土木工程水准测量

第二章水准测量

水准测量原理

水准仪的基本构造及使用

水准测量方法

水准仪的检验与校正水准内业计算

水准测量概述其他水准仪简介水准测量概述相对高程——如标高(多用于建筑施工)一、高程及高程测量绝对高程

——地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。高程测量——测定地面点高程的工作二、高程测量的方法1、水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。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。2、其他高程测量方法：三角高程测量、GPS高程测量水准测量——精度最高三、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）§2.1水准测量原理大地水准面AB后视前视前进方向HAHiHBab（水平视线高程=HA+a）hab水准尺水准尺●地面上A、B两点之间的高差hab=a-b●若已知

HA，求HB★

高差法：HB=HA+hab★

仪高法:HB=（HA+a）－b=Hi－b如果两点之间的距离较远，或者高差较大，仅安置一次仪器便不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点。

APQRBW欲求A点至B点的高差，选择一条施测路线，用水准仪依次测出hPA、hPQ等等的高差，直到最后测出hWB的高差。每安置一次仪器，称为一个测站，而P、Q、W点即为转点

高差hAB的计算公式为：hAB＝hAP＋hPQ＋……＋hWB各测站的高差均为后视读数减去前视读数之值，即：

hAP＝a1－b1hPQ＝a2－b2……………hWB＝an－bn检核条件：Σh＝Σa－Σb＝HB－HA水准仪，水准尺，尺垫§2.2水准测量的仪器及使用水准仪品种很多激光水准仪电子水准仪自动安平水准仪微倾式水准仪一、S3级微倾式水准仪的构造基座、望远镜、水准器圆水准器管水准器基座：连接仪器和三脚架，基座上面有一个圆水准器。望远镜：管水准器(用于精平)（用于仪器的概略整平）圆水准器微倾式水准仪调整微倾螺旋→管水准气泡居中→水平视线，

望远镜作用——照准竖立水准尺并读取水准尺上的读数。组成——物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜。倒像望远镜，正像望远镜。视准轴CC——物镜中心与十字丝分划板中心连线。中丝——读取视准轴CC与标尺交点的读数。上下丝——读取水准仪到标尺的距离(视距)。一般的望远镜只需望远，不需瞄准。所以有物镜，目镜（加调焦镜）即可。测量望远镜要能瞄准。所以要有十字丝。目标的象与十字丝重合即瞄准。视差：标尺像没成在十字丝分划板上引起的读数误差消除：望远镜对准天空(或明亮背景)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。望远镜对准天空(或明亮背景)旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。（1）圆水准器灵敏度8/2mm用于仪器粗平

（2）管水准器灵敏度20/2mm用于仪器精平水准器水准器分圆形和管形两种管水准器是个玻璃容器，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。圆水准器是个玻璃容器，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。“气泡居中”即水准器的轴垂直。水准管圆水准器轴OLL气泡L′L′水准仪的轴线竖轴：照准部的旋转轴。圆水准器轴：过圆水准器中点的法线。视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。

管水准器轴：管水准器中点的纵向切线。二、水准尺与尺垫水准尺的种类木质—双面尺和塔尺，3m铝合金—塔尺结构，3m、5m铟钢尺—单面尺，3m、2m尺垫直尺——A、B尺，两把一对，每把有黑、红两面分划与注记。A尺——黑面分划0~3m，红面分划4.687m~7.687m。B尺——黑面分划0~3m，红面分划4.787m~7.787m。A、B尺黑面注记的零点差为0，红面注记的零点差为0.1m。尺垫——转点处放置水准尺用。生铁铸成的三角形板座。水准仪的使用1、安置：用连接螺旋把仪器固定在三脚架上2、粗平：使三脚架架头大致水平;转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中3、瞄准调节目镜：照准明亮的物体（如白墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标；精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，直至无“视差”。用微动螺旋慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）4、精平用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合）5、读数用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也是必须记录的数字。）圆水准管脚螺旋粗平用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个脚架，动第三个脚架，使三脚架架头大致水平;转动脚使螺旋圆水准器的气泡居中2、粗平（左手拇指法则）调节目镜：照准明亮的物体（如白墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标；精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，检查有无“视差”（消除视差）。用微动螺旋慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）3、瞄准目镜缺口

●视差：

望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。

现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字丝与目标的像有相对移动。消除视差的步骤：目镜调焦，使十字丝最清晰；物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察。用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。调节微倾螺旋，使气泡吻合成一个完整的抛物线观察窗4、精平（普通水准尺）水准尺的分划不是线划式而是区格式的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数即毫米“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。5、读数读数：倒像望远镜，从上向下读。m位与dm位直读标尺上的数字，cm为数格子，mm位估读。红黑面读数差为6295-1608=4687。

一、水准点

与水准路线（一）水准点水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。一、二等为精密水准测量，三四等为普通水准测量。为统一全国高程系统和满足各种测量的需要国家各级测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点称水准点(BM)，分地面点与墙上点。§2.3水准测量一般方法与计算（二）水准路线1、支水准路线2、闭合水准路线3、附合水准路线二、水准测量方法（一）两次仪器高法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2<=f=±5mm水准测量记录（两次仪器法）（二）双面尺法

已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2<=f=±5mm水准测量记录（双面尺法）3.线路校核附合水准路线12BMABMB从一个已知水准点出发经过各待测水准点附合另一个已知水准点上。高程闭合差：fh＝Σh－（H终－H起）闭合水准路线12BMA3从一个已知水准点出发经过各待测水准点后又回到该已知水准点上。高程闭合差：fh＝Σh支水准路线12BMA往测返测高程闭合差：fh＝Σh往＋Σh返（往返测量）一、高程闭合差计算：

2A431A321B§2.4水准测量内业计算二、容许闭合差：三、水准路线计算：A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差闭合差计算0闭合水准HB–HA=H终-H始附合水准无支水准支水准路线无闭合差，所以采用往、返测量A123+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286m(一）高差闭合差计算高差闭合差的允许值L---以公里为单位A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m（二）高差闭合差的分配水准测量成果整理§2.5水准仪的检验与校正一、水准仪的轴线1.竖轴(VV):望远镜的旋转轴。2.圆水准器轴(V′V′):过零点的球面法线3.水准管轴（LL）:过零点作水准管圆弧切线。4.视准轴（CC):十字丝交点与物镜光心的连线。二、水准仪轴线必须满足的条件1.圆水准器轴平行于竖轴（V′V′‖

VV）2.十字丝横丝垂直于竖轴3.水准管轴平行于视准轴（LL‖

CC）

三、水准仪的检验与校正

1、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正（1）检验：

调整脚螺旋，使圆水准器气泡居中；照准部旋转180度，如气泡偏离，说明两条轴线不平行。(2)校正旋转脚螺旋，使气泡向圆水准器中心移动偏距的一半；用校正针拨圆水准器底下的三个校正螺丝，气泡符合。2.十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正(1)检验

整平仪器，十字丝交点瞄准明显点P，拧紧制动螺旋；转动微动螺旋，如果P点相对望远镜左右移动时离开横丝，表示纵轴铅垂时横丝不水平。

(2)校正校正：旋下靠目镜处的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝组的四个固定螺丝，按横丝倾斜反方向转动十字丝组。3.水准管轴平行于视准轴的检验和校正(1)检验b2b1ABa2a1a2´（3）校正转动上下微动螺旋，使十字丝的中丝对准A尺上的正确读数a2´，这时水准管器泡不再居中，用校正针拨动水准管一端上、下两个校正螺旋，使气泡居中，反复多次，使条件满足为止。§2.6水准测量误差分析及注意事项一、仪器误差水准管轴不平行于视准轴水准尺分划误差水准尺零点误差二、观测误差水准管气泡居中误差视差水准尺估读十字丝压线误差水准尺倾斜误差尺垫下沉及三、外界因数的影响太阳直射、风力、能见度等地球曲率及大气折光影响地球曲率的影响：大气折光的影响：综合两项的影响：r：有正负注意：水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差地球曲率及大气折光的影响大地水准面BAbab′a′b″a″rfcHAHB§2.7其他水准仪简介

精密水准仪主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。特点：1、结构精密、性能稳定、测量精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10"/2mm；4、采用光学测微器读数，可直接到0.1mm，估读到0.01mm；5、配专用精密水准尺；WILDN3精密自动安平水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替水准管，使视准轴水平。特点：1、视准轴自动安平；2、提高水准测量精度；3、减少操作步骤，