建筑工程测 第二章

1、2. .1 水准测量原理水准测量原理 1. 水准测量基本原理水准测量基本原理目的：目的：测定两点的高差测定两点的高差仪器：仪器：水准仪水准仪原理：原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之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间的水准尺进行观测观测 ，并通过其，并通过其中一个点（中一个点（M M点）点）的高程推算另一的高程推算另一个点个点(N(N点点) )的高的高程。程。2. 水准测量观测方法水准测量观测方法 （1）高差法：）高差法： 在在M、N两点间安置水准仪，在两点间安置水准仪，在M、N两两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线

2、分别读取M点、点、N点上的读数点上的读数a、b，则两点的高差为，则两点的高差为则则N点的高程点的高程HN为为 a：后视读数：后视读数(后视观测后视观测读数读数)；b：前视读数前视读数( (前视观测前视观测读数读数) )。M M：后视点后视点N N：前视点前视点永远是永远是后视减前视后视减前视bahMNMNMNhHH（2）视线高法（单站多测法）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。安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的首先算出水准仪的视线高程视线高程Hi，然后分别，然后分别计算出各个点的高程：计算出各个点的高程：bj为第为第j个前视点的读数，个前视点的读数

3、，Hj为第为第j个前视点的高程。个前视点的高程。这种方法常用于路线纵这种方法常用于路线纵断面测量。断面测量。大地水准面大地水准面MjbjHMHjHi大地水准面大地水准面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,)aHHMijijbHH(j=1,2,3,)3. . 连续水准测量（路线水准测量）连续水准测量（路线水准测量） 应用前提应用前提：两待测点之间距离较远、高差较大，或中间两待测点之间距离较远、高差较大，或中间有障碍。有障碍。方法：方法：加设若干个临时立尺点（称为加设若干个临时立尺点（称为转点转点ZD），依此），依此测定相邻两个点的高差，取各高差的代数和即得到起测定相邻两个

4、点的高差，取各高差的代数和即得到起终两个点的高差。终两个点的高差。则则M、N两点的高差为两点的高差为 niiniiniiMNbahh111),.,3 , 2 , 1(niiiibah2.2 水水 准准 仪仪1. 水准仪：水准仪：提供水平视线（平行大地水准面）的设备提供水平视线（平行大地水准面）的设备2. 水准仪类型：水准仪类型：（1）微倾式水准仪）微倾式水准仪 （2）自动安平水准仪）自动安平水准仪 （3）电子水准仪）电子水准仪3. 水准仪的表示方法（国产仪器）水准仪的表示方法（国产仪器） DSn：D表示大地测量表示大地测量S表示水准仪，表示水准仪，n为数字表示为数字表示仪器精度，数值仪器精度，

5、数值n越小越小,表示仪器精度越高。如表示仪器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或小于或等于等于0.5mm 4. 常用水准仪的等级划分及主要用途常用水准仪的等级划分及主要用途一般工程一般工程水准测量水准测量国家三四等水国家三四等水准测量及一般准测量及一般工程水准测量工程水准测量国家二等测国家二等测量及其他精量及其他精密水准测量密水准测量国家一等水国家一等水准测量及地准测量及地震测量震测量主要用途主要用途仪器精度仪器精度DS10DS3DS1DS0.5仪器系列型号仪器系列型号一般工程一般工程水准测量水准测量国家三四等水国家三四等水

6、准测量及一般准测量及一般工程水准测量工程水准测量国家二等测国家二等测量及其他精量及其他精密水准测量密水准测量国家一等水国家一等水准测量及地准测量及地震测量震测量主要用途主要用途仪器精度仪器精度DS10DS3DS1DS0.5仪器系列型号仪器系列型号mm5 . 0mm1mm3mm10nS3普通水准仪n1.水准仪的构造物镜目镜圆水准器管水准器水平制动螺旋脚螺旋准星缺口校正螺丝n1.水准仪的构造水准仪的构造物镜调焦螺旋脚螺旋水平微动螺旋目镜调焦螺旋微倾螺旋三脚架nS3普通水准仪主要为三部分：主要为三部分：（1）望远镜望远镜 （2）水准器水准器 （3）基座基座其中望远镜为主要组成部分。其中望远镜为主要组

7、成部分。水准仪的主要结构组成水准仪的主要结构组成望远镜组成及其成像原理望远镜组成及其成像原理望远镜由望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个四个主要部分组成。主要部分组成。成像原理：成像原理：目标经过物镜和对光凹透镜的作用，目标经过物镜和对光凹透镜的作用，在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。（望远镜的放大倍数望远镜的放大倍数）视准轴视准轴n目镜的作用：目镜的作用：放大，人眼经过目镜，可以看到目标放大，人眼经过目镜，可以看到目标的小实

8、像与十字丝一起放大了的虚像。的小实像与十字丝一起放大了的虚像。n十字丝的作用：十字丝的作用：提供照准目标的标准。其中心交点提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时，用中间横丝截取水准尺读数。平时，用中间横丝截取水准尺读数。n视准轴：视准轴：十字丝中央交点和物镜十字丝中央交点和物镜 光心的连线光心的连线 （水准仪四条轴线水准仪四条轴线 之一之一）n竖轴：竖轴：望远镜底部与基座相连的望远镜底部与基座相连的 轴的中心线。轴的中心线。

9、 （水准仪四条轴水准仪四条轴 线之一线之一）视距丝视距丝横丝横丝水准器水准器:衡量衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。的标志。圆心是圆水准器的零点，通过零点和球心的连线（点的法线），称为圆水准轴。 当气泡居中时，圆水准轴就处于铅垂位置。可使水准仪的纵轴大致处于铅垂位置水准管 水准管的零点水准管轴 气泡居中水准管分划值水准管上两相邻分划线间的圆弧（弧长为2mm）所对的圆心角， R2水准尺水准尺用途：用途：用于水准测量的目标点观测用于水准测量的目标点观测种类：种类：塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的 塔尺一般长塔尺一般长35米，由三节组成。

10、板尺一般米，由三节组成。板尺一般3米。米。水准尺的刻度与标注：水准尺的刻度与标注：精度比较：精度比较：板尺精度高于塔尺。板尺精度高于塔尺。用用 途：途：板尺一般常用于三、四等水准板尺一般常用于三、四等水准测量，而塔尺则用于等外水准测量。测量，而塔尺则用于等外水准测量。 使用注意事项：使用注意事项：使用前应认清尺子使用前应认清尺子刻划线刻划线与数字之间的位置关系，与数字之间的位置关系，是否为正、倒是否为正、倒数字，数字，尺底的数值尺底的数值。对于塔尺，当使用。对于塔尺，当使用两节以上时应注意两节以上时应注意两节接口位置是否对两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住准、卡簧是否卡住。3.水准仪的使用步骤

11、水准仪的使用步骤n（1） 水准仪的安置n 首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。 1.安置仪器 2.粗平 3.瞄准水淮尺 4.精平 5.读数n（2） 粗平nA.先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；nB.旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。nC.气泡移动方向始终和左手大拇指移动方向一致。n（3） 瞄准；n 准星瞄准、目镜调焦、物镜调焦、使十字丝竖丝照准水准尺。n（4） 精平；（自动安平水准仪不须此步骤）n 调微倾螺旋，每次读数前都使管

12、水准气泡居中。n（5） 读数和记录。视差1. 水准点及其选择 水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。水准点类型：永久性和临时性水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。4.水准测量外业施测2. 水准路线布置水准路线布置（1）闭合水准路线）闭合水准路线 高差闭合差：高差闭合差：（2）附合水准路线）附合水准路线 高差闭合差：高差闭合差：附合水准路线附合水准路线闭合水准路线闭合水准路线3测hfh)(始终测HHhfh（3）支水准路线：）支水准路线：从一水准点出发，沿线测量

13、各待定从一水准点出发，沿线测量各待定点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。（4）结点水准网：）结点水准网：由若干条单水准路线相互连接而成由若干条单水准路线相互连接而成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。的图形。可分为附合水准网及独立水准网。 往 测返支支 水水 准准 路路 线线测往 测返支支 水水 准准 路路 线线测往 测返支支 水水 准准 路路 线线往 测返支支 水水 准准 路路

14、 线线测返往hhfh3.普通水准测量施测程序 在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用双面尺法或两次仪器高法进行观测，以检查高差测定中可能发生的错误。 双面尺法为每一测站上用两组不同的水准尺面的读数来测定相邻两点间的高差，两次仪器高法为每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线来测定相邻两点间的高差。 国家三、四等水准测量 一测站上水准仪照准双面水准尺的顺序为：1.照准后视标尺黑面，进行视距丝、中丝读数；2.照准前视标尺黑面，进行中丝、视距丝读数；3.照准前视标尺红面，进行中丝读数；4.照准后视标尺红面，进行中丝读数； 即“后前前后”（黑、黑、红、红）四等水准测量每站观测顺序也

15、可为“后后前前”（黑、红、黑、红）。 等级仪器类型标准视线长度后前视距差后前视距差累计黑红面读数差黑红面所测高差之差检测间歇点高差之差三等S365m3.0m6.0m2.0mm3.0mm3.0mm四等S380m5.0m10.0m3.0mm5.0mm5.0mm5 水准测量的误差分析 1 仪器误差视准轴与水准管轴不平行的误差 视准轴与水准管轴 在竖直面上投影的夹角称i角。aaaSitgiSx 1.i角对读数的影响 iSxaaiSxbbABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh0ABbahSS时，i角对高差的影响 水准尺误差 水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲

16、等，会影响水准测量的精度，因此，水准尺需经过检验才能使用。一对水准尺的零点差，可在一测段中使测站数为偶数的方法予以消除。 2 观测误差观测误差主要包括有：.精平误差.调焦误差.估读误差.水准尺倾斜误差 3 外界环境的影响水准仪、水准尺下沉误差 若水准仪在测站上随安置时间的增加而下沉 ，采用“后前前后”的观测程序可减少仪器下沉对高差的影响。 消除水准尺下沉的影响 ，办法有：踩实尺垫；观测间隔间将水准尺从尺垫上取下，以减小下沉量；采用往返观测，取高差平均值的方法可减弱其对高差影响。 地球曲率和大气折光的影响 前后视距离相等日照及风力引起的误差光照会造成仪器各部分受热不均使轴线关系改变；风大时会使仪

17、器抖动、不易精平等；消除和减弱其影响的方法：选择好的天气测量，给仪器打伞遮光等。6 水准测量的成果计算测量结果校核测量结果校核 1）计算校核：检查计算结果有无错误：高差计算结果；采用公式是否正确等。 2）测站校核：对每一站的观测和记录都及时地在现场进行校核。校核方法有：变动仪器高法、双面尺法或双仪器法； 3）路线校核：根据计算的闭合差，与规定的允许误差比较，判断观测精度是否合格。 平地 (L 为水准路线总长度km） 山地 (n为测站总数）)(40容mmLfh)(12容mmnfh（1）高差闭合差计算高差闭合差计算 计算闭合差及闭合差允许值，写在计算闭合差及闭合差允许值，写在“路线校核路线校核”栏

18、内。栏内。（2）高差闭合差分配及高程计算）高差闭合差分配及高程计算 当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正数数v与测站数与测站数n（或路线长度（或路线长度L）成正比，与闭合差反号，即）成正比，与闭合差反号，即 各点高程值各点高程值 H0：已知点的高程，已知点的高程，Hi为改正前的高程值。为改正前的高程值。nfvh每站11)(ijiivHH每站7 水准仪的检验与校正 水准仪应满足的条件水准仪的主要轴线 1、水准仪应满足的主要条件有：q 水准管的水准轴应与望远镜的视准轴平行2、水准仪应满足的次要条件有：q 圆水准器的水准轴应与仪器的旋转轴平行q 十字丝的横丝应与仪器的旋转轴垂直水准管水准轴望远镜视准轴圆水准器水准轴仪器旋转轴1 水准仪的检验与校正圆水准器水准轴应与仪器旋转轴平行的检验和校正（1）检验原理 （2）检验方法 先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后将仪器旋转，若气泡仍在居中位置，则表明此项条件已得到满足；若气泡有了偏移，则表明条件没有满足。气泡偏移弧长代表了仪器旋转轴和水准轴的交角的两倍。 （3）校正校正工作可用装在圆水准器下面的校正螺钉来实现。