土木工程测量第02章

第一章第二章

第二章

水准测量第二章水准测量第二章水准测量◆水准测量原理◆水准测量的方法与成果整理◆水准仪轴线的检验与校正◆自动安平水准仪和精密水准仪

学习要点提要一.水准测量原理水准测量原理一.高程测量概述二.水准测量原理一.高程测量概述1.高程测量测定地面点高程的工作2.高程测量的方法水准测量——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。其他高程测量方法：三角高程测量、电子全站仪全站仪高程导线测量。3.高程系统我国国家高程系统：黄海高程系我国国家高程基准：1985年国家高程基准◆我国取青岛附近黄海平均海水面为大地水准面；(1956年取前6年的平均潮位作为大地水准面；1985年取1953年1979年共26年观测的平均潮位作为大地水准面)；◆水准原点建在青岛市内，作为我国的国家高程基准。1956年高程基准的高程为72.289米，1985年高程基准的高程为72.260米。4.水准点◆埋设在永久、固定的地点，按等级不同，埋设的要求不同。高程由此算起5.水准测量的等级◆国家分一、二、三、四等、图根（按精度要求、控制范围）◆城市分二、三、四等、图根二.水准测量原理▲高差=后视读数-前视读数：1.水准测量原理

hAB>0，高差为正，前视点高；hAB<0，高差为负，前视点低。

高差必须带“+、-”号；

hAB的下标次序必须与测量的前进方向一致。

例：已知hAB=+1.436m则hBA=-1.436m大地水准面

hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向2.连续安置水准仪的测量方法

两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+h2++hn

=(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn)=a-b(2-2-7)hAB测站：每安置一次仪器称为一个测站。转点：传递高程的临时点。一.水准测量的仪器与工具二.水准仪使用三.水准路线测量四.水准测量成果整理水准测量的方法与成果整理一.水准测量的仪器与工具一.水准测量的仪器与工具1.水准尺、尺垫

直尺：双面(黑、红)水准尺，尺常数4.687m、4.787m，用于三等以下水准路线测量。塔尺：可伸缩，伸足为3米、

5米，用于一般工程测量。尺垫：转点立尺用。2.水准仪2.水准仪精度系列：

S05

S1

S3

S10

型号下标：毫米数，表示

1公里往、返测量的高差平均值的中误差(由于仪器引起的)。结构系列:

微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪构造：

一般构件望远镜与视差水准器S3水准仪外型

DS3微倾式水准仪的基本构造

主要由望远镜、水准器、基座三部分组成望远镜与视差望远镜与视差●测量望远镜及十字丝上丝下丝竖丝横丝望远镜的十字丝精确瞄准水准尺和提供视线进行读数的设备。视差●视差

望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。

现象：则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。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。水准器水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。水准器分为管水准器和圆水准器两种。水准器●圆水准器作用初步整平仪器（使水准仪的竖轴处于竖直位置）当圆水准器气泡居中时，轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器分划值，一般为

8~10。●管水准器的作用用于仪器精平（使水准管轴水平处于水平状态）侧视俯视当水准管的气泡中点与水准管零点重合，即气泡两端与圆弧终点对称时，称为气泡居中，这时水准管轴处于水平位置。●水准管的灵敏度

水准管上两相邻分划线间的圆弧（弧长为2mm）所对的圆心角，称为水准管分划值（或灵敏度）水准管分划值越小，灵敏度就越高，DS3型水准仪的水准管分划值一般为20/2mm。二.水准仪使用二.水准仪使用操作程序与方法安置——粗平——瞄准——精平——读数

安置时考虑前、后视等距；

粗平时掌握“左手大拇指法”；

瞄准时包括消除视差；在精平状态下(符合气泡符合时)读数；读数估读至毫米。左手大拇指法“左手大拇指法”整平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。

abc●粗平的操作●精平的判断

看水准管气泡观察窗内，当气泡两端的两个半像符合成一个圆弧时，就表示水准管气泡居中。符合气泡符合尚未符合思考粗平是否可以省略？●水准尺的瞄准与读数0.700m1.000m0.800m0.900m0.730

a

b6.2391.520c三.水准路线测量三.水准路线测量1.水准测量的方法2.水准路线3.水准测量的检核1.水准测量的方法

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543思考A、B两点上能否放置尺垫？利用已知高程点来引测其他待定点的高程，用水准测量的方法建立的高程控制点称为水准点，常以BM表示。普通水准测量记录手簿2.水准路线●定义

由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线。2.水准路线3.支水准路线BM.ATBM1TBM2TBM1BM.ATBM2TBM3TBM41.闭合水准路线2.附合水准路线BM.ABM.BTBM1TBM2TBM3三种水准路线的布置形式3.水准测量的检核两种方法：(1)两次仪器高法(＞10cm)h-h5mm(2)双面尺法①每一测站上红黑面读数差3mm

②h黑-h红5mm)◆测站检核对每一站高差进行检核，保证每一站高差正确。◆计算检核路线检核◆路线（成果）检核——对整条路线的高差闭合差进行检核2.支水准路线BM.ATBM1TBM2TBM1BM.ATBM2TBM3TBM41.闭合水准路线3.附合水准路线BM.ABM.BTBM1TBM2TBM3检核公式h理=0fh=h测fhfh允fh=h往+h返

fhfh允检核公式h理=H终-H始fh=h测-h理fhfh允●高差闭合差检验▲

当fh≤fh容

时，认为外业观测合格，否则应查明原因返工重测，直至符合要求为止。▲

fh容的计算方法四.水准测量成果整理

闭合差的分配原则：对于闭合或附合水准路线，按与路线长度L或按路线测站数n成正比的原则，将高差闭合差反其符号进行分配。

计算改正后的高差

根据已知水准点高程和各测段改正后的高差，依次逐点推求各点改正后的高程。水准测量成果整理算例算例1算例2微倾式水准仪的检验与校正一.水准仪的轴线及其应满足的条件二.水准仪检验与校正一.水准仪的轴线及其应满足的条件CCLLVVL'L'1.四条轴线视准轴CC水准管轴LL

圆水准轴L'L'

竖轴VV(1)L'L'//VV(2)横丝⊥VV(3)LL//CC(主要条件)

2.应满足的三个条件对以上三个条件进行检验和校正视准轴CC：十字丝分划中心与物镜光心的连线。水准管轴LL：经过水准管零点的切线。竖轴VV：仪器旋转轴圆水准轴L'L'：经过圆水准管零点的法线。二.水准仪的检验与校正1.圆水准器的检验和校正

了解原理与作业方法2.十字丝的检验和校正

了解原理与作业方法3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正

掌握原理与作业方法二、水准仪检验与校正（一）圆水准器轴平行于仪器纵轴的检验与校正误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度。1.检验：（如何发现误差？）a)以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的纵轴。b)把仪器连带水准器绕纵轴旋转180度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。2.校正：（如何减少误差？）（气泡移动量一半所表示的倾斜度就是纵轴的倾斜度。）动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。重复上述检验和校正一、二次，使该这误差尽可能小。L´V1.误差的影响：如果水准尺象偏离十字丝中心，就会增加读数误差。2.检验用圆水准器使纵轴垂直后，用十字丝的横丝照准某一清晰目标。用微动螺旋转动望远镜，如果十字丝的横丝一直不离开目标，则无误差。否则要校正。3.校正松开十字丝的固定螺丝，转动十字丝。2

13

4

十字丝环校正螺丝十字丝环校正螺丝(二)十字丝的横丝垂直于纵轴(三)水准管轴不平行视准轴1.原理与方法i角误差：水准管轴不平行于视准轴，它们在竖直面内投影之夹角（有正负之分）。

axi2.i角误差的影响规律结论：当前后视距相等时，i角误差影响为0。3.检验（1）场地准备(CA、CB等距，约40米)（2）在C测定A、B的正确高差：

h正确

=a1-b1=h（3）仪器至B近旁，读数b2、a2

：h′=a2-b2h′-h>±3~5mm要校正4.校正方法计算A尺水平视线读数：a2'=b2+h转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数a2'：CC水平拨动水准管一端上下校正螺丝，使水准管气泡居中：LL水平（LL//CC）

重复检验直至符合要求。水准管的校正螺丝像片水准管的一端水准管的校正螺丝自动安平水准仪和精密水准仪一.自动安平水准仪二.精密水准仪三.电子水准仪一、自动安平水准仪（一）自动安平水准仪的特点1、没有水准管和微倾螺旋，望远镜和支架连成一体。2、只有圆水准器，测量时只需粗平。3、缩短观测时间，简化操作，提高观测精度。（二）自动安平水准仪基本原理自动安平补偿器结构ZeissKoni007自动安平水准仪精密水准测量的两个重要条件：精密水准仪——提供精确的水平视线；精密水准尺——刻度精确(铟钢带水准尺)，能读得精确的读数。二.精密水准仪每公里往返平均高差中误差1mm1.水准器灵敏度高：

水准器格值达到5102mm。

采用微倾式结构和符合水准器棱镜组，能方便、精确地完成精平。2.望远镜放大率大，孔径大：放大率V在40倍以上，孔径D大于50mm，照准精度高。3.望远镜结构严密，视准轴变化小：有隔热罩。4.装有平行玻璃板测微装置：测微范围10（5）mm，测微器刻度100格，格值为0.1（0.05）mm，可估读至0.01（0.005)mm。精密水准仪的特点精密水准仪、水准尺WILDN3、精密水准尺WILDN3精密水准仪精密水准尺读数方法：精平后，转动“测微螺旋”，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。将整分划值和测微器中的读数合起来。1.48655m三.电子水准仪●也称“数字水准仪”具有自动安平功能。自动显示水平视线读数和视距。通过物镜获取水准尺图象，通过仪器的处理系统，将图象信息转换成数字显示。能与计算机实现数据通讯。基本避免了人为的观测误差（视差、水准器精平误差、瞄准误差、估读数误差。电子水准仪图电子水准仪图条码尺测量键电子水准仪的瞄准要求竖丝位于条码带上电子水准仪的瞄准电子水准仪激光自动安平水准仪

1km往返平均高差中误差≤1mm

水平精度5″

测量范围150m

圆水泡角值8′误差来源：

仪器误差

+

观测误差

+

外界条件的影响

一、仪器误差1、仪器校正后的残余误差—主要是

i

角误差。