第二章水準測量工程測量教學課件高程測量l

高程測量：測量地面點高程的工作。l

目的：獲得未知點的高程。一般是通過測出已知點和未知點之間的高差，再根據(jù)已知點的高程推算出未知點的高程。

l

水準測量原點：直接由平均海水面測得高程的水準點。2水準測量l

水準測量：利用水平視線來測量兩點之間的高差。此方法施測簡單，且精度較高，所以是高程測量中最主要的方法，被廣泛應用于高程控制測量、工程勘測和各項施工測量中。l

三角高程測量：是通過測量兩點之間的水平距離（或傾斜距離）和豎直角，然后利用三角公式計算出兩點間的高差。此方法的精度受各種條件的限制，一般只在適當?shù)臈l件下才被采用。l

氣壓高程測量、靜力高程測量、攝影高程測量、GPS高程測量。高程測量的方法

水準儀的種類

l光學水準儀：

l

微傾式水準儀

：用水準管來獲得水平視線；

l

自動安平水準儀：用補償器來獲得水平視線。

l

電子水準儀

水準儀按儀器精度分：DS05、DS1、DS3、DS10

四個等級。D、S分別

是“大地測量”和“水準儀”漢語拼音的第一個字母，數(shù)字05、1、3、10表示該儀器的精度。

DS05

和DS1

用于精密水準測量，DS3

用于一般水準測量，DS10

則用于簡易水準測量。工程常用DS3

水準儀。

§2.2DS3型水準儀及其操作§2.2

水準儀和水準尺DS3型水準儀，進行水準測量每千米往、返測高差精度可達±3mm.其主要由望遠鏡、水準器和基座三部分構(gòu)成。2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造§2.2

水準儀和水準尺1、望遠鏡2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造望遠鏡主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構(gòu)成。§2.2

水準儀和水準尺2、水準器2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造水準器是用來標志視準軸是否水平或儀器豎軸是否鉛垂的裝置。⑴管水準器(水準管)——用來指示視準軸是否水平水準管圓弧中點O稱為水準管零點。過零點與內(nèi)壁圓弧的直線LL，稱為水準管軸。當水準管氣泡中心與零點重合時，稱氣泡居中，此時水準管軸處于水平位置；若氣泡不居中，則水準管軸處于傾斜位置。水準管零點水準管軸氣泡居中水準管分劃值

定義

：水準管2mm的弧長所對圓心角τ，

即氣泡每移動一

格時，水準管軸所傾斜的角值。

水準管分劃值的大小反映了儀器置平精度的高低

。水準管縱向弧線半徑R

越大，τ

值越小，則水準管靈敏度越高。

DS3

型水準管分劃值一般為20″/2mm。圖2-10l

符合水準器

l

當氣泡居中時，兩端氣泡的影像就能符合成吻合的拋物線，它用于微傾式水準儀。

l

如果兩端影像錯開，則表示氣泡不居中，這時可旋轉(zhuǎn)微傾螺旋使氣泡影像符合，使氣泡居中。

注：左邊氣泡影像的移動方向與微傾螺旋的轉(zhuǎn)動方向一致。圖2-12§2.2

水準儀和水準尺3、基座2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成。軸座腳螺旋連接板§2.2

水準儀和水準尺1、水準尺2.2.2水準尺和尺墊塔尺——由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長3m或5米，接頭處存在誤差，多用于精度較低的水準測量中。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測量中。2、尺墊2.2.3DS3微傾式水準儀的使用

微傾式水準儀的使用包括安置儀器、粗略整平、瞄準水準尺、精平與讀數(shù)等操作步驟。1．安置儀器

l

在測站上安置三腳架，架頭大致水平。

l用連接螺旋將儀器牢固地連接在三腳架頭上。

2．粗略整平（粗平）

l

粗平概念：用腳螺旋使圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛直，從而使視準軸粗略水平。

l

氣泡的移動方向

與左手大拇指（右手的食指）運動的方向一致

操作：（腳螺旋順時針轉(zhuǎn)動該端升高，逆時針轉(zhuǎn)動該端降低

，

氣泡向高處移動

）3．瞄準水準尺

l

目鏡對光：對準白色目標，旋轉(zhuǎn)目鏡，使十字絲成像清晰。

l

粗略瞄準：缺口、準星、目標（尺）三點一線，制動望遠鏡。

l

物鏡調(diào)焦（對光）：轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)焦螺旋，使目標成像清晰。

l

精確照準：轉(zhuǎn)動水平微動螺旋使目標的對稱中心與豎絲重合（或在豎絲附近）注意：瞄準水準尺時必須消除視差。

※視差：觀測者的眼睛在目鏡端上下移動時，物像與十字絲間有相對運動的現(xiàn)象，叫十字絲視差，簡稱視差。

※

產(chǎn)生視差的原因及消除的方法：l產(chǎn)生視差的原因:尺像與十字絲分劃板不重合。

l消除的方法：重新調(diào)焦（物鏡）

圖2-15l

精平：轉(zhuǎn)動微傾螺旋使符合水準管氣泡居中。

l

讀數(shù)：用十字絲橫絲切尺上的刻劃直接讀出米、分米和厘米數(shù)，并估讀出毫米數(shù)，保證每個讀數(shù)均為四位數(shù)，即使某位數(shù)是零也不可省略。讀數(shù)方法：

由小到大的讀（倒像儀器從上到下）。圖2-12的讀數(shù)為:

1.259m。

圖2-124．精平與讀數(shù)§2.3普通水準測量及其成果整理2.3.2水準測量方法圖2-15轉(zhuǎn)點(TuringPoint),簡寫為TP§2.3普通水準測量及其成果整理2.3.2水準測量方法每一測站可測得前、后視兩點間的高差，即： h1=a1-b1

h2=a2-b2 ……

hn=an-bn各式相加，得：

hAB=Σh=Σa-ΣbB點高程為：HB=HA+Σh (2-5)hAB=Σh=Σa-ΣbHB=HA+Σh點號水準尺讀數(shù)高差高程備注后視前視+－BMA1.632

19.153已知高程點TP12.4621.271

0.361

19.514

TP21.8460.9521.510

TP30.9311.2520.594

TP41.0362.078

1.147

BMB

2.0250.989

19.482

∑7.9077.5782.4652.136

計算檢核∑a—∑b=+0.329∑h=+0.329HB—HA=+0.329表2-2水準測量記錄手簿21.02421.61820.471§2.3普通水準測量及其成果整理2.3.3水準測量成果整理2、成果檢核⑴

附合水準路線高差閉合差

fh=Σh測-(H終-H始) (2-6)fh=Σh測-(H終-H始) ⑵閉合水準路線高差閉合差

fh=Σh測

(2-7)fh=Σh測⑶支水準路線高差閉合差

fh=Σh往+Σh返

(2-8)fh=Σh往+Σh返§2.3普通水準測量及其成果整理2.3.3水準測量成果整理2、成果檢核高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測量誤差，故閉合差的數(shù)值應該在容許范圍內(nèi)，否則應檢查原因，返工重測。普通水準測量高差閉合差容許值為：平地山地(2-9)四等水準測量高差閉合差容許值為：平地山地(2-10)式中：L為水準路線總長(km)；n為測站數(shù)§2.4

水準測量成果計算2.4.1附合水準路線測量成果計算⑶計算各點高程用改正后的高差，由已知水準點A開始，逐點算出各點高程，由計算得到的B點高程應與B點的已知高程相等，以此作為計算檢核。

§2.4

水準測量成果計算2.4.2閉合水準路線測量成果計算閉合水準路線高差閉合差按式(2-7)計算，若閉合差在容許值范圍內(nèi)，按上述附合水準路線相同的方法調(diào)整閉合差，并計算高程。表2-3附合水準路線成果計算(例圖2.19)測段點號路線長度（km）測站數(shù)實測高差（m）改正數(shù)（m）改正后高差（m）高程（m）

1BMA0.60

+1.331-0.002+1.3296.54317.87222.00

+1.813-0.008+1.80529.67731.60

-1.424-0.007-1.43138.34642.05

+1.340-0.008+1.332BMB9.578∑6.25

+3.060-0.025+3.035

輔助計算

§2-6水準儀的檢驗和校正檢校的時間：購進儀器之后長途運輸之后項目開工之后出現(xiàn)問題之后檢校目的：使儀器各種軸系關(guān)系處于正常狀態(tài)。

§2.5

微傾式水準儀的檢驗與校正§2.5

微傾式水準儀的檢驗與校正水準儀有以下主要軸線：視準軸、水準管軸、儀器豎軸和圓水準器軸，以及十字絲橫絲，見圖2-18。各軸線間應滿足的幾何條件是:①圓水準器l軸平行儀器豎軸；②十字絲橫絲垂直儀器豎軸；③水準管軸平行視準軸。（一）圓水準器軸平行于儀器豎軸的檢驗和校正

目的使LL∥VV

，圓水準器氣泡居中時，豎軸位于鉛垂位置。檢驗（1）旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準器氣泡居中（2）將望遠鏡水平方向繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°，若氣泡仍居中，則LL∥VV

，若氣泡偏離，則需進行校正?！?.5

微傾式水準儀的檢驗與校正校正

先用腳螺旋使氣泡向中央方向移動偏離量的一半；稍松中間的固定螺絲（有的儀器無此螺絲）；再用校正針撥動圓水準器的三個校正螺絲使氣泡居中。重復上述的檢驗和校正，使儀器上部旋轉(zhuǎn)到任何位置氣泡都能居中為止。最后應注意旋緊固定螺絲。圖2-25§2.5

微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.1圓水準器軸平行儀器豎軸的檢驗校正（二）十字絲橫絲垂直于儀器豎軸的檢驗和校正目的

使橫絲⊥VV

，當儀器粗略整平后，橫絲基本水平，用橫絲上任意位置所得讀數(shù)均相同。

檢驗水準儀整平后，先用十字絲橫絲的一端切準一個點狀目標P

，若P點始終在橫絲上移動，說明橫絲已與豎軸垂直；若P點移動的軌跡離開了橫絲，則說明橫絲與豎軸不垂直，需要校正。圖2-27§2.5

微傾式水準儀的檢驗與校正校正

打開十字絲分劃板的護罩，可見到三個或四個分劃板的固定螺絲松開這些固定螺絲用手轉(zhuǎn)動十字絲分劃板座，使橫絲的另一端與目標相切。反復試驗使橫絲的兩端都能與目標相切，則校正完成。最后旋緊所有固定螺絲。

圖2-28（三）水準管軸平行視準軸的檢驗與校正

l

i角：水準管軸和視準軸在垂直面上的投影的夾角。

l交叉誤差：上述兩軸在水平面上投影的夾角。在普通（等外）水準

測量中可忽略其影響

為使LL∥CC，兩軸在水平面和垂直面的投影都應平行。

l

i角檢驗：是水準儀檢校中最重要的一項，

l

i角檢驗目的

當水準管氣泡符合時，視準軸就處于水平位置，使讀數(shù)正確。

圖2-29

a2

a2′

a1檢驗方法：

l

在平坦之地選相距60～80m的A、B兩點，在兩點打入木樁；

l

水準儀置于

I點（A、B兩點的中點），用雙儀高法測得A

B兩點的高差h1=a1-b1l

將儀器搬至

II點（距B點略大于2米），測得A、B兩點高差h2=a2-b2l

如果h2=h1，說明水準管軸與視準軸平行，即i=0。如果h2≠h1則說明存在i角誤差：式中Δ=h2-h1=a2-a2′兩點所測高差之差；

DAB——A、B兩點間的距離；

ρ″——206265″。當Δ或i角為正時，視線向上傾斜，反之向下傾斜。對于DS3水準儀，要求i角不大于20，否則應進行校正。

a2

a2′

a1l

如果h2=h1，說明水準管軸與視準軸平行，即i=0。如果h2≠h1則說明存在i角誤差：式中Δ=h2-h1=a2-a2′兩點所測高差之差；

DAB——A、B兩點間的距離；

ρ″——206265″。當Δ或i角為正時，視線向上傾斜，反之向下傾斜。對于DS3水準儀，要求i角不大于20，否則應進行校正。

a2

a2′

a1儀器在II處，用微傾螺旋使遠點A的讀數(shù)從a2改變到a2′=b2+h1

。此時視準軸處于水平位置，但水準管也因隨之變動而氣泡不再符合。用校正針撥動水準管一端的校正螺絲使氣泡符合，(圖2-30)則水準管軸也處于水平位置，從而使水準管軸平行于視準軸。水準管的校正螺絲，校正時先松動左右兩校正螺絲，然后撥上下兩校正螺絲使氣泡符合。撥動上下校正螺絲時，應先松一個再緊另一個逐漸改正，當最后校正完畢時，所有校正螺絲都應適度旋緊。以上檢驗校正要反復進行，直到i角小于20″為止。校正方法（圖

2-29）

圖2-30§2.6

水準測量誤差分析及注意事項2.6.1儀器誤差⑴儀器校正后的殘余誤差水準儀經(jīng)過校正后，不可能絕對滿足水準管軸平行視準軸的條件，因而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。這種誤差的影響與距離成正比，只要觀測時注意使前、后視距離相等，便可消除或減弱此項誤差的影響。⑵水準尺誤差包括水準尺長度變化、刻劃誤差和零點誤差等。精密水準測量應對水準尺進行檢定，并對讀數(shù)進行尺長誤差改正。零點誤差在成對使用水準尺時，可采取設(shè)置偶數(shù)測站的方法來消除；也可在前、后視中使用同一根水準尺來消除?！?.6

水準測量誤差及其消減方法2.6.2觀測誤差⑴水準管氣泡對中誤差水準管氣泡居中誤差一般為±0.15τ″。符合水準器，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、望遠鏡放大率以及視線長度有關(guān)。按下式計算：式中：V——望遠鏡放大率；D——視線長；60″——人眼能分辨的最小角度；ρ——206265″；τ——水準管分劃值。(2-15)(2-16)為保證讀數(shù)精度，各等水準測量對望遠鏡放大率和最大視線長有相應規(guī)定?！?.6

水準測量誤差及其消減方法2.6.2觀測誤差⑶視差影響——視差對水準尺讀數(shù)會產(chǎn)生較大誤差。應仔細調(diào)焦，避免出現(xiàn)視差。⑷水準尺傾斜——誤差水準尺傾斜會使讀數(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)?！?.6

水準測量誤差及其消減方法2.6.3外界條件影響⑴儀器下沉選擇堅實的地面作測站，并將腳架踏實。用雙面尺法進行測站檢核時，采用“后、前、前、后”的觀測程度，可減小其影響。⑵尺墊下沉——水平視線在尺上的讀數(shù)b，理論上應改算為相應水準面截于水準尺的讀數(shù)b’，兩者的差值c稱為地球曲率差。測量中當前、后視距相等時，通過高差計算可消除該影響。⑶地球曲率的影響(2-17)§2.6

水準測量誤差及