水准测量土木工程测量教学课件1工程测量学工程测量学2 水准测量本 章 摘 要 本章主要介绍水准测量原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量的实施方法和成果计算、检核等内容。2工程测量学工程测量学2 水准测量测定地面点高程的工作称为高程测量。 按使用仪器和施测方法的不同，高程测量分为水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。3工程测量学工程测量学2 水准测量2.1 水准测量原理 图示图2-1，A、B两点高差为： hAB=a-b (2-1)hAB=a-b图2-1中，A为已知高程点 ，B为待测高程点，a为后视读 数，b为前视读数。hAB可正可负。当ab时，hAB为正，B点 高于A点；当a10cm)，测得两次高差以相互比较进行检核。两次所测高差之差 不超过容许值(等外水准测量容许值为6mm)。否则必须重测。 双面尺法是仪器的高度不变，而前视和后视上的水准尺 分别用黑和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。 若同一水准尺红面与黑面读数(加常数后)之差，不超过3mm；且两 次高差之差，又未超过5mm,则取其平均值作为该测站的观测高差 。否则，需要检查原因，重新观测。2.3.3 水准测量检核红黑面零点差相差100mm，两个高差也应相差l00mm，应在红面 高差中加或减100mm后再与黑面高差比较。每次读数时均应使符合水准气泡严密吻合，每个转点均应安放 尺垫，但所有已知水准点和待求高程点上不能放置尺垫。19工程测量学工程测量学2 水准测量2、成果检核 符合水准路线检核条件为 高差闭合差fh=h测-(H终-H始)闭合水准路线 检核条件为 高差闭合差fh=h测 支水准路线高差闭合差fh=h往+h返(2- 8)fh=h往+h返2.3.3 水准测量检核20工程测量学工程测量学2 水准测量2、成果检核高差闭合差是各种因素产生的测量误差，故闭合差的数值应该 在容许范围内，否则应检查原因，返工重测。图根水准测量高差闭合差容许值为： 平地山地 (2-9)四等水准测量高差闭合差容许值为： 平地山地 (2-10)式中：L为水准路线总长(km)；n为测站数 2.3.3 水准测量检核21工程测量学工程测量学2 水准测量2.4 水准测量成果计算高差闭合差的计算 由式(2-6)： fh=h测-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及图根水准精度计算闭合差容许差为： fh容=12n1/2=12241/2=58mm |fh|fh容|，符合图根水准测量技术要求。fh=h测-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm2.4.1 附合水准路线测量成果计算22工程测量学工程测量学2 水准测量闭合差调整 闭合差的调整是按与距离或与测站数成正比例反符号分配到各 测段高差中。第i测段高差改正数按下式计算：式中：n路线总测站数；ni第i段测站数；L路线总长；Di第i段距离。 由式(2-11)算出第一段(A1)的改正数为：(2-11)或 (2-12)其他各测段改正数按式(2-11)算出后列入表2-2中。改正数的总 和与高差闭合差大小相等符号相反。每测段实测高差加相应的改正 数便得到改正后的高差。2.4.1 附合水准路线测量成果计算23工程测量学工程测量学2 水准测量计算各点高程 用改正后的高差，由已知水准点A开始，逐点算出各点高程， 列入表2-2中。由计算得到的B点高程应与B点的已知高程相等，以 此作为计算检核。总测站数实测高差高差闭合差闭合差容许按2-11、2-12 计算调整值实测高差加改 正数A点已知高程B点已知高程42.365+改正 后高差24工程测量学工程测量学2 水准测量闭合水准路线高差闭合差按式(2-7)计算，若闭合差在容许值范 围内，按上述附合水准路线相同的方法调整闭合差，并计算高程。2.4.2 闭合水准路线测量成果计算25工程测量学工程测量学2 水准测量2.5 微倾式水准仪的检验与校正各轴线间应满足的几何条件是: 圆水准器l轴平行仪器竖轴； 十字丝横丝垂直仪器竖轴； 水准管轴平行视准轴。四条主要轴线: 视准轴CC、水准管轴LL、圆水准器轴LL 仪器竖轴VV水准仪之所以能提供一条水准路线，取决于仪器本身的构造特 点，主要表现在轴线间应满足的几何条件：26工程测量学工程测量学2 水准测量检验2.5.1 圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正27工程测量学工程测量学2 水准测量校正2.5.1 圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正28工程测量学工程测量学2 水准测量检验2.5.2 十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正29工程测量学工程测量学2 水准测量校正 改正偏移量的一半。2.5.2 十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正30工程测量学工程测量学2 水准测量检验在高差不大的地 面上选择相距80m左 右的A、B两点实测的b与计算得到的b0应相等，则表明水准管平行视准轴否 则，两轴不平行，其夹角为：b0=a+hAB (2-13)(2-14)DS3水准仪的i角不得大于20，否则应校正。将仪器搬至距A点 23m的处， B点尺上水平视线 的正确读数为：b正确读数2.5.3 水准管轴平行视准轴的检验与校正31工程测量学工程测量学2 水准测量校正仪器仍处 在处，调节 微倾螺旋，使 中丝在B尺上 的读数移到b0, 这时视准轴处 于水平位置， 但水准管气泡 不居中(符合气 泡不吻合)。2.5.3 水准管轴平行视准轴的检验与校正32工程测量学工程测量学2 水准测量2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误差、人为的观测误差以及外界条件的影响三个方面。33工程测量学工程测量学2 水准测量仪器校正后的残余误差水准仪经过校正后，不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条 件，因而使读数产生误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观 测时注意使前、后视距离相等，便可消除或减弱此项误差的影响。水准尺误差包括水准尺长度变化、刻划误差和零点误差等。 精密水准测量应对水准尺进行检定，并对读数进行尺长误差改 正。零点误差在成对使用水准尺时，可采取设置偶数测站的方法来 消除；也可在前、后视中使用同一根水准尺来消除。2.6.1 仪器误差34工程测量学工程测量学2 水准测量水准管气泡对中误差水准管气泡居中误差一般为0.15。符合水准器，气泡居中精 度可提高一倍。由气泡居中误差引起的读数误差为：读数误差估读毫米数的误差，与人眼分辨能力、望远镜 放大率以及视线长度有关。按下式计算：式中：V望远镜放大率；D视线长； 60人眼能分 辨的最小角度；206265；水准管分划值。(2-15)(2-16)为保证读数精度，各等水准测量对望远镜放大率和最大视线长 有相应规定。2.6.2 观测误差35工程测量学工程测量学2 水准测量视差影响视差对水准尺读数会产生较大误差。应仔细调 焦，避免出现视差。水准尺倾斜误差水准尺倾斜会使读数增大，其误差大小 与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。2.6.2 观测误差36工程测量学工程测量学2 水准测量仪器下沉选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实。用双面尺法进行测站 检核时，采用“后、前、前、后”的观测程度，可减小其影响。尺垫下沉水平视线在尺上的 读数b，理论上应改算 为相应水准面截于水准 尺的读数b，两者的差 值c称为地球曲率差。测量中当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该影响。地球曲率的影响(2-17)2.6.3 外界条件影响37工程测量学工程测量学2 水准测量大气折光影响由于地面上空气密度不均匀，使I光线发生折射。因而水准测量 中，实际的读数不是水平视线的读数，而是一向下弯曲视线的读数 。两者之差称为大气折光差，用表示。在稳定的气象条件下，大 气折光差约为地球曲率差的1/7，即：温度的影响(2-18)此项误差可用前、后视距相等的方法来消除。 地球曲率差和大气折光差是同时存在的两者对读数的共同影响 可用下式计算： (2-19)2.6.3 外界条件影响38工程测量学工程测量学2 水准测量2.7 精密水准仪和水准尺精密水准仪主要用于高等级高程控制测量和精密工程测量中，例如国家一、二等精密水准测量、高层建筑物沉降观测、大型精密设备安装等测量工作。39工程测量学工程测量学2 水准测量精密水准仪的特点：水准管分划值较小，一般设计为10/2mm； 望远镜亮度好，放大率较大，不小于40倍； 仪器整体结构稳定，受温度变化的影响小； 为了提高读数精度，精密水准仪上还设有光学测微器读数系统。2.7.1 精密水准仪构造特点及读数原理40工程测量学工程测量学2 水准测量精密水准仪必须配有精密水准尺。这种水准尺一般是在木质尺 身的槽内，引张一根因瓦合金带。在带上标有刻划，数字注在木尺 上。1.97m1.54mm1.97154/2=0.98577m1.48m6.50mm1.48650m基本分划， 分划值1cm辅助分划，分 划值1cm2.7.2 精密水准尺及读数方法41工程测量学工程测量学2 水准测量2.8 自动安平水准仪和激光扫平仪42工程测量学工程测量学2 水准测量用自动补偿器代替水准管，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。2.8.1 自动安平水准仪的基本原理43工程测量学工程测量学2 水准测量结构形式较多，国产DSZ3型采用悬吊棱镜组借助重力作用达到 补偿。2.8.2 自动安平补偿器44工程测量学工程测量学2 水准测量2.8.2 自动安平补偿器45工程测量学工程测量学2 水准测量激光扫平仪是一 种新型的自动安平平 面的定位仪器。2.8.3 激光扫平仪46工程测量学工程测量学2 水准测量测量地面上两点之间的高差。即首先测定B点对A点的高差hAB，然后用公式HB=HA+ hAB计算待定点高程。水准测量的实质：47工程测量学工程测量学2 水准测量 两点间的高差等于后视读数减前视读数 高差可正可负，其正、负视前后视点的高低而定 高差为正，表示前视点B高于后视点A 高差为负，表示前视点B低于后视点AhAB详解:48工程测量学工程测量学2 水准测量习题与思考题2、3、4、5、6、7、8、949工程测量学工程测量学2 水准测量507.1.1 地下水图7-10地下水的类型5.2sAs10.2 工程地质测绘51绪 论第一章第二章第三章第四章第一部分课程目录52工程测量学工程测量学2 水准测量53工程测量学工程测量学2 水准测量祝同学们节日快乐54