土木工程测量.2 水准测量.ppt

普通高等学校土木工程专业精编系列规划教材,土木工程测量主编王晓明殷耀国,目录,1绪论2水准测量3角度测量4距离测量5坐标测量6地形图基本知识7地形图测绘,目录,8地形图的应用9工程放样的基本工作10建筑工程测量11线路工程测量12桥梁工程测量13地下工程测量14变形测量,目录,下页,上页,2水准测量,目录,下页,上页,内容提要,能力要求,本章的主要内容包括：水准测量的原理、水准测量仪器及工具、等外水准测量内外业工作、三四等水准测量内外业工作。,通过本章的学习，学生应达到熟练操作水准仪、准确进行水准测量内业计算的能力。,2水准测量,2.1水准测量原理2.2水准测量仪器2.3水准测量外业2.4水准测量内业习题与思考题,目录,下页,上页,目录,下页,上页,一、水准测量的原理利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。,目录,下页,上页,A,B,a,b,hAB,前进方向,A点为后视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。高差等于后视读数减去前视读数。,A、B两点间高差hAB为：,目录,下页,上页,A,B,a,b,hAB,前进方向,大地水准面,HA,HB,二、计算待测点的高程,1.高差法,目录,下页,上页,A,B,a,b,hAB,前进方向,大地水准面,HA,HB,目录,下页,上页,A,B,a,b,hAB,前进方向,大地水准面,HA,HB,Hi,2视线高法,HAaHBb,目录,下页,上页,一、水准测量的仪器及工具水准测量所使用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。国产水准仪按其精度分，有DS05，DS1，DS3及DS10等几种型号。05、1、3和10表示水准仪精度等级。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,一、DS3微倾式水准仪的构造DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。1望远镜望远镜是精确瞄准目标并对水准尺进行读数它主要由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成,目录,下页,上页,（1）十字丝分划板十字丝分划板是为了瞄准目标和读数用的。,目录,下页,上页,（2）物镜和目镜物镜和目镜多采用复合透镜组；目标AB经过物镜成像后形成一个倒立而缩小的实像ab；移动对光透镜，可使不同距离的目标均能清晰地成像在十字丝平面上；再通过目镜的作用，便可看清同时放大了的十字丝和目标影象ab。（3）视准轴十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴CC。视准轴的延长线即为视线。当视准轴水平时，用十字丝的中丝在水准尺上截取读数。,目录,下页,上页,2水准器（1）管水准器管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。,目录,下页,上页,为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。,目录,下页,上页,（2）圆水准器过零点的球面法线LL，称为圆水准器轴。气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，主要是靠调整支架的高度来粗略整平。,目录,下页,上页,3基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。二、水准尺和尺垫1水准尺（1）塔尺是一种逐节缩小的组合尺，其长度为2m5m，有两节或三节连接在一起，尺的底部为零点，尺面上黑白格相间，每格宽度为1cm，有的为0.5cm，在米和分米处有数字注记。,目录,下页,上页,（2）双面水准尺尺长为3m，两根尺为一对。尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（辅尺）。两根尺的黑面尺尺底均从零开始，而红面尺尺底，一根从4.687m开始，另一根从4.787m开始。在视线高度不变的情况下，同一根水准尺的红面和黑面读数之差应等于常数4.687m或4.787m，这个常数称为尺常数，用K来表示。两面的刻划均为1cm，在分米处注有数字。,目录,下页,上页,2尺垫尺垫用于转点处，是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。,目录,下页,上页,三、水准仪的使用微倾式水准仪的基本操作程序为1、安置仪器2、粗略整平3、瞄准水准尺4、精确整平5、读数,目录,下页,上页,1、安置仪器（1）在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。（2）从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。,目录,下页,上页,2、粗略整平通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,3、瞄准水准尺（1）目镜调焦转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。（2）初步瞄准通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。（3）物镜调焦转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。（4）精确瞄准转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央。,目录,下页,上页,（5）消除视差眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动，叫视差。,产生视差的原因：水准尺的尺像与十字丝平面不重合。消除视差的方法：仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。,目录,下页,上页,4、精确整平转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合,此时水准管气泡居中，视线即为水平视线,目录,下页,上页,目录,下页,上页,5、读数,目录,下页,上页,四、自动安平水准仪自动安平水准仪望远镜的光学系统中装有一个自动补偿器代替了管水准器起到了自动安平的作用，当望远镜视线有微量倾斜时补偿器在重力作用下对望远镜作相对移动从而能自动而迅速地获得视线水平时的标尺读数。自动安平水准仪不需要精平，测量速度快，在工程中被广泛应用。自动安平水准仪操作步骤观测时，首先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后瞄准水准尺，等待24秒后，即可用十字丝中丝进行读数。有的自动安平水准仪配有一个补偿器检查按钮，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常作用后再读数。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,ZeissKoni007自动安平水准仪,目录,下页,上页,五、电子水准仪电子水准仪又称数字水准仪，是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和读数器，并采用条码标尺和图象处理电子系统而构成的光机电测一体化的高科技产品。（1）安置仪器在测站点上架设好三脚架，将电子水准仪从仪器箱中取出并安置在三脚架上，拧紧中心螺旋。调节三脚架架腿使圆气泡大致居中，再用脚螺旋使圆气泡精确居中。,目录,下页,上页,（2）仪器操作设置仪器参数开机后用导航键选择主菜单中配置选项按回车键选择输入菜单按回车键输入大气折射、加常数、日期、时间按回车键储存。用导航键选择主菜单中配置选项按回车键选择限差/测试菜单按回车键输入最大视距（范围0-100m）、最小视距高（范围0-1m）、最大视距高（范围0-5m）按回车键进入第三页选择设置一个测站限差或单次测量最大限差（范围0-0.01m）按回车键进入第四页设置单站前后视距差（范围0-5m）或设置水准线路前后视（范围0-100m）按回车键储存。建立数据文件在主菜单中选择文件选项按回车键选择项目管理按回车键选择新建项目按回车键输入文件名称输入作者名称按回车键。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,一、水准点我们将用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点。水准点记为BM(BenchMark)。水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,（1）永久性水准点国家等级永久性水准点,目录,下页,上页,目录,下页,上页,建筑工地上的永久性水准点,目录,下页,上页,（2）临时性水准点,目录,下页,上页,二、水准路线及成果检核在水准点间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。相邻两水准点间的路线称为测段。,目录,下页,上页,在一般的工程测量中，水准路线布设形式主要有以下三种形式：1附合水准路线2闭合水准路线3支水准路线,目录,下页,上页,1附合水准路线（1）附合水准路线的布设方法从已知高程的水准点BMA出发，沿待定高程的水准点1、2、3进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点BMB所构成的水准路线，称为附合水准路线。,目录,下页,上页,（2）成果检核从理论上讲，附合水准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点之间的高差，即,目录,下页,上页,2闭合水准路线（1）闭合水准路线的布设方法从已知高程的水准点BMA出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BMA的环形路线，称为闭合水准路线。,目录,下页,上页,（2）成果检核从理论上讲，闭合水准路线各测段高差代数和应等于零即,如果不等于零，则高差闭合差为,目录,下页,上页,3支水准路线（1）支水准路线的布设方法从已知高程的水准点BMA出发，沿待定高程的水准点1进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。,目录,下页,上页,（2）成果检核从理论上讲，支水准路线往测高差与返测高差的代数和应等于零。即,如果不等于零，则高差闭合差为,目录,下页,上页,各种路线形式的水准测量，其高差闭合差均不应超过容许值，否则即认为观测结果不符和要求。不同等级的水准测量其高差闭合差的容许值不同，后面介绍。,目录,下页,上页,A,B,a,b,hAB,前进方向,大地水准面,HA,HB,HB,三、水准测量的测量方法,目录,下页,上页,目录,下页,上页,提出问题：当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时，不能安置一次仪器即可测得两点间的高差。解决方法：这时需要在两点间加设若干个立尺点，分段设站，连续进行观测。加设的这些立尺点并不需要测定其高程，它们只起传递高程的作用，故称之为转点，用TP（TurningPoint）表示。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,1.观测与记录例已知水准点BMA的高程HA32.186m，现欲测定C点的高程HC，由于A、C两点相距较远，需分段设站进行测量，具体施测步骤如下。,目录,下页,上页,表2-1水准测量手簿日期：2013年5月14日天气：多云仪器：DS3水准仪地点：校内实训基地观测：张鹏记录：李翔,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,2.测站检核（确保精度）1）变动仪器高法在同一个测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差进行检核。即测得第一次高差后，改变仪器高度（大于10cm），再测一次高差。两次所测高差之差不超过容许值（例如等外水准测量容许值为6mm），则认为符合要求。取其平均值作为该测站最后结果，否则须要重测。,目录,下页,上页,（2）双面尺法仪器的高度不变，而分别对双面水准尺的黑面和红面进行观测。这样可以利用前、后视的黑面和红面读数，分别算出两个高差。如果不符值不超过规定的限差，取其平均值作为该测站最后结果，否则须要重测。,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,目录,下页,上页,四、水准测量的等级及主要技术要求在工程上常用的水准测量有：三、四等水准测量等外水准测量1三、四等水准测量三、四等水准测量，常作为小地区测绘大比例尺地形图和施工测量的高程基本控制。,目录,下页,上页,三、四等水准测量的主要技术要求,目录,下页,上页,2等外水准测量等外水准测量又称为图根水准测量或普通水准测量，其主要用于测定图根点的高程及作工程水准测量之用。等外水准测量的主要技术要求,目录,下页,上页,五、三、四等水准测量1三、四等水准测量观测的技术要求,目录,下页,上页,2一个测站上的观测程序和记录（1）瞄准后视黑面尺，精平，读下丝、上丝和中丝读数，分别记入表2-5中、位置；（2）瞄准前视黑面尺，精平，读下丝、上丝和中丝读数，分别记入表2-5中、位置；（3）瞄准前视红面尺，读中丝读数，记入表2-5中位置；（4）瞄准后视红面尺，读中丝读数，记入表2-5中位置。一个测站上的这种观测程序简称“后前前后”或“黑黑红红”。四等水准测量也可采用“后后前前”或“黑红黑红”的观测程序。,目录,下页,上页,3测站计算与检核（1）视距部分视距等于下丝读数与上丝读数的差乘以100。后视距离：100前视距离：100计算前、后视距差：计算前、后视距累积差：上站本站,目录,下页,上页,一、附合水准路线的计算下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA65.376m，HB68.623m，1、2、3为待定高程的水准点。,目录,下页,上页,1填写观测数据和已知数据,目录,下页,上页,目录,下页,上页,根据附合水准路线的测站数及路线长度求出每公里测站数，以便确定采用平地或山地高差闭合差容许值的计算公式。在本例题中,站/km16站/km,故高差闭合差容许值采用平地公式计算。等外水准测量平地高差闭合差容许值fhp的计算公式为,成果合格,2计算高差闭合差及允许值,3调整高差闭合差,高差闭合差调整的原则和方法是：,按与测站数或测段长度成正比例的原则，将高差闭合差反号分配到各相应测段的高差上，得改正后高差。即,式中vi第i测段的高差改正数（mm）；、水准路线总测站数与总长度；、第测段的测站数与测段长度。,在本例中，各测段改正数为：,计算检核：,成果合格,将