第二章水准测量

第二章水准仪及水准测量Unit2WaterLevelAndLeveling西安理工大学工程管理系屈漫利ProjectManagementDepartmentofXI’AnUniversityofTechnologyQuManli2013年5月12日

水准测量原理ThePrincipleofLeveling水准仪及其使用TheWaterLevelandtheUsage水准测量的一般方法和要求TheCommonMethodsandDemandoftheWaterLevel水准仪的检验和校正TheInspectionandEmendationoftheWaterLevel水准测量误差产生的原因及消减方法TheCausesandEliminationofLeveling第二章§2.1水准测量原理

ThePrincipleofLeveling2.1.1高程概念 点的空间表示：（x,y,z） 在测量学上：x,y——平面位置

z——铅直位置，用H表示，海拔例如 华山南峰海拔、太白山顶海拔 在土木工程领域：海拔——高程（标高） 西安市地面高程420.00m左右水准面地球自然表面高程测量水准测量三角高程测量气压高程测量2.1.2水准测量原理水准测量目的：测定地面点间的高程差已知点A高程未知点B高程高程差水准测量原理：利用水平视线HAABHBHA′HB′h假设水准面大地水准面AB已知点(后视)未知点（前视）前进方向水准尺水准尺abhabHAHB§2.2水准仪及其使用

§2.2

TheWaterLevelandtheUsage水准仪是为水准测量提供水平视线的仪器我国水准仪按其精度分为DS05、DS1、DS3、DS10 D——大地

S——水准 下标05——中误差±0.5mm/km精密水准测量：DS05、DS1；普通水准测量：DS3、DS10在土木工程测量中，一般使用DS3型水准仪望远镜

物镜、对光透镜、十字丝分划板、目镜水准器

圆水准器、管水准器（水准管）基座

轴座、脚螺旋、三角压板、底板一、水准仪构造(以DS3型水准仪为例)

TheWaterLevel(TakeDS3forexample)望远镜物镜对光透镜对光螺旋十字丝分划板目镜望远镜几何光学成像原理望远镜视准轴

定义：十字丝交点和物镜光心的连线

作用：用来标准目标和读数望远镜的作用

a.将远处的目标放大，提高瞄准目标和读数的精度

b.提供一条瞄准目标的视线圆水准器结构玻璃圆盒装在金属外壳内玻璃内表面磨成球面，中央刻有一个小圆圈圆弧2mm长度所对圆心角表示分划值：8’/2mm圆圈中心与球心的连线——圆水准器轴作用圆水准器气泡居中圆水准器轴处于铅直位置水准管结构内表面磨成圆弧的玻璃管内盛满酒精和乙醚的混合液，仅留一个气泡圆弧2mm长度所对圆心角表示水准管分划值20”/2mm圆弧中点出的切线——水准管轴作用

气泡居中时水准管轴处于水平为了提高水准管气泡居中观察精度设置一组棱镜两个气泡半像错开气泡不居中两个气泡半像吻合气泡居中二、水准测量需要用到的器具

水准仪水准尺三角架尺垫

临时标志、精确定位

材料：木材、铝合金、玻璃钢类型：直尺、塔尺、折尺单面水准尺、双面水准尺注意事项：立尺时小刻度在下；读数时从小到大刻度方向读三、水准仪的使用

（一）安置仪器（二）粗略整平（三）瞄准目标（四）消除视差（五）精平读数转到水准仪检验和校正（一）安置仪器三脚架调节高度（齐胸），且架头大致水平用中心连接螺旋，使水准仪和三脚架牢固连接（二）粗略整平 ——圆水准器气泡居中方法：左手拇指法、先两个后一个（转两个时，双手对称转）先外粗瞄 准心、缺口、目标三点一线（粗瞄前松动水平制动，瞄准后关上水平制动）后内精瞄调节物镜对光螺旋，使水准尺成像清晰调节目镜调节螺旋，使十字丝清晰若十字丝偏离水准尺，用水平微动使十字丝对准水准尺（二）瞄准目标（水准尺）（四）消除视差若眼睛在目镜前上下移动时，读数不稳定，存在视差反复调节目镜调节螺旋和对光螺旋使尺像达到最清晰（五）精平转动微倾螺旋是水准管气泡精确居中（半像吻合）读数精平后立刻读出十字丝中横丝所在刻度四、一个高差测量（一）安置仪器（二）粗略整平（三）瞄准目标A（四）消除视差（五）精平读后视尺读数a（六）瞄准目标B（七）消除视差（八）精平读前视尺读数b则AB两点高差为：AB后视点前视点转到水准测量的实施实验内容：《工程测量学实践指南》实验一地点：领仪器10-5层，领完后到教十楼前广场分组：三人一组，每人测两个高差，分别记录在自己的《指南》一书中的实验报告中做完实验现场批阅、登记，合格后交还仪器实验记录注意事项水准仪第一次课讲授完毕谢谢！一、水准测量的实施回顾两点间高差的测量§2.3水准测量的一般方法和要求

§2.3

TheCommonMethodsandDemandofLeveling若出现下列情况：两点间隔较远，200m以上两点间高差过大，大于3m两点间有障碍物，不通视放尺垫注意事项：测点不能放置尺垫松软地面，将地面踩实后放尺垫水准尺放置在尺垫半圆球顶上需要在两点间设置高程转点， 即高程传递点转点必须放置尺垫， 作用：临时标记，精确定点水准点见书高程传递已知HA水准测量记录表格仪器号码：天气：观测者：日期：呈象：记录者：测站测点后枧前视高差高程ⅠAaAHATP1b1hA1H1ⅡTP1a1H1TP2b2h12H2ⅢTP2a2H2TP3b3h23H3ⅣTP3a3H3BbBh3BHB测自点天气：班级组别：至点呈象：观测者：仪器号码：日期：记录者：测点后视读数(m)前视读数(m)高差(m)高程(m)备注＋－AaAHATP1a1b1hA1H1TP2a2b2h12H2TP3a3b3h23H3BbBh3BHB校核计算Σa＝Σh＝末点高程＝－）Σb＝－）起点高程＝三、实际工程中水准测量（一）、建立某一工程测区的高程控制网一般根据工程测区的地形特点和已知高程点的位置有以下三种：1、闭合水准路线——已知一个点，多个待求点，且逐次相连构成一多边形；适用于块状工程测区（民建）2、符合水准路线——在带状工程测区的两端有两个已知高程点，其中间布设多个工程控制点；适用于带状工程测区（公路、铁路）；3、支水准路线——适用于封闭的工程测区。

方法：普通水准测量（等外水准测量）

试验二水准测量

实验二内容：水准测量，《实践指南》p4三种水准路线：闭合水准路线附合水准路线支水准路线块状测区带状测区精度不高，不常用23A1654教学楼实验要求：起点A作记号，不放尺垫其它点作高程传递点放尺垫边测边记录于p5”水准测量记录表”实验课后进行高差调整与高程计算实验记录注意事项（二）、已知以国家四等水准点，求工程测区一控制点高程例：进行理工大曲江校区测地形图高程控制测量时，已知一国家四等水准点理工南Ⅱ高程为457.294m，测求控制点B8高程方法：往返、双面尺法的四等水准测量步骤：——实验十三四等水准测量任务：三人一组合作完成两个测点（一个已知高程一个待求高程）中间往返各加两个转点（必须放尺垫）（一）测站校核——判定本测站测量成果是否符合要求两台仪器法变动仪高法采用双面尺两次测得的高差之差必须小于5mm二、普通水准测量的校核方法和精度要求附合水准路线12BMABMB（二）路线校核——判定整个路线测量成果闭合水准路线12BMA3支水准路线21BMA往测返测闭合水准路线一般高程传递：12BMA3则闭合路线：理论上往往实测闭合差附合水准路线12BMABMB一般高程传递：则附合路线：理论上往往实测闭合差支水准路线在测量规范中规定：一般水准测量21BMA往测返测往测：BMA——1——2返测：2——1——BMA理论上：闭合差：测量成果满足精度要求测量成果不满足要求，返工三、水准路线闭合差调整与高程计算测量成果若闭合差对闭合差进行调整，合理分配给每段高差（一）闭合和附合水准路线高差闭合差的调整高差改正数：改正后高差：高程传递：（二）支水准路线高差闭合差的调整若闭合差则其符号与往测高差符号相同闭合差调整算例书上的算例实验三人一组每组领仪器：水准仪、三角架、水准尺、尺垫各1个整个路线测完后，进行高差闭合差计算，若水准仪第二次课讲授完毕谢谢！测量误差的来源仪器：观测者外界条件各部件关系发生改变点号测站数测得高差(m)改正数(mm)改正后高差(m)高程(m)备注

BM610＋0.74846.215△h允＝

Ⅰ5－0.432Ⅱ7＋0.543Ⅲ4－0.245Ⅳ9－1.476BM1045.330

Σ-0.862-23-0.885HBM10－HBM6=-0.885一、DS3水准仪主要轴线竖轴V-V ——仪器旋转轴§2.4水准仪的检验和校正圆水准器轴L0-L0

——圆水准器球面过顶点的法线视准轴C-C

——物镜组合光心与十字丝交叉点连线水准管轴L-L

——过圆弧分划中心的切线水准测量操作二、水准仪轴线必须满足的条件圆水准器轴平行于竖轴（L0L0‖VV）十字丝横丝垂直于竖轴水准管轴平行于视准轴（LL‖CC）三、水准仪检验和校正检验步骤：转动脚螺旋圆水准器气泡居中望远镜转180度圆水准器气泡仍然居中L0L0

∥VV

圆水准器气泡不居中需要校正

（一）L0L0‖VV检验和校正检验原理：假如L0L0

∥VV

绕竖轴转180度假如L0L0

不平行于VV

绕竖轴转180度校正步骤：脚螺旋校正一半的偏离量转动脚螺旋，使圆水准器气泡居中，同时记清转数退回脚螺旋刚才转数的一半校正螺丝校正另一半的偏离量拨动圆水准器校正螺丝，使气泡居中拨动时：先松后紧、一松一紧、不能太紧、最后都紧图片演示图片演示圆水准器校正装置顶紧型：螺丝转紧螺丝转松拉紧型螺丝转紧螺丝转松升高降低（气泡不在的一侧）（气泡所在的一侧）降低升高（气泡所在的一侧）（气泡不在的一侧）（二）十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正检验步骤：在望远镜前方找到一小点（铅笔头大小）用十字丝交叉点对准该点

（旋紧制动螺旋，转动水平微动和微倾螺旋）转动水平微动查看该点：始终在横丝上动偏离横丝十字丝横丝⊥竖轴需要校正校正步骤：将护盖打开，用螺丝刀（向老师借）拧开三颗分划板座埋头螺丝中的任意两颗微微转动分划板座，边转边检验点始终沿横丝动，拧紧埋头螺丝，边拧边检验装好护盖注意：本校测量实验室的水准仪十字丝分划板座没有护盖，埋头螺丝直接暴露在外面（三）水准管轴平行于视准轴的检验和校正检验步骤：在平坦地面上，相距40左右固定两个点A,B（或固定两根水准尺）将水准仪放在A、B间等距处测得高差：a1b1abiiABD/2D/2将仪器移至离B尺3m左右，读数a2、b2a2b2abAB3m40mi校正步骤：不动仪器，算出A尺的正确读数调整微倾螺旋，使A尺读数对准a水准管气泡不居中，用拨针转动校正螺丝气泡居中注意：边拨边看读数a、气泡居中；拨动时，先松开左右两颗加紧螺丝，再调 整上下两颗校正螺丝在B点附近重新安置仪器，再检验检校过程注意事项三部曲：先检验、后校正，再检验 （每一项检校最后都以检验结束）校正螺丝使用：

先松后紧、一松一紧，不能太紧，最后都紧实验表格实验内容：《指南》书实验三每组领：水准仪、三脚架、拨针一、仪器误差仪器校正不完善的误差（水准管轴不平行于视准轴）对光误差（调焦误差）、水准尺刻划误差水准尺尺底零点误差二、观测误差整平误差照准误差估读误差三、外界条件的影响仪器升降的误差尺垫升降的误差地球曲率的误差大气折光的误差§2.5水准测量误差分析及消减方法四、误差消减方法仪器置于后前视等距处，能消减：LL平行于CC

对光误差地球曲率影响大气折光§2.5水准测量误差分析及消减方法注意整平操作不需要精平操作（自动补偿装置），加快测量高速度§2.7自动安平水准仪§2.8精密水准仪国家一二等水准测量精密施工测量建筑物变形观测（对应精密水准尺）精密水准尺的读数本次课堂内容充裕，可增加精密水准尺的读数方法讲解，可参考录像或其它书籍水准仪课堂讲授完毕谢谢！作业：《工程测量学实践指南》p28作业二(第三次课时间充裕，需要增加内容)返回实验记录注意事项用铅笔记，但不能用橡皮错误单线划掉，正确的记边上有空必填（日期、天气、记录者、观测者等）不能誊抄（保持原始资料）读什么记什么（1.910不能记作1.91）返回1返回2水准测量记录表