建筑工程测量第2章水准测量.ppt

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： hAB = a b HB = HA + hAB,高差法,Hi= HA+ a HB= Hi-b,视线高法,当a b时，hAB 为正，B高于A ； 当a b时， hAB 为负，B低于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、B两点高差计算的一般公式：hAB= =,n为测站数,注:n为测站数,如图所示:每站的高差: h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 hn =an-bn,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 DS05、DS1、DS3、DS10、 DS20 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DS3型水准仪，该仪器标称精度为3mm/km。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,一、S3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）。,（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2mm 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。,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA,3,4,图2,BMA,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA,3,4,图2,BMA,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。,4,3,2,1,BM1 TP1,TP1 TP2,TP2 TP3,TP3 BM2,1.631,1.423,+0.208,1.687,1.819,-0.132,1.435,1.739,-0.304,1.756,1.433,+0.323,检核 计算,6.509 6.414,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,fh = 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fh表示，即 fh=h测 - h理,注：fh-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= h1+h2+h3+ + hn h理= 0 fh = h测 - h理= h测 （3）支水准路线： h测= h往+ h返 h理= 0 fh = 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fh允表示。 等外水准测量要求： 平地： fh允40 （mm） L水准路线的长度，单位km。 山地： fh允12 （mm） n水准路线的测站数。 要求： fh fh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：,Vi-测段高差的改正数，m； fh-高差闭合差，m； L-水准路线总长度，m； Li-测段长度，m； n-水准路线的总测站数 ni-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：Vi= -fh,（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,IV1,6个测站,+2.336,-8.653,+7.357,6个测站,+3.456,BM1,BM2,BM3,10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,fh=-30mm,n=30,-fh/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：,|fh|fh容| 闭合差可以进行分配,（3）闭合差的调整 分配的原则:将闭合差按距离或测站数成正比例反号改正到各测段的观测高差上，得改正后的高差。,各测段改正后的高差,检核 +4.526m,（4）高程的计算,注：算得的2点的高程应与2点的已知高程相等，否则说明高程计算有误。,第五节 水准仪的检验与校正,一、水准仪应满足的几何条件,主要轴线：水准管轴LL 、望远镜的视准轴CC 圆水准器轴LoLo、仪器竖轴VV,2.水准仪应满足的次要条件 圆水准器轴/仪器竖轴 十字丝横丝 竖轴,1.水准仪应满足的主要条件 水准管轴/视准轴； 望远镜的视准轴不因调焦而变动位置。,Lo,Lo,二、水准仪的检验和校正,1.圆水准器的检验和校正 （1）目的：使圆水准器轴/仪器竖轴 （2）检验原理：气泡居中时，圆水准器轴竖直，竖轴则偏离竖直位置角。将仪器旋转180，此时圆水准器轴从竖轴右侧移至左侧，与铅垂线的夹角为2。圆水准器气泡偏离中心位置，气泡偏离的弧长所对的圆心角等于2。,（3）检验方法： 用脚螺旋使圆水准器气泡居中； 望远镜旋转180度。 若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。 （4）校正方法： 用脚螺旋调气泡偏离值的一半； 用圆水准器的校正螺旋再调一半。,2.十字丝横丝的检验校正 （1）目的：使十字丝横丝 竖轴 （2）检验原理：如果十字丝横丝不垂直于仪器竖轴，当竖轴处于竖直位置时，十字丝横丝是不水平的，横丝的不同部位在水准尺上的读数不相同。,（3） 检验方法： 精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p； 水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。,a 十字丝横丝垂直竖轴 b 十字丝横丝不垂直竖轴,（4）校正方法,松开十字丝的固定螺旋； 微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合； 拧紧十字丝的固定螺旋。,十字丝固定螺旋,3.水准管轴的检验与校正 （1）目的：使水准管轴/视准轴。 （2）检验原理： i角 视准轴与水准管轴之间的夹角； 前后视距相等可以消除。,A,B,i,i,a,C,b,a,（3） 检验方法： 在平坦地面选相距80100m左右A、B两点，置水准仪于中点C， 高差 h1=(a1-x)-(b1-x)=a1-b1 此高差为正确的高差,A,B,i,i,a,C,x,x,b,80100m,h1,仪器移至离B点约3m处，b2为正确读数；设A尺读数为a2 由正确高差可求出A尺正确读数为：a2=h1+b2； 若a2=a2 ，说明满足条件； 当a2a2， 说明视准轴向上倾斜； 当a23mm 时，需要校正。,A,B,i,a2,C,xa,b2,h1,a2,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a2（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 = 10,则当距离为50 m时，2.4mm； 当距离为100 m时，4.0mm；,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。