建筑工程测量第二章水准测量课件

建筑工程测量河南建筑职业技术学院工程测量专业教学团队第二章

水准测量目录1水准仪的认识和使用2水准测量的施测与检核3水准测量内业计算4微倾式水准仪的检验与校正5水准测量误差分析及注意事项6其他水准仪简介1水准仪的认识和使用1水准仪的认识和使用

水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助水准尺读数来测定地面点之间的高差，从而由已知点的高程推算出待测点的高程。一、水准测量原理大地水准面bHBHAhAB前进方向ABahAB=a-b=后视读数–前视读数HB=HA+hAB

当a>b时，hAB为正，B高于A；当a<b时，hAB

为负，B低于A。1水准仪的认识和使用高差法:一、水准测量原理hAB=a–bHB=HA+hAB视线高法：

有时安置一次仪器须测算出若干个未知点的高程，可先求出水准仪的水平视线高程，然后再分别计算各点高程，从图中可以看出：水平视线高

Hi=HA+a

Ｂ点高程

HB=Hi-b

1水准仪的认识和使用水准仪按照精度分有DS05、DS1、DS3、DS10

二、水准仪的构造及其使用D——大地测量仪器S——水准仪数字——表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。1水准仪的认识和使用主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。目镜对光螺旋（一）DS3型水准仪的构造微倾螺旋物镜微动螺旋制动螺旋脚螺旋三脚架准星缺口水准管目镜圆水准器校正螺钉圆水准器水准管1水准仪的认识和使用1.望远镜

用来瞄准远处的水准尺进行读数；由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为25~30倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。1水准仪的认识和使用DS3型水准仪望远镜放大倍率为28倍。1.望远镜1水准仪的认识和使用作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。①圆水准器◎

作用：粗略整平◎

结构：如图所示◎

精度：一般为8＇~10＇/2mm

（气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角）2.水准器1水准仪的认识和使用②管水准器◎

作用：精确整平◎

结构：如图所示◎

精度：一般τ=20″/2mm◎

水准管的分划值τ：

气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。◎

公式：

◎

分析：R越大，τ越小，灵敏度越高。◎

DS3:R=20.6265米τ=20″2.水准器1水准仪的认识和使用3.基座轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成连接板脚螺旋轴座1水准仪的认识和使用水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具。水准尺分为直尺、折尺和塔尺。双面水准尺的分划，一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：4687mm或4787mm。使用水准尺前一定要认清刻画特点。（二）水准尺、尺垫和三脚架1水准仪的认识和使用尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。

（二）水准尺、尺垫和三脚架三脚架是水准仪的附件，用于安置仪器，一般可伸缩，便于携带及调整仪器高度。1水准仪的认识和使用（三）水准仪的使用水准仪的技术操作安置仪器粗平瞄准精平读数1水准仪的认识和使用1.安置仪器

在测站上安置三脚架，调节架脚使高度适中，目估使架头大致水平，检查脚架伸缩螺旋是否拧紧。然后用连接螺旋把水准仪安置在三脚架头上，应用手扶住仪器，以防仪器从架头滑落。1水准仪的认识和使用2.粗平

调节圆水准器气泡居中，从而视准轴粗略水平。调整脚螺旋的步骤如下图所示，在整平过程中，气泡的移运方向与左手大拇指运动方向一致。1水准仪的认识和使用3.瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：①初步瞄准（用准星对准目标）

②目镜调焦（使十字丝清晰）③物镜调焦（使目标成像清晰）

④精确瞄准（使纵丝对准目标）

注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者

不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。1水准仪的认识和使用3.瞄准水准尺♦

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。1水准仪的认识和使用3.瞄准水准尺♦

望远镜对准标尺；♦

旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。1水准仪的认识和使用4.精平

就是慢慢转动微倾螺旋，使符合水准气泡的两个半边影像符合，以使视准轴精密水平。左侧影像移动方向与右手大拇指转动的方向相同。1水准仪的认识和使用5.读数♦

在视准轴精密水平时，用中丝在水准尺上按从小到大的方向读数。♦

读数时，先估读毫米数，然后报出全部读数。♦

读数后，应立即查看符合水准器的气泡两个半边影像是否仍然符合，否则，应重新

使气泡符合后再读数。1水准仪的认识和使用5.读数1水准仪的认识和使用5.读数541425136614731水准仪的认识和使用5.读数读数=?读数=?2水准测量的施测与检核2水准测量的施测与检核一、水准点和水准路线1.水准点

用水准测量方法测定的高程控制点称为水准点（BenchMake.记为BM.）。国家水准点分为四个等级，即一、二、三、四等水准点，按国家规范要求埋设永久性标石标志。水准点按一定规格埋设，在标石顶部设置有不易腐蚀的材料制成的半球状标志（图2-13a）；墙上水准点应按规格要求设置在永久性建筑物的墙脚上（图2-13b）。2水准测量的施测与检核一、水准点和水准路线2.水准路线概念：水准测量是按一定的路线进行的。将若干个水准点按施测前进的方向连接起来，

称为水准路线。水准路线有三种：道路工程测量道路工程测量道路工程测量2水准测量的施测与检核二、水准测量实施1.一个测站的水准测量工作1）安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；2）粗略整平；3）瞄准后尺A，精平、读数a，记录1.568m；4）瞄准前尺B，精平、读数b，记录1.245m；5）计算：hAB=a–b=1.568-1.245=+0.323m即B点比A点高0.323m。

hBA=–hAB=–0.323m，即A点比B点低0.323m。ABab2水准测量的施测与检核二、水准测量实施2.连续路线水准测量

当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4n——为测站数A、B两点高差计算的一般公式：hAB==ATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4A12342水准测量的施测与检核二、水准测量实施2.连续路线水准测量ATP1TP2TP31.568B1.2451.6891.3452.0251.4981.2581.0641243HA=158.365mHB大地水准面前进方向例：2水准测量的施测与检核测站点号

后视（a）

前视（b）高差

（m）高程（m）备注4321ATP1TP1TP2TP2TP3TP3B

1.568

1.245+0.323

1.689

1.345+0.344

2.025

1.498+0.527

1.258

1.064+0.194计算检核Σ6.5405.152

水准尺读数

∑a－∑b＝+1.388+1.388

+1.388158.365159.753水准测量手簿（高差法）已知∑h=HB-HA=2水准测量的施测与检核三、水准测量的检核方法（一）测站检核目的：保证前后视读数的正确。方法：变动仪器高法、双面尺法。1.变动仪器高法

在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其

差值|Δh|≤6mm，取其平均值作为最后结果。2、双面尺法

采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。2水准测量的施测与检核三、水准测量的检核方法目的：检核计算高差和高程计算是否正确。检核条件：（二）计算检核如上表所示：以上三个等式条件成立，说明计算正确。2水准测量的施测与检核三、水准测量的检核方法1.检核的主要内容1）闭合差：观测值与理论值的差值。2）高差闭合差：就是高差的观测值与理论值之差；用fh表示，即

fh=∑h测

-∑h理3）限差：《规范》规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。（三）成果校核要求：

fh≤fh允2水准测量的施测与检核三、水准测量的检核方法2.不同形式水准路线fh的计算1）附和水准路线（三）成果校核∑h测=h1+h2+h3+······+hn∑h理=H终

–H始

fh=∑h测

-∑h理=∑h测-（H终

–H始）2）闭合水准路线∑h测=h1+h2+h3+······+hn∑h理=0fh=∑h测

-∑h理=∑h测3）支水准路线∑h测=∑h往+∑h返

∑h理=0fh=∑h测

-∑h理=∑h往+∑h返

2水准测量的施测与检核三、水准测量的检核方法（1）图根水准测量高差闭合差容许值为：（三）成果校核♦山地式中：L为水准路线总长（以公里为单位）；

n为测站数。♦平地2水准测量的施测与检核三、水准测量的检核方法（2）四等水准测量高差闭合差容许值为：（三）成果校核♦山地式中：L为水准路线总长（以公里为单位）；

n为测站数。♦平地3水准测量内业计算3水准测量内业计算

水准测量的成果计算，首先要算出高差闭合差，它是衡量水准测量精度的重要指标。当高差闭合差在容许值范围内时，再对闭合差进行调整，求出改正后的高差，最后求出待测水准点的高程。3水准测量内业计算一、附合水准路线测量成果计算【例】图2-16是根据水准测量手簿整理得到的观测数据，各测段高差和测站数如图所示。A、B为已知高程水准点，1、2、3点为待求高程的水准点。列表2-3进行高差闭合差的调整和高程计算。其步骤如下：3水准测量内业计算一、附合水准路线测量成果计算如图为一附合水准路线：A、B为已知水准点，HA=42.365.376m，HB=32.509m点1、2、3

为待测水准点，各测段高差、测站数、见下图：

AB123前进方向3水准测量内业计算备注测段点名

距离

km测站数实测高差

m改正数

m改正后的高差

m高程

m123456789Σ1234A123B0.6

6

-2.5150.66-3.2270.44+1.3781.08-5.4472.624-9.811辅助计算-0.011-0.011-0.008-0.015-0.045-2.526-3.238+1.370-5.462

-9.85642.36539.83936.60137.97132.509已知已知附合水准测量成果计算表3水准测量内业计算1.计算闭合差：2.检核：故其精度符合要求。3水准测量内业计算3.计算改正数分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。◎

按距离：◎

按测站数：以第1测段为例，测段改正数为：◎

检核：3水准测量内业计算4.计算改正后高差以第1测段为例，改正后的高差为：◎

检核：3水准测量内业计算5.计算高程◎

检核：如：否则说明高程计算有误。3水准测量内业计算二、闭合水准路线成果计算1.计算闭合差：2.检核：3.计算高差改正数：4.计算改正后高差：5.计算各测点高程：闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。3水准测量内业计算

下图根闭合水准路线，水准点BMA的高程为72.213m，1、2、3为待定点，各段高差及测站数均注于图2-17中。现以图2-17为例说明闭合水准路线计算步骤，并将计算成果列于计算表相应栏内。闭合水准测量路线3水准测量内业计算测段编号点名测站数实测高差/m改正数/m改正后的高差/m高程/m备注12345671BMA8+1.625-0.010+1.61572.213已知173.828212+3.452-0.014+3.438277.26635-4.359-0.006-4.365372.901410-0.676-0.012-0.688BM.A72.213与已知高程相等Σ35+0.042-0.0420辅助计算闭合水准路线成果计算表3水准测量内业计算三、支水准路线成果计算1.计算闭合差：2.检核：An=16站(HA=102.989m)故精度符合要求。3水准测量内业计算三、支水准路线成果计算3.计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）4.计算高程HB=102.989+2.672=105.661m4微倾式水准仪检验与校正4微倾式水准仪检验与校正一、水准仪的主要轴线及应满足的条件主要轴线：视准轴CC

水准管轴LL

仪器竖轴VV

圆水准器轴几何关系：圆水准器轴

//

仪器竖轴水准管轴

//

视准轴十字丝横丝

竖轴4微倾式水准仪检验与校正二、水准仪的检验和校正1.圆水准器的检验和校正◎

检验：①用脚螺旋使圆水准器气泡居中；

②望远镜旋转180°。◎

目的：使圆水准器轴

//

仪器竖轴◎

校正：①用脚螺旋调气泡偏离值的一半；

②用圆水准器的校正螺旋再调一半。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。4微倾式水准仪检验与校正二、水准仪的检验和校正2.十字丝横丝的检校和校正◎

检验：①精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p；

②水平微动，p点在横丝上移动。◎

目的：使十字丝横丝

竖轴◎

校正：①松开十字丝的固定螺旋；

②微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；

③拧紧十字丝的固定螺旋。说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。P十字丝固定螺旋4微倾式水准仪检验与校正二、水准仪的检验和校正3.水准管轴的检验与校正◎

检验：◎

目的：使水准管轴

//

视准轴。①在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之差≤3mm）测定两点之间的高差h1=a1-b1；ABiia1a1b1CΔΔi角——视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。4微倾式水准仪检验与校正二、水准仪的检验和校正◎

检验：②仪器搬A点附近，测得高差

h2=a2－b2；

若

h2=h1，则水准管轴

//

视准轴；若

h2不等于h1，则存在i角。如图：式中：DAB为AB两点之间的距离b2b2应ABiiia1a1a2b1C2ΔΔΔ对于DS3水准仪，当时，则需校正。4微倾式水准仪检验与校正二、水准仪的检验和校正◎

校正：①转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。②调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。5水准测量误差分析及注意事项5水准测量误差分析及注意事项误差来源仪器误差观测误差外界条件的影响5水准测量误差分析及注意事项一、仪器误差1.仪器校正后的残余误差—主要是i角误差。（前后视距相等可消除）2.水准尺误差—包括刻划不准、尺长变化、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，

前后视尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）

5水准测量误差分析及注意事项二、观测误差1.视差（仔细调焦可消除）2.读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3.水准器泡居中误差（符合后立即读数）4.水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）5水准测量误差分析及注意事项三、外界条件的影响1.仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）2.尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）3.地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）4.大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）5水准测量误差分析及注意事项四、水准测量注意事项（1）观测前应认真按要求检校水准仪，检定水准尺。（2）仪器应安置在土质坚实处，并踩实三脚架。（3）水准仪至前、后水准尺的距离应尽可能相等。（4）每次读数前，注意消除视差，只有当符合水准气泡居中后，才能读数，读数应迅速、果断、准确，特别应注意估读毫米数。（5）晴好天气，仪器应打伞防晒，操作时应认真细心，做到“人不离仪器”。（6）只有当一测站记录计算合格后方能搬站。（一）观测5水准测量误差分析及注意事项四、水准测量注意事项（1）认真记录，边记边复报数字，准确无误地记入记录手簿相应栏内，严谨

伪造转抄。（2）字体要端正、清楚，不准在原数字上涂改，不准用橡皮擦改。（3）每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。（二）记录5水准测量误差分析及注意事项四、水准测量注意事项（1）扶持员应认真梳理水准尺，注意保持尺上圆水准器气泡居中。（2）转点应选择土质坚实处，并将尺垫踩实。（3）水准仪搬站时，要注意保护好原前视点尺垫位置不受碰动。（三）扶尺6其他水准仪简介6其他水准仪简介1.自动安平水准仪的基本原理一、自动安平水准仪和激光扫平仪自动安平水准仪是用设置在望远镜内的自动补偿器代替水准管，观测时，只需将水准仪上的圆水准器气泡居中，便可通过中丝读到水平视线在水准尺上的读数。由于仪器不用调节水准管气泡居中，从而简化了操作，提高了观测速度。6其他水准仪简介2.自动安平补偿器补偿器的结构形式较多，我国生产的DSZ3型自动安平水准仪采用悬吊棱镜组借助重力作用达到补偿。一、自动安平水准仪和激光扫平仪图2-31为该仪器的补偿结构图。补偿器装在对光透镜和十字丝分划板之间，其结构是将一个屋脊棱镜固定在望远镜筒上，在屋脊棱镜下方用交叉金属丝悬吊着两块直角棱镜。当望远镜有微小倾斜时，直角棱镜在重力P的作用下，与望远镜作相反的偏转。空气阻尼器的作用是使悬吊的两块直角棱镜迅速处于静止状态（在1～2s）内。6其他水准仪简介3.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。一、自动安平水准仪和激光扫平仪特点：①视准轴自动安平；②提高水准测量精度；③减少操作步骤，提高工作效率。6其他水准仪简介3.自动安平水准仪自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。一、自动安平水准仪和激光扫平仪自动安平水准仪正面6其他水准仪简介3.自动安平水准仪一、自动安平水准仪和激光扫平仪自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪正面自动安平水准仪反面6其他水准仪简介4.激光扫平仪一、自动安平水准仪和激光扫平仪激光扫平仪是一种新型的自动安平平面的定位仪器。这种仪器根据置在仪器内的激光器发射橙红色激光束进行扫描，从而形成一个可见的激光水平面，用专用测尺可测定任意点的标高，特别适用于施工测量中，各垫层或层面的抄平工作。自动安平激光扫平仪6其他水准仪简介二、精密水准仪简介测量中将S05型（如威特N3，蔡司Ni004）和S1型（如蔡司Ni007、国产DS1）水准仪作为精密水准仪，并配有相应的精密水准尺。精密水准仪用于国家一、二等水准测量，大型工程建筑物施工及变形测量以及地下建筑测量、城镇与建（构）筑物沉降观测等。6其他水准仪简介二、精密水准仪简介此外，精密水准仪较DS3水准仪有更好的光学和结构性能，如望远镜孔径大于40mm，放大率达40倍，符合水准管分划值为（6″～10″）/2mm，同时具有仪器结构坚固，水准管轴与视准轴关系稳定等特点。精密水准仪应与精密水准尺配合使用。精密水准仪的构造与DS3水准仪基本相同。其主要区别是装有光学测微器。6其他水准仪简介二、精密水准仪简介▶

图2-25为徕卡新N3型精密水准仪。6其他水准仪简介二、精密水准仪简介▶

国产DS1型精密水准仪6其他水准仪简介二、精密水准仪简介精密水准仪的主要特点主要用于一、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；国产精密水准仪6其他水准仪简介二、精密水准仪简介精密水准仪读数方法6其他水准仪简介三、数字水准仪和条码水准尺数字水准仪（digitallevel）是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器（CCD阵列）等部件，采用条形码分划水准尺（codinglevelstaff）和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。（一）概述与光学水准仪相比，数字水准仪的特点是：①用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差；②精度高，多条码（等效为多分划）测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的

影响；③速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果

计算的内外业一体化；④数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普

通自动安平水准仪使用。6其他水准仪简介三、数字水准仪和条码水准尺数字水准仪的关键技术是自动电子读数及数据处理，目前各厂家采用了原理上相差较大的三种数据处理算法方案，如瑞士徕卡NA系列采用相关法；德国蔡司DiNi系列采用几何法；日本托普康DL系列采用相位法，三种方法各有优势。（二）数字水准仪的原理图2-35为采用相关法的徕卡NA3003数字水准仪的机械光学结构图。当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上，分光镜将其分为可见光和红外光两部份，可见光影像成像在分划板上，供目视观测；红外光影像成像在CCD（charge-coupleddevice电荷耦合器件）线阵光电探测器上（探测器长约6.5mm，由256个口径为25μm的光敏二