市政工程测量水准测量

市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心1§2.1水准测量原理§2.2水准仪和水准尺§2.3水准测量方法§2.4水准测量成果计算§2.5微倾式水准仪的检验与校正§2.6水准测量误差及其消减方法市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心2§2.1水准测量原理测定地面点高程的工作称为高程测量。按使用仪器和施测方法的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。图2-1，定义A、B两点高差为：hAB=a-b(2-1)hAB=a-b图2-1中，A为已知高程点，B为待测高程点，a为后视读数，b为前视读数。若已知A点高程为HA，则B点高程为：HB=HA+hAB=HA+(a-b)(2-2)HB=HA+hAB=HA+(a-b)B点高程还可通过仪器的视线高程Hi计算：Hi=HA+aHB=Hi-b(2-3)(2-2)式称高差法(2-3)式称仪高法市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心3§2.2水准仪和水准尺DS3型水准仪，进行水准测量每千米往、返测高差精度可达±3mm(DS3型).其主要由望远镜、水准器和基座三部分构成。2.2.1DS3微倾式水准仪的构造目镜及目镜对光螺旋物镜对光螺旋市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心4§2.2水准仪和水准尺1、望远镜2.2.1DS3微倾式水准仪的构造望远镜主要由物镜、镜筒、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等部件构成。物镜光心与十字丝交点的连线望远镜放大倍数市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心5§2.2水准仪和水准尺2、水准器2.2.1DS3微倾式水准仪的构造水准器是用来标志:视准轴是否水平（管水准器）或仪器竖轴是否铅垂（圆水准器）的装置。⑴管水准器(水准管)——用来指示视准轴是否水平水准管圆弧中点O称为水准管零点。过零点与内壁圆弧的直线LL，称为水准管轴。当水准管气泡中心与零点重合时，称气泡居中，此时水准管轴处于水平位置；若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置。(水准管轴平行视准轴）水准管零点市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心6§2.2水准仪和水准尺2、水准器2.2.1DS3微倾式水准仪的构造⑴管水准器为了提高判别水准管气泡居中的准确度，在水准管上方设符合水准器市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心7§2.2水准仪和水准尺2、水准器2.2.1DS3微倾式水准仪的构造⑵圆水准器——用来指示圆水准器竖轴是否竖直（圆水准器轴平行仪器竖轴）球面中央圆圈，圆圈的圆心称为水准器零点。过零点的球面法线，称为圆水准轴，当圆水准器气泡居中时，圆水准轴处于竖直位置。圆水准器分划值是指通过零点的任意一个纵断面上，气泡中心偏离2mm的弧长所对圆心角的大小。DS3水准仪圆水准器分划值一般为8′～10′/2mm，故只用于仪器的概略整平。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心8§2.2水准仪和水准尺3、基座2.2.1DS3微倾式水准仪的构造主要由轴座、脚螺旋和连接板构成。轴座脚螺旋连接板市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心9§2.2水准仪和水准尺1、水准尺2.2.2水准尺和尺垫塔尺——由两节或三节套接而成，长3m或5米，接头处存在误差，多用于精度较低的水准测量中。双面尺：尺长2m，一面为黑面划分，黑白相间，尺底为零；另一面为红面划分，红白相间，尺底为一常数（如K1=4.687m，K2=4.787m）。普通水准测量用黑面读数，三、四等水准测量用黑、红面读数进行校核。2、尺垫：目的是临时标志点位，并避免土壤下沉和立尺点位置变动而影响读数市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心10§2.2水准仪和水准尺1、安置水准仪2.2.3水准仪的使用2、粗略整平——目的使仪器竖轴大致铅直，视准轴粗略水平。视差——产生原因及消除视差的方法P163P1603、瞄准水准尺1、安置2、粗平3、瞄准4、精平5、读数脚螺旋市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心11§2.2水准仪和水准尺2.2.3水准仪的使用4、精确整平——使视准轴处于精确水平位置符合水准器5、读数（m）市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心12§2.3水准测量方法2.3.1水准点用水准测量方法测定的高程控制点称为水准点(记为BM.(BenchMark))国家水准点分为一、二、三、四等，按规范规定埋设永久性标志。施工测量水准点常采用临时性标志。石料或混凝土顶面设置半球状标志二、三等国家水准点施工测量水准点市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心13§2.3水准测量方法2.3.2水准测量的实施图2-15转点(TuringPoint),简写为TP市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心14§2.3水准测量方法2.3.2水准测量的实施每一测站可测得前、后视两点间的高差，即：h1=a1-b1h2=a2-b2……hn=an-bn各式相加，得：hAB=Σh=Σa-ΣbB点高程为：HB=HA+Σh(2-5)hAB=Σh=Σa-ΣbHB=HA+Σh市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心15§2.3水准测量方法2.3.2水准测量的实施HB=HA+Σh市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心16§2.3水准测量方法2.3.3水准测量检核1、测站检核⑴变动仪高法——是在同一个测站上用两次不同的仪器高度(10cm)，测得两次高差以相互比较进行检核。两次所测高差之差不超过容许值(等外水准测量容许值为6mm)。否则必须重测。⑵双面尺法——:是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。若同一水准尺红面与黑面读数(加常数后)之差，不超过3mm；且两次高差之差，又未超过5mm,则取其平均值作为该测站的观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心17§2.3水准测量方法2.3.3水准测量检核2、成果检核⑴附合水准路线（详见后）高差闭合差fh=Σh测-(H终-H始)(2-6)fh=Σh测-(H终-H始)⑵闭合水准路线高差闭合差fh=Σh测(2-7)fh=Σh测⑶支水准路线高差闭合差fh=Σh往+Σh返(2-8)fh=Σh往+Σh返高差闭合差是各种因素产生的测量误差市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心18§2.3水准测量方法2.3.3水准测量检核2、成果检核高差闭合差是各种因素产生的测量误差，故闭合差的数值应该在容许范围内，否则应检查原因，返工重测。图根水准测量高差闭合差容许值为：平地山地(2-9)四等水准测量高差闭合差容许值为：平地山地(2-10)式中：L为水准路线总长(km)；n为测站数直接为测绘大比例尺地形图用的的控制点称为图根点。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心19§2.4水准测量成果计算2.4.1附合水准路线测量成果计算⑴高差闭合差的计算由式(2-6)：fh=Σh测-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及图根水准精度计算闭合差容许差为：fh容=±12n1/2=±12×241/2=±58mm|fh||fh容|，符合图根水准测量技术要求。32.509市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心20§2.4水准测量成果计算2.4.1附合水准路线测量成果计算⑵闭合差调整闭合差的调整是按与距离或与测站数成正比例反符号分配到各测段高差中。第i测段高差改正数按下式计算：式中：n——路线总测站数；ni——第i段测站数；L——路线总长；Di——第i段距离。例如：由式(2-11)算出第一段(A～1)的改正数为：(2-11)infinvh或(2-12)iLfiDvhmvi011.0624045.0其他各测段改正数按式(2-11)算出后列入表2-2中。改正数的总和与高差闭合差大小相等符号相反。每测段实测高差加相应的改正数便得到改正后的高差。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心21⑶计算各点高程用改正后的高差，由已知水准点A开始，逐点算出各点高程，列入表2-2中。由计算得到的B点高程应与B点的已知高程相等，以此作为计算检核。§2.4水准测量成果计算附合水准路线成果计算测点测站数（n）实测高差(m)改正数（m）改正后高差（m）高程(m)备注A42.3656-2.515-0.011-2.526139.8396-3.227-0.011-3.238236.6014+1.378-0.008+1.370337.9718-5.447-0.015-5.426B32.509∑24-9.811-0.045-9.856辅助计算fh=∑h-(HB-HA)=+45mmn=24fh容＝±12n1/2=±58mm2.4.1附合水准路线测量成果计算总测站数实测高差高差闭合差闭合差容许根据测站数确定的高差改正数实测高差加改正数A点已知高程B点已知高程42.365+改正后高差市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心22§2.4水准测量成果计算2.4.2闭合水准路线测量成果计算闭合水准路线高差闭合差按式(2-7)计算，若闭合差在容许值范围内，按上述附合水准路线相同的方法调整闭合差，并计算高程；否则应检查原因，返工重测。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心23§2.5微倾式水准仪的检验与校正水准仪有以下主要轴线：视准轴、水准管轴、仪器竖轴和圆水准器轴，以及十字丝横丝，见图2-18。各轴线间应满足的几何条件是:①圆水准器l轴平行仪器竖轴；②十字丝横丝垂直仪器竖轴；③水准管轴平行视准轴。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心24§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.1仪器误差⑴仪器校正后的残余误差水准仪经过校正后，不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条件，因而使读数产生误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观测时注意使前、后视距离相等，便可消除或减弱此项误差的影响。⑵水准尺误差包括水准尺长度变化、刻划误差和零点误差等。精密水准测量应对水准尺进行检定，并对读数进行尺长误差改正。零点误差在成对使用水准尺时，可采取设置偶数测站的方法来消除；也可在前、后视中使用同一根水准尺来消除。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心25§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.2观测误差⑴水准管气泡对中误差水准管气泡居中误差一般为±0.15τ″。符合水准器气泡居中精度可提高一倍。由气泡居中误差引起的读数误差为：⑵读数误差——估读毫米数的误差，与人眼分辨能力、望远镜放大率以及视线长度有关。按下式计算：式中：V——望远镜放大率；D——视线长；60″——人眼能分辨的最小角度；ρ——206265″；τ——水准管分划值。(2-15)D215.0m(2-16)Dvmv60为保证读数精度，各等水准测量对望远镜放大率和最大视线长有相应规定。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心26§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.2观测误差⑶视差影响——视差对水准尺读数会产生较大误差。应仔细调焦，避免出现视差。⑷水准尺倾斜——误差水准尺倾斜会使读数增大，其误差大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心27§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.3外界条件影响⑴仪器下沉选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实。⑵尺垫下沉——水平视线在尺上的读数b，理论上应改算为相应水准面截于水准尺的读数b’，两者的差值c称为地球曲率差。测量中当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该影响。⑶地球曲率的影响(2-17)RDc22市政工程测量学2水准测量青岛市市政培训中心28§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.3外界条件影响⑷大气折光影响由于地面上空气密度不均匀，使I光线发生折射。因而水准测量中，实际的读数不是水平视线的读数，而是一向下弯曲视线的读数。两者之差称为大气折光差，用γ表示。在稳定的气象条件下，大气折光差约为地球曲率差的1/7，即：⑸温度的影响(2-18)RDc207.071此项误差可用前、后视距相等的方法来消除。地球曲率差和大气折光差是同时存在的两者对读数的共同影响可用下式计算：(2-19)RDcf