建筑工程测量第2章水准测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,化学工业出版社,第二章水准测量,第一节水准测量原理,第二节水准测量的仪器和工具,第三节微倾式水准仪的基本操作程序,第四节水准测量的方法,第五节水准仪的检验与校正,第六节水准测量误差来源及其影响,第七节自动安平水准仪和激光扫平仪,第八节精密水准仪及电子水准仪简介,第一节水准测量原理,测定地面点的高程的方法,几何水准测量,（水准测量）,三角高程测量,（间接高程测量）,GPS,高程测量,气压高程测量,（物理高程测量）,一、,水准测量原理,利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图：,h,AB,= a b,H,B,= H,A,+ h,AB,高差法,Hi= H,A,+ a,H,B,= Hi-b,视线高法,当,a b,时，,h,AB,为正，,B,高于,A,；,当,a b,时，,h,AB,为负，,B,低于,A,。,大地水准面,Hi,b,H,B,H,A,h,AB,前进方向,A,B,a,二、转点、测站,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。,B,A,TP1,TP2,TP3,a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,b2,b4,A,A,、,B,两点高差计算的一般公式：,h,AB,= =,n,为测站数,注,:n,为测站数,A,TP1,TP2,TP3,a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,b2,b4,A,如图所示,:,每站的高差,:,h,1,=a,1,-b,1,h,2,=a,2,-b,2,h,3,=a3-b3,h,n,=a,n,-b,n,A,、,B,两点高差计算的一般公式：,A,、,B,两点高差计算的一般公式：,如果点高程已知为,，则,B,的高程为：,几何水准测量的规律：,（,1,）每站高差等于水平视线的后视读数减去前视读数；,（,2,）起点至闭点的高差等于各站高差的总和，也等于各站后视读数的总和减去前视读数的总和。,第二节水准测量的仪器和工具,水准测量所使用的仪器、工具：,水准仪 水准尺 尺垫,水准仪的等级,DS,05,、,DS,1,、,DS,3,、,DS,10,、,DS,20,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,）。,水准仪的,作用,是提供一条水平视线；,工程测量中常使用,DS,3,型水准仪，该仪器标称精度为,3,mm,/,km,。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,微动螺旋,制动螺旋,对光螺旋,物镜,准星,缺口,水准管,圆水准器,三脚架,脚螺旋,一、,S,3,型水准仪,水准仪主要由,望远镜、水准器、基座,三部分组成。,微倾螺旋,（,一,）望远镜,：用来瞄准远处的水准尺进行读数,望远镜的构造：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。,测量望远镜,1.,物镜；,2 .,目镜；,3 .,调焦透镜；,4 .,十字丝分划板；,5.,物镜调焦螺旋；,6.,目镜调焦螺旋；,7 .,十字丝放大像,十字丝：,十字丝分划板是用来准确瞄准目标用的，中间一根长横丝称为中丝，与之垂直的一根丝称为竖丝，在中丝上下对称的两根与中丝平行的短横丝称为上、下丝（又称观距丝）。在水准测量时，用中丝在水准尺上进行前、后视读数，用以计算高差，用上、下丝在水准尺上读数，用以计算水准仪至水准尺的距离（视距）。,（,a,）,（,b,）,（,c,）,（,d,）,（,二,)水准器,水准仪的水平视线是应用一个称为水准器的部件获得的。,水准器是利用液体受重力作用后气泡居最高处的特性，使水准器的一条特定的直线位于水平或竖直位置的一种装置。水准器分两种：,管水准器，通常称为水准管,圆水准器,水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。,管水准器,作用：,精确整平,结构：如图所示,精度：一般,= 20/2mm,水准管的分划值,：,气泡中心偏离零点,2mm,所对的圆心角。,公式：,分析：,R,越大，,越小，灵敏度越高。,DS3 : R=20.6265,米,=20,在水准管上装有符合棱镜系统，当气泡两端影象符合一致时就表明气泡已经居中。此种水准器称符合水准器。在判断两端气泡的符合程度时常会出现误差，而气泡不符合的程度是指两个端点之间的距离，它正好是距完全符合位置的两倍。因此，用符合水准器作业可使气泡居中的精度提高一倍,。,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2,mm,所对的圆心角）,（三）,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,轴座,脚螺旋,连接板,二、水准尺,及附件,塔尺,：可以伸缩，一般全长3m、5m，,用于,等外水准测量,。,双面尺,：不可伸缩，一般全长3m，,用于,三、四等水准测量,。,一般全长,3m,、,5m,，双面木质标尺。,尺垫,仅在,转点处,竖立水准尺时使用，,防止,点位移动,和,水准尺下沉,。,已知点或待定点不能放尺垫,第三节水准仪的基本操作程序,一、使用微倾式水准仪的方法,水准仪操作的程序：,1.,安置水准仪,2.,粗略整平（,粗平,）,3.,照准和调焦,4.,精确整,平,5.,读数,1.,安置水准仪,打开三脚架并使高度适中，目估使架头大致水平，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出水准仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。,2.,粗略整平（,粗平,）,目的,：,使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。,方法,（,如图所示）：,圆水准器气泡居中操作示意图,3.,照准和调焦,步骤,：,（,1,）,目镜调焦,（使十字丝清晰）,（,2,）,准星瞄准,（粗略瞄准水准尺,）,（,3,）,物镜调焦,（使目标成像清晰）,（,4,）,精确瞄准,（使纵丝对准目标）,（,5,）,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。,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,：,反复仔细地调节物镜、目镜调节螺旋，直 到眼睛上下移动时读数不变为止。,4.,精确整平,目的,：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。,方法,：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。,水准管气泡两端像的符合,5.,读数,用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数 0.860m,注意：,读数前必须精平，,精平后立即读数,。,二、注意事项,(1) 须检查仪器箱是否扣好或锁好，提手和背带是否牢固。,(2)取出仪器时，应先看清仪器在箱内的安放位置，以便使用完毕照原样装箱，仪器取出后，应盖好仪器箱。,(3)安置仪器时，注意拧紧架腿螺旋和中心连接螺旋；在测量过程中作业员不得离开仪器，特别是在建筑工地等处工作时，更须防止意外事故发生。,(4)操作仪器时，制动螺旋不要拧的过紧，转动仪器时必须先松开制动螺旋，仪器制动后，不得用力扭转仪器。,(5)仪器在工作时，为避免仪器被暴晒和雨淋，应撑伞遮住仪器。,(6)迁站时，若距离较近，可将仪器各制动螺旋固紧，收拢三脚架，一手持脚架，一手托住仪器搬移。若距离较远，应装箱搬运。,(7)仪器装箱前，先清除仪器外部灰尘，松开制动螺旋，将其它螺旋旋至中部位置。按仪器在箱内的原安放位置装箱。,(8)仪器装箱后，应放在干燥通风处保存，注意防潮、防霉、防碰撞。,第四节水准测量的方法,国家水准测量按精度要求分一、二、三、四等，不属于国家规定等级的水准测量一般称为普通（或称等外）水准测量。,普通水准测量特点,：,1.,精度要求低；,2.,布设灵活；,3.,水准点的密度要求不高；,4.,与等级水准测量作业原理相同。,一、水准点与水准路线,（一）水准点,用,水准,测量方法测定高程的控制点称为水准点，,一般,用,BM,表示。,水准点分为,永久性,和,临时性,且分等级,。水准点埋设后，为便于以后使用时查找，需绘制说明点位的平面图，称为,点之记,。,（二）水准路线,水准路线,：是水准测量时所经过的路线。,测段,：水准路线上两相邻水准点之间称为一个测段。,布设要求,：沿公路、大道等平坦地面。,布设形式,：单一水准路线和水准网。,BM,A,BM,B,1,2,3,4,图,1,1,2,3,图,3,BM,A,3,4,图,2,BM,A,BM,A,BM,B,1,2,3,4,图,1,1,2,3,图,3,BM,A,3,4,图,2,BM,A,单一水准路线形式,附合水准路线（见图,1,）,闭合水准路线（见图,2,）,支水准路线（见图,3,）,观测程序,附合水准路线和闭合水准路线采用,单程观测,（因为有检核条件）；,支水准路线进行,往返测或单程双线观测,（因为无检核条件）。,二、水准测量的方法、记录计算及注意事项,1.,普通水准测量观测程序,(1),在有已知高程的水准点上立水准尺，作为后视尺；,高程基准面,(2),在路线的前进方向上的适当位置放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视尺。仪器到两水准尺间的距离应基本相等，最大视距不大于,150 m,。,(3),安置仪器，使圆水准器气泡居中。照准后视标尺，消除视差，用微倾螺旋调节水准管气泡并使其精确居中，用中丝读取后视读数，并记入手薄,。,(4)照准前视标尺，使水准管气泡居中，用中丝读取前视读数，并记入手薄。,(5)将仪器迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。,(6)如此连续观测、记录，直至终点。,测站,点号,水准尺读数,后视（,a,） 前视（,b,）,高差 （,m,）,高程（,m,）,备注,4,3,2,1,BM,1,TP,1,TP,1,TP,2,TP,2,TP,3,TP,3,BM,2,1.631,1.423,+,0.208,1.687,1.8,19,-0.132,1.435,1.739,-0.304,1.756,1.433,+0.323,检核,计算,6.509,6.414,测站,点号,水准尺读数,后视（,a,） 前视（,b,）,高差 （,m,）,高程（,m,）,备注,ab,-0.095,h= -0.095,70.535,70.440,水 准 测 量 手 簿,已知,2.,注意事项,（1）在,已知高程点和待测高程点上,立尺时，不得放尺垫；,（,2,）前后视距离应大致相等，立尺时可用步丈量。,（,3,）水准尺应立直，不能左右似斜，更不能前后俯仰；,（,4,）尺垫,仅用于转点，,在观测员未迁站之前，不能,移动后视点的尺垫,。,（,5,）,不得涂改原始读数的记录，读错或记错的数据应划去，再将正确数据写在上方，并在相应的备注栏内注明原因，记录簿要干净、整齐。,三、水准测量成果计算,1.,高差闭合差及其允许值的计算,（,1,）,附合水准路线,f,h,= h,测,- h,理,= h,测,-,（,H,终, H,始,）,闭合差,是观测值与理论值的差值。,高差闭合差,就是高差的观测值与理论值之差；,用,f,h,表示，即,f,h,=h,测,- h,理,注：,f,h,-,高差闭合差，,m;,h,测,-,实测高差总和，,m;,H,终,-,路线终点已知高程，,m;,H,始,-,路线起点已知高程，,m,。,（,2,）,闭合水准路线：,h,测,= h,1,+h,2,+h,3,+ + h,n,h,理,= 0,f,h,= h,测,- h,理,= h,测,（,3,）,支水准路线,：,h,测,= h,往,+ h,返,h,理,= 0,f,h,= h,测,- h,理,= h,往,+ h,返,限差,：,规范,规定的的高差闭合差的允许值；,用,f,h,允,表示。,等外水准测量要求：,平地：,f,h,允,40,（,mm,）,L,水准路线的长度，单位,km,。,山地：,f,h,允,12,（,mm,）,n,水准路线的测站数。,要求,：,f,h, f,h,允,2.,高差闭合差的调整,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,：,V,i,-,测段高差的改正数，,m,；,f,h,-,高差闭合差，,m,；,L-,水准路线总长度，,m,；,L,i,-,测段长度，,m,；,n-,水准路线的总测站数,n,i,-,测段,测站数。,高差改正数的总和应与高差闭合差大小相等，符号相反，,即：,V,i,= -f,h,（,2,）计算改正后高差,（,3,）计算各点的高程,支水准路线各段平均高差：,3算例,2,IV,1,6,个测站,+2.336,-8.653,+7.357,6,个测站,+3.456,BM,1,BM,2,BM,3,10个测站,8,个测站,附,合水准,路线高差调整与高差计算表,点号,测站数,测得高差,(m),高差改正数,(m),改正后高差,(m),高程,(m),备注,IV1,+0.006,+2.342,77.062,BM1,74.878,66.253,73.600,+0.010,BM2,BM3,IV2,-8.643,+7.365,+3.462,+4.526,+0.008,+0.006,+0.030,+2.336,-8.653,+7.357,+3.456,+4.496,6,10,8,6,30,已知,72.536,已知,辅助计算,f,h,=-30mm,n=30,-f,h,/,n=1mm,计算过程,（,1,）已知数据和观测数据的填写,（,2,）高差闭合差的计算,=-30mm,高差闭合差的容许值：,|f,h,|,a,2,，,说明视准轴向上倾斜；,当,a,2,3mm,时，需要校正。,A,B,i,a,2,C,xa,b,2,h,1,a,2,对于,DS3,水准仪，当 时，则需校正。,(4,）校正方法,转动微倾螺旋，使,十字丝的横丝切于,A,尺的正确读数,a,2,（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。,调节水准管,校正螺丝,，使符合,气泡居中,。,适用情况,：,i角误差不大时,方法,：水准仪照准A尺不动，旋下十字丝护罩，松动左右两个十字丝环校正螺丝，用校正针拨动上下两个十字丝环校正螺丝，一松一紧，直至十字丝横丝照准正确读数a2为止。,升降十字丝校正i角,仪器误差,观测误差,外界条件的影响,第六节水准测量误差来源及其影响,一、仪器误差,望远镜的视准轴与,水准管轴,不平行而产生的,i角误差,；,仪器经检验校正，不能彻底消除,i,角；,观测时要求,前后视距相等,可,消除,i,角。,+,+,二、水准标尺的误差,1.,水准标尺的零点差,原因,：使用、磨损等,标尺零点差,：水准尺的底面与其分划零点差值,消除方法,：一个测段的测站数为偶数段,2.,水准尺倾斜误差,原因,：水准尺倾斜,后果,：倾斜标尺上的读数总,是比正确的标尺读数大,消除方法,：使用安装有圆水准,器的水准尺；,认真扶尺，使标尺竖直。,三、整平误差,水准测量,标准,：,水平视线,设水准管的分划值为,20,，如果气泡偏离半格即,i,=,1,0,则当距离为50 m时，2.4mm；,当距离为100 m时，4.,0,mm；,误差随距离的增大而增大。,因此，在读数前必须使符合水准气泡精确吻合,。,四、读数误差的影响,产生的原因：视差,和,估读毫米数不准确。,消除方法：,1.,视差,通过重新调节目镜和物镜调焦螺旋加以消除。,2.,估读误差,限制,望远镜放大率和最大视距，,普通水准测量中，要求望远镜放大率在,20,倍以上，视线长不超过,150 m,。,五、仪器和标尺升沉误差,原因,：仪器、水准尺的重量和土壤的弹性,1.,仪器下沉（或上升）所引起的误差,消除方法,：,后、前、前、后,的观测程序,2.,尺子下沉（或上升）引起的误差,消除方法,：,取往测和返测高差的平均值,六、大气折光的影响,原因,：,大气层密度不同，对光线产生折射，使视线产生弯曲。,视线离地面愈近，视线愈长，大气折光影响愈大。,消减,方法：,采取缩短视线,；,使视线离地面有一定的高度,；,前、后视的距离相等的方法。,规范规定视线高不应低于,0.3m,。,第七节自动安平水准仪和激光扫平仪,概念,：,自动安平水准仪是一种只需概略整平即可获得水平视线读数的仪器，,特点,：,这种仪器操作迅速简便，测量精度高，深受测量人员欢迎。,一、自动安平原理,(1),在望远镜的光路中设置一个补偿器装置，使光线偏转一个,角而通过十字丝交点,A,。,(2),若能使十字丝交点移至,B,，也可使视准轴处于水平位置而实现自动安平。,二、DZS3 -1型自动安平水准仪,(1),采用轴承吊挂补偿棱镜的自动安平机构，为平移光线式自动补偿器。,(2),设有自动安平警告指示器，可以迅速判别自动安平机构是否处于正常工作范围，提高了测量的可靠性。,(3),采用空气阻尼器，可使补偿元件迅速稳定。,(4),采用正像望远镜，观测方便。,(5),设置有水平度盘，可方便地粗略确定方位。,三、激光扫平仪,SJZ1,型激光扫平仪,激光扫平仪是一种新型的平面定位仪器。它采用金属吊丝补偿器，使仪器具有自动安平功能，即使处于震动干扰下，也能保持作业精度，不需人员监视、维护。,精密水准仪,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；,操作方法与,DS3,水准仪基本相同。,第八节精密水准仪及电子水准仪简介,一、精密水准仪,应用工程,：,国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中，如建筑物的变形观测、大型建筑物的施工及大型设备的安装等测量工作。,特点,：,(1)高质量的望远镜光学系统,(2)高灵敏的管水准器,(3)高精度的测微器装置,(4)坚固稳定的仪器结构,(5)高性能的补偿器装置,精密水准标尺,标尺全长为3m,右边从05注记米数,左边注记分米数,注记的数值为实际长度的2倍,观测高差,/,2,=,实际高差,光学测微器读数,步骤：,符合水准管气泡两端的影像精确符合,十字丝上楔形丝精确夹住整分划读取该分划读数为1.97m,目镜右下方的测微尺读数窗内读取测微尺读数为1.50mm,水准尺的全读数,=,楔形丝所夹分划线的读数,+,测微尺读数,=,1.97150m,5.,实际读数,=,读数,/2=,0.98575m,二、电子水准仪的基本原理,电子水准仪,（,数字水准仪,）：,采用条码标尺,照准标尺和调焦仍需人工目视进行,电子读数,自动电子读数方法,：,几何法（蔡司DiNi12/12T/22）,相关法（徕卡NA3002/3003）,相位法（拓普康DL-101C/102C）,三、电子水准仪的特点,(1),读数客观,(2),精度高,(3),速度快,(4),效率高,(5),仪器菜单功能丰富，内置功能强、操作界面友好，有各种信息提示，大大方便了实际操作。,四、蔡司DiNi12电子水准仪的使用,步骤：,1.安置仪器,2.照准目标,3.开机,4.,测量,