《建筑工程测量》第2章 水准测量

建筑工程测量2.1水准测量的基本知识2.2水准仪的使用2.3普通水准测量2.4水准测量误差2.1.1

水准测量的原理2.1.2微倾式水准仪2.1.3自动安平水准仪及其使用2.1.4精密水准仪及其使用2.1.5电子水准仪2.1水准测量的基本知识章目录2.1.1水准测量的原理节目录章目录图2-1

水准测量基本原理图2-2DS3水准仪2.1.2微倾式水准仪节目录章目录望远镜水准器基座2.1.2微倾式水准仪节目录章目录（一）望远镜图2-3望远镜的构造1-物镜；2-物镜调焦透镜；3-十字丝分划板；4-目镜；5-物镜筒；6-物镜调焦螺旋；7-齿轮；8-齿条；9-十字丝影像图2-4望远镜的成像原理1-物镜；2-调焦透镜；3-目镜；4-十字丝分划板2.1.2微倾式水准仪节目录章目录（二）水准器图2-5

圆水准器图2-6管水准器的构造与分划值3．基座

基座位于仪器下部，主要由轴座、脚螺旋和连接板等组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，有基座承托。脚螺旋用于调节圆水准气泡，使气泡居中。连接板通过连接螺旋与三脚架相连接。2.1.3自动安平水准仪及其使用节目录章目录

图2-7

自动安平水准仪（一）自动安平原理图2-8

自动安平原理2.1.3自动安平水准仪及其使用节目录章目录（二）自动安平水准仪的使用

补偿器由于外力作用（如剧烈震动、碰撞等）和机械故障，会出现“卡死”失灵，甚至损坏，所以使用时应务必小心，使用前应检查其工作是否正常。装有检查按钮的仪器，读数前，轻触检查按钮，若物像位移后迅速复位，表示补偿器工作正常；否则应维修。无检查按钮的仪器，可将望远镜转至任一脚螺旋的上方，微转该脚螺旋，即可检查物像的复位情况。

如图2-8所示，若视准轴倾斜了α角，为使经过物镜光心的水平光线仍能通过十字丝交点A，可采用两种方法：（1）在望远镜的光路中设置一个补偿装置，使光线偏转一个β角而通过十字丝交点A。（2）若能使十字丝交点移至B，也可使视线准轴处于水平位置而实现自动安平。2.1.4精密水准仪及其使用节目录章目录（一）精密水准仪的构造特点图2-9DS1型水准仪1-物镜；2-测微器进光窗；3-测微螺旋；4-微动螺旋；5-脚螺旋6-目镜7-读数显微镜；8-物镜调焦螺旋；9-粗平水准管；10-微倾螺旋图2-10DS1光学测微器的构造1-平行玻璃板；2-平行移动量；3-测微分划尺；4-测微读数指标；5-读数显微镜；6-测微读数视场；7-传导杆；8-齿条；9-齿轮；10-测微螺旋2.1.4精密水准仪及其使用节目录章目录（二）精密水准尺与读数方法图2-11精密水准尺a）

b）图2-12精密水准尺的读数2.1.4精密水准仪及其使用节目录章目录（三）精密水准仪的使用步骤

精密水准仪的使用步骤如下：（1）安置仪器，转动脚螺旋使圆水准气泡居中。（2）用望远镜照准水准尺，转动微倾螺旋，使符合气泡严格居中。（3）转动测微轮，使十字丝分划板的楔形丝准确夹住水准尺上基本分划的一条刻划，如图2-12所示，即为1.49m一线，接着在望远镜内的测微尺影像上读出尾数0.632cm，最后读数即为1.49m＋0.632cm＝1.49632m。辅助分划的读数方法与此相同。虽然水准仪精度等级不同、仪器型号繁多，但其原理是相同的，不同之处在于操作方法略有不同而已。2.1.5电子水准仪节目录章目录（一）电子水准仪的结构图2-13电子水准仪1-望远镜遮阳板；2-望远镜调焦螺旋；3-触发键；4-水平微调；5-刻度盘；6-脚螺旋；7-底座；8-电源/通讯口；9-键盘；10-显示器；11-圆水准气泡；12-十字丝；13-可以动圆水准气泡调节器（二）条码水准尺a）b）图2-14条码水准尺与望远镜视场示意图2.1.5电子水准仪节目录章目录（三）电子水准仪测量原理图2-15电子水准仪测量与读数原理1-物镜；2-调焦发送器；3-调焦透镜；4-补偿器；5-CCD探测器；6-目镜；7-分划板；8-分光镜电子水准仪主要采用的读数方法有几何法、相关法和相位法。2.1.5电子水准仪节目录章目录（四）电子水准仪的使用

电子水准仪具有传统的光学水准仪无法比拟的优点，包括其功用方面。本文仅介绍电子水准仪的高差测量操作。

（1）测前准备工作。电子水准仪的高差测量的测前准备工作如下：①仪器在使用前，应检查电池的电量情况，如电量不足，要及时充电。②设置仪器参数。（2）高差测量操作步骤。利用电子水准仪测定地面上两点A、B的高差，具体操作步骤如下：①将仪器安置在A、B两点之间，用圆水准器整平仪器，在A、B两点竖立条码标尺，使标尺尺面朝向仪器。②按开机键，并进入高差测量模式。③照准后视标尺，进行对光以消除视差，按仪器外部的测量键，即可获得后视读数和后视距。检查无误后，按回车键，记录并存储结果。④转动照准部照准前视标尺，并进行对光消除视差后，按测量键，即可获得前视读数和前视距。同时屏幕显示A、B两点的高差。⑤按“确定”键记录。2.2.1水准仪的基本操作程序2.2.2

水准仪检验与校正2.2水准仪的使用章目录2.2.1水准仪的基本操作程序节目录章目录（一）安置水准仪（二）粗略整平（粗平）

将水准仪架设在两个水准尺中间的程序：首先松开三脚架架腿的固定螺旋，伸缩三个架腿使其高度适中，目估脚架顶面大致水平，用脚踩实架腿，使脚架稳定、牢固，再拧紧固定螺旋。三脚架安置好后，从仪器箱中取出仪器，旋紧中心连接螺旋将仪器固定在架顶面上。a）b）c）图2-16粗略整平的过程2.2.1水准仪的基本操作程序节目录章目录（三）照准和调焦a）b）c）图2-17十字丝视差2.2.1水准仪的基本操作程序节目录章目录（四）精平与读数（五）注意事项

精平和读数虽是两项不同的操作步骤，但在水准测量的实施过程中，却把两项操作视为一个整体；即精平后再读数，读数后还要检查管水准气泡是否完全符合。只有这样，才能取得准确的读数。

水准仪使用时应注意以下事项：（1）搬运仪器前。（2）取出仪器时。（3）安置仪器时。（4）操作仪器时。（5）仪器在工作时。（6）迁站时。（7）仪器装箱前。（8）仪器装箱后。2.2.2水准仪检验与校正节目录章目录图2-18水准仪的主要轴线2.2.2水准仪检验与校正节目录章目录（一）水准仪应满足的主要条件（二）水准仪应满足的次要条件

水准仪应满足两个主要条件：一是水准管轴应与望远镜的视准轴平行；二是望远镜的视准轴不因调焦而变动位置。

水准仪应满足两个次要条件：一是圆水准器轴应与水准仪的竖轴平行；二是十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴。2.2.2水准仪检验与校正节目录章目录（三）圆水准器的检验与校正（1）检验目的。使圆水准器轴平行于仪器竖轴。（2）检验原理。a）b）c）d）图2-19

圆水准器校正原理图（3）检验方法。（4）校正方法。图

2-20圆水泡校正螺钉2.2.2水准仪检验与校正节目录章目录（四）十字丝横丝的检验校正e）f）a）b）c）d）图2-21十字丝的检验与校正a）、b）目标始终沿横丝作相对移动；c）、d）目标偏离开横丝e）、f）松开目镜座上的三个十字丝环固定螺丝，松开四个十字丝环压环螺丝2.2.2水准仪检验与校正节目录章目录（五）水准管轴的检验与校正

图2-22水准管轴平行视准轴的检验2.2.2水准仪检验与校正节目录章目录（五）水准管轴的检验与校正图2-23水准管的校正2.3.1水准点2.3.2

水准测量路线形式2.3.3

普通水准测量外业实施2.3.4水准测量的成果计算2.3普通水准测量章目录2.3.1水准点节目录章目录图2-24水准标石埋设图（单位：mm）a）二、三等水准点标石规格及埋设结构；b）墙角水准点标志图；c）四等水准点标石规格及埋设结构；d）临时性水准点标志2.3.2水准测量路线形式节目录章目录a）b）c）d）图2-25水准路线图a）闭合水准路线；b）附合水准路线；c）支水准路线；d）水准网2.3.2水准测量路线形式节目录章目录图2-26水准测量施测2.3.3

普通水准测量外业实施节目录章目录

作业前应选择适当的仪器、标尺，并对其进行检验和校正。测量应尽可能将仪器安置在距离前、后视尺大致相等的位置。在进行连续水准测量时，如果任何一测站的读数出现错误，都将影响所测高差的正确性。为了及时发现观测中的错误，可采用两次仪器高法或双面尺法进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，称这种检核为测站检核。第一站结束后，记录员招呼后标尺员向前转移，并将仪器搬迁至第二测站。此时，第一测站的前视点便成为第二测站的后视点。依第一站的相同工作程序进行第二测站的工作。依次沿设计水准路线施测至全部路线观测完为止。2.3.4水准测量的成果计算节目录章目录1．计算校核

∑h＝∑后－∑前2．成果检核3．高差闭合差及允许值的计算（1）符合水准路线。fh＝∑h测－∑h理＝∑h测－（H终－H始）

式中，fh为高差闭合差；∑h测为实测高差总和；∑h理为理论高差总和；H终为路线终点已知高程；H始为路线起点已知高程。（2）闭合水准路线。

fh＝∑h测

（3）支水准路线。fh＝∑h往＋∑h返

平地：fh允＝±40（mm）

山地:fh允＝±12（mm）

式中，L为水准路线长度（km）；n为水准路线测量站总数。2.3.4水准测量的成果计算节目录章目录4．高差闭合差的配赋和高程计算式中，Vi为测段高差的改正数；fh为高差闭合差；∑L为水准路线总长度；Li为测段长度；∑n为水准路线测站数总和；ni为测段测站数。（2）计算改正后的高差。式中，h为平均高差；h往为往测高差；h返为返测高差。（1）高差闭合差的配赋和高程计算。

Vi＝Vi＝－hi＝hi测＋Vi

2.3.4水准测量的成果计算节目录章目录4．高差闭合差的配赋和高程计算（3）计算各点高程。图2-27附合水准线路计算图2.4.1仪器误差2.4.2

观测误差2.4.3

外界因素影响的误差2.4水准测量误差章目录2.4.1仪器误差节目录章目录1．仪器误差2．水准尺误差

仪器误差的主要来源是望远镜的视准管轴与水准管轴不平行而产生的i角误差。水准仪虽经检验校正，但不可能彻底消除i角，要消除i角对高差的影响，必须在观测时使仪器至前、后视水准尺的距离相等。

由于标尺本身的原因和使用不当所引起的读数误差称为水准尺误差。水准尺本身的误差包括：分划误差、标尺零点误差、尺面弯曲误差等，在使用前必须对水准尺进行检验，符合要求方可使用。2.4.2观测误差节目录