1、1,第二章 水準測量,目的：1 測定地面兩點間高差 2 求出未知點高程,2,一、概述,水準測量是高程測量中的一種。 高程測量分為水準測量、三角高程測量和GPS高程測量。 設定大地水準面為高程基準面，統(tǒng)一了全國的高程系統(tǒng)。（該面上任一點，其高程為零）,3,二、大地水準面的確定,我國在青島設立驗潮站和大地原點,4,第一節(jié) 水準測量的原理,利用水準儀提供的一條水平視線，對豎立在兩地面點的水準尺上分別進行瞄準和讀數(shù)，（后視讀數(shù)a、前視讀數(shù)b）以測定兩點間的高差，（hAB）再根據(jù)已知點的高程（HA）推算未知點的高程（HB）。,5,一、水準測量原理圖,6,二、高差測量公式,高差定義：兩點的高程之差 hAB

2、=HB-HA 測量公式：hAB=a-b 未知點高程：HB=HA+hAB,7,三、高差正負號的規(guī)定,根據(jù)高差測量公式： 高差hAB =后視讀數(shù)a -前視讀數(shù)b 規(guī)定： 當a b 時，高差hAB為正； 當a b 時，高差hAB為負。,8,例 題,已知M點高程HM=68.259m，今觀測MD兩點高差，M點讀數(shù)1567，D點讀數(shù)1879，計算hMD和hDM和D點高程HD。 解：hMD= 1567- 1879=-0.312m HD = 68.259+（-0.312)=67.947m hDM =1879- 1567=+0.312m,9,第二節(jié) 水準測量的儀器和工具,水準儀分為氣泡式水準儀和自動安平水準儀

3、型號有DS05、DS1、DS3型 D 大地測量，S 水準儀， 數(shù)字下標05表示水準儀的精度（每公里高差中數(shù)的中誤差）,10,一、水準尺和尺墊,11,1、零點差,水準尺有黑紅兩面（雙面尺） 黑面基本分劃（尺底為0） 紅面輔助分劃（尺底為某一數(shù)值） 一般有4587、4687和4787幾種 紅黑兩面尺底部讀數(shù)差零點差（尺常數(shù)）,12,2、讀數(shù),一般在水準尺上讀 四位數(shù) 最后一位毫米數(shù) 是估讀的,13,二、水準儀的構(gòu)造,1.水準儀 DSO5、DS1、DS3、DS1O 主要有照準部和基座二大部分,14,1、望遠鏡,水平視線視準軸水平時的視線,15,視差與消除視差,視差：原因調(diào)焦不完善 （圖像沒有完全成像

4、在十字絲分劃板上） 消除視差：先調(diào)目鏡使十字絲清晰 再調(diào)物鏡使目標成像清晰,16,2、水準器（ 水準管 和 圓水準器）,17,3、水準儀的主要軸線,視準軸(cc)、管水準軸(LL)、 豎軸(vv) 、 圓水準軸(LL) 。,18,4、水準儀軸線應滿足的幾何條件, 視準軸平行于水準管軸LLcc； 圓水準軸平行于縱軸LLvv ； 十字絲的中絲與豎軸vv互相垂直。,19,第三節(jié) 水準儀的使用,首先將水準儀固連在三角架上， 三角架頂部大致水平,20,一、操作程序,粗平瞄準精平讀數(shù),21,22,2、瞄準,用微動螺旋使十字絲靠近水準尺上分劃 瞄準時注意消除視差,23,3、精平,借助于水準管氣泡居中使視準軸

5、處于精確水平位置，得到水平視線 （注：自動安平水準儀無此步驟） 自動安平水準儀工作原理： 通過圓水準器氣泡居中，使縱軸大致鉛垂，視準軸大致水平，通過補償器，使瞄準水準尺的視線嚴格水平。,24,4、讀數(shù),讀四位數(shù)，估讀到毫米,25,小結(jié),水準測量原理 水準儀 水準尺,26,幾個基本概念,1.測站：水準儀所擺設的位置稱為測站。 2.測點：水準尺所擺設的位置稱為測點。 3.水準路線：連續(xù)若干測站水準測量工作構(gòu)成的高差觀測路線。,27,第四節(jié) 水準測量的實施方法,水準點與水準路線 水準面曲率對高差測量的影響 連續(xù)水準測量 普通水準測量的觀測與記錄方法 四等水準測量的觀測與記錄方法,28,一、水準點,水

6、準點是埋設穩(wěn)固并通過水準測量測定其高程的點，有永久性和臨時性兩種。,29,二、水準路線,在水準點之間進行水準測量所經(jīng)過的路線，兩個水準點之間的一段路線成為“測段”，根據(jù)水準點的分布情況，水準路線有以下幾種布設形式：,30,1、閉合水準路線,從某一已知高程點A出發(fā)，沿待定點1，2，3，進行水準測量，最后再回到A點。 注：各測段高差的總和，在理論上應等于零， 可以作為觀測正確性的檢核。 即：h理 = 0,31,2、附合水準路線,從某一已知高程點A出發(fā)，沿待定點1，2，3，進行水準測量，最后附合到另一已知高程點B。 注：各測段高差的總和，在理論上應等于兩端已知點的高差，可以作為觀測正確性的檢核。 即

7、：h理= HB - HA,32,3、支水準路線,從某一已知高程點A出發(fā)，沿待定點1，2，3，進行水準測量，其路線既不閉合，也不附合。 注：支水準路線因缺少檢核，應進行往返觀測，各測段往測高差總和，在理論上應等于返測高差總和，可以作為觀測正確性的檢核。 即：（h往 +h返 ）理= 0,33,三、水準面曲率對高差測量的影響,如圖，用水平面代替水準面；給水準尺讀數(shù)帶來的影響為 aa、bb 正確高差應為： hAB=(a-aa)-(b-bb) =(a-b)-(aa-bb) 所以，應采用“中間法水準測量”,34,四、連續(xù)水準測量,兩點間距離較遠或高差較大時，一個測站（即安置一次儀器）不能測定其高差，中間可

8、加設若干個臨時立尺點轉(zhuǎn)點(作用傳遞高程)，最后取各測站的高差代數(shù)和，得到起終兩點間的高差。 hAB =h = h1+h2+h3+h4,35,五、 水準測量的實測方法,國家水準測量的等級： 一等水準 二等水準（一、二等水準為國家精密水準） 三等水準 四等水準 等外水準（普通水準）,36,、兩次儀器高法,在連續(xù)水準測量中，用兩次不同的高度安置水準儀來測定兩點間的高差，據(jù)此檢查觀測和讀數(shù)是否正確。 （高差之差應滿足mm） 觀測程序：后前前后（黑面）,37,水準測量記錄（兩次儀器高法）,水準尺,讀數(shù),測站,點號,后視,前視,高差,（,m,）,平均,高差,（,m,）,A,1577,1467,TP1,12

9、36,0.34,1,1,1124,0.34,3,0.342,38,、雙面尺法,保持儀器高度不變，用黑、紅兩面尺分別觀測兩點間高差（黑面高差和紅面高差），據(jù)此檢查觀測和讀數(shù)是否正確。 （高差之差應滿足mm） 觀測程序： 后前前后 黑黑紅紅,39,水準測量記錄（雙面尺法）,水準尺讀數(shù),測站,點號,后視,前視,高差（,m,）,平均高差（,m,）,TP1,1869,6558,B,2,40,實驗一、水準儀的認識,水準儀的認識（粗平） 讀數(shù)練習（視差、尺常數(shù)） 閉合水準高差測量（雙面尺法） h理 = 0,41,六、四等水準測量,采用雙面尺法進行觀測，為提高觀測精度，每一測站觀測需滿足如下技術要求：,42,

10、四等水準測量示意圖,四等水準測量觀測程序： 后前前后 黑黑紅紅,43,四等水準測量記錄,1462,1958,后尺,1260,6050,3,1051,1563,前尺,1761,6449,3,41.1,80,39.5,80,后前,5,3,|,5,+1.6,10,后尺,前尺,50.2,52.9,后前,4,TP3,|,TP4,-,2.7,-,1.1,80,44,實驗二、四等水準測量,閉合水準路線，每人一個測站 h理 = 0,45,第五節(jié) 水準測量的成果整理,內(nèi)容： （整理前應先進行測量記錄的復核） 一、高差閉合差 二、高差改正數(shù)計算（高差閉合差的分配） 三、待定點的高程計算,46,一、高差閉合差,閉合

11、差 f 觀測值 理論值 高差閉合差 fh h測 -h理,47,1、高差閉合差的計算, 閉合水準路線 fh=h測 附合水準路線 fh=h測 -（H終-H始） 支水準路線 fh=（h往 +h返）測,48,2、高差閉合差的容許值,高差閉合差是水準測量存在觀測誤差的反映，在規(guī)定范圍內(nèi)，則認為精度合格，否則應返工重測。 規(guī)定： 平原地區(qū) 山地或丘陵地區(qū)（每公里測站數(shù)超過16站）,49,二、高差閉合差的分配,50,每公里改正數(shù)計算,fh=h測 = +6 mm 每公里改正數(shù) v = - fh /S v = - 6mm/6km = -1mm/km 每測段高差改正數(shù) vi = v Si 分配:反號與距離（或測站

12、數(shù)）成正比分配 需用改正后高差計算待定點的高程!,51,例題1 （附合水準）,1,點,號,距離,（,km,）,觀測高差,（,m,）,改正數(shù),（,m,m,）,改正后高差,（,m,）,高程,（,m,）,A,65.376,1.0,1,66.939,1.2,2,68.961,1.4,3,67.203,2.2,B,68.623,5.8,52,0.718,2.209,50.583,1.268,1.425,ZD1,ab=5.358 3.867=1.491 h=2.209 0.718=1.491 HB HA=51.491 50.000=1.491 HB HA=h=a b (計算無誤),計算檢核,3.867,5

13、.358,51.491,0.346,B,50.618,1.581,1.219,ZD3,51.336,0.672,0.863,ZD2,HA=50.000m,50.000,0.583 0.753 0.873,1.851,A,前視,+,后 視,備 注,高 程 （m）,高 差,標尺讀數(shù)（m）,測點,0.718,普通水準測量記錄表,53,2020年7月14日星期二,湖北工業(yè)大學 土木學院工程管理系,53,例：附合水準測量內(nèi)業(yè)計算,54,例題2 (支水準),fh=（h往 +h返）測 = -1.375+1.396 =+0.021m 如果滿足精度要求，高差應取往返測平均值。 H1 = HA + hA1 = 8

14、6.785-1.386 = 85.399m,55,五、水準儀的檢驗與校正 圓水準器軸應平行于儀器的垂直軸LL/VV 水準管軸應平行于望遠鏡的視準軸LL/VV 望遠鏡十字絲橫絲應垂直于儀器的垂直軸,56,圓水準器軸平行于儀器的垂直軸的檢驗校正 檢驗方法：旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準氣泡居中，之后將儀器水平旋轉(zhuǎn)180，氣泡仍居中則正常，否則需要校正。,57,水準管軸平行于望遠鏡的視準軸的檢驗校正 i角誤差,58,2020年7月14日星期二,湖北工業(yè)大學 土木學院工程管理系,58,望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行 i角對讀數(shù)的影響,向上傾斜i 角的符號為正,儀器居中,59,2020年7月14日星期二,湖北

15、工業(yè)大學 土木學院工程管理系,59,望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行 i角對高差的影響,向上傾斜i 角的符號為正,60,水準管校正,61,望遠鏡十字絲橫絲垂直于儀器垂直軸的檢驗 檢驗方法：瞄準一固定點，轉(zhuǎn)微動螺旋使儀器水平旋轉(zhuǎn)，若點始終沿橫絲移動，則水平；否則需校正。,62,水準尺的檢驗與校正 水準尺分劃面彎曲差（矢距）的測定 對普通水準尺，應有：f8mm 否則，應進行改正： l=(8f2)/3l 其中l(wèi)為水準尺尺長,63,水準尺分劃正確性檢驗 每米分劃間隔正確性檢驗 水準尺紅面與黑面零點差（尺常數(shù)K）的測定 一對水準尺黑面零點差的測定,64,2.5 水準測量誤差及其預防,一、儀器誤差：

16、1.視準軸與管水準軸不平行誤差：2.水準標尺的誤差：3.望遠鏡調(diào)焦機構(gòu)隙動差： 二、操作誤差:1.管水準器氣泡居中誤差。2.標尺瞄準誤差。3.水準標尺的傾斜誤差。 三、外界環(huán)境影響：1.地球曲率的影響。2.大氣折射的影響。3.溫度的影響 。4.儀器標尺升沉的影響。,65,消除減少誤差方法：,1)檢驗校正水準儀， i角小(DS3少于20)，擯棄不合格標尺。 2)一測站前、后視距盡量相等，視距差符合規(guī)定。 3)測站觀測只一次對光。 4)做好精平。 5)限制視距長度。 6)立尺直、穩(wěn)。 7)避陽光直曬，最宜陰天觀測，視線高出地面0.3米。 8)往返測。,66,2.6精密水準儀,一、精密水準儀特點：

17、1)設有精密可靠的測微設施。 讀數(shù)可精確到0.01mm。 (1)標尺穩(wěn)定性能好，刻劃精密。 (2)水準儀設有平板測微器。 (3)望遠鏡十字絲板采用楔形十字絲分劃。 2)精確整平的靈敏度高。 3)抗干擾能力強。,67,68,二、電子水準儀,1. 采用條紋編碼的標尺長度注記方式。 2.采用攝像技術，對標尺測量進行攝像觀測。 3.自動實現(xiàn)圖象的數(shù)字化處理以及觀測數(shù)據(jù)的測站顯示、檢核、運算等。,69,電子水準儀,70,第二章小結(jié),1 水準測量的原理 2 水準儀及水準尺 3 高差的測量方法（普通、四等） 4 計算高程,71,作業(yè)1 (閉合水準),已知M點高程，各測段觀測高差和測站數(shù)如圖所示，求D、K、T的高程。,72,作業(yè)2 (附合水準),如圖：已知P、F點高程，求G、A、D點高程。,73,作業(yè)3（支水準）,已知P點高程，觀測數(shù)據(jù)如圖所示： 求高差閉合差及D、A點高程。,74,作業(yè)1（閉合水準）答案: