道路工程测量第2章水准测量课件

1、第2章 水准测量 学习内容2.1水准测量原理2.2水准测量的仪器和工具2.3微倾式水准仪的基本操作程序2.4水准测量的方法2.5水准仪的检验与校正2.6水准测量误差来源及其影响2.7自动安平水准仪与精密水准仪简介2.8本章小结与习题自测 返回目录 第三章结 束2 水准测量 2.1 2.3第2章 水准测量课 题 (章.节)名 称本 次 授 课目 的与要 求本 次 授 课重 点与难 点水准测量原理认识水准仪的仪器结构了解 各 部 件 的 作用水准仪的使用水准测量方法。水准仪的操作手簿的记录计算方法第二章 水准测量高程测量（Height Measurement）方法分类 高程(高差)测量是测量最基本

2、的三项工作之一。 根据使用仪器和施测方法的不同，可分为： 1、水准测量(leveling)最常用。 2、三角高程测量(trigonometric leveling)常用于全站仪、经纬仪测高程。 3、气压高程测量(air pressure leveling) 4、GPS测量。(GPS leveling) 第2章 水准测量 hAB = a b HB = HA + hABHi大地水准面bHAHBhAB高差法Hi= HA+ aHB= Hi-b视线高法AB当a b时，hAB 为正，B高于A ；当a 150m解决方法: 在两点间设转点,安置多次仪器,进行连续观测。如图示不难看出：各测站所得高差： 返回目录

3、下一节转点：传递高程的临时立尺点。 如图中 、 等测站：安置仪器的地方。 返回2.2.水准测量的仪器与工具 （一）水准仪(level)组成DS3型水准仪望远镜水准器基 座水准仪的结构水准仪组成目镜微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜水平微动螺旋水平制动螺旋脚螺旋准星水准仪的结构水准仪构造物镜对光透镜目镜视准轴上丝下丝中丝竖丝十字丝分划板。1.望远镜 图2-3所示望远镜组成及作用1）.望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。2）.它主要由: 物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。圆水准器圆水准器轴长水准管长水准管轴2.水准器1）.是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。2）.水准器又分为圆水准器

4、和管水准器。气泡LL圆水准器用以粗平仪器。过零点的球面法线LL，称为圆水准器轴。圆水准器轴LL平行于仪器竖轴VV。气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值。OLL管水准器管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。水准管上2mm圆弧所对的圆心角，称为水准管的分划值，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20，记作20/2mm。水准器水准仪水准器 管水准器为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。水准仪基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。转动脚螺旋，可使圆

5、水准气泡居中。水准尺和尺垫尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称辅尺）。尺常数立尺点水准尺和尺垫 返回操作程序：安置仪器粗平瞄准精平读数 2.3、水准仪的使用水准仪的使用安置仪器在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。图形：粗平的操作方法示意图 1233123122规律： 气泡移动方向与左手

6、大拇指运动的方向一致。水准仪的使用缺口准星水平微动螺旋水平制动螺旋对光螺旋消除视差瞄准目标 粗瞄、对光、精瞄和消除视差水准仪的使用微倾螺旋每次读中丝读数前都要精平精平使长水准管气泡居中水准仪的使用（四）读数 精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。 1方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。 2规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。 水准仪的使用1213111.251m0.717m读数用中横丝读数图形：水准仪读数实例4. 水准仪读数实例6.2521.4770.725 bc a2.4 水准测量的实施与成果整理一、水准点和水准路

7、线 1.水准点 用水准测量方法测定的高程控制点。 水准点记为BM (Bench Mark)。 根据水准点的重要程度及使用时间可把水准点分为：永久性水准点临时性水准点（1）永久性水准点关键词语：永久保存，固定标志，国家 等级（2）临时性水准点关键词语：临时使用，简易标志 （3）水准点的“点之记” 便于以后使用查找，需绘制说明点位的平面图，称之为点之记。教学楼BM5路 路78.56m136.78m88.66m实训大厦 2.水准路线 水准测量施测时所经过的路线。 水准路线的布设有单一水准路线和水准网，其中单一水准路线有三种布设形式： （1）闭合水准路线 （2）附合水准路线 （3）支水准路线（1）闭合

8、水准路线 从一个已知水准点BM3开始，沿各待测高程点1、2、3等点进行水准测量，最后又回到原水准点BM3，这种水准路线称为闭合水准路线 BM3 （已知）h1h2h3h4h51234提出问题： 结论：正是上述 ，因此闭合水准路线才具检校功能。 （2）附合水准路线 从一个已知水准点BM1开始，沿各待测高程C、D、E等点进行水准测量，最后又回到原水准点BM2，这种水准路线称为附合水准路线 结论: 因 ,所以附合水准路线也具检校功能。 BM1(已知)BM2(已知)h1h2h3h4CDE（3）支水准路线 从已知高程的水准点BM1出发，进行待定高程水准点A的水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支

9、水准路线。BM1Ah往h返 由于支水准路线不具检校功能，因此要进行往返测量，以资检核。 AHACHBhAB大地水准面二、水准测量的实施 校园实训实例 已知水准点BMA的高程 HA48.145m，现欲测定B点的高程HB，由于A、B两点相距较远（或地势起伏较大），需分段设转点进行测量，具体施测步骤如下。BAHABHBhAB大地水准面TP1h1后视点前视点 (1)在已知高程的水准点BMA，转点 TP1上立尺，然后测站安置水准仪；前进方向2.0361.547测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA48.145TP1 水准测量记录手册 (2)瞄准点A上水准尺(后视尺)，精平

10、读数,并记录手册, 同样再瞄准 TP1上水准尺，精平读数,也记录手册;并计算两点间高差测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.03648.145TP1测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.03648.145TP1测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145TP11.547AHABHBhAB大地水准面TP1h1后视点前视点前进方向测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.03648.145TP11.547AHABHChAB大地水准面TP1h1TP

11、2前进方向2.0361.547后视点前视点后视点前视点 (3)第测站测完后,将水准仪搬至站点,A点水准尺移至TP2上立尺， TP1上水准尺原地不动,只需翻转即可;测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145TP11.547TP1TP2AHABHBhAB大地水准面TP1h1TP2前进方向h21.7431.436后视点前视点后视读数前视读数 水准测量记录手册 (4)在站上重复站操作步骤,读取 前、后视尺上读数,并记录手册,计算高差；测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145TP11.5

12、47TP11.743TP2测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145TP11.547TP11.743TP21.436测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145TP11.547TP11.7430.307TP21.436AHABHBHAB大地水准面TP1TP3h1TP2前进方向h21.7431.436 (5)重复上述过程,连续观测、记录， 直终点B结束。AHABHBhAB大地水准面TP1TP4TP3h1TP2前进方向h21.7431.436A2.0361.5471.6761.034h

13、31.2441.765h41.4181.889h5测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145(已知)TP11.547TP11.7430.307TP21.436TP21.6760.642TP31.034TP31.2440.521TP41.765TP41.1480.74148.321BMB1.889(待定)辅助计算 水准测量记录手册 对于记录表中的高差和高程必须进行计算校核。校核内容如下：测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-BMA2.0360.48948.145(已知)TP11.547TP11.7430.307TP

14、21.436TP21.6760.642TP31.034TP31.2440.521TP41.765TP41.1480.74148.321BMB1.889(待定)7.8477.6711.4381.262辅助计算 a-b=7.847-7.761=+0.176 h=+1.438+(-1.262)=+0.176 故 a-b= h HB-HA=+0.176 水准测量记录手册 水准测量手薄见表2-1表2-1 水准测量手薄 测站测点后视读数前视读数高差高程备注AZ12.0731.5260.54750.118已知A点高程=50.118Z1Z21.6241.4070.217Z2Z31.6781.3920.286Z

15、3Z41.5951.4020.193Z4B0.9211.5030.58250.7797.8917.2301.2430.582计算检核 水准测量应注意事项: 1.水准仪到前后视水准尺的距离要大致相 等； 2.水准尺要扶直,不能前后倾斜； 3.不得涂改原始读数,保证记录干净整齐。三、水准测量内业计算内业计算前须对外业手册检查，检查无误后方可进行内业计算。 高差闭合差及其允许值 水准路线中实测高差与理论高差的差值，称为高差闭合差。用 fh = h测-（H终-H始） 表示。例如：BM3 （已知）h1h2h3h4h51234 根据高差闭合差概念 闭合水准路线：同理： 附和水准路线： 支水准路线： 不难看

16、出， 的大小反映水准测量成果的精度，要求 有一定限度。 因此，测量规范规定，等外水准测量高差闭合差的允许值： 2.高差闭合差改正计算 高差闭合差在允许范围之内时，即可进行高差闭合差的改正计算，即消除高差闭合差。 改正原则与方法： 按与测站数或测段长度成正比例的原则，将高差闭合差反号分配到各相应测段的高差上，得改正后高差。即： 式中 ： vi 第i测段的高差改正数（mm）； 、 水准路线总测站数与总长度； 、 第测段的测站数与测段长度。 高差改正数的总和与高差闭合差大小相等，符号相反。即 3.改正后的高差计算 各测段改正后高差等于各测段观测高差加上相应的改正数，即式中 第 i 段的改正后高差（m

17、）。 4.各点高程计算 由起点高程逐一推算出各点高程。四、实例讲解 一、附合水准路线的计算 下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA72.536m，HB77.062m，1、2、3为待定高程的水准点。h +2.336mh8.653mh+7.357mh3.456mn16n210n38n46BMA123BMB4点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789 辅助 计算1填写观测数据和已知数据h +2.336mh8.653mh+7.357mh3.456mn16n210n38n46BMA123BMB点号距离/km测站数实测高差/

18、m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA1 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA12 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA123 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 1234 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m

19、高程/m点号备注123456789BMA 6 1234 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 2.3361 234 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.3361 10 8.65323BMB 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.3361 10 8.6532 8 +7.3573BMB 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/

20、m点号备注123456789BMA 6 +2.3361 10 8.6532 8 +7.3573 6 +3.456BMB 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.33672.5361 10 8.6532 8 +7.3573 6 +3.456BMB77.062 辅助 计算2.计算高差闭合差及其允许值点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.33672.5361 10 8.6532 8 +7.3573 6 +3.456BMB77.062 30 +4.49

21、6 辅助 计算 成果合格3.高差闭合差改正计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.33672.5361 10 8.6532 8 +7.3573 6 +3.456BMB77.062 30 +4.496 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.336+0.00672.5361 10 8.6532 8 +7.3573 6 +3.456BMB77.062 30 +4.496 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备

22、注123456789BMA 6 +2.336+0.00672.5361 10 8.653+0.0102 8 +7.3573 6 +3.456BMB77.062 30 +4.496 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.336+0.00672.5361 10 8.653+0.0102 8 +7.357+0.0083 6 +3.456+0.006BMB77.062 30 +4.496 辅助 计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.336+0.006

23、72.5361 10 8.653+0.0102 8 +7.357+0.0083 6 +3.456+0.006BMB77.062 30 +4.496+0.030 辅助 计算 4. 改正后的高差计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.336+0.00672.5361 10 8.653+0.0102 8 +7.357+0.0083 6 +3.456+0.006BMB77.062 30 +4.496+0.030 辅助 计算 成果合格点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6

24、 +2.336+0.006 +2.34272.5361 10 8.653+0.010 8.6432 8 +7.357+0.008 +7.3453 6 +3.456+0.006 +3.462BMB77.062 30 +4.496+0.030 辅助 计算 成果合格点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.336+0.006 +2.34272.5361 10 8.653+0.010 8.6432 8 +7.357+0.008 +7.3453 6 +3.456+0.006 +3.462BMB77.062 30 +4.496+0.030

25、+4.526 辅助 计算 成果合格 改正后高差总和=终点高程 始点高程4.526=77.062-72.536改正高差=实测高差+改正数(6)项=(4)项+(5)项 5. 高程计算点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注123456789BMA 6 +2.336+0.006 +2.34272.536BMA(已知)174.878BM1 10 8.653+0.010 8.643266.235BM2 8 +7.357+0.008 +7.345373.600BM3 6 +3.456+0.006 +3.462BMB77.062BMB(已知) 30 +4.496+0.030

26、+4.526 辅助 计算 成果合格返回 二、闭合水准路线的计算 闭合水准路线成果计算的步骤与附合水准路线相同。BMA （已知）h4=-1.424mL4=0.8km123h2=+2.376mL2=1.2kmh3=-3.366mL3=1.0kmh1=+2.365mL1=0.5km 下图是一闭合水准路线等外水准测量示意图，A为已知高程的水准点，HA44.856m，1、2、3为待定高程的水准点。点号距离/km测站数实测高差/m改正数/m改正后高差/m高程/m点号备注12456789BMA0.5 +2.365+0.007 +2.39344.856BMA(已知)147.249BM11.2 +2.376+0

27、.017 +2.372249.621BM21.03.366+0.014 3.352346.269BM30.8 1.424+0.011 1.413BMA44.856BMA3.5 0.049+0.049 0 辅助 计算 成果合格H往1.532mH返1.520mBMA1三、支水准路线的计算 例 A为已知高程的水准点，其高程HA为46.276m，1点为待定高程的水准点，h往 和h返 为往返测量的观测高差。往、返测的测站数共16站，计算1点的高程。 1计算高差闭合 2计算高差容许闭合差测站数：因|fh|f允|，故精确度符合要求。 3计算改正后高差 取往测和返测的高差绝对值的平均值作为A和1两点间的高差，

28、其符号和往测高差符号相同，即 4计算待定点高程返回下一节学习真好2.5 水准测量误差来源及其影响一、仪器误差 1、水准管轴与视准轴不平行误差 2、水准尺误差二、观测误差 1水准管气泡的居中误差 2估读水准尺的误差 3视差的影响误差 4水准尺倾斜的影响误差 三、外界条件影响误差 1水准仪下沉误差 采用“后、前、前、后”的观测程序，可减弱其影响。 2尺垫下沉误差 采用往返观测的方法，取成果的中数，可减弱其影响。 3地球曲率及大气折光的影响大地水准面BAbababarfcHAHB地球曲率对读数的影响 大气折光对读数的影响 返回目录下一节2.5.4 水准测量注意事项1观测前对所用仪器和工具，必须认真进

29、行检验和校正。 2在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。 3前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响。 4前、后视距离不宜太长，一般不要超过100m。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响。 5水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。 6完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读。 7记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字。8在烈

30、日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。 2.6 水准仪的检验与校正一、水准仪应满足的几何条件 （1）圆水准器轴LL 平行 竖轴VV （2）十字丝的中丝应 垂直于竖轴VV（3）水准管轴LL 应 平行于视准轴CC 二、水准仪的检验与校正 1.圆水准器的检验与校正（1）检验方法 （2）校正方法圆水准器仪器旋转180(1)检验方法检验合格不合格需校正 （2）校正方法 2.十字丝中丝的检验与校正（1）检验方法MMM检验合格不合格,需校正（2）校正方法3.水准管轴的检验与校正（1）检验方法（2）校正方法（1）检验方法 1）在C点处安置水准仪，用变动仪器高法，连续两次测出A、B两点的高差，

31、若两次高差之差不超过3mm，则取两次高差的平均值hAB作为最后结果。a1b1x1x1iiABCDAC=80100m DAC=DBC2）在离B点大约3m左右的D点处安置水准仪，精平后读得B点尺上的读数为b2,然后，瞄准A点水准尺，读出中丝的读数a2。ABia2b2a2xD13m 根据上述b2和高差hAB算出A点尺上视线水平时的应读读数为： 如果a2与a2相等，表示两轴平行。否则存在i角，其角值为：（2）校正方法 转动微倾螺旋，使十字丝的中丝对准A点尺上应读读数a2，此时视准轴处于水平位置，而水准管气泡不居中。 用校正针先拨松水准管一端左、右校正螺钉，再拨动上、下两个校正螺钉，使偏离的气泡重新居中

32、，最后要将校正螺钉旋紧。 返回目录下一节2.7 自动安平水准仪与精密水准仪一、自动安平水准仪 自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于： 自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。自动安平水准仪的使用 首先将圆水准器气泡居中，然后瞄准水准尺，等待24秒后，即可进行读数。 有的自动安平水准仪配有一个补偿器检查按钮，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常作用再读数。二、精密水准仪简介1.精密水准仪 精密水准仪与一般水准仪比较，其特点是能够精密地整平视线和精确地读取读数。 （1）水准器具有较高的灵敏度。如DS1水准仪的管水准器值为10/2mm。 （2）望远镜具有良好的光学性能。如DS1水准仪望远镜的放大倍数为38倍，望远镜的有效孔径47mm，视场亮度较高。十字丝的中丝刻成楔形，能较精确地瞄准水准尺的分划。 （3）具有光学测微器装置。可直接读取水准尺一个分格（1cm或0.5cm）的1/100单位（0.1