章水准测量原理分析课件

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1、工程测量课件工程测量课件第二章水准测量第二章水准测量（78 Slides78 Slides）孙晓孙晓中南大学土木建筑学院道路工程系中南大学土木建筑学院道路工程系第二章 水准测量内容提要：21 水准测量概述22 水准测量原理23 微倾式水准仪和水准尺24 水准测量的方法25 微倾式水准仪的检验和校正 26 水准测量的误差分析 高程测量概念（Height Measurement） 根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。第二章 水准测量高程测量的方法分类1、水准测量(leveling)2、三角高程测量(trigonometric leveling)3、气压高程测量(a

2、ir pressure leveling)4、GPS测量。(GPS leveling) 水准点(Bench Mark) 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。水准点示意图水准点示意图一.基本原理 利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。2-2 水准测量原理A后视点 a后视读数B前视点 b前视读数大地水准面A BHA水平视线水准尺水准尺ab前进方向 hABHB=HA+hAB1、距离较近时：hAB=h1+ h2+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn) =a-b2、距离较远或高差较大时高差计

3、算： 若A、B 两点间布设一些过渡点（转点）1、2、3，将其分为n段，则用水准仪分别测得各段高差为h1， h2 hn，则有：3、仪器高的方法 仪器在测站： 仪器在测站： 仪器高：仪器视线的高度。中间点：23 微倾式水准仪和水准尺 按精度分为： DS05 DS1 DS3 DS10 D指大地测量 S指水准仪 数字1、3等指每公里往返高差测量中误差 按仪器构造分为： 微倾式水准仪 自动安平水准仪 激光水准仪 电子水准仪 一、水准仪DS3级微倾式水准仪的构造水准仪的三个组成部分： 望远镜、水准器、基座1、望远镜（telescope）物镜 目镜调焦透镜 十字丝分划板 视准轴：物镜光心与十字丝分划板中心的

4、连线。 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）。 十字丝分划板 水准器用于置平仪器。水准器有管水准器(bubble tube)和圆水准器(circular bubble)两种。u圆水准器(circular bubble) ：用于整平。u水准管(bubble tube) ： 用于精平。2、水准器(bubble) 管水准器管水准器由玻璃圆管制成，其内壁磨成一定半径R的圆弧，如图2-7所示。将管内注满酒精或乙醚，加热封闭冷却后，管内形成的空隙部分充满了液体的蒸汽，称为水准气泡。因为蒸汽的比

5、重小于液体，所以，水准气泡总是位于内圆弧的最高点。v符合气泡对中(2) 圆水准器v圆水准器的分划值，是顶盖球面上2mm弧长所对应的圆心角值，水准仪上圆水准器的角值为8至15(R=0.460.86m)。v圆水准器用于粗略整平仪器。v制造水准仪时，使圆水准器轴平行于仪器竖轴。旋转基座上的三个脚螺旋使圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置，从而使仪器竖轴也处于竖直位置。3、基座 基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋将基座连接到三脚架上。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。二、水准尺和尺垫v水准尺(leveling staff) 水准尺分为直尺、塔尺和折尺，其中直尺又分单面分划和双面分划两

6、种。v尺垫(staff plate) 放在转点上，以防水准尺下沉。三、微倾式水准仪的使用操作程序：联结粗平瞄准精平读数1 1安置水准仪安置水准仪 首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚在坡下一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。vv2 2、粗平、粗平 粗平即粗略整平仪器。旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜的视准轴大致水平。v（1）不论圆水准气泡在任何位置，先用任意两个脚螺旋使气泡移到通过圆水准器零点并垂直于这两个脚螺旋连线的方向上，

7、如图（a）所示，如此可使仪器在这两个脚螺旋连线的方向处于水平位置。 a123v（2）然后单独用第三个脚螺旋使气泡居中，如图（b）所示如此使原两个脚螺旋连线的垂线方向亦处于水平位置，从而使整个仪器整平。如仍有偏差，可重复以上两步操作。 b123图形：粗平的操作方法示意图 c123旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是： 左手拇指法则，或右手食指法则：(1)先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；(2)旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。(3)气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。3 3、 瞄准瞄准1方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2、步骤v瞄准水准尺的操作由目

8、镜对光、粗瞄、物镜对光、精瞄四个步骤组成，同时应注意消除视差。v（1）目镜对光：将望远镜对向明亮处，转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；v（2）粗瞄：松开照准部的制动螺旋，利用望远镜上的准星从外部瞄准水准尺，再旋紧制动螺旋；v（3）物镜对光：旋转物镜调焦螺旋使尺像清晰，也就是使尺像落到十字丝平面上。v（4）精瞄：旋转微动螺旋使十字丝的竖丝对准水准尺。视 差v概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。v产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。v消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。存在视差没有视差4 4、精平、精平1 1、方法：、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准如图所示，调节微

9、倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。管气泡成像抛物线符合。.2 2、说明：、说明：自动安平水准仪（自动安平水准仪（compensator compensator levellevel），不需进行精平。），不需进行精平。5 5、读数、读数 精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1方法：用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。从尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数，每个读数必须有四位数。 米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。 实验一 S3水准仪的认识与使用 v任务：v 熟悉水准仪的结

10、构及操作方法v 每人测二组数据，计算h判断高低。v方法：v 两人立尺相距大约50m ，两人操作水准仪,水准仪立在两尺的中间，测完两组数据之后互换。v注意事项：v （1）服从老师安排，遵守实验室纪律；v （2）领仪器时组长签名；v （3）注意仪器安全，装箱要到位，上锁；v （4）立尺时o点在下；v （5）仪器与尺垫不要放在松软的地上，以防误差过大。实验二 两点高差往返测量 一、问题：两点相矩较远，需多站连续观测二、要求：1、掌握水准测量的方法 2、正确选择转点三、测法： 1、实验任务 任选AB两点（注意位置），求B点高程 （假定） 往测：2站，返测2站，闭合路线。2、观测方法 BMABMB1.4

11、441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543 (2) 先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入五等水准测量记录表中。 再照准前视尺，读取前视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量一个测站的观测任务。 (4)将仪器搬迁到第站，把第站的后视尺移到第站的转点ZD2上，把原第站前视变成第站的后视。按(2)步骤测出第站的后、前视读数值a2、b2，并记入记录表中。 (5)重复上述步骤测至终点B为止。 (1)将水准尺置于已知后

12、视高程点A和前视转点ZD1中间的站。 (3)确认记录准确后，计算出A点和ZD1之间的高差。到此，完成第一个测站的工作 。 四、记录与计算 计算检核0.0790.5473.2293.697160.4680.0791.703B0.5471.5261.624ZD1已知A点高程=160.000160.0002.073A+备注高程高 差前视读数后视读数测点v计算检核v精度评定： （合格）v计算高程v（如数据不合格，又无时间返工，可以采用其他组的合格数据填写实验报告）五 注意事项：1、视距50m2、前后视距大致相等（不一定在两立尺点的连线上）3、高程点（A，B）不能放尺垫，转点必须放尺垫，往返测转点为不同

13、点4、用中丝读数，不要误用上下丝5、尺子用黑面，不要立倒了，注意扶尺的正确姿势6、每次读数前要精平，每站粗平只需一次7、不要把实验手薄弄了草，严禁涂改。 一、水准路线(leveling line) 1闭合水准路线(closed leveling line) 由已知点BM1已知点BM12附合水准路线(annexed leveling line) 由已知点BM1已知点BM23水准支线(spur leveling line) 由已知点BM1某一待定水准点A。 24 水准测量的方法图形：水准路线布设形式3. 水准支线BM 1 2 1BM 2 3 41.闭合水准路线2.附合水准路线BM1BM2 1 2

14、3二、水准测量的施测（外业） 1、观测方法 BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543注意事项：vv（1 1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。之处。vv（2 2）为及时发现错误，通常采用）为及时发现错误，通常采用“ “两次仪器两次仪器高法高法” ”或或 “ “双面尺法双面尺法” ”。v 两次仪器高法：高差之差h-h5mm2、记录与计算 计算检核0.0790.54

15、73.2293.697160.4680.0791.703B0.5471.5261.624ZD1已知A点高程=160.000160.0002.073A+备注高程高 差前视读数后视读数测点三、水准测量成果的检核1、 测站检核（1） 双仪器高法 在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)来测定相邻两点间的高差； 如果两次高差观测值不相等，对图根水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。（2）双面尺法 用双面尺法进行水准测量就是同时读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，然后由前后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，以这两个高差之差是否小

16、于某一限值来进行检核。 在每一测站上仪器高度不变，这样可加快观测的速度。立尺点和水准仪的安置同两次仪器高法。2、水准路线的检核(3) 水准支线： fhh往 h返 fhh1 h2 (2)闭合水准路线： fh=h(1)附合水准路线： fh=h （H终 H始）实测值减去对应的理论值称为高程闭合差，用fh表示 闭合差的大小反映了水准测量成果的精度。在各种不同性质的水准测量中，都规定了高程闭合差的限值即容许高程闭合差，用Fh表示。 一般水准测量的容许高程闭合差为： 铁路线路水准测量的容许高程闭合差则为：四.高程闭合差的分配和高程的计算1、计算高差闭合差(closing error) 公式：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于水准 支线，有：2、分配高差闭合差（1 1）计算高差闭合差的容许值（）计算高差闭合差的容许值（tolerancetolerance） 对对对对于普通水准于普通水准测测测测量：量： 分配原则按与距离按与距离L L或测站数或测站数n n成正比原则，将高差闭成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。合差反号分配到各段高差上。（2 2）计算改正数）计算改正数 分配公