第二章---水准测量

仁者乐山智者乐水水准测量第二章教师：尹红燕§2.1水准测量原理§2.2水准测量的仪器和工具§2.3水准测量的施测方法§2.5微倾式水准仪的检验与校正§2.6水自动安平水准仪§2.7电子水准仪及其使用§2.8水准测量的误差及注意事项相对高程——假定高程(多用于建筑施工)绝对高程——地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。高程测量的方法，常用的有三种：•1、水准测量：应用仪器提供水平视线进行测量，比较两点之间的高差•2、三角高程测量：利用角和两点间的距离来测量•3、气压高程测量：通过测量大气压强来测量高程•水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。•水准测量——是高程测量的主要方法使用仪器：水准仪•水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。3.水准测量的等级分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）一等水准测量:——仅在国家等级中存在作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程测量图根水准（普通水准）目的：测定两点的高差仪器：水准仪原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行观测，并通过其中一个点（M点）的高程推算另一个点(N点)的高程。§2.1水准测量原理仁者乐山智者乐水（1）高差法：在M、N两点间安置水准仪，在M、N两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取M点、N点上的读数a、b，则两点的高差为则N点的高程HN为a：后视读数(后视观测读数)；b：前视读数(前视观测读数)。M：后视点N：前视点永远是后视减前视bahMNMNMNhHH例1：图中已知A点高程HA=452.623m，后视读数a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。前进方向图2.1大地水准面HA+aHAAaHBhABbB解：B点对于A点高差：hAB=1.571－0.685=0.886mB点高程为：HB＝452.623＋0.886＝453.509mAab图2.2B例2：图2.2中，已知A点桩顶标高为±0.00，后视A点读数a＝1.217m，前视B点读数b＝2.426m，求B点标高。解：B点对于A点高差：hAB＝a－b＝1.217－2.426＝－1.209mB点高程为：HB=HA＋hAB＝0＋（－1.209）＝－1.209m仁者乐山智者乐水（2）视线高法（单站多测法）安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的视线高程Hi，然后分别计算出各个点的高程：bj为第j个前视点的读数，Hj为第j个前视点的高程。这种方法常用于路线纵断面测量。大地水准面MjbjHMHjHi大地水准面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,……)aHHMijijbHH(j=1,2,3,……)例3：图2.3中已知A点高程HA=423.518m，要测出相邻1、2、3点的高程。先测得A点后视读数a=1.563m，接着在各待定点上立尺，分别测得读数b1=0.953m，b2=1.152，b3=1.328m。解：先计算出视线高程Hi=HA+a=423.518＋1.563＝425.081m各待定点高程分别为：H1＝Hi－b1＝425.081－0.953＝424.128mH2＝Hi－b2＝425.081－1.152＝423.929mH3＝Hi－b3＝425.081－1.328＝423.753m高差法和视线高法的测量原理是相同的，区别在于计算高程时上次序的不同。在安置一次仪器需求出几个点的高程时，视线高程法比高差法方便，因而视线高法在建筑施工中被广泛采用。一、水准仪1、水准仪的等级DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D—大地测量仪器S—水准仪数字—表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。§2.2水准测量的仪器和工具一、水准仪1、水准仪的等级DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D—大地测量仪器S—水准仪数字—表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。目镜水准管目镜圆水准器校正螺钉微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器三脚架脚螺旋2、DS3型水准仪的主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。构造微倾螺旋（1）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为25~30倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。（2）水准器水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。①圆水准器作用：粗略整平结构：如图所示精度：一般为8＇~10＇/2mm（气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角）②管水准器作用：精确整平结构：如图所示精度：一般τ=20″/2mm水准管的分划值τ：气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。公式：分析：R越大，τ越小，灵敏度越高。DS3:R=20.6265米τ=20″R2（3）基座轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成轴座脚螺旋连接板二、水准尺和尺垫1、水准尺塔尺：可以伸缩，一般全长3m、5m，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，用于三、四等水准测量。2、尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。返回一、操作步骤1、安置仪器高度适中、架头大致水平，固定仪器。2、粗略整平目的：使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。方法（如图所示）：3、瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：①初步瞄准（用准星对准目标）②目镜调焦（使十字丝清晰）③物镜调焦（使目标成像清晰）④精确瞄准（使纵丝对准目标）注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。4、精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。5、读数用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数0.860m注意：读数前必须精平，精平后立即读数。二、一个测站的水准测量工作1、安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；2、粗略整平；3、瞄准A尺，精平、读数a，记录1.568m；4、瞄准B尺，精平、读数b，记录1.471m；5、计算：hAB=a–b=1.568-1.471=0.115m即B点比A点高0.115m。hBA=–hAB=–0.115m，即A点比B点低0.115m。ABab三、概念1、测站：测量仪器所安置的地点。2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。3、后视：水准路线的后视方向。4、前视：水准路线的前视方向。5、视线高程：后视高程+后视读数。6、视距：水准仪至标尺的水平距离。7、水准点：水准测量的固定标志。8、水准点高程：指标志点顶面的高程。9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。水准点返回一、施测方法（连续水准测量）如图：A、B两水准点之间相距较远，设3个临时性的转点。当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到已知点到待定点之间的高差。前进方向ATP1TP3ABTP2HA已知HB待定传递高程的过渡点可知：所以：11AHHh212HHh323HHh34BHHh1234BAHHhhhh1234ABhhhhhhATP1TP2TP3AB前进方向111hab222hab333hab444hab1a1b2a2b3a3b4a4b如图：A、B两水准点之间高差较大，设2个临时性的转点。11nniiABiihhiab（）A、B两点高差计算的一般公式：n—为测站数由图可知：h1h3h2h2h1ABhAB前进方向TP1TP2111hab222hab333hab123ABhhhhh1a1b2a2b3a3b例：ATP12.142B1.258ⅠHA=123.446mHB大地水准面前进方向测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅠATP12.1421.258+0.884计算检核Σ水准测量手簿测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ATP1TP22.142B1.2580.9281.235ⅠⅡHA=123.446mHB大地水准面前进方向测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅡⅠATP1TP1TP22.1421.258+0.8840.9281.235-0.307计算检核Σ水准测量手簿测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ATP1TP2TP3B0.9281.235ⅠⅡⅢHA=123.446mHB大地水准面前进方向1.6641.4311.6722.074Ⅳ测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅣⅢⅡⅠATP1TP1TP2TP2TP3TP3B2.1421.258+0.8840.9281.235-0.3071.6641.431+0.2331.6722.074-0.402计算检核Σ0.408123.446123.854水准测量手簿已知测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注6.4065.998∑a－∑b＝0.4080.408如图：高度差10cm左右理论上：差值的绝对值不能大于允许误差。五等水准测量其差值|Δh|≤6mm，最后取二者的平均值为该站高差，即：AB二、测站检核目的：保证前后视读数的准确和记录的正确。方法：变动仪器高法、双面尺法1、变动仪器高法若，则二者的111hab222hab12hh12hh121()2ABhhh2a1a1b2b2、双面尺法双面尺：两根尺子为一对，每根尺子均为黑、红两面刻划，其中黑面刻划范围均是0~3m,红面刻划范围两根尺子不同；一根尺子为：4.687~7.687m,一根尺子为：4.787~7.787m。采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。AB如图：理论上：二者的平均值为该站高差，即：观测方法：若，则二者的差值的绝对值不能大于允许误差。四等水准测量其差值|Δh|≤5mm，最后取111hab222()0.1hab12hh12hh121()2ABhhh1a1b2a2b三、成果检核水准测量时，一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线；在水准测量的施测过程中，测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限；计算检核只能发现每页计算是否有误；对一条水准路线来讲必须进行成果检核。1、水准路线的布设形式附合水准路线（见图1）闭合水准路线（见图2）支水准路线（见图3）BMABMB1234图1123图3BMA1234图2BMA2、检核的主要内容闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；用fh表示，即fh=∑h测-∑h理限差：《规范》规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。等外水准测量要求：平地：fh允≤±40（mm）L—水准路线的长度，单位km。山地：fh允≤±12（mm）n—水准路线的测站数。要求：fh≤fh允Ln3、不同形式水准路线fh的计算附和水准路线：∑h测=h1+h2+h3+······+hn∑h理=H终–H始fh=∑h测-∑h理=∑h测-（H终–H始）闭合水准路线：∑h测=h1+h2+h3+······+hn∑h理=0fh=∑h测-∑h理=∑h测支水准路线：∑h测=∑h往+∑h返∑h理=0fh=∑h测-∑h理=∑h往+∑h返返回一、符合水准路线的内业计算如图为一符合水准路线：A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.623m点1、2、3为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：k