1、1,第二章 水準(zhǔn)測量,2.1 高程測量概述 2.2 水準(zhǔn)測量原理 2.3 水準(zhǔn)測量儀器及使用 2.4,5 水準(zhǔn)測量方法 2.6 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正 2.7 水準(zhǔn)測量的誤差分析 2.8 其他水準(zhǔn)儀簡介,2,本章要求,教學(xué)重點(diǎn)： 水準(zhǔn)測量原理、水準(zhǔn)測量的外業(yè)施測及內(nèi)業(yè)成果計(jì)算。 教學(xué)目的： 水準(zhǔn)儀的構(gòu)造、檢驗(yàn)和校正方法及水準(zhǔn)測量的誤差來源及相應(yīng)的消減措施。掌握水準(zhǔn)測量原理、水準(zhǔn)儀的使用、水準(zhǔn)測量的方法及成果整理。 教學(xué)難點(diǎn)： 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正方法。,3,第一節(jié) 高程測量概述,一、高程測量的定義,二高程測量的方法 1水準(zhǔn)測量：利用水平視線來測量兩點(diǎn)之間的高差。由于此方法施測簡單，且精度較高，所以是

2、高程測量中最主要的方法，被廣泛應(yīng)用于高程控制測量、工程勘測和各項(xiàng)施工測量中。 2三角高程測量：通過測量兩點(diǎn)之間的水平距離或傾斜距離和傾斜角，然后利用三角公式計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差。此方法適用于地形起伏比較大的地區(qū)，其精度低于水準(zhǔn)測量。,4,三水準(zhǔn)點(diǎn)及其等級 1水準(zhǔn)點(diǎn)（Bench Mark），工程上常用BM來標(biāo)記。 2國家水準(zhǔn)點(diǎn)分為四個(gè)等級，即一、二、三、四等水準(zhǔn)點(diǎn)。,5,一等水準(zhǔn)測量:僅在國家等級中存在 作為國家的高程控制,建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn); 科學(xué)研究(地殼形變、地面沉降、精密測量）,二等水準(zhǔn)測量: 作為大城市的高程控制；地面沉降；精密工程測量,三、四等水準(zhǔn)測量: 作為小地區(qū)的高程控制；普通工程

3、測量 圖根水準(zhǔn)（普通水準(zhǔn)）,6,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理,一、基本原理,A,B,a,b,HA,HB,hAB=？,大地水準(zhǔn)面,利用水準(zhǔn)儀提供的一條水平視線,借助水準(zhǔn)尺來測定地面兩點(diǎn)間的高差,由已知點(diǎn)高程推算未知點(diǎn)高程。,高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù) hAB= a-b,若A點(diǎn)為已知高程點(diǎn)，B點(diǎn)高程為： HB = HA + hAB = HA + (a-b),7,hAB = a b HB = HA + hAB,當(dāng)a b時(shí)，hAB 為正，B高于A ； 當(dāng)a b時(shí)， hAB 為負(fù)，B低于A。,高差法,視線高法,8,如果由AB測高差,則用hAB表示；由BA測高差，則用hBA 表示； 高差法：利用高差計(jì)算高程。 （安

4、置一次儀器測定一個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） 視線高法：利用視線高計(jì)算高程。 （安置一次儀器測定多個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用,常用于縱斷面測量、土石方測量、工程放樣）,9,概念 1、測站：測量儀器所安置的地點(diǎn)。 2、后視：水準(zhǔn)路線的后視方向。 3、前視：水準(zhǔn)路線的前視方向。 4、視線高程：后視高程+后視讀數(shù)。 5、視距：水準(zhǔn)儀至標(biāo)尺的水平距離。 6、水準(zhǔn)點(diǎn)：水準(zhǔn)測量的固定標(biāo)志。 7、 水準(zhǔn)點(diǎn)高程：指標(biāo)志點(diǎn)頂面的高程。 8、轉(zhuǎn)折點(diǎn)：水準(zhǔn)測量中起傳遞高程作用的中間點(diǎn)。,10,二、連續(xù)水準(zhǔn)測量： 當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差太大時(shí)，可在沿線加設(shè)若干作為臨時(shí)傳遞高程的點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)。在兩點(diǎn)間連續(xù)地多次安置儀器所進(jìn)行的水準(zhǔn)測量。

5、,如圖：A、B兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間，設(shè)3個(gè)臨時(shí)性的轉(zhuǎn)點(diǎn)。 h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 hAB= h1+h2+h3+h4,A、B兩點(diǎn)高差計(jì)算的一般公式：hAB= =,n為測站數(shù),11,第三節(jié) 水準(zhǔn)測量的儀器及其使用,一、水準(zhǔn)測量的儀器,1、水準(zhǔn)儀的種類 按構(gòu)造分： （1）微傾式水準(zhǔn)儀：利用水準(zhǔn)管來獲得水平視線。 （2）自動安平水準(zhǔn)儀：利用補(bǔ)償器來獲得水平視線。 （3）電子水準(zhǔn)儀,按精度分： DS05 、 DS1 、DS3 、DS10,12,D大地測量儀器 S水準(zhǔn)儀 數(shù)字 表示儀器的精度，毫米數(shù)，即1公里往返測得高差中數(shù)的中誤差（mm）。 DS05 和D

6、S1 用于精密水準(zhǔn)測量，DS3 用于一般水準(zhǔn)測量，DS10 則用于簡易水準(zhǔn)測量。 工程測量中常使用DS3型水準(zhǔn)儀，該儀器 標(biāo)稱精度為3mm/km。,13,二、水準(zhǔn)尺和尺墊 1、水準(zhǔn)尺(leveling staff) 雙面尺：一面為黑白相間稱“黑面尺”，另一面為紅白相間稱“紅面尺”。兩根尺的黑面都以尺底為零，而紅面的尺底分別為4.687m 和4.787m。直尺必須成對使用。用以檢核讀數(shù)。用于三、四等水準(zhǔn)測量。,塔尺：雙面尺，用兩節(jié)或三節(jié)套接在一起，能伸縮，攜帶方便。一般尺長為3m或5m。用于等外水準(zhǔn)測量。 折尺：單面尺，一般長4m。,14,普通水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺的分劃不是線劃式而是區(qū)格式的。區(qū)格的邊緣

7、是分劃的位置，區(qū)格內(nèi)的小數(shù)“估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠(yuǎn)處觀察并讀數(shù)。,15,2.尺墊(staff plate) 僅在轉(zhuǎn)點(diǎn)豎立水準(zhǔn)尺時(shí)使用，防止點(diǎn)位移動和水準(zhǔn)尺下沉。,16,三、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,17,1準(zhǔn)星2水準(zhǔn)管3照門4目鏡5圓水準(zhǔn)器6圓水準(zhǔn)器校正螺絲7腳螺旋 8三角底板9水平制動螺旋10調(diào)焦螺旋11物鏡12水平微動螺旋 13微傾螺旋,18,圖2,1、望遠(yuǎn)鏡(telescope) 作用：提供視線，用來瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處的水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù),物鏡,十字絲分劃板,目鏡調(diào)焦螺旋,物鏡調(diào)焦螺旋,調(diào)焦透鏡,目鏡,視準(zhǔn)軸：十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線

8、，即視線。,19,十字絲分劃板,中絲（單絲或楔形絲）:讀取讀數(shù)。 視距絲:上、下短絲，用于測定儀器至標(biāo)尺的距離。 豎絲:用來精確照準(zhǔn)目標(biāo)(平分水準(zhǔn)尺,20,2、水準(zhǔn)器(bubble),作用：整平儀器，使視準(zhǔn)軸處于水平位置或豎軸豎直。,（1）管水準(zhǔn)器(bubble tube) ：用于精確整平,指示視準(zhǔn)軸是否水平。,水準(zhǔn)管軸：過水準(zhǔn)管零點(diǎn)所作圓弧面的縱切線LL。當(dāng)氣泡的中心點(diǎn)與零點(diǎn)重合時(shí)，稱氣泡居中，水準(zhǔn)管軸水平.,21,式中 R水準(zhǔn)管圓弧半徑，單位：mm； 206265。,水準(zhǔn)管的分劃值: 氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm所對的圓心角。越小，靈敏度越高。,水準(zhǔn)管精度：一般= 20/2mm,22,符合水準(zhǔn)器

9、：把水準(zhǔn)氣泡兩端成象在一起便于觀察,目的是提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度,判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。,23,（2）圓水準(zhǔn)器(circular bubble) 作用：粗略整平,當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，豎軸豎直。 圓水準(zhǔn)器軸：通過零點(diǎn)的球面法線。,24,3）、基座(tribrach) 作用：支撐儀器上部并連接腳架。,軸座：承托儀器上部 腳螺旋：調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中 連接板：連接三腳架,組成,25,三、 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的使用 安置粗平瞄準(zhǔn)精平讀數(shù) 1、安置儀器：腳架高度適中， 目估架頭大致水平，固定儀器。 注意：檢查腳架腿是否安置穩(wěn) 固，腳架伸縮螺旋是否擰緊。,26,2、粗略整平：用腳

10、螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛直，從而視準(zhǔn)軸粗略水平。,規(guī)律：氣泡移動方向與左手大拇指運(yùn)動的方向一致。,27,3、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 目的：使目標(biāo)和十字絲成像清晰。 方法： 初步瞄準(zhǔn)（用準(zhǔn)星對準(zhǔn)目標(biāo)） 目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰） 物鏡調(diào)焦（使目標(biāo)成像清晰） 精確瞄準(zhǔn)（使縱絲對準(zhǔn)目標(biāo)）,注意瞄準(zhǔn)時(shí)消除視差！ 什么是視差？產(chǎn)生的原因？如何消除？,28,視差：眼睛在目鏡端上下移動時(shí)，十字絲與目標(biāo)像有相對運(yùn)動。 產(chǎn)生原因：望遠(yuǎn)鏡內(nèi)目標(biāo)像平面與十字絲分劃板平面未重合，以致兩者不能同時(shí)被看清。 消除方法：重新仔細(xì)地進(jìn)行目鏡和物鏡調(diào)焦對光，直到眼睛上下移動，讀數(shù)不變?yōu)橹埂?29,4、精確整平 目的：使水準(zhǔn)

11、管氣泡居中，視準(zhǔn)軸精確水平。 方法：注視附合水準(zhǔn)氣泡觀測窗，調(diào)節(jié)微傾螺旋，使 氣泡影像符合。,30,5.讀數(shù),用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。 方法：米、分米看尺面注記，厘米數(shù)尺面格數(shù)，毫米估讀。 讀數(shù)：由小到大方向讀。,31,725mm,32,四、自動安平水準(zhǔn)儀,自動安平水準(zhǔn)儀不需要水準(zhǔn)管和微傾螺旋，利用自動安平補(bǔ)償器代替 水準(zhǔn)管，使視準(zhǔn)軸水平。,優(yōu)點(diǎn)： 1、視準(zhǔn)軸自動安平； 2、提高水準(zhǔn)測量精度； 3、減少操作步驟，提高工作效率。,33,1、自動安平補(bǔ)償器的原理,2、自動安平水準(zhǔn)儀的使用,a0,a,f,s,A0,A,34,35,一、水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式,附合水準(zhǔn)路線 閉合水準(zhǔn)路線 支水準(zhǔn)路線

12、(4) 水準(zhǔn)網(wǎng),水準(zhǔn)路線：進(jìn)行水準(zhǔn)測量時(shí)所行走的路線。,(a) (b),第四-五節(jié) 水準(zhǔn)測量的方法,水準(zhǔn)測量的任務(wù): 從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始測量其它待定的水準(zhǔn)點(diǎn)或地面點(diǎn)的高程。,(c),36,h1=a1-b1，h2=a2-b2，hn=an-bn h= a - b,二、水準(zhǔn)路線的施測方法（外業(yè)） 1、外業(yè)施測,37,38,表2-1 水準(zhǔn)測量記錄手簿,+ -,39,2、整理外業(yè)手簿,(1)計(jì)算檢核：a-b = h = HB-HA=hAB,40,(2)測站檢核 變動儀器高法：在同一測站上變動儀器高（10cm左右），兩次測出高差；等外水準(zhǔn)測量其差值|h | 6mm， 取其平均值作為最后結(jié)果。,已知HA

13、，求HB,h1=a1-b1,h2=a2-b2 h1-h26mm,41,雙面尺法 ：即在一個(gè)測站上，不改變儀器高度，先后用水準(zhǔn)尺的黑紅面兩次測量高差，進(jìn)行校核。,已知HA，求HB,h1=a1-b1,h2=a2-b2,h1-h26mm,42,計(jì)算檢核只能發(fā)現(xiàn)每頁計(jì)算是否有誤； 對一條水準(zhǔn)路線來講必須進(jìn)行成果檢核。,三、內(nèi)業(yè)成果整理,內(nèi)業(yè)成果整理可將整個(gè)水準(zhǔn)路線的成果與理論值進(jìn)行比較，能檢測出多個(gè)測站的累計(jì)誤差如：溫度、風(fēng)力、儀器、大氣折光、尺子傾斜及轉(zhuǎn)點(diǎn)位置移動等誤差的影響。,水準(zhǔn)測量的施測過程中，測站檢核只能 檢核一個(gè)測站上是否存在錯(cuò)誤或誤差是 否超限；,43,方法：求出高差閉合差并與限差比較。

14、,閉合差：觀測值與理論值的差值。,(一)計(jì)算高差閉合差及其容許值,兩點(diǎn)之間理論高差值：h理=H終-H起=HB- HA,1、附合水準(zhǔn)路線,高差閉合差：fh=h測 - h理,44,2、閉合水準(zhǔn)路線,h理 = 0,閉合水準(zhǔn)路線的高差閉合差理論值：,高差閉合差：,fh=h測,45,3、支水準(zhǔn)路線,h往、h返應(yīng)絕對值相同,符號相反。 高差閉合差：fh=h往+h返,46,高差閉合差的容許值（fh允）計(jì)算,圖根水準(zhǔn)測量：,四等水準(zhǔn)測量：,式中： L為水準(zhǔn)路線的總長（以km為單位），n為總測站數(shù)。,47,(二）高差閉合差調(diào)整分配,檢核：,分配原則：將閉合差以相反的符號根據(jù)測站數(shù)或水準(zhǔn)路線的長度成比例分配到各測

15、段的高差上。,48,2）計(jì)算改正后高差,檢核：,否則說明高程計(jì)算有誤。,49,例2-1 附合水準(zhǔn)路線的成果計(jì)算 如圖為一符合水準(zhǔn)路線：,A、B為已知水準(zhǔn)點(diǎn)，HA =46.216m ， HB =45.331m 點(diǎn)1、2、3 為待測水準(zhǔn)點(diǎn)，各測段高差、測站數(shù)、 距離見下圖：,前進(jìn)方向,50,51,【例2-2】閉合水準(zhǔn)路線的成果計(jì)算 如圖為一條閉合水準(zhǔn)路線的觀測成果，試求：（1）高差閉合差fh；（2）若fh在誤差允許范圍內(nèi)時(shí)，試求出各點(diǎn)高程。,52,53,在A、B間進(jìn)行往返水準(zhǔn)測量，已知HA=53.218 m，h往=+0.165 m，h返=0.183 m，A、B間路線長L=2 km，求改正后B點(diǎn)的高

16、程（按圖根水準(zhǔn)測量精度計(jì)算）。,【例2-3】支水準(zhǔn)路線的成果計(jì)算,54,一、微傾式水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件 主要軸線,第六節(jié) 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正,豎軸（VV）,圓水準(zhǔn)器軸（LL）,LL,CC,55,圓水準(zhǔn)器軸（LL）,豎軸（VV）,1、圓水準(zhǔn)器軸（LL）平行于豎軸（VV）,56,十字絲橫絲,豎軸（VV）,2、十字絲橫絲垂直于豎軸（VV）,57,3、水準(zhǔn)管軸（LL）平行于視準(zhǔn)軸（CC）,58,1、圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸的檢驗(yàn)和校正,二、微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn),目的：使圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸，圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，豎軸便位于鉛垂位置。,59,2、十字絲橫絲垂直于儀器豎軸的檢驗(yàn),目的：使十字絲的橫絲垂直于豎

17、軸。,60,目的：使水準(zhǔn)管軸和視準(zhǔn)軸在垂直面上的投影相平行，當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡符合時(shí)，視準(zhǔn)軸就處于水平位置。,2、水準(zhǔn)管軸和視準(zhǔn)軸i角誤差的檢驗(yàn),A,B,hAB,a1,b1,i,i,x,x,a2,a2/,50m,3m,61,三、自動安平水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正,3、水準(zhǔn)儀在補(bǔ)償范圍內(nèi)，應(yīng)能起到補(bǔ)償作用。,1、圓水準(zhǔn)器軸儀器的豎軸,2、十字絲橫絲豎軸,4、水準(zhǔn)儀經(jīng)過補(bǔ)償后應(yīng)與水平線一致。,62,一、儀器誤差 1、儀器校正后的殘余誤差主要是i角誤差。 （前后視距相等可消除） 2、水準(zhǔn)尺誤差 包括刻劃不準(zhǔn)、尺長變化、 零點(diǎn)誤差等,零點(diǎn)誤差：尺底的刻劃值與理論值之差，可采用偶數(shù)測站或前后視中使用同一根水準(zhǔn)尺消除。

18、,第七節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差分析,63,二、觀測誤差 1、氣泡居中的誤差 氣泡居中的精度即水準(zhǔn)管的靈敏度，它主要決定于水準(zhǔn)管的分劃值。一般認(rèn)為水準(zhǔn)管居中的誤差約為0.15（為水準(zhǔn)管分劃值），它對水準(zhǔn)尺讀數(shù)產(chǎn)生的誤差為：,式中：=206265，D為視線長。 為了減小氣泡居中誤差的影響，應(yīng)對視線長加以限制，觀測時(shí)應(yīng)盡量使氣泡精確地居中或符合。,64,2、照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差 水準(zhǔn)尺上的毫米位都是估讀的，估讀的誤差與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大率以及視線的長度有關(guān)。通常按下式計(jì)算：,式中V是望遠(yuǎn)鏡的放大率，60是人眼能分辨的最小角度。 為保證估讀精度，各等級水準(zhǔn)測量對儀器望遠(yuǎn)鏡的放大率和最大視線長都有一定的要求。,65,3、視差影響 視差對讀數(shù)會產(chǎn)生較大的誤差，操作中應(yīng)仔細(xì)調(diào)焦，避免在成像不清晰時(shí)進(jìn)行觀測。,4、水準(zhǔn)尺傾斜誤差 水準(zhǔn)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)。,66,三、外界條件的影響 1、儀器下沉、水準(zhǔn)尺下沉 采用“后、前、前、后”的觀測往返程序，可減弱其影響。,儀器下沉,水準(zhǔn)尺下沉,