水准测量与高程测设

1、单元导入单元导入 在日常生活中和工作在日常生活中和工作中，我们经常需要解中，我们经常需要解决这样的问题：某处决这样的问题：某处（点）比某处（点）（点）比某处（点）高多少或低多少？某高多少或低多少？某处（点）有多高？根处（点）有多高？根据设计高程在施工中据设计高程在施工中做出各种高程标志以做出各种高程标志以指导施工等。指导施工等。 这些问题都需要使这些问题都需要使用一定的仪器和工用一定的仪器和工具，采用一定的方具，采用一定的方法和程序，按照一法和程序，按照一定的要求来解决，定的要求来解决，这就是高程测量与这就是高程测量与测设的基本技能。测设的基本技能。 高程是确定地面点位的三个量之一。高程测量是

2、测量的三项基本工作之一，高程是确定地面点位的三个量之一。高程测量是测量的三项基本工作之一，相应的在地面上测设已知高程点的工作是测设的三项基本工作之一。高程测相应的在地面上测设已知高程点的工作是测设的三项基本工作之一。高程测量与测设广泛应用于地面点的高程测量、施工场地高程控制点的引测和施工量与测设广泛应用于地面点的高程测量、施工场地高程控制点的引测和施工过程中已知高程点的测设等工作。过程中已知高程点的测设等工作。技能点技能点1 水准测量仪器及工具的使用水准测量仪器及工具的使用一、高程测量概念（一、高程测量概念（Height Measurement） 根据已知点高程，测定该点与未知点的根据已知点高

3、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。高差，然后计算出未知点的高程的方法。水准测量水准测量(leveling)三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling)气压高程测量气压高程测量(air pressure leveling) GPS测量。测量。(GPS leveling)二、二、 水准测量原理水准测量原理 利用水准仪提供的利用水准仪提供的“水平视线水平视线”，测量两点，测量两点间高差，从而由已知点高间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。程推算出未知点高程。HA水平视线前视尺前进方向后视尺大地水准面hABaHiHBbBAbHaHHBAiABAB

4、hHH1. A、B两点间高差两点间高差2. B点的高程点的高程bahABA后视点后视点 a后视读数后视读数B前视点前视点 b前视读数前视读数3.视线高程视线高程 经验提示：经验提示：1. 高差具有正负性。高差具有正负性。 2. 后视、前视是本课程的重要概念，一定要分清两个概念与前进方向的区别。后视、前视是本课程的重要概念，一定要分清两个概念与前进方向的区别。 三、三、 水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具水准测量仪器水准测量仪器水准仪水准仪(level)1） 望远镜望远镜(telescope)物镜、目镜、十字丝（上、中、下丝）物镜、目镜、十字丝（上、中、下丝）2）水准器）水准器(bubble)

5、 圆水准器圆水准器(circular bubble) ：用于整平。：用于整平。 水准管水准管(bubble tube) ： 用于精平。用于精平。 特性：气泡始终向高处移动。特性：气泡始终向高处移动。3） 基座基座(tribrach)经验提示经验提示水准仪除了上述三个主要部分外，还装水准仪除了上述三个主要部分外，还装有一套制动和微动螺旋。瞄准目标时，只有一套制动和微动螺旋。瞄准目标时，只要拧紧制动螺旋，望远镜就不能转动。此要拧紧制动螺旋，望远镜就不能转动。此时，放转微动螺旋可使望远镜在水平方向时，放转微动螺旋可使望远镜在水平方向作微小的转动，以利于精确瞄难日标。当作微小的转动，以利于精确瞄难日标

6、。当松开制动螺旋时，微动螺旋也就失去了作松开制动螺旋时，微动螺旋也就失去了作用。用。 水准测量工具水准测量工具水准尺水准尺(leveling staff) 、尺垫、尺垫(staff plate)水准尺：主要有单面尺、双面尺和塔尺。水准尺：主要有单面尺、双面尺和塔尺。尺垫：尺垫： 放在转点上，以防水准尺下沉。放在转点上，以防水准尺下沉。（详见后页）（详见后页） 水准仪按其精度可分为水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DS3型等。工程测量广泛使用型等。工程测量广泛使用DS3级水准仪。级水准仪。DS3型微倾式水准仪构造型微倾式水准仪构造望远镜望远镜微动螺旋微动螺旋微倾螺旋微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜调

7、焦螺旋制动螺旋制动螺旋脚螺旋脚螺旋目镜目镜物镜物镜水准器水准器基座基座技能点技能点2 2 水准仪的操作步骤水准仪的操作步骤操作程序：安置仪器操作程序：安置仪器粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数（一）安置仪器（一）安置仪器（二）粗平（二）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。 方法：对向转动脚螺旋方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至使气泡移至1、2方向中间方向中间转动脚螺旋转动脚螺旋3， 使气泡居中。使气泡居中。 a a123b b312c c312规律：规律： 气泡移动方向与气泡移动方向与左手大拇指左手大拇指运动的方向一致。运动的方向一致。技能点技能点2 2 水准仪的

8、操作步骤水准仪的操作步骤操作程序：安置仪器操作程序：安置仪器粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数（三）瞄准（三）瞄准1 1方法：方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2 2视差：视差：概念：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。眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。（四）精平（四）精平1. 1. 方法：方法：2. 2. 说明：说明： 微倾螺旋微倾螺旋技能点技能点2 水准仪

9、的操作步骤水准仪的操作步骤操作程序：安置仪器操作程序：安置仪器粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数（五）读数（五）读数 精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1 1方法：方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2 2规律：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。读；若成正像，即从下往上读。 6.2526.2521.4771.4770.7220.722 bc a读数实例读数实例 经验

10、提示：读数是水经验提示：读数是水准仪操作的难点，学生准仪操作的难点，学生要加强练习。要加强练习。技能点技能点3 3 地面两点的高差测量地面两点的高差测量当A、B两点间距离较远或高差较大时，必须设置多个测站才能测定出高差hAB。 bahhhhhniinAB121.图中的立尺点TP1、TP2称为转点，是水准测量过程中临时选定的，在确定B点的高程过程中，转点起到传递高程的作用。baHhHHAABAB 经验提示：强调转点的经验提示：强调转点的作用作用传递高程。传递高程。技能点技能点4 4 自动安平水准仪与电子水准仪的使用自动安平水准仪与电子水准仪的使用 一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪(compe

11、nsator level)1. 1. 原理原理2. 2. 使用使用3. 3. 检校检校二、精密水准仪二、精密水准仪(precise level)1. 1. 精密水准仪精密水准仪提供精确的水平视线和精确读数；提供精确的水平视线和精确读数；2. 2. 精密水准尺精密水准尺刻度精确刻度精确(铟瓦尺铟瓦尺invar leveling staff)。技能点技能点4 4 自动安平水准仪与电子水准仪的使用自动安平水准仪与电子水准仪的使用 二、精密水准仪二、精密水准仪(precise level)技能点技能点4 4 自动安平水准仪与电子水准仪的使用自动安平水准仪与电子水准仪的使用 二、精密水准仪二、精密水准仪

12、(precise level)3.3.读数方法读数方法 1.48655m三、数字水准仪三、数字水准仪(digital level)及条纹码水准尺及条纹码水准尺(coding level staff)优点优点: 具有自动安平、显示读数和视距功能。具有自动安平、显示读数和视距功能。 与计算机数据通讯，避免人为观测误差。与计算机数据通讯，避免人为观测误差。技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 一、水准点一、水准点(Bench Mark) 通过水准测量方法获得其高程的通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用高程控制点，称为水准点，一般用BM表示。有永久性和临时

13、性两种。表示。有永久性和临时性两种。永久性水准点（单位：永久性水准点（单位：cmcm） 墙上水准点（单位：墙上水准点（单位：cmcm） 临时水准点临时水准点技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能

14、点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 技能点技能点1 1 水准点与水准路线测量水准点与水准路线测量 二、水准路线二、水准路线(leveling line)由已知点由已知点BM1已知点已知点BM1由已知点由已知点BM1已知点已知点BM23.3.支水准路线支水准路线 1 12 2 BM1BM1 1.1.闭合水准路线闭合水准路线2.2.附合水准路线附合水准路线1 12 23 3由已知点由已知点BM1某一

15、待定水准点某一待定水准点2123 4BM1BM1BM2技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 一、水准测量的施测一、水准测量的施测 两次仪器高法：高差之差两次仪器高法：高差之差h-h5mm技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 一、水准测量的施测（外业观测）一、水准测量的施测（外业观测）技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 一、水准测量的施测（记录手簿）一、水准测量的施测（记录手簿）技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 测站测站测点测点水准尺读数水准尺读数/m高差高差/m高程高程/m备注

16、备注后视后视(a)前视（前视（b）+-IBMATP11. 4671.1240.34327.354IITP1TP21.3851.6740.289IIITP2TP31.8690.9430.926IVTP3TP41.4251.2120.213VTP4BMB1.3671.7320.36528.1827.5136.6851.4820.654计算校核计算校核a-b=7.513-6.685=+0.828h=1.482-0.654=+0.828HB-HA=28.182-27.354=+828 经验提示：强调测量记录的基本要求：经验提示：强调测量记录的基本要求：记录者记录者“回诵回诵”数据，原始数据修改方法数据

17、，原始数据修改方法等，让学生养成科学、严谨的记录习惯。等，让学生养成科学、严谨的记录习惯。技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 一、水准测量的施测（简化格式）一、水准测量的施测（简化格式）测点测点水准尺读数水准尺读数/m高差高差/m高程高程/m备注备注后视后视(a)前视（前视（b）+-BMA1. 4670.34327.354TP11.3851.1240.289TP21.8691.6740.926TP31.4250.9430.213TP41.3671.2120.36528.182BMB1.7327.5136.6851.4820.654计算校核计算校核a-b=7.513

18、-6.685=+0.828h=1.482-0.654=+0.828HB-HA=28.182-27.354=+828技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 二、注意事项二、注意事项技能点技能点2 2 水准测量施测方法与记录水准测量施测方法与记录 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 一、测站校核一、测站校核 两次仪器高法：高差之差两次仪器高法：高差之差h-

19、h5mm二、水准路线校核二、水准路线校核公式：公式：故对于闭合水准路线，有：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于支水准路线，有：对于支水准路线，有：理测hhfh技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 公式：公式：故对于闭合水准路线，有：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于支水准路线，有：对于支水准路线，有：技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 二、水准路线校核二、水准路线校核公式：公式：故对于闭合水准路线，有：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于支水

20、准路线，有：对于支水准路线，有：技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 经验提示：经验提示：计算检核只代表计算是否正确，与测量是否正确无关。计算检核只代表计算是否正确，与测量是否正确无关。“闭合差闭合差”是课程的重要概念，应突出是课程的重要概念，应突出 “观测值与真实值之差观测值与真实值之差”的的核心含义。核心含义。二、水准路线校核二、水准路线校核对于普通水准路线：对于普通水准路线： 适用于平原区适用于平原区 适用于山区适用于山区 。技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量

21、成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 mhfh026. 0测mmfh481612容点号点号测站数测站数实测高差实测高差h/m改正数改正数V/mm改正后高差改正后高差h/m高程高程H/mBM126.2623+0.255-5+0.250126.5123-1.632-5-1.637224.8754+1.823-6+1.817326.6921+0.302-2+0.300426.9925-0.722-8-0.730BM126.262总和总和16+0.026-260辅助计算辅助计算mhfh026. 0测mmfh481612容技能点技能点3 3 水准测量成果

22、的计算水准测量成果的计算 mmHHhfABh43)(mmfh800.440容点号点号距离距离L/km实测高差实测高差h/m改正数改正数V/m改正后高差改正后高差h/m高程高程H/mA10.7231.2+2.432-0.013+2.419113.1421.0+1.987-0.011+1.976215.1180.8-1.503-0.008-1.511313.7301.0-1.866-0.011-1.877B11.7304.0+1.050-0.043+1.007(+1.007)辅助辅助计算计算技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果

23、的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 技能点技能点3 3 水准测量成果的计算水准测量成果的计算 高差闭合差：高差闭合差： =+2.418+（- 2.436）= - 0.0189m 返往hhfh闭合差容许值：闭合差容许值： = 27mm 512n12容hf取往测和返测高差绝对值的平均

24、值作为取往测和返测高差绝对值的平均值作为A、1两点间的高差，其符号与往测符两点间的高差，其符号与往测符号相同。即号相同。即 = =+2.427m A1h2436. 2418. 21点的高程点的高程 A1A1hHH12.653+2.427=15.080m 技能点技能点1 1 水准仪的轴线及其相互间的几何关系水准仪的轴线及其相互间的几何关系 CCLLVVLL技能点技能点1 1 水准仪的轴线及其相互间的几何关系水准仪的轴线及其相互间的几何关系 技能点技能点1 1 水准仪的轴线及其相互间的几何关系水准仪的轴线及其相互间的几何关系 技能点技能点2 2 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正（一）圆水准器的

25、检验与校正（一）圆水准器的检验与校正1. 检验：检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180，看气泡是否居中。，看气泡是否居中。2. 校正：校正：用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半, 再用三个再用三个“校正螺旋校正螺旋”，使，使气气 泡居中。泡居中。 （二）十字丝横丝的检验与校正（二）十字丝横丝的检验与校正1. 检验：检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看，转动微动螺旋，看P点是点是 否沿着横丝移动。否沿着横丝移动。2. 校正：校正：旋下目镜处十字丝环外罩，旋下目镜处十字丝环外罩， 转

26、动左右转动左右2个个“校正螺丝校正螺丝”。技能点技能点2 2 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正（三）水准管轴（三）水准管轴视准轴（视准轴（i角）的检校角）的检校1. 检验：检验：（1）平坦地上选）平坦地上选A、B两点，约两点，约50m。（2）在中点）在中点C架仪，读取架仪，读取a1、b1 ，得，得h1=a1-b1 。（3）在距）在距B点约点约23m处架仪，读取处架仪，读取a2、b2，得，得h2=a2-b2 。 若若h2h1 ,则水准管轴不平行视准轴。则水准管轴不平行视准轴。（4）按下式，可计算出）按下式，可计算出i角：角：l 对对S3水准仪，水准仪， |h2-h1|大于大于5mm，即，即|

27、 i | 20，需校正。，需校正。2. 校正校正方法有二种：方法有二种：212212技能点技能点1 1 施工场地水准点位置的确定与高程测量施工场地水准点位置的确定与高程测量 技能点技能点1 1 施工场地水准点位置的确定与高程测量施工场地水准点位置的确定与高程测量 一、水准点的设立一、水准点的设立u建筑场地较大时，一般将高程控制网分两级布设，可分为：建筑场地较大时，一般将高程控制网分两级布设，可分为： 首级网和加密网。首级网和加密网。u其相应水准点为基本水准点和施工水准点。其相应水准点为基本水准点和施工水准点。 基本水准点基本水准点: : 一般建筑场地埋设一般建筑场地埋设2323个，按三、四等水

28、准测量要求，将其布设个，按三、四等水准测量要求，将其布设成闭合水准路线，其位置应设在不受施工影响之处。成闭合水准路线，其位置应设在不受施工影响之处。 施工水准点施工水准点: : 靠近建筑物，可用来直接测设建筑物的高程。通常设在建筑方靠近建筑物，可用来直接测设建筑物的高程。通常设在建筑方格网格网(施工控制网的一种施工控制网的一种)桩点上。桩点上。u首级网一般采用三、四等水准测量方法首级网一般采用三、四等水准测量方法 。二、水准点的高程测量二、水准点的高程测量u水准点的高程测量采用附合水准线路的测量方法进行。水准点的高程测量采用附合水准线路的测量方法进行。技能点技能点2 2 已知高程的测设及建筑物

29、已知高程的测设及建筑物0 0的测设的测设 方法：方法：（2）上、下移动水准尺，使前视读数）上、下移动水准尺，使前视读数b应应=Hi-H设设，并沿尺底画线，得，并沿尺底画线，得A点。点。 经验提示：高程的测设在工地上叫经验提示：高程的测设在工地上叫 “抄平抄平”。技能点技能点3 3 基础施工中基槽（坑）的抄平测量基础施工中基槽（坑）的抄平测量 技能点技能点3 3 基础施工中基槽（坑）的抄平测量基础施工中基槽（坑）的抄平测量 待测设高差大，用钢尺代替水准尺。待测设高差大，用钢尺代替水准尺。A AB B钢钢尺尺 H HA A H HB B h hABABb b1 1a a1 1b b2 2a a2 2 HB=HA+a1-|b1-a2|-b2注注: :此法也可向高处传递高程。此法也可向高处传递高程。技能点技能点4 4 坡度线的测设坡度线的测设 1. 水平视线法水平视线法2. 倾斜视线法倾斜视线法一、DS3型水准仪的认识与使用本单元着重介绍了高程测量与测设的基本工作，学习本单元，主要掌握以下知识点。1.水准测量的原理水准测量