建筑工程测量课件

第四章高程测量水准测量原理水准测量的仪器和工具倾斜式水准仪的基本操作水准测量的方法水准仪的检验与校正水准测量误差来源及其影响自动安平水准仪和激光扫平仪精密水准仪及电子水准仪简介第一节水准测量原理水准测量原理视线高法及其应用转点及测站4.1.1水准测量原理水准测量原理：利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两个点上的水准尺上的读数，通过计算求出地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程计算出待定点的高程。待定点高程求解步骤：1、计算A、B两点间高差：2、根据A点高程计算B点高程：bahABABABhHH4.1.2视线高法及其应用视线高：A点的高程加上后视读数等于水准仪的视线高程,简称视线高,设为,即。视线高法：利用视线高计算待定水准点B高程的方法。1、原理：2、适用条件：特别适用于根据一个后视点的高程同时测定多个前视点的高程的工作。3、测定高程的步骤aHHAiiHiHbaHbHHAiB视线高法测定高程的步骤架设一次水准仪测多个前视点，…，点的高程：1）将水准仪架设在适当的位置，对准后视点A，读取中丝读数；2）根据A点高程计算出视线高；3）用水准仪照准竖立在，，…，点上的水准尺，并分别读取读数为，，…，；4）计算点，，…，的高程：2B1BnBaaHHAi2B1BnB2b1bnb2B1BnBnnAiBnAiBAiBbaHbHHbaHbHHbaHbHH..................2221114.1.3转点及测站条件：在水准测量工作中,若已知水准点到待定水准点之间距离较远或高差较大,仅安置一次仪器无法测得两点之间的高差。转点与测站求解待定水准点高程4.1.3.1转点与测站设已知点A的高程为，要定B点的高程，必须在A、B两点之间连续设置若干个测站。进行观测时，每安置一次仪器观测两点间的高差，称为一个测站；作为传递高程的临时立尺点1，2，…，n－1称为转点（TP）。AH4.1.3.2求解待定水准点高程1)、计算各测站高差2)、计算A、B两点间的高差3)、计算待定点B的高程nnnbahbahbah222111niinABhhhhh121ABABhHH第二节水准测量的仪器和工具水准仪水准尺尺垫4.2.1水准仪D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母；字母后数字05，1，3，10指用该类型水准仪进行水准测量时每千米往、返测高差中数的偶然中误差值，分别不超过±0.5mm，±1mm，±3mm，±10mm；DS05、DS1为精密水准仪，主要用于国家一、二等精密水准测量和精密工程测量，DS3主要用于国家三、四等水准测量和常规工程测量，建筑工程测量中常用的是DS3型水准仪，简称S3型水准仪。水准仪类型DS05DS1DS3DS104.2.1.1S3型微倾式水准仪定义：中国产S3型微倾式水准仪，是通过调整水准仪的微倾螺旋使管水准气泡居中而获得水平视线的一种仪器设备。组成：望远镜水准器基座（1）.望远镜定义：构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件。分类：根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可分为：1.正像望远镜2.倒像望远镜（微倾式水准仪的望远镜多采用内对光式的倒像望远镜）倒像望远镜组成：物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等。视准轴：1、定义：物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴；2、作用：视准轴是瞄准目标和读数的依据。成像原理十字丝分划板十字丝分划板：是一块圆形平板玻璃，上面刻有相互正交的十字丝；十字丝组成及其功能：1、纵丝（也叫竖丝）用来照准水准尺；2、横丝（又叫中丝）的中间来读取读数；3、视距丝：与横丝平行而等距的上下两根短细线，用于测量距离。实用技巧：调节目镜调焦螺旋，可使十字丝分划板成像清晰。倒像望远镜成像原理成像原理：目标AB发出的光线经过物镜和调焦透镜的作用在镜筒内构成倒立的小实像ab，转动调焦螺旋时，调焦透镜随之前后移动，使远近不同的目标清晰地成像在十字丝分划板上;再经过目镜放大，使倒立的小实像放大成为倒立的大虚像，同时十字丝分划板也被放大。''ba（2）.水准器定义：用来判断望远镜视准轴是否水平及仪器数竖是否竖直的装置。分类：a、管水准器；b、圆水准器（3）.基座组成：轴座、底板、三角压板及三个脚螺旋。作用：1、支撑仪器；2、连接仪器与三脚架。实用技巧：由转动三个脚螺旋可使水准器气泡居中。4.2.2水准尺简介：水准尺是与水准仪配合进行水准测量的重要工具。常用优质木材或玻璃钢、金属材料制造，长度为2～5m不等。种类：根据构造，可分为双面水准尺、折尺和塔尺三种类型。三种水准尺的比较尺名尺长特点尺面数值及分划适用条件双面水准尺一般为3m。1、在水准测量中，水准尺须成对使用；2、多数水准尺的侧面装有圆水准器。1、尺面每隔lcm涂以黑白或红白相间的分格，每分米处有数字；2、每对双面水准尺其黑面尺底部的起始均为零，而红面尺底部的起始数分别为4687mm和4787mm。多用于三、四等水准测量。折尺一般为3m。连接处稳定性较差1、折叠处为1.5m；2、尺面分划值为lcm或0.5cm。仅适用于等外水准测量和地形测量。塔尺一般为5m1、分3节套接而成，可以伸缩塔尺；2、连接处稳定性较差。1、尺底从零起算；2、尺面分划值为1cm或0.5cm。仅适用于等外水准测量。4.2.3尺垫简介：尺垫用生铁铸成，一般为三角形，中央有一突出的半圆球。注意：1、尺垫通常用于转点；2、上下有三个尖脚可以插入土中；3、使用时应使其稳定、牢固；4、水准尺应立于半圆球顶部。第三节微倾式水准仪的基本操作程序4.3.1安置水准仪水准仪安置步骤：1)、将水准仪架设在两根水准尺中间，首先松开三脚架架腿的固定螺旋，按观测者的身高调节好三个架腿的高度，目估脚架顶面大致水平，用脚踩实三脚架腿，使脚架稳定、牢固，再拧紧固定螺旋。2)、三脚架安置好后，从仪器箱中取出仪器，旋紧中心连接螺旋将水准仪固定在三脚架头上，以防仪器从三脚架头上摔下来。4.3.2粗略整平（粗平）粗平步骤：1)、松开水平制动螺旋，转动仪器，将圆水准器置于两个脚螺旋之间，当气泡中心偏离零点位置处时，用两手同时相对（向内或向外）转动1、2两个脚螺旋（此时气泡移动方向与左手拇指移动方向相同，即“左手原则”）；2)、使气泡沿1、2两螺旋连线的平行方向移至中间处；3)、转动第三个脚螺旋，使气泡居中，4.3.3照准和调焦操作步骤：1)、将望远镜对准明亮的背景，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝成像清晰。2)、转动望远镜，利用望远镜镜筒上的缺口和准星的连线，粗略瞄准水准尺，拧紧水平制动螺旋。3)、旋转物镜调焦螺旋，并从望远镜内观察至水准尺影像清晰，然后转动水平微动螺旋，使十字丝竖丝照准水准尺中央稍偏一点，以便读数，如下图所示。4)、消除视差：视差会带来读数误差，所以观测中必须将其消除。视差定义：当尺像与十字丝分划板平面不重合时，眼睛靠近目镜微微上下移动，发现十字丝和目镜影像有相对运动，这种现象称为视差。消除视差的方法：先仔细地调节目镜以使十字丝成像清晰，然后再调节物镜，反复按此程序调节，直到眼睛上下移动时读数不变为止。4.3.4精确整平先从望远镜的一侧观察管水准气泡偏离零点的方向，右手缓慢而均匀地转动微倾螺旋，符合水准器两半边气泡严密吻合，此时视线水平，可以读数。4.3.5读数读数方法：1)、当确认水准管气泡居中时，应立即读取十字丝中丝在水准尺上的读数，对于倒像望远镜，所用水准尺的注记数字是倒写的，但从望远镜中看到的尺像是正立的，水准标尺的注记从标尺底部向增加的，故在望远镜中读数应该从上往下读；2)、读数时，先默估出毫米数，依次将米、分米、厘米、毫米四位数全部报出，如图4-14(b)所示，读数为0.995，读后应检查气泡是否符合，若不符合再精确整平，重新读数；3)、完成黑面尺的读数后，将水准尺纵转180°，立即读取红面尺的读数，若两读数之差等于该尺红面注记的零点常数，说明读数正确。第四节水准测量的方法1、水准测量等级2、水准点与水准路线3、水准测量的方法4、水准测量记录及计算5、成果处理与计算4.4.1水准测量等级水准测量等级：我国国家水准测量，按精度要求不同可分为一、二、三、四个等级。几个概念：1、精密水准测量：一、二、三、四等水准测量称为精密水准测量。2、某等级水准点：采用该等级水准测量的方法测出的高程点。3、等外水准测量：精度低于国家规定一、二、三、四等的水准测量。4.4.2水准点1、水准点的含义2、水准点的埋设要求3、标石的埋设类型4、点之记4.4.2.1水准点的含义：为了统一全国高程系统和满足科学研究、各种比例尺测图和工程建设的需要，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点，一般用BM(BenchMark)表示。4.4.2.2水准点的埋设要求：1)、国家等级水准点：须按要求设置永久性固定标志；2)、等外水准点：可在地面上打人木桩，或在坚硬的岩石、建筑物上设置固定标志，并用红色油漆标注记号和编号。4.4.2.3标石的埋设类型：四类水准点标石：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石、墙角水准标志。4.4.2.4点之记：定义：水准点埋设后，为便于以后使用时查找，需绘制说明点位的平面图，称为点之记。图4-17所示为水准点BM1点之记的示例。4.4.3水准路线含义：水准测量施测时所经过的路线，称为水准路线。布设要求：水准路线应尽量沿公路、大道等平坦地面布设，以保证测量精度。水准路线上两相邻水准点之间称为一个测段。布设形式：1、单一水准路线2、水准网单一水准路线名称路线定义观测要求路线简图附合路线从一个已知高级水准点BM1出发，沿各待测高程的点1、2进行水准测量，最后附合到另一个已知高级水准点BM2上的水准路线。单程观测。闭合路线从一个已知高级水准点BM3出发，沿环线上各待测高程的点1、2、3进行水准测量，最后仍回到原己知高级水准点BM3上的水准路线。单程观测。支路线从一已知高级水准点BM4出发，沿各待测高程的点1、2进行水准测量，既不附合到另一高级水准点上，也不自行闭合的水准路线。往返观测或单程双线观测。4.4.4水准测量的方法水准测量观测程序：从一个已知高级水准点出发，一般要用连续水准测量的方法，才能测量并计算出待定水准点的高程。具体工作步骤：水准测量的具体工作步骤：1)、在己知高程的水准点上立水准标尺，作为后视尺。2)、在路线的前进方向上的适当位置放置尺垫，在尺垫上竖立水准标尺作为后视尺。3)、把水准仪安置在到两水准尺间的距离大致相等的地方，仪器到水准尺的最大视距不大于150m。使圆水准器气泡居中。4)、照准后视标尺并消除视差后，用微倾螺旋调节管水准气泡并使其精确居中，用中丝读取后视读数，并记入手簿，见表4-1。5)、照准前视标尺后使水准管气泡居中，用中丝读取前视读数，并记入手簿，见表4-1。6)、将仪器按前进方向迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。7)、顺序沿水准路线的前进方向观测、记录，直至终点。4.4.5水准测量记录及计算4.4.6成果处理与计算4.4.6.1高差闭合差计算附合水准路线闭合水准路线支水准路线（1）高差闭合差——附合水准路线附合水准路线的高差闭合差：附合水准路线是由一个已知高程的水准点测量到另一个已知高程的水准点，各段测得的高差总和应等于两水准点的高程之差。但由于测量误差的影响，使得实测高差总和与其理论值之间有一个差值，即附合水准路线的高差闭合差。闭合差的计算：始终测理测HHhhhfh（2）高差闭合差——闭合水准路线闭合水准路线的高差闭合差：由于路线起闭于同一个水准点，因此，高差总和的理论值应等于零，但因测量误差的存在使得实测高差的总和往往不等于零，其差值称为闭合水准路线