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1、水利工程测量 第3章 水准测量 主讲教师 高飞 1 土木与水利学院测量工程系 第3章 水准测量 3 1 水准测量原理 3 2 水准仪及其使用 3 3 自动安平水准仪及数字水准仪 3 4 水准测量方法 3 5 微倾式水准仪的检验与校正 3 6 水准测量的误差分析及注意事项 Date 2 第3章 水准测量 测量三项基本工作之一 高程测量 高程测量 测量地面上各点高程的工作 高程测量有下列几种方法 1 几何水准测量 是高程测量最主要的方法 2 三角高程测量 3 物理高程测量 包括 气压高程测量 液体静力水准测量 4 GPS高程测量 Date 3 主要内容 水准测量原理 水准仪的构造及使用 水准 测量
2、的施测方法 仪器的检验与校正 主要目的 使学生了解水准测量原理 测量工具 掌握 地面点位高程测量过程 从而精确求出地面点高程 重点内容 水准测量原理 施测方法 成果计算 第3章 水准测量 Date 4 3 1 水准测量原理 原理 利用水准仪提供的一条水平视线 借助水 准尺来测定地面两点间的高差 从而由已知点的 高程和测得的高差 求出待定点的高程 1 高差法 hAB 后视读数 前视读数 即 待定点B点的高程 2 仪高法 视线高法 Date 5 3 2 水准仪及其使用 水准测量所使用的仪器为水准仪 所 使用的工具为水准尺和尺垫 水准仪按其精度划分为四个等级 精密水准仪DS05 DS1 普通水准仪D
3、S3 DS10 D 大地测量 S 水准仪 后面的数字代表仪器的测 量精度 每公里往返测高差中数的中误差 即精度 水准仪按其构造可分为四种 微倾式水准仪 自动安平水准仪 电子水准仪和数字水 准仪 目前 普通工程测量中最常用的水准仪是 DS3微倾式水准仪 或DS3自动安平水准仪 Date 6 一 DS3微倾式水准仪及其使用 DS3微倾式水准仪的构造 作用 为测量高差提供一条水平视线 组成 望远镜 水准器 基座 1 3 2 7 6 5 4 9 8 10 14 12 13 11 15 16 1 微倾螺旋 2 分划板护罩 3 目镜 4 物镜调焦螺旋 5 制动螺 旋 6 微动螺旋 7 底板 8 三角压板
4、9 脚螺旋 10 弹簧帽 11 望远镜 12 物镜 13 管水准器 14 圆水准器 15 连接小螺 钉 16 轴座 Date 7 1 望远镜 由物镜 目镜 调焦透镜和十字丝分划板 组成 C C 视准轴CC 物镜光心与十字丝交点的连线 视准轴在测量时必须保持水平 也就是水平视线 Date 8 2 水准器 水准器分为圆水准器和管水准器两种 管水准器 用来指示视准轴是否水平 0 点 2mm 管水准器又称为长水 准管 水准管分划值 是 水准管表面2mm圆弧 所对应的圆心角 水准管轴LL 过水准 管零点所作圆弧面的 纵切线 Date 9 2mm 圆水准器 用来指示仪器竖轴是否竖直 圆水准器分划值 是圆
5、水准器表面2mm圆弧所对应 的圆心角 DS3水准仪水准器分划值 通常为 长水准管 圆水准器 圆水准器轴 过圆水 准器零点所作圆球面的法线 Date 10 DS3水准仪 常采用符合水准管系统 目的是提高水准管 气泡居中的精度 符合气泡符合 尚未符合 符合气泡符合 水准管轴与视 线水平 微倾螺旋 Date 11 3 基座 基座通过连接螺旋 与三脚架相连 基座用于支承水准 仪上部 水准仪旋 转轴插入基座轴套 可自由旋转 基座上的三个脚螺 旋用于调节圆水准 气泡 仪器竖轴VV 就是 水准仪的旋转轴 望远镜 水准器 基座 三脚架 V V Date 12 CC L L V V L L 水准仪的主要构造特点
6、 水准仪的主要轴线 视准轴CC 水准管轴LL 圆水准器轴 仪器竖轴VV 必须满足的几何条件 VV 十字丝横丝 VV LL CC Date 13 2 水准尺和尺垫 1 水准尺有单面尺 双面 尺 塔尺三种 2 标准水准尺为一对双面 尺 其中 A尺和B尺黑面 0 3m A尺红面 4 687 7 687m B尺红面 4 787 7 787m 3 尺垫半球形顶部用来竖 立水准尺 并标志转点位置 Date 14 3 水准仪的使用 为测定A B两点的高差 首先将水准仪安置 在A B两点之间 然后按以下四个步骤进行 操作 1 粗平 粗略整平 目的是使仪器竖轴铅直 调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中 气泡 移动的
7、方向始终与左手大拇指的运动方向一致 Date 15 2 瞄准 瞄准水准尺 首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰 转动望远镜瞄准水准尺 再转动物镜调 焦螺旋使目标清晰 注意消除视差 什么是视差 产生的原因 如何消除 Date 16 3 精平 精确整平 在每次读数之前 都应注视符合水准 气泡观测窗 转动微倾螺旋使水准管气泡 居中 即符合水准器的两端气泡影像对齐 只有当气泡已经稳定不动而又居中的时 候 水准管轴水平 视准轴亦水平 即提 供了一条水平视线 微倾螺旋 Date 17 4 读数 精确整平 仪器精确整平后 即可用十字丝横丝 即中丝 在水准尺上读数 读数按由小到大的方向 读出米 分 米 厘米 并仔
8、细估读毫米数 读数记录一般均不加小数点 读记四 位数 以毫米为单位 黑面读数 a 1274 mm 红面读数 b 5958 mm Date 18 Date 19 精密水准仪 DS05 DS1 主要用于国 家一 二等水准测量 the first and second order leveling 和高精度的工程测量中 例如建构筑物的沉降观测 大型桥梁工 程的施工测量和大型精密设备安装的水平 基准测量等 二 二 精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺 3 2 水准仪及其使用 Date 20 1 1 精密水准仪的特点精密水准仪的特点 1 望远镜的放大倍数大 分辨率高 如规范要 求DS1不小于38
9、倍 DS05不小于40倍 2 管水准器分划值为10 2mm 精平精度高 3 望远镜的物镜有效孔径大 亮度好 4 望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因 瓦合金钢 以减小环境温度变化的影响 5 采用平板玻璃测微器读数 读数误差小 6 配备精密水准尺 Date 21 2 精密水准尺 因瓦水准尺 精密水准尺 是在木质尺身的凹槽 内 引张一根因瓦合金钢带 其中 零点端固定在尺身上 另一端用弹 簧以一定的拉力将其引张在尺身上 以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩 变形的影响 长度分划在因瓦合金钢带上 数字 注记在木质尺身上 精密水准尺的 分划值分为基辅分划 10mm 和 奇偶分划 5mm 两种 基辅分划差为 3
10、 01550 m Date 22 3 3 N3N3精密水准仪及其读数原理精密水准仪及其读数原理 下图就是新N3微倾式精密水准仪 其每km往返 测高差中数的中误差为 0 3mm 为了提高读数 精度 精密水准仪上设有平行玻璃板测微器 Date 23 测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内 测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内 Date 24 旋转N3的平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm 它对应测微尺上的100个分格 测微尺上1个分格等于0 1mm 如在测微尺上估读到0 1分格 则可以估读到0 01mm 将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数 如下图的读数为148 0
11、655 148 655cm 1 48655m 测微尺的读数测微尺的读数 Date 25 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 自动安平水准仪正面 3 3 自动安平水准仪 及数字水准仪 一 自动安平水准仪 Date 26 自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面 自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面 Date 27 自动动安平水准仪仪安平的工作原理 Date 28 二 数字水准仪 望远镜 基座 脚螺旋 自动安平补偿器 电子 水准 仪 调焦螺旋 制动 微动螺旋 调焦发送器 计算概略视距值
12、补偿监视器 监测安平补偿器的工作状态 分光镜 将由物镜计入的光分为可见光和红外光 行阵探测器 识别水准尺上的条码 进行读数 电子水准仪 Date 29 二 数字水准仪 Date 30 下图为采用相关法的徕卡下图为采用相关法的徕卡NA3003NA3003 数字水准仪的机械光学结构图数字水准仪的机械光学结构图 Date 31 3 4 水准测量方法 一 水准测量的外业实施 1 水准点 事先埋设标志在地面上 用水准测量方法 建立的高程控制点 Bench Mark 常以BM表示 水准点分为永久性和临时性两种 其顶部通常 为凸起的半球面 用于放置水准尺 Date 32 2 待定点高程的测量和计算检核 已知
13、HA 求高程HB 中间临时放置标尺的 过度点1 2 称为转 点 起高程传递作用 常用TP表示 实测时 转点上应使用尺垫 Date 33 每测站高差 各测站高差之和 待定点B点高程 施测方法 动画 2 待定点高程的测量和计算检核 Date 34 普通水准测量记录表 0 7182 209 50 5831 2681 425ZD1 a b 5 358 3 867 1 491 h 2 209 0 718 1 491 HB HA 51 491 50 000 1 491 HB HA h a b 计算无误 计 算 检 核 3 8675 358 51 4910 346B 50 6181 5811 219ZD3
14、51 3360 6720 863ZD2 HA 50 000m 50 000 0 583 0 753 0 873 1 851A 前视 后 视 备 注 高 程 m 高 差 标尺读数 m 测 点 0 718 Date 35 3 测站检核 为保证每一测站的高差正确 或在误差允 许范围之内 必须进行测站检核 测站检核有双仪高法和双面尺法 1 双面尺法 黑面读数高差 红面读数高差 红黑面高差之差 最后高差中数 2 双仪高法 改变仪器高度10cm以上 测出两次高差 进行检核 Date 36 双面尺法水准测量观测记录表 Date 37 双仪高法水准测量观测记录表 Date 38 二 水准路线测量的成果检核 1
15、 闭合水准路线 从某已知点BMA出发 经待定点 1 2 3 4 再回到A点 高差理论值 高差闭合差 2 附合水准路线 从已知点BMA出发到另一已知点B 高差理论值 高差闭合差 A B 2h1h31 Date 39 二 水准路线测量的成果检核 3 结点水准网 1 独立水准网 2 单结点附合水准网 4 支水准路线 从已知点BMA出发到待定点B Date 40 三 水准测量的内业计算 按一定的原则将计算出的水准线路高差闭 合差进行分配 确保各测段 或各测站 高差经改正后严格满足检核条件 等外水准测量 高差闭合差容许误差 山地 平地 国家四等水准测量 高差闭合差容许误差 山地 平地 Date 41 水
16、准测量的内业计算步骤 附合 闭合水准路线 h2 1 计算闭合差 2 判断闭合差是否超限 3 计算各测段观测高差的改正数 5 计算各测段的改正后的高差 6 计算各点的高程值 4 检查闭合差是否分配完 A B 2 附合水准路线 h1h31 Date 42 例 附合水准测量内业计算 1 3 Date 43 普通水准测量记录计算表 0 016 0 014 0 119 B56 902 0964 5754 1563 6348 B fh h 0 016 m 16 mm 检 核 BMA55 352 0772 5560 BMA E55 243 2024 6712 0876 5566 E D56 332 2100 6886 0932 5720 D C57 079 1387 6076 1350 6035 C HA 55 352m 55 352 25127 200 BMA 平均高差高差前视后 视 备 注 高 程 m 高 差 标尺读数 m 测 点 7 233 30 869 7 247 30 988 1 548 1 446 0 176 0 272 0 750 0 851 1 092 0 992 0 104 0 0
