市政工程测量水准测量学习教案

1、市政工程测量市政工程测量(cling)水准测量水准测量(cling)第一页，共31页。2.1 水准测量原理水准测量原理测定地面点高程的工作称为高程测量。按使用仪器和施测方法测定地面点高程的工作称为高程测量。按使用仪器和施测方法(fngf)(fngf)的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。测量。图图2-12-1，定义，定义(dngy)A(dngy)A、B B两点高差两点高差为：为：hAB=a-b (2-1)hAB=a-b (2-1)h hABAB=a-b=a-b图图2-12-1中，中，A A为已知高程为已知高程(gochng

2、)(gochng)点，点，B B为待测高程为待测高程(gochng)(gochng)点，点，a a为后视读数，为后视读数，b b为前视读数。为前视读数。若已知若已知A A点高程为点高程为H HA A，则，则B B点高程为：点高程为：H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a-b) (2-2)+(a-b) (2-2)H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a-b)+(a-b)B B点高程点高程还可通过仪器的视线高程还可通过仪器的视线高程H Hi i计算：计算：H Hi i=H=HA A+a+aH HB B=H=Hi i-b-b(2-3)(2-2 )式称高差

3、法式称高差法(2-3)式称仪高法式称仪高法第1页/共31页第二页，共31页。2.2 水准水准(shuzhn)仪和水仪和水准准(shuzhn)尺尺DS3DS3型水准仪，进行水准测量每千米往、返测高差精度可达型水准仪，进行水准测量每千米往、返测高差精度可达3mm(DS33mm(DS3型型).).其主要其主要(zhyo)(zhyo)由望远镜、水准器和基座三部分构成。由望远镜、水准器和基座三部分构成。2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造目镜及目镜对目镜及目镜对光螺旋光螺旋物镜对光物镜对光螺旋螺旋第2页/共31页第三页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺1

4、 1、望远镜、望远镜2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造望远镜主要望远镜主要(zhyo)(zhyo)由物镜、镜筒、调焦透镜、十字由物镜、镜筒、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等部件构成。丝分划板、目镜等部件构成。物镜光心与十字丝交点的连线物镜光心与十字丝交点的连线望远镜放大倍数望远镜放大倍数第3页/共31页第四页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺2 2、水准器、水准器2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造水准器是用来标志水准器是用来标志(biozh):(biozh):视准轴是否水平（管水准器）视准轴是否水平（管水准

5、器）或仪器竖轴是否铅垂或仪器竖轴是否铅垂（圆水准器）的装置。（圆水准器）的装置。管水准管水准(shuzhn)(shuzhn)器器( (水准水准(shuzhn)(shuzhn)管管)用用来指示视准轴是否水平来指示视准轴是否水平水准管圆弧中点水准管圆弧中点O O称为水准管零点。过零点与内壁圆弧称为水准管零点。过零点与内壁圆弧的直线的直线LLLL，称为水准管轴。，称为水准管轴。当水准管气泡中心与零点重合时，称气泡居中，此时当水准管气泡中心与零点重合时，称气泡居中，此时(c sh)(c sh)水准管轴处于水平位置；若气泡不居中，则水准管水准管轴处于水平位置；若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置。轴处于

6、倾斜位置。( (水准管轴平行视准轴）水准管轴平行视准轴）水准管零点水准管零点第4页/共31页第五页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺2 2、水准器、水准器2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造管 水 准管 水 准器器为了提高为了提高(t go)(t go)判别水准管气泡居中的准判别水准管气泡居中的准确度，在水准管上方设符合水准器确度，在水准管上方设符合水准器第5页/共31页第六页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺2 2、水准器、水准器2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造圆水准器圆水准器用来用来(y

7、n li)(yn li)指示圆水准器竖轴是指示圆水准器竖轴是否竖直否竖直 （圆水准器轴平行仪（圆水准器轴平行仪器竖轴）器竖轴）球面球面(qimin)中央圆圈，圆圈中央圆圈，圆圈的圆心称为水准器零点。过零点的的圆心称为水准器零点。过零点的球面球面(qimin)法线，称为圆水准轴法线，称为圆水准轴，当圆水准器气泡居中时，圆水准，当圆水准器气泡居中时，圆水准轴处于竖直位置。圆水准器分划值轴处于竖直位置。圆水准器分划值是指通过零点的任意一个纵断面上是指通过零点的任意一个纵断面上，气泡中心偏离，气泡中心偏离2mm的弧长所对圆的弧长所对圆心角的大小。心角的大小。DS3水准仪圆水准器分划值一水准仪圆水准器分

8、划值一般为般为810/2mm，故只用于仪器的，故只用于仪器的概略整平。概略整平。第6页/共31页第七页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺3 3、基座、基座(j zu)(j zu)2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造主要主要(zhyo)(zhyo)由轴座、脚螺旋和连接板构成。由轴座、脚螺旋和连接板构成。轴座轴座脚螺旋脚螺旋(luxu(luxun)n)连接板连接板第7页/共31页第八页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺1 1、水准、水准(shuzhn)(shuzhn)尺尺2.2.2 2.2.2 水准尺和尺垫水准尺和尺垫塔尺塔尺由两节或

9、三节套接而成，由两节或三节套接而成，长长3m3m或或5 5米，接头处存在误差，多用于精米，接头处存在误差，多用于精度较低的水准测量中。度较低的水准测量中。双面尺：尺长双面尺：尺长2m2m，一面为黑面划分，一面为黑面划分(hu fn)(hu fn)，黑白相间，尺底为零；另一，黑白相间，尺底为零；另一面为红面划分面为红面划分(hu fn)(hu fn)，红白相间，尺，红白相间，尺底为一常数（如底为一常数（如K1=4.687mK1=4.687m，K2=4.787mK2=4.787m）。普通水准测量用黑面读数，三、四）。普通水准测量用黑面读数，三、四等水准测量用黑、红面读数进行校核。等水准测量用黑、红

10、面读数进行校核。2 2、尺垫：目的是临时标志点位，并避、尺垫：目的是临时标志点位，并避免土壤下沉和立尺点位置免土壤下沉和立尺点位置(wi zhi)(wi zhi)变动而影变动而影响读数响读数第8页/共31页第九页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺1 1、安置、安置(nzh)(nzh)水准仪水准仪2.2.3 2.2.3 水准仪的使用水准仪的使用2 2、粗略整平、粗略整平目的使仪器目的使仪器(yq)(yq)竖轴大致铅直，视准轴竖轴大致铅直，视准轴粗略水平。粗略水平。视差视差(shch)(shch)产生原因产生原因及 消 除 视 差及 消 除 视 差(shch)(shch)的方法的方法

11、P163P1603 3、瞄准水准尺、瞄准水准尺1 1、安置、安置 2 2、粗平、粗平 3 3、瞄准、瞄准 4 4、精平、精平 5 5、读数、读数脚螺旋脚螺旋第9页/共31页第十页，共31页。2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺2.2.3 2.2.3 水准仪的使用水准仪的使用4 4、精确整平、精确整平使视准轴处于精确水平使视准轴处于精确水平(shupng)(shupng)位置位置符合水准器符合水准器5 5、读数、读数(dsh)(dsh)（m m）第10页/共31页第十一页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.1 2.3.1 水准点水准点用水准测量方法测定的高程控制点称为水准点用水准

12、测量方法测定的高程控制点称为水准点( (记为记为BM. BM. (Bench Mark)(Bench Mark)国家水准点分为一、二、三、四等，按规范规定埋设国家水准点分为一、二、三、四等，按规范规定埋设(mi (mi sh)sh)永久性标志。永久性标志。施工测量水准点常采用临时性标志。施工测量水准点常采用临时性标志。石料或混凝土石料或混凝土顶面设置半球状标志顶面设置半球状标志二、三等国二、三等国家水准点家水准点施工测量水准点施工测量水准点第11页/共31页第十二页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.2 2.3.2 水准测量的实施水准测量的实施图图2-15转点转点(Turing

13、 Point), 简写简写(jinxi)为为TP第12页/共31页第十三页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.2 2.3.2 水准测量的实施水准测量的实施每一测站每一测站(c zhn)可测得前、后视两点间的高差，即：可测得前、后视两点间的高差，即：h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn各式相加，得：各式相加，得： hAB=h=a-bB点高程点高程(gochng)为：为：HB=HA+h(2-5)hAB=h=a-bHB=HA+h第13页/共31页第十四页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.2 2.3.2 水准测量的实施水准测量的实施HB=HA+h第14

14、页/共31页第十五页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.3 2.3.3 水准测量检核水准测量检核1、测站、测站(c zhn)检核检核变动仪高法变动仪高法是在同一个测站上用两次不同的仪器高度是在同一个测站上用两次不同的仪器高度(10cm)，测得两次高差以相互比较进行，测得两次高差以相互比较进行(jnxng)检核。两次所测高差检核。两次所测高差之差不超过容许值之差不超过容许值(等外水准测量容许值为等外水准测量容许值为6mm)。否则必须重测。否则必须重测。双面尺法双面尺法:是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一

15、次读数的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数(dsh)，测得两次高差，测得两次高差，相互进行检核。若同一水准尺红面与黑面读数相互进行检核。若同一水准尺红面与黑面读数(dsh)(加常数后加常数后)之差，之差，不超过不超过3mm；且两次高差之差，又未超过；且两次高差之差，又未超过5mm,则取其平均值作为该测则取其平均值作为该测站的观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。站的观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。第15页/共31页第十六页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.3 2.3.3 水准测量检核水准测量检核2、成果、成果(chnggu)检核检核附合水准附合水准(shuzhn)

16、路线路线（详见后）（详见后）高差高差(o ch)闭合差闭合差 fh=h测测-(H终终-H始始)(2-6)fh=h测测-(H终终-H始始)闭合水准路线闭合水准路线高差闭合差高差闭合差 fh=h测测(2-7)fh=h测测支水准路线支水准路线高差闭合差高差闭合差 fh=h往往+h返返(2-8)fh=h往往+h返返高差闭合差是各种因素产生的测量误差高差闭合差是各种因素产生的测量误差第16页/共31页第十七页，共31页。2.3 水准测量方法水准测量方法2.3.3 2.3.3 水准测量检核水准测量检核2、成果、成果(chnggu)检核检核高差高差(o ch)闭合差是各种因素产生的测量误差，故闭合差的数闭合

17、差是各种因素产生的测量误差，故闭合差的数值应该在容许范围内，否则应检查原因，返工重测。值应该在容许范围内，否则应检查原因，返工重测。图根水准测量高差图根水准测量高差(o ch)闭合差容许值为：闭合差容许值为：平地平地山地山地 (2-9)( 12)( L40mmnfmmfhh容容四等四等水准测量高差闭合差容许值为：水准测量高差闭合差容许值为：平地平地山地山地 (2-10)( 6)( L02mmnfmmfhh容容式中：式中：L为水准路线总长为水准路线总长(km)；n为测站数为测站数 直接为测绘大比例尺地形图用的的控制点称为直接为测绘大比例尺地形图用的的控制点称为图根点图根点。 第17页/共31页第

18、十八页，共31页。2.4 水准测量成果计算水准测量成果计算2.4.1 2.4.1 附合水准路线测量成果计算附合水准路线测量成果计算高差闭合高差闭合(b h)差的计算差的计算由式由式(2-6)：fh=h测测-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及图根水准精度按山地及图根水准精度(jn d)计算闭合差容许差为：计算闭合差容许差为：fh容容=12n1/2=12241/2=58mm|fh|fh容容|，符合图根水准测量技术要求。，符合图根水准测量技术要求。 32.509第18页/共31页第十九页，共31页。2.4 水准测量成果计算水准测量成果计算

19、2.4.1 2.4.1 附合水准路线测量成果计算附合水准路线测量成果计算闭合差调整闭合差调整闭合差的调整是按与距离或与测站数成正比例反符号分配到闭合差的调整是按与距离或与测站数成正比例反符号分配到各测段高差各测段高差(o ch)中。第中。第i测段高差测段高差(o ch)改正数按下式计算：改正数按下式计算：式中：式中：n路线总测站数；路线总测站数；ni第第i段测站数；段测站数； L路线总长；路线总长；Di第第i段距离。段距离。例如例如(lr)：由式：由式(2-11)算出第一段算出第一段(A1)的改正数为：的改正数为：(2-11)infinvh或或(2-12)iLfiDvhmvi011. 0624

20、045. 0其他各测段改正数按式其他各测段改正数按式(2-11)算出后列入表算出后列入表2-2中。改正数的总和与高差闭中。改正数的总和与高差闭合差大小相等符号合差大小相等符号(fho)相反。每测段实测高差加相应的改正数便得到改正后相反。每测段实测高差加相应的改正数便得到改正后的高差。的高差。第19页/共31页第二十页，共31页。计算各点高程计算各点高程用改正后的高差，由已知水准点用改正后的高差，由已知水准点A开始开始(kish)，逐点算出各点高程，列，逐点算出各点高程，列入表入表2-2中。由计算得到的中。由计算得到的B点高程应与点高程应与B点的已知高程相等，以此作为计算检核。点的已知高程相等，

21、以此作为计算检核。2.4 水准测量成果计算水准测量成果计算2.4.1 2.4.1 附合水准路线测量成果计算附合水准路线测量成果计算 总测站总测站(c zhn)数数实测实测(sh c)高差高差高差闭合差高差闭合差闭合差容许闭合差容许根据测站数确定的根据测站数确定的高差改正数高差改正数实测高差加改正实测高差加改正数数A点已知高程点已知高程B点已知高程点已知高程42.365+改正后改正后高差高差第20页/共31页第二十一页，共31页。2.4 水准测量成果计算水准测量成果计算2.4.2 2.4.2 闭合水准路线测量成果计算闭合水准路线测量成果计算闭合水准路线高差闭合差按式闭合水准路线高差闭合差按式(2

22、-7)计算计算(j sun)，若闭合差在容，若闭合差在容许值范围内，按上述附合水准路线相同的方法调整闭合差，并计算许值范围内，按上述附合水准路线相同的方法调整闭合差，并计算(j sun)高程；否则应检查原因，返工重测。高程；否则应检查原因，返工重测。第21页/共31页第二十二页，共31页。2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正水准仪有以下主要轴线：视准轴、水准管轴、仪器水准仪有以下主要轴线：视准轴、水准管轴、仪器(yq)竖轴和圆水竖轴和圆水准器轴，以及十字丝横丝，见图准器轴，以及十字丝横丝，见图2-18。各轴线间应满足的几何各轴线间应满足的几何(j h)(j h)条件是条件是

23、: : 圆水准器圆水准器l l轴平行轴平行仪器竖轴；仪器竖轴；十字丝横丝垂直仪器竖轴；十字丝横丝垂直仪器竖轴；水准管轴平行视准轴。水准管轴平行视准轴。第22页/共31页第二十三页，共31页。2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.6.1 2.6.1 仪器误差仪器误差仪器校正仪器校正(jiozhng)后的残余误差后的残余误差水准仪经过校正后，不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条件，水准仪经过校正后，不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条件，因而使读数产生因而使读数产生(chnshng)误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观测时注意使前、

24、后视距离相等，便可消除或减弱此项误差的影响。测时注意使前、后视距离相等，便可消除或减弱此项误差的影响。水准水准(shuzhn)尺误差尺误差包括水准尺长度变化、刻划误差和零点误差等。包括水准尺长度变化、刻划误差和零点误差等。精密水准测量应对水准尺进行精密水准测量应对水准尺进行检定检定，并对读数进行，并对读数进行尺长误差改尺长误差改正正。零点误差零点误差在成对使用水准尺时，可采取设置在成对使用水准尺时，可采取设置偶数测站偶数测站的方法来消的方法来消除；也可在前、后视中除；也可在前、后视中使用同一根水准尺使用同一根水准尺来消除。来消除。第23页/共31页第二十四页，共31页。2.6 水准测量误差及其

25、消减方法水准测量误差及其消减方法2.6.2 2.6.2 观测误差观测误差水准管气泡水准管气泡(qpo)对中误差对中误差水准管气泡居中误差一般为水准管气泡居中误差一般为0.15。符合水准器气泡居中精度。符合水准器气泡居中精度(jn d)可提高一倍。由气泡居中误差引起的读数误差为：可提高一倍。由气泡居中误差引起的读数误差为：读数读数(dsh)误差误差估读毫米数的误差，与人眼分辨能力、望远估读毫米数的误差，与人眼分辨能力、望远镜放大率以及视线长度有关。按下式计算：镜放大率以及视线长度有关。按下式计算：式中：式中：V望远镜放大率；望远镜放大率；D视线长；视线长； 60人眼能分辨人眼能分辨的最小角度；的

26、最小角度；206265；水准管分划值。水准管分划值。(2-15)D215. 0m(2-16)Dvmv60为保证读数精度，各等水准测量对望远镜放大率和最大视线长有为保证读数精度，各等水准测量对望远镜放大率和最大视线长有相应规定。相应规定。第24页/共31页第二十五页，共31页。2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.6.2 2.6.2 观测误差观测误差视差影响视差影响视差对水准尺读数视差对水准尺读数(dsh)会产生较大误差。应仔细调焦，会产生较大误差。应仔细调焦，避免出现视差。避免出现视差。水准尺倾斜水准尺倾斜误差误差(wch)水准尺倾斜会使读数增大，其误水准尺倾斜会使读数增

27、大，其误差差(wch)大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。第25页/共31页第二十六页，共31页。2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.6.3 2.6.3 外界条件影响外界条件影响仪器仪器(yq)下沉下沉选择坚实的地面作测站选择坚实的地面作测站(c zhn)，并将脚架踏实。，并将脚架踏实。尺垫下沉尺垫下沉(xi chn)水平视线在尺上的水平视线在尺上的读数读数b，理论上应改算为，理论上应改算为相应水准面截于水准尺相应水准面截于水准尺的读数的读数b，两者的差值，两者的差值c称为地球曲率差。称为地球曲率差。测量中当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该影响。地球曲率的影响地球曲率的影响(2-17)RDc22第26页/共31页第二十七页，共31页。2.6 水准