水利工程测量水准测量讲义配图丰富

水利工程测量

第3章水准测量主讲教师：高飞3/14/20231合肥工业大学土木与水利学院测量工程系第3章水准测量

§3.1水准测量原理§3.2水准仪及其使用§3.3自动安平水准仪及数字水准仪§3.4水准测量方法§3.5微倾式水准仪的检验与校正§3.6水准测量的误差分析及注意事项

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2合肥工业大学第3章水准测量测量三项基本工作之一：高程测量高程测量：测量地面上各点高程的工作高程测量有下列几种方法：

1.几何水准测量——是高程测量最主要的方法

2.三角高程测量3.物理高程测量包括:气压高程测量、液体静力水准测量

4.GPS高程测量3/14/2023

3合肥工业大学主要内容：

水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测量的施测方法、仪器的检验与校正。主要目的：

使学生了解水准测量原理、测量工具，掌握地面点位高程测量过程，从而精确求出地面点高程。重点内容：

水准测量原理、施测方法、成果计算。第3章水准测量3/14/2023

4合肥工业大学

§

3.1水准测量原理

原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。

1.高差法:hAB=后视读数—前视读数，即：待定点B点的高程：2.仪高法(视线高法):3/14/2023

5合肥工业大学§

3.2水准仪及其使用

水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度划分为四个等级：精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10

D—大地测量；S—水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。水准仪按其构造可分为四种：微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：

DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）3/14/2023

6合肥工业大学一、DS3微倾式水准仪及其使用DS3微倾式水准仪的构造作用：为测量高差提供一条水平视线组成：望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座

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7合肥工业大学(1)望远镜

由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成C

C视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线视准轴在测量时必须保持水平，也就是水平视线！3/14/2023

8合肥工业大学（2）水准器

水准器分为圆水准器和管水准器两种。

管水准器—用来指示视准轴是否水平0点2mm管水准器又称为长水准管水准管分划值：是水准管表面2mm圆弧所对应的圆心角水准管轴LL：过水准管零点所作圆弧面的纵切线3/14/2023

9合肥工业大学

2mm圆水准器—用来指示仪器竖轴是否竖直

圆水准器分划值：是圆水准器表面2mm圆弧所对应的圆心角DS3水准仪水准器分划值通常为：长水准管圆水准器圆水准器轴：过圆水准器零点所作圆球面的法线3/14/2023

10合肥工业大学DS3水准仪

常采用用符合水准管系系统——目的是提高水准准管气泡居中的的精度

符合气泡符合尚未符合符合气泡符合，，水准管轴与视线水平。微倾螺旋3/7/202311合肥工业大学（3）基座基座通过连接螺旋与与三脚架相连基座用于支承水水准仪上部，水水准仪旋转轴插插入基座轴套可可自由旋转基座上的三个脚脚螺旋用于调节节圆水准气泡仪器竖轴VV：就是水准仪的旋旋转轴望远镜水准器基座三脚架VV3/7/202312合肥工业大学CCLLVVL'L'水准仪的主要构造特点水准仪的主要轴轴线：①视准轴CC②水准管轴LL③圆水准器轴④仪器竖轴VV必须满足的几何何条件：①∥∥VV②十字丝横丝⊥VV③LL∥CC3/7/202313合肥工业大学2.水准尺和尺垫（1）水准尺有单面尺、双面尺尺、塔尺三种

（2）标准水准尺为为一对双面尺，，其其中中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺红面4.687~7.687m,B尺红面4.787~7.787m。

（3）尺垫半球形顶部部用来竖立水准准尺，并标志转点位置。3/7/202314合肥工业大学学3.水准仪的使用用为测定A、B两点的高差，，首先将水准准仪安置在A、B两点之间，然然后按以下四个步骤进行操作：（1）粗平（粗略略整平）——目的是使仪器器竖轴铅直调节三个脚螺螺旋使圆水准器气气泡居中，气泡移动的的方向始终与与左手大拇指指的运动方向向一致。3/7/202315合肥工业大学学（2）瞄准（瞄准准水准尺）首先转动目镜镜调焦螺旋使十字丝清晰晰，转动望远镜镜瞄准水准尺尺，再转动物物镜调焦螺旋旋使目标清晰。注意消除视差！什什么是视差？？产生的原因因？如何消除除？3/7/202316合肥工业大学学（3）精平（精确确整平）在每次读数之之前，都应注视符合水准气泡泡观测窗，转转动微倾螺旋使水准管气泡泡居中，即符符合水准器的的两端气泡影像像对齐，只有当气泡泡已经稳定不不动而又居中中的时候，水准管轴水平平，视准轴亦亦水平，即提提供了一条水水平视线。微倾螺旋3/7/202317合肥工业大学学（4）读数（精确确整平）仪器精确整平平后，即可用用十字丝横丝（即中丝）在在水准尺上读读数。读读数按按由小到大的的方向，读出出米、分米、、厘米、并仔仔细估读毫米数。读读数记录录一般均不加加小数点，读记四位数，以毫米为单位位。黑面读数a=1274（mm）红面读数b=5958（mm）3/7/202318合肥工业大学学3/7/202319合肥工业大学学精密水准仪（（DS05、DS1）主要用于国家家一、二等水水准测量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工工程测量中；；例如建构筑物物的沉降观测测，大型桥梁梁工程的施工工测量和大型型精密设备安安装的水平基基准测量等。。二、精密密水准仪和精精密水准尺§3.2水水准仪及其使使用3/7/202320合肥工业大学1.精密水准仪的特点点1)望远镜的放大倍数数大，分辨率高，，如规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2)管水准器分划值为为10″/2mm，精平精度高；3)望远镜的物镜有效效孔径大，亮度好好；4)望远镜外表材料一一般采用受温度变变化小的因瓦合金金钢，以减小环境境温度变化的影响响；5)采用平板玻璃测微微器读数，读数误误差小；6)配备精密水准尺。。3/7/202321合肥工业大学2.精密水准准尺(因瓦水准尺尺)精密水准尺：是在在木质尺身的凹槽槽内，引张一根因因瓦合金钢带，其其中零点端固定在在尺身上，另一端端用弹簧以一定的的拉力将其引张在在尺身上，以使因因瓦合金钢带不受受尺身伸缩变形的的影响。长度分划在因瓦合合金钢带上，数字字注记在木质尺身身上，精密水准尺尺的分划值分为基基辅分划（10mm）和奇偶分划（5mm）两种。基辅分划差为：3.01550m3/7/202322合肥工业业大学3.N3精密水准准仪及其其读数原原理下图就是是新N3微倾式精精密水准准仪，其其每km往返测高高差中数数的中误误差为±±0.3mm。为了提高高读数精精度，精精密水准准仪上设设有平行行玻璃板板测微器器。3/7/202323合肥工业业大学测微尺的的读数通通过光路路成像在在测微尺尺读数窗窗内。3/7/202324合肥工业业大学旋转N3的平行玻玻璃板可可以产生生的最大大视线平平移量为为10mm，它对应测测微尺上上的100个分分格。测测微尺尺上1个个分格等等于0.1mm，如在测微微尺上估估读到0.1分分格，则则可以估估读到0.01mm。将标尺上上的读数数加上测测微尺上上的读数数就等于于标尺的的实际读读数。如如下图的的读数为为148+0.655=148.655cm=1.48655m。测微尺的的读数3/7/202325合肥工业业大学自动安平平水准仪仪不需要要水准管管和微倾倾螺旋，，只有一一个圆水水准器，，安置仪仪器时，，只要使使圆水准准器的气气泡居中中后，借借助一种种“补偿器”的特别别装置，，使视线线自动处处于水平平状态。。自动安平平水准仪仪正面§3.3自自动动安平水水准仪及数字水水准仪一、自动动安平水水准仪3/7/202326合肥工业业大学自动安平平水准仪仪反面自动安平平水准仪仪后面自动安平平水准仪仪反面自动安平平水准仪仪正面3/7/202327合肥工业业大学自动安平平水准仪仪安平的工工作原理理3/7/202328合肥工业业大学二、数字字水准仪仪望远镜基座—脚螺旋自动安平补偿器电子水准仪调焦螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水水准仪））3/7/202329合肥工业业大学二、数字字水准仪仪3/7/202330合肥工工业大大学下图为为采用用相关关法的的徕卡卡NA3003数字水水准仪仪的机机械光光学结结构图图3/7/202331合肥工工业大大学§3.4水准测测量方方法一、水水准测测量的的外业业实施施1.水准点点——事先埋埋设标标志在在地面面上，，用水水准测测量方方法建建立的的高程程控制制点(BenchMark),常以BM表示。。水准点点分为为永久久性和和临时时性两两种，，其顶顶部通通常为为凸起起的半半球面面,用于放放置水水准尺尺。3/7/202332合肥工工业大大学2.待定点点高程程的测测量和和计算算检核核已知HA，求高程程HB，中间临临时放放置标标尺的的过度度点1，2….称为转点,起高程程传递递作用用,常用TP表示，，实测测时转转点上上应使使用尺垫。3/7/202333合肥工工业大大学每测站站高差差：各测站站高差差之和和：待定点点B点高程程：施测方方法（动画）2.待定点点高程程的测测量和和计算算检核核3/7/202334合肥工工业大大学普通水水准测测量记记录表表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358––3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–HA=51.491–50.000=1.491HB–HA=∑h=∑a–∑b(计算无无误)计算检检核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前视+后视视备注注高程程（m）高差差标尺读读数（（m）测点0.7183/7/202335合肥工业大大学3.测站检核为保证每一测测站的高差差正确，或或在误差允允许范围之之内，必须须进行测站站检核。测站检核有有双仪高法和双面尺法（1）双面尺法：黑面读数高高差：红面读数高高差：红黑面高差差之差：最后高差中中数：（2）双仪高法：改变仪器高高度10cm以上，测出出两次高差差，进行检检核。3/7/202336合肥工业大大学双面尺法水水准测量观观测记录表表3/7/202337合肥工业大大学双仪高法水水准测量观观测记录表表3/7/202338合肥工业大大学二、水准路路线测量的的成果检核核1.闭合水准路路线从某已知点点BMA出发,经待定点1,2,3,4;再回到A点。高差理论值值：⊗高差闭合差差：2.附合水准路路线从已知点BMA出发到另一一已知点B,高差理论值值：高差闭合差差：AB2h1h313/7/202339合肥工业大大学二、水准路路线测量的的成果检核核3.结点水水准网（1）独独立水准网网⊗（2）单结结点附合水水准网4.支水准准路线从已知点BMA出发到待定定点B⊗⊗⊗3/7/202340合肥工业大大学三、水准测测量的内业业计算按一定的原原则将计算算出的水准准线路高差差闭合差进进行分配，，确保各测测段（或各各测站）高高差经改正正后严格满满足检核条条件。等外水准测测量高差闭合差差容许误差差：山地：平地：国家四等水水准测量高差闭合差差容许误差差：山地：平地：3/7/202341合肥工工业大大学水准测测量的的内业业计算算步骤骤（附合合、闭闭合水水准路路线））h21）计计算闭闭合差差2）判判断闭闭合差差是否否超限限3）计计算各各测段段观测测高差差的改改正数数5）计计算各各测段段的改改正后后的高高差6）计计算各各点的的高程程值4）检检查闭闭合差差是否否分配配完AB2附合水准路线h1h313/7/202342合肥工工业大大学例：附附合水准测测量内内业计计算1.33/7/202343合肥工工业大大学普通水水准测测量记记录计计算表表-0.016-0.014-0.119B56.9020964575415636348Bfh=∑h=––0.016m=––16mm检核BMA55.35207725560BMAE55.2432024671208765566ED56.3322100688609325720DC57.0791387607613506035CHA=55.352m55.35225127200BMA平均高高差高差前视后视视备注注高程程（m）高差差标尺读读数（（m）测点Σ7.23330.8697.24730.988+1.548+1.446+0.176+0.272-0.750-0.851-1.092-0.992+0.104+0.006+3+1.547+3+0.174+3-0.750+3-1.092+4