和奇偶分劃（5mm）兩種。基輔分劃差為：3.01550m2/1/2023

25合肥工業(yè)大學(xué)精密水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)1)望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)大，分辨率高，如規(guī)范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2)管水準(zhǔn)器分劃值為10″/2mm，精平精度高；3)望遠(yuǎn)鏡的物鏡有效孔徑大，亮度好；4)望遠(yuǎn)鏡外表材料一般采用受溫度變化小的因瓦合金鋼，以減小環(huán)境溫度變化的影響；5)采用平板玻璃測微器讀數(shù)，讀數(shù)誤差小；6)配備精密水準(zhǔn)尺。2/1/2023

26合肥工業(yè)大學(xué)水準(zhǔn)點(diǎn)的類型：永久性臨時(shí)性

§3.3

水準(zhǔn)測量的方法外業(yè)：用水準(zhǔn)路線測量方法，在新建水準(zhǔn)點(diǎn)和已知水準(zhǔn)點(diǎn)之間進(jìn)行高差測量。內(nèi)業(yè)：評定測量精度，計(jì)算新建水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。一.水準(zhǔn)點(diǎn)——用水準(zhǔn)測量的方法測定了高程的高程控制點(diǎn)(BM)。

各等水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)埋設(shè)永久性標(biāo)石或標(biāo)志，水準(zhǔn)點(diǎn)的等級應(yīng)注記在水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石或標(biāo)記面上。水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的類型可分為：基巖水準(zhǔn)標(biāo)石、基本水準(zhǔn)標(biāo)石、普通水準(zhǔn)標(biāo)石和墻腳水準(zhǔn)標(biāo)志四種，其中混凝土普通水準(zhǔn)標(biāo)石和墻腳水準(zhǔn)標(biāo)志的埋設(shè)要求見下圖。2/1/2023

27合肥工業(yè)大學(xué)1.閉合水準(zhǔn)路線BM14321BM1123BM2BM11232.附合水準(zhǔn)路線3.支水準(zhǔn)路線二.水準(zhǔn)路線

——進(jìn)行水準(zhǔn)測量的路線，由已知水準(zhǔn)點(diǎn)和新建水準(zhǔn)點(diǎn)組成。2/1/2023

28合肥工業(yè)大學(xué)三.連續(xù)安置水準(zhǔn)儀的測量方法

兩點(diǎn)間距離較長或高差較大時(shí)，在兩點(diǎn)間設(shè)若干轉(zhuǎn)點(diǎn)，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-b2/1/2023

29合肥工業(yè)大學(xué)

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進(jìn)方向1.1341.677TP1h1=-0.543水準(zhǔn)測量記錄格式2/1/2023

30合肥工業(yè)大學(xué)水準(zhǔn)測量記錄表2/1/2023

31合肥工業(yè)大學(xué)四.水準(zhǔn)測量的檢核(適用于等外水準(zhǔn)路線)2.計(jì)算檢核3.路線檢核（成果檢核）1.測站檢核2/1/2023

32合肥工業(yè)大學(xué)四.水準(zhǔn)測量的檢核(適用于等外水準(zhǔn)路線)1.測站檢核——對每一站高差進(jìn)行檢核，每站進(jìn)行（避免讀錯(cuò)、聽錯(cuò)、記錯(cuò)、未精平等粗差）。a"a'b'

b"BAh

'=a

'–b

'h

"=a"–b"兩次儀器高法

BAa黑a紅

b紅b黑h'=a黑–b黑h"=a紅–b紅雙面尺法讀數(shù)要求（黑+常數(shù)–

紅）≤±3mm高差要求

h'–h"≤±5mm

取

h=(h'+h")/2兩尺常數(shù)不一致時(shí)，考慮兩尺常數(shù)差

0.100米。要求:

改變儀器高度應(yīng)在10cm以上

h'–h"≤±5mm

取

h=(h'+h")/22/1/2023

33合肥工業(yè)大學(xué)2.計(jì)算檢核黑面:h黑=a-b紅面：h紅=a-b平均高差：h=（h黑

+h紅）/2

或h

=（h黑+

h紅±0.1）/2h=(a-b)/2

或h=(a-b±0.1)/22/1/2023

34合肥工業(yè)大學(xué)2.計(jì)算檢核黑面:h黑=a-b紅面：h紅=a-b平均高差：

h

=（

h黑+

h紅±0.1）/22/1/2023

35合肥工業(yè)大學(xué)∑h測

=h1+h2+h3+h4+h5∑h理

=H終-H始

fh=∑h測-∑h要求：fh

fh容3.路線檢核（成果檢核）

——計(jì)算路線高差閉合差，檢驗(yàn)整條路線的測量精度。（1）附合水準(zhǔn)路線BM1123BM2h4h3h2h12/1/2023

36合肥工業(yè)大學(xué)BMA∑h測

=h1+h2+h3+h4+h5h1h4（2）閉合水準(zhǔn)路線∑h理=0fh=∑h測

要求：fh

fh容（3）支水準(zhǔn)路線fh=∑h往+∑h返要求：fh

fh容BM14321BM1123h3h2h1h5h往h返2/1/2023

37合肥工業(yè)大學(xué)等外(圖根)水準(zhǔn)路線測量容許高差閉合差公式：式中：L——路線長，以公里為單位

n——路線測站總數(shù)2/1/2023

38合肥工業(yè)大學(xué)五.水準(zhǔn)路線成果計(jì)算1、高差閉合差計(jì)算與比較閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差附合水準(zhǔn)路線高差閉合差支水準(zhǔn)路線高差閉合差2/1/2023

39合肥工業(yè)大學(xué)五.水準(zhǔn)路線成果計(jì)算2、高差閉合差的分配和各點(diǎn)高程的計(jì)算高差改正數(shù)為：改正后高差為：計(jì)算各點(diǎn)高程：2/1/2023

40合肥工業(yè)大學(xué)五.水準(zhǔn)路線成果計(jì)算1.附合水準(zhǔn)路線成果整理例：2/1/2023

41合肥工業(yè)大學(xué)H前＝H后＋h

1.高差閉合差的計(jì)算

2.高差閉合差的調(diào)整與各待定點(diǎn)高程的計(jì)算2/1/2023

42合肥工業(yè)大學(xué)2.閉合水準(zhǔn)路線成果計(jì)算

與附合水準(zhǔn)路線不同之處是終點(diǎn)和起點(diǎn)是同一點(diǎn)，因此：∑h理

=H終-H始=0

fh

=∑h測-∑h理=∑h測

其余計(jì)算與附合水準(zhǔn)路線相同2/1/2023

43合肥工業(yè)大學(xué)

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀不需要水準(zhǔn)管和微傾螺旋，只有一個(gè)圓水準(zhǔn)器，安置儀器時(shí)，只要使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中后，借助一種“補(bǔ)償器”的特別裝置，使視線自動(dòng)處于水平狀態(tài)。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀正面

§

3.4自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀及數(shù)字水準(zhǔn)儀

一、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀2/1/2023

44合肥工業(yè)大學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀反面自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀后面自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀反面自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀正面2/1/2023

45合肥工業(yè)大學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀安平的工作原理2/1/2023

46合肥工業(yè)大學(xué)二、數(shù)字水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡基座—腳螺旋自動(dòng)安平補(bǔ)償器電子水準(zhǔn)儀調(diào)焦螺旋制動(dòng)、微動(dòng)螺旋調(diào)焦發(fā)送器：計(jì)算概略視距值；補(bǔ)償監(jiān)視器：監(jiān)測安平補(bǔ)償器的工作狀態(tài)分光鏡：將由物鏡計(jì)入的光分為可見光和紅外光行陣探測器：識(shí)別水準(zhǔn)尺上的條碼，進(jìn)行讀數(shù)（電子水準(zhǔn)儀）2/1/2023

47合肥工業(yè)大學(xué)二、數(shù)字水準(zhǔn)儀2/1/2023

48合肥工業(yè)大學(xué)下圖為采用相關(guān)法的徠卡NA3003

數(shù)字水準(zhǔn)儀的機(jī)械光學(xué)結(jié)構(gòu)圖2/1/2023

49合肥工業(yè)大學(xué)§

3.5微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正一、圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正

檢驗(yàn)?zāi)康氖潜ＷC：圓水準(zhǔn)器軸∥儀器VV二、十字絲的檢驗(yàn)與校正

檢驗(yàn)?zāi)康氖潜ＷC：十字絲橫絲⊥儀器VV三、管水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正

檢驗(yàn)?zāi)康氖潜ＷC：視準(zhǔn)軸CC

∥水準(zhǔn)管軸LL

（水準(zhǔn)儀的主條件）2/1/2023

50合肥工業(yè)大學(xué)§

3.6水準(zhǔn)測量誤差分析及注意事項(xiàng)一、儀器誤差

1.儀器校正后的殘余誤差

2.水準(zhǔn)尺誤差(包含:刻劃、變形和零點(diǎn)誤差等）二、觀測誤差

1.讀數(shù)誤差;2.視差影響

3.水準(zhǔn)管氣泡居中誤差三、外界條件的影響

1.儀器下沉和尺墊下沉誤差

2.地球曲率和大氣折光的影響

3.溫度的影響2/1/202