1、2020年9月23日星期三,1,建筑工程測(cè)量第2章 水準(zhǔn)測(cè)量,2020年9月23日星期三,2,第2章 水準(zhǔn)測(cè)量,測(cè)量三項(xiàng)基本工作之一：高程測(cè)量 高程測(cè)量：測(cè)量地面上各點(diǎn)高程的工作 高程測(cè)量有下列幾種方法： 1.幾何水準(zhǔn)測(cè)量是高程測(cè)量最主要的方法 2.三角高程測(cè)量 3.物理高程測(cè)量 包括: 氣壓高程測(cè)量、液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量 4.GPS高程測(cè)量,2020年9月23日星期三,3,主要內(nèi)容： 水準(zhǔn)測(cè)量原理、水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及使用、水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法、儀器的檢驗(yàn)與校正。 主要目的： 使學(xué)生了解水準(zhǔn)測(cè)量原理、測(cè)量工具，掌握地面點(diǎn)位高程測(cè)量過(guò)程，從而精確求出地面點(diǎn)高程。 重點(diǎn)內(nèi)容： 水準(zhǔn)測(cè)量原理、施測(cè)方法、成果計(jì)

2、算。,第2章 水準(zhǔn)測(cè)量,2020年9月23日星期三,4, 2.1 水準(zhǔn)測(cè)量原理原理：利用水準(zhǔn)儀提供的一條水平視線，借助水準(zhǔn)尺來(lái)測(cè)定地面兩點(diǎn)間的高差，從而由已知點(diǎn)的高程和測(cè)得的高差，求出待定點(diǎn)的高程。,1.高差法: hAB=后視讀數(shù)前視讀數(shù)，即： 待定點(diǎn)B點(diǎn)的高程：,2.儀高法(視線高法):,2020年9月23日星期三,5,一、基本原理,hAB = 后視讀數(shù) 前視讀數(shù) = a b 1）高差第一個(gè)下標(biāo)為后視點(diǎn)（起點(diǎn)）， 第二個(gè)下標(biāo)為前視點(diǎn)（終點(diǎn)）； 2）hAB = - hBA； 3）ab, hAB 0，前視點(diǎn)高于后視點(diǎn); ab, hAB 0，前視點(diǎn)低于后視點(diǎn)。,2020年9月23日星期三,6, 2

3、.2 水準(zhǔn)測(cè)量的儀器和工具水準(zhǔn)測(cè)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(jí)： 精密水準(zhǔn)儀DS05、DS1；普通水準(zhǔn)儀DS3、DS10 D大地測(cè)量；S水準(zhǔn)儀；后面的數(shù)字代表儀器的測(cè)量精度。 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(cè)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）,2020年9月23日星期三,7,DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造 作用：為測(cè)量高差提供一條水平視線 組成：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座,1.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

4、；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,2020年9月23日星期三,8,(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(cè)量時(shí)必須保持水平，也就是水平視線！,2020年9月23日星期三,9,（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(lái)指示視準(zhǔn)軸是否水平,0 點(diǎn) 2mm,管水準(zhǔn)器又稱為長(zhǎng)水準(zhǔn)管 水準(zhǔn)管分劃值 ：是水準(zhǔn)管表面2mm圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角 水準(zhǔn)管軸LL：過(guò)水準(zhǔn)管零點(diǎn)所作圓弧面的縱切線,2020年9月23日星期三

5、,10,2mm,圓水準(zhǔn)器用來(lái)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(duì)應(yīng)的圓心角 DS3水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)器分劃值 通常為：長(zhǎng)水準(zhǔn)管 圓水準(zhǔn)器 圓水準(zhǔn)器軸 ：過(guò)圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)所作圓球面的法線,2020年9月23日星期三,11,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， 水準(zhǔn)管軸與視 線水平。,2020年9月23日星期三,12,（3）基座,基座通過(guò)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,V,V,2020

6、年9月23日星期三,13,2. 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(duì)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(lái)豎立水準(zhǔn)尺，并標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)位置。,2020年9月23日星期三,14,2.3 水準(zhǔn)儀的使用為測(cè)定A、B兩點(diǎn)的高差，首先將水準(zhǔn)儀安置在A、B兩點(diǎn)之間，然后按以下四個(gè)步驟進(jìn)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(gè)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，氣泡移動(dòng)的方向始終與左手大拇指的運(yùn)動(dòng)方向一致。,2020年9月23日星期三,15,2）瞄準(zhǔn)（瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺） 首先轉(zhuǎn)

7、動(dòng)目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，再轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡調(diào)焦螺旋使目標(biāo)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9月23日星期三,16,（3）精平（精確整平） 在每次讀數(shù)之前，都應(yīng)注視符合水準(zhǔn)氣泡觀測(cè)窗，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中，即符合水準(zhǔn)器的兩端氣泡影像對(duì)齊，只有當(dāng)氣泡已經(jīng)穩(wěn)定不動(dòng)而又居中的時(shí)候，水準(zhǔn)管軸水平，視準(zhǔn)軸亦水平，即提供了一條水平視線。,2020年9月23日星期三,17,（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(zhǔn)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(xì)估讀毫米數(shù)。 讀數(shù)記錄一般均不加小數(shù)點(diǎn)，讀記四位

8、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9月23日星期三,18,2020年9月23日星期三,19, 2.4 水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè),一、 水準(zhǔn)點(diǎn) 事先埋設(shè)標(biāo)志在地面上，用水準(zhǔn)測(cè)量方法建立的高程控制點(diǎn)(Bench Mark), 常以BM表示。 水準(zhǔn)點(diǎn)分為永久性和臨時(shí)性兩種，其頂部通常為凸起的半球面, 用于放置水準(zhǔn)尺。,2020年9月23日星期三,20,二、 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施,已知HA， 求高程HB，中間臨時(shí)放置標(biāo)尺的過(guò)度點(diǎn)1，2.稱為轉(zhuǎn)點(diǎn), 起高程傳遞作用, 常用TP表示，實(shí)測(cè)時(shí)轉(zhuǎn)點(diǎn)上應(yīng)使用尺墊 。,2020年9月23日星期三,21,每測(cè)站高差： 各測(cè)站

9、高差之和： 待定點(diǎn)B點(diǎn)高程：,2. 待定點(diǎn)高程的測(cè)量和計(jì)算檢核,2020年9月23日星期三,22,普通水準(zhǔn)測(cè)量記錄表,0.654,1.482,1124,1385,ab=7.513 6.685=+0.828 h=1.482 0.654=+0.828 HB HA=28.182 27.354=+0.828 HB HA=h=a b (計(jì)算無(wú)誤),計(jì)算檢核,6685,7513,28.182,1732,1212,1367,1674,1869,27.354,0.343 0.926 0.213,1467,前視,+,后 視,備 注,高 程 （m）,高 差,標(biāo)尺讀數(shù)（m）,測(cè)點(diǎn),0.289,0.365,2020年

10、9月23日星期三,23,三、水準(zhǔn)測(cè)量的檢核,1。計(jì)算檢核 各測(cè)站高差之和 =后視讀數(shù)之和 - 后視讀數(shù)之和,2020年9月23日星期三,24,2. 測(cè)站檢核,為保證每一測(cè)站的高差正確，或在誤差允許范圍之內(nèi)，必須進(jìn)行測(cè)站檢核。 測(cè)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(cè)出兩次高差，進(jìn)行檢核。,2020年9月23日星期三,25,3. 成果檢核,1.閉合水準(zhǔn)路線 從某已知點(diǎn)BMA出發(fā),經(jīng)待定點(diǎn)1,2,3,4; 再回到A點(diǎn)。 高差理論值： 高差閉合差： 2.附合水準(zhǔn)路線 從已知點(diǎn)BMA出發(fā)

11、到另一已知點(diǎn)B, 高差理論值： 高差閉合差：,2020年9月23日星期三,26,3. 成果檢核,2.附合水準(zhǔn)路線 從已知點(diǎn)BMA出發(fā)到另一已知點(diǎn)B, 高差理論值： 高差閉合差： 3.支水準(zhǔn)路線,2020年9月23日星期三,27,2-5 水準(zhǔn)測(cè)量的成果計(jì)算 按一定的原則將計(jì)算出的水準(zhǔn)線路高差閉合差進(jìn)行分配，確保各測(cè)段（或各測(cè)站）高差經(jīng)改正后嚴(yán)格滿足檢核條件。,等外水準(zhǔn)測(cè)量 高差閉合差容許誤差： 山地： 平地：,國(guó)家四等水準(zhǔn)測(cè)量 高差閉合差容許誤差： 山地： 平地：,2020年9月23日星期三,28,水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算步驟,一、附合水準(zhǔn)路線,h2,1）計(jì)算閉合差,2）判斷閉合差是否超限,3）計(jì)算各

12、測(cè)段觀測(cè)高差的改正數(shù),5）計(jì)算各測(cè)段的改正后的高差,6）計(jì)算各點(diǎn)的高程值,4）檢查閉合差是否分配完(湊整),2020年9月23日星期三,29,2020年9月23日星期三,30,二、閉合水準(zhǔn)路線,計(jì)算步驟同附合水準(zhǔn)路線 三、支水準(zhǔn)路線,高差中數(shù),2020年9月23日星期三,31,精密水準(zhǔn)儀（DS05、DS1）主要用于國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量(the first and second order leveling)和高精度的工程測(cè)量中； 例如建構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)，大型橋梁工程的施工測(cè)量和大型精密設(shè)備安裝的水平基準(zhǔn)測(cè)量等。,二、 精密水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)尺, 2.6 水準(zhǔn)儀及其使用,2020年9月23日星期三

13、,32,1. 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(cè)微器讀數(shù)，讀數(shù)誤差小； 6) 配備精密水準(zhǔn)尺。,2020年9月23日星期三,33,2. 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(zhǎng)度分劃

14、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：3.01550 m,2020年9月23日星期三,34,2-6 水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正,一、水準(zhǔn)儀的主要軸線及應(yīng)滿足的主要條件 視準(zhǔn)軸CC 水準(zhǔn)管軸LL 圓水準(zhǔn)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9月23日星期三,35,一、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

15、）,2020年9月23日星期三,36,2-7 水準(zhǔn)測(cè)量誤差與注意事項(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(cè)誤差 1.水準(zhǔn)管氣泡居中誤差， 2.估讀水準(zhǔn)尺的誤差， 3.視差影響， 4.水準(zhǔn)尺傾斜誤差,三、外界條件的影響 1. 儀器下沉， 2.尺墊下沉， 3. 地球曲率和大氣折光的影響 4. 溫度的影響,2020年9月23日星期三,37,望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管的水準(zhǔn)軸不平行 i角對(duì)讀數(shù)的影響,向上傾斜i 角的符號(hào)為正,2020年9月23日星期三,38,望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管的水準(zhǔn)軸不平行 i角對(duì)高差的影響,向上傾斜i 角的符號(hào)為正,

16、2020年9月23日星期三,39,地球曲率和大氣折光的影響,1）視線高出地面0.3m， 2）選擇合適的天氣（陰天、晚上、無(wú)風(fēng)等） 3）避開不利的環(huán)境（日出后、日落前半小時(shí)、中午、大風(fēng)等） 4）最主要的是要求前后視距離應(yīng)相等！,在晴天，地面溫度高，空氣的密度較上面的稀，光線向上折射。,2020年9月23日星期三,40,水準(zhǔn)測(cè)量注意事項(xiàng),l）觀測(cè) （l）觀測(cè)前應(yīng)認(rèn)真按要求檢校水準(zhǔn)儀，檢視水準(zhǔn)尺； （2）儀器應(yīng)安置在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)處，并踩實(shí)三腳架； （3）水準(zhǔn)儀至前、后視水準(zhǔn)尺的視距應(yīng)盡可能相等；,2020年9月23日星期三,41,（4）每次讀數(shù)前，注意消除視差，只有當(dāng)符合水準(zhǔn)氣泡居中后，才能讀數(shù)，讀數(shù)應(yīng)迅速、果斷、準(zhǔn)確，特別應(yīng)認(rèn)真估讀毫米數(shù)；（5）晴好天氣，儀器應(yīng)打傘防曬，操作時(shí)應(yīng)細(xì)心認(rèn)真，做到“人不離儀器”，使之安全；（6）只有當(dāng)一個(gè)測(cè)站的記錄計(jì)算合格后方能搬站，搬站時(shí)先檢查儀器連接螺旋是否固緊，一手扶托儀器，一手握住腳架