1、2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,1,水利工程測量第3章 水準測量,主講教師：高飛,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,2,第3章 水準測量 3.1 水準測量原理 3.2 水準儀及其使用 3.3 自動安平水準儀及數(shù)字水準儀 3.4 水準測量方法 3.5 微傾式水準儀的檢驗與校正 3.6 水準測量的誤差分析及注意事項,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,3,第3章 水準測量,測量三項基本工作之一：高程測量 高程測量：測量地面上各點高程的工作 高程測量有下列幾種方法： 1.幾何水準測量是高程測量最主要

2、的方法 2.三角高程測量 3.物理高程測量 包括: 氣壓高程測量、液體靜力水準測量 4.GPS高程測量,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,4,主要內(nèi)容： 水準測量原理、水準儀的構(gòu)造及使用、水準測量的施測方法、儀器的檢驗與校正。 主要目的： 使學(xué)生了解水準測量原理、測量工具，掌握地面點位高程測量過程，從而精確求出地面點高程。 重點內(nèi)容： 水準測量原理、施測方法、成果計算。,第3章 水準測量,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,5, 3.1 水準測量原理原理：利用水準儀提供的一條水平視線，借助水準尺來測定地面兩點間的高差，從而由已知

3、點的高程和測得的高差，求出待定點的高程。,1.高差法: hAB=后視讀數(shù)前視讀數(shù)，即： 待定點B點的高程：,2.儀高法(視線高法):,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,6, 3.2 水準儀及其使用水準測量所使用的儀器為水準儀，所使用的工具為水準尺和尺墊。,水準儀按其精度劃分為四個等級： 精密水準儀DS05、DS1；普通水準儀DS3、DS10 D大地測量；S水準儀；后面的數(shù)字代表儀器的測量精度（每公里往返測高差中數(shù)的中誤差，即精度）。 水準儀按其構(gòu)造可分為四種： 微傾式水準儀、自動安平水準儀、電子水準儀和數(shù)字水準儀 目前，普通工程測量中最常用的水準儀是： DS3

4、微傾式水準儀（或DS3自動安平水準儀）,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,7,一、DS3微傾式水準儀及其使用,DS3微傾式水準儀的構(gòu)造 作用：為測量高差提供一條水平視線 組成：望遠鏡、水準器、基座,1.微傾螺旋；2.分劃板護罩；3.目鏡；4.物鏡調(diào)焦螺旋；5.制動螺旋；6.微動螺旋；7.底板；8.三角壓板； 9.腳螺旋；10.彈簧帽； 11.望遠鏡；12.物鏡；13.管水準器；14.圓水準器；15.連接小螺釘；16.軸座,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,8,(1)望遠鏡由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成,C C 視準軸

5、CC：物鏡光心與十字絲交點的連線 視準軸在測量時必須保持水平，也就是水平視線！,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,9,（2）水準器水準器分為圓水準器和管水準器兩種。管水準器用來指示視準軸是否水平,0 點 2mm,管水準器又稱為長水準管 水準管分劃值 ：是水準管表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角 水準管軸LL：過水準管零點所作圓弧面的縱切線,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,10,2mm,圓水準器用來指示儀器豎軸是否豎直,圓水準器分劃值 ：是圓水準器表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角 DS3水準儀水準器分劃值 通常為：長水準管 圓水準器 圓

6、水準器軸 ：過圓水準器零點所作圓球面的法線,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,11,DS3水準儀常采用符合水準管系統(tǒng)目的是提高水準管氣泡居中的精度,符合氣泡符合， 水準管軸與視 線水平。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,12,（3）基座,基座通過連接螺旋與三腳架相連 基座用于支承水準儀上部，水準儀旋轉(zhuǎn)軸插入基座軸套可自由旋轉(zhuǎn) 基座上的三個腳螺旋用于調(diào)節(jié)圓水準氣泡 儀器豎軸VV：就是水準儀的旋轉(zhuǎn)軸,望遠鏡,水準器,基座,三腳架,V,V,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,13,水準儀的主要構(gòu)造特

7、點,水準儀的主要軸線： 視準軸CC 水準管軸LL 圓水準器軸 儀器豎軸VV 必須滿足的幾何條件： VV 十字絲橫絲 VV LL CC,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,14,2. 水準尺和尺墊（1）水準尺有單面尺、雙面尺、塔尺三種（2）標準水準尺為一對雙面尺， 其中: A尺和B尺黑面03m; A尺紅面4.6877.687m, B尺紅面4.7877.787m。（3）尺墊半球形頂部用來豎立水準尺，并標志轉(zhuǎn)點位置。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,15,3. 水準儀的使用為測定A、B兩點的高差，首先將水準儀安置在A、B兩點之間，然

8、后按以下四個步驟進行操作：,（1）粗平（粗略整平） 目的是使儀器豎軸鉛直 調(diào)節(jié)三個腳螺旋使圓水準器氣泡居中，氣泡移動的方向始終與左手大拇指的運動方向一致。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,16,（2）瞄準（瞄準水準尺） 首先轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，轉(zhuǎn)動望遠鏡瞄準水準尺，再轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)焦螺旋使目標清晰。注意消除視差！ 什么是視差？產(chǎn)生的原因？如何消除？,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,17,（3）精平（精確整平） 在每次讀數(shù)之前，都應(yīng)注視符合水準氣泡觀測窗，轉(zhuǎn)動微傾螺旋使水準管氣泡居中，即符合水準器的兩端氣泡影像對齊，只

9、有當氣泡已經(jīng)穩(wěn)定不動而又居中的時候，水準管軸水平，視準軸亦水平，即提供了一條水平視線。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,18,（4）讀數(shù)（精確整平） 儀器精確整平后，即可用十字絲橫絲（即中絲）在水準尺上讀數(shù)。 讀數(shù)按由小到大的方向，讀出米、分米、厘米、并仔細估讀毫米數(shù)。 讀數(shù)記錄一般均不加小數(shù)點，讀記四位數(shù)，以毫米為單位。,黑面讀數(shù)a=1274（mm） 紅面讀數(shù) b=5958（mm）,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,19,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,20,精密水準儀（DS05、DS1

10、）主要用于國家一、二等水準測量(the first and second order leveling)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)備安裝的水平基準測量等。,二、 精密水準儀和精密水準尺, 3.2 水準儀及其使用,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,21,1. 精密水準儀的特點,1) 望遠鏡的放大倍數(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) 管水準器分劃值為10/2mm，精平精度高； 3) 望遠鏡的物鏡有效孔徑大，亮度好； 4) 望遠鏡外表材料一般采用受溫度變化小的因瓦合金鋼，

11、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??； 6) 配備精密水準尺。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,22,2. 精密水準尺(因瓦水準尺),精密水準尺：是在木質(zhì)尺身的凹槽內(nèi)，引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張在尺身上，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：3.01550 m,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,23,3. N

12、3精密水準儀及其讀數(shù)原理,下圖就是新N3微傾式精密水準儀，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，精密水準儀上設(shè)有平行玻璃板測微器。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,24,測微尺的讀數(shù)通過光路成像在測微尺讀數(shù)窗內(nèi)。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,25,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個分格。測微尺上1個分格等于0.1mm，如在測微尺上估讀到0.1分格，則可以估讀到0.01mm。將標尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標尺的實際讀數(shù)。如下圖的讀數(shù)為148+0

13、.655=148.655cm=1.48655m。,測微尺的讀數(shù),2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,26,自動安平水準儀不需要水準管和微傾螺旋，只有一個圓水準器，安置儀器時，只要使圓水準器的氣泡居中后，借助一種“補償器”的特別裝置，使視線自動處于水平狀態(tài)。,自動安平水準儀正面, 3.3 自動安平水準儀 及數(shù)字水準儀一、自動安平水準儀,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,27,自動安平水準儀反面,自動安平水準儀后面,自動安平水準儀反面,自動安平水準儀正面,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,28,自動

14、安平水準儀安平的工作原理,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,29,二、數(shù)字水準儀,（電子水準儀）,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,30,二、數(shù)字水準儀,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,31,下圖為采用相關(guān)法的徠卡NA3003數(shù)字水準儀的機械光學(xué)結(jié)構(gòu)圖,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,32, 3.4 水準測量方法一、水準測量的外業(yè)實施,1. 水準點 事先埋設(shè)標志在地面上，用水準測量方法建立的高程控制點(Bench Mark), 常以BM表示。 水準點分為永

15、久性和臨時性兩種，其頂部通常為凸起的半球面, 用于放置水準尺。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,33,2. 待定點高程的測量和計算檢核,已知HA， 求高程HB，中間臨時放置標尺的過度點1，2.稱為轉(zhuǎn)點, 起高程傳遞作用, 常用TP表示，實測時轉(zhuǎn)點上應(yīng)使用尺墊 。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,34,每測站高差： 各測站高差之和： 待定點B點高程：,施測方法（動畫）,2. 待定點高程的測量和計算檢核,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,35,普通水準測量記錄表,0.718,2.209,50.

16、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,3.867,5.358,51.491,0.346,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,0.718,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量

17、工程系,36,3. 測站檢核,為保證每一測站的高差正確，或在誤差允許范圍之內(nèi)，必須進行測站檢核。 測站檢核有雙儀高法和雙面尺法 （1）雙面尺法：黑面讀數(shù)高差： 紅面讀數(shù)高差： 紅黑面高差之差： 最后高差中數(shù)： （2）雙儀高法：改變儀器高度10cm以上，測出兩次高差，進行檢核。,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,37,雙面尺法水準測量觀測記錄表,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,38,雙儀高法水準測量觀測記錄表,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,39,二、水準路線測量的成果檢核,1.閉合水準路線

18、 從某已知點BMA出發(fā),經(jīng)待定點1,2,3,4; 再回到A點。 高差理論值： 高差閉合差： 2.附合水準路線 從已知點BMA出發(fā)到另一已知點B, 高差理論值： 高差閉合差：,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,40,二、水準路線測量的成果檢核,3.結(jié)點水準網(wǎng) （1） 獨立水準網(wǎng) （2）單結(jié)點附合水準網(wǎng) 4.支水準路線 從已知點BMA出發(fā)到待定點B,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,41,三、水準測量的內(nèi)業(yè)計算按一定的原則將計算出的水準線路高差閉合差進行分配，確保各測段（或各測站）高差經(jīng)改正后嚴格滿足檢核條件。,等外水準測量 高差

19、閉合差容許誤差： 山地： 平地：,國家四等水準測量 高差閉合差容許誤差： 山地： 平地：,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,42,水準測量的內(nèi)業(yè)計算步驟,（附合、閉合水準路線）,h2,1）計算閉合差,2）判斷閉合差是否超限,3）計算各測段觀測高差的改正數(shù),5）計算各測段的改正后的高差,6）計算各點的高程值,4）檢查閉合差是否分配完,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,43,例：附合水準測量內(nèi)業(yè)計算,1.3,2020年8月10日星期一,合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系,44,普通水準測量記錄計算表,-0.016,-0.014

20、 -0.119,B,56.902,0964 5754,1563 6348,B,fh= h = 0.016 m = 16 mm,檢核,BMA,55.352,0772 5560,BMA,E,55.243,2024 6712,0876 5566,E,D,56.332,2100 6886,0932 5720,D,C,57.079,1387 6076,1350 6035,C,HA=55.352m,55.352,25127200,BMA,平均高差,高差,前視,后 視,備 注,高 程 （m）,高 差,標尺讀數(shù)（m）,測點,7.233 30.869,7.247 30.988,+1.548 +1.446,+0.176 +0.272,-0.750 -0.851,-1.092 -0.992,+0.104 +0.006,+3 +1.547,+3 +0.174,+3 -0.750,+3 -1.092,+4