土木工程测量（第3版）课件 第2章 水准测量

水准测量原理水准仪——水平视线，由水平视线截取标尺读数水准测量方向——A→BA尺——后视尺，

a——后视读数B尺——前视尺，

b——前视读数后视尺前视尺水准仪水准仪类型光学式（Opticallevel）

Tiltinglevel微倾式

Automaticlevel自动安平电子式（Electroniclevel）ElectronicLevelAutomaticLevelTiltingLevel水准仪精度系列

DS05DS1DS3DS10ComponentsofTiltingLevel1.Eyepiece(目镜)2.Objective(物镜)3.Focusingscrew(调焦螺旋)4.Clampscrew(制动螺旋)5.Tangentscrew(微动螺旋)(slowmotionscrew)6.Tiltingscrew(微倾螺旋)7.Footscrew(脚螺旋)8.Baseplate(基座)9.Levelvial(水准管)10.Circularbubble(圆水准器)11.Sight(瞄准器)1231046875911水准仪构件微倾式水准仪的结构DS3型微倾式水准仪主要由下列三个部分构成：望远镜：提供水平视线，读取水准尺上的读数。

水准器：指示仪器或视线是否处于水平位置。

基座：支承照准部，使其在水平方向转动。望远镜的内部构造十字丝分划板（Diaphragmpattern）

望远镜作用——照准竖立水准尺，读取水准尺读数组成——物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜倒像望远镜，正像望远镜视准轴CC——物镜中心与十字丝分划板中心连线中丝——读取视准轴CC与标尺交点的读数上下丝——读取水准仪到标尺的距离(视距)管水准器零点：顶部圆弧的中点。水准管轴：零点处的切线。观察窗分划值：2mm弧长对应的圆心角。S3的水准管分划值为20″。零点：顶部球面的中心。圆水准器轴：过零点处的法线。圆水准器的分划值：顶部球面上2mm弧长所对应的圆心角值。S3水准仪上圆水准器的分划值一般为8′（R=0.86m）。圆水准器水准尺和尺垫尺垫（Groundplate）02511.安置水准仪2.粗略整平调节脚螺旋，使圆水准器的气泡居中；3.瞄准

(1)目镜调焦：旋转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰。

(2)物镜调焦：旋转物镜调焦螺旋，使标尺清晰。

(3)检查和消除视差4.精确整平

(1)调节微倾螺旋，使水准管气泡居中。

(2)每次读数前需要重新精确整平。5.读数

(1)用十字丝中横丝读取读数，四位数：米、分米、厘米、毫米数。

(2)无论正像、倒像，读数原则：按由小往大的方向读数。微倾式水准仪的使用管水准气泡偏离中点较大，旋转微倾螺旋时从仪器侧窗观察管水准气泡的移动，使其大致居中再从管水准器观察窗口查看符合情况读数：无论正像、倒像，读数原则：按由小往大的方向读数m位，dm位——直读标尺数字或标记cm位——数格子，mm位——估读红黑面读数差4687或4787视差：观测时眼睛稍作上下移动，如果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有变化，则存在视差。原因：尺像没有落在十字丝平面上。消除视差的方法：先目镜调焦使十字丝清晰，然后一边物镜调焦一边仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，此时尺像与十字丝在同一平面上。视差水准点水准点：用水准测量获得的高程控制点分为等级点（永久性标志）和等外点（临时性标志）等级水准：一、二、三、四等、（五等）等外水准：图根水准（普通水准）

水准点之间进行水准测量所经过的路线附合水准路线（Linkroute）闭合水准路线（Looproute）水准支线（Openroute）水准网（Levellingnetwork）水准路线附合水准路线闭合水准路线支水准路线水准网测段：相邻水准点之间的一段线路，包括若干个测站。路线：若干个测段构成一条完整路线。水准测量的外业实施转点ZD1、ZD2：转点起传递高程的作用。当两点相距较远或高差太大时，连续设站观测AnExample:St.Pnt.#BSFSHeightDiff.HeightRemarks＋－ⅠAZ12.0731.5260.54750.118KnownHeightⅡZ1Z21.6241.4070.217ⅢZ2Z31.6781.3920.286ⅣZ3Z41.5951.4020.193ⅤZ4B0.9211.5030.58250.779Σ7.8917.2301.2430.582Check水准测量的测站检核测站检核——每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性(1)双仪高法两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度>10cm)测定相邻两点间的高差，图根水准测量两次高差之差≤5mm，否则应重测。(2)双面尺法读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数前、后视尺的黑面读数算出一个高差前、后视尺的红面读数算出另一个高差黑、红两面高差之差≤5mm，否则应重测①瞄准后视点水准尺黑面分划→精平→读数②瞄准后视点水准尺红面分划→精平→读数③瞄准前视点水准尺黑面分划→精平→读数④瞄准前视点水准尺红面分划→精平→读数上述观测顺序简称为“后—后—前—前”。水准测量成果检核水准路线的检核

1.

附合水准路线高程闭合差：高程闭合差的大小在一定程度上反映了测量成果的质量。

2.闭合水准路线高程闭合差：

3.支水准路线理论上有：闭合差容许值各等级的水准测量闭合差容许值参见规范普通水准测量的闭合差容许值为

水准测量成果计算（闭合差分配）

当实际高程闭合差小于容许值时，可将闭合差分配到各测段上进行改正。由于测量误差是按路线长度或测站数累积增加，故改正原则为：将闭合差反号，按长度或测站数的比例分配到各测段。

各测段高差改正数：或[例2-1]求待定点1，2，3点的高程按照图根水准测量的要求，沿BM－A和BM－B路线施测了一条附合水准路线。fh=Σhi－(HB－HA)=4.330－(49.579－45.286)=37mm

fh允=±40√L=±40√7.4=±109mmfh<fh允，可分配闭合差。水准仪的检验和校正

主要轴线之间应满足的几何条件是：

1.圆水准器轴应平行于仪器的竖轴；

2.十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴；

3.水准管轴应平行于视准轴。圆水准器轴平行于竖轴的检验与校正(1)检验：调节圆水准器气泡居中；将仪器旋转180°，观察气泡是否仍居中。(2)校正：仪器旋转180°后，气泡偏移量为二者夹角的两倍，用改针先松后紧地拨动校正螺旋，使气泡返回偏移量的一半。反复进行。十字丝横丝垂直于竖轴的检验与校正(1)检验：圆水准器调平后，将横丝一端对准远处一目标点，转动微动螺旋，观察横丝是否始终通过该点。(2)校正：旋下目镜前的十字丝分划板外罩，旋松固定螺丝，转动十字丝分划板。反复进行。水准管轴平行于视准轴的检验与校正(1)检验：①在较平坦的场地上选择60~100米的两点，竖立标尺。②在两尺等距离处安置仪器，测定两次高差，若较差小于3mm取均值为正确高差h（前、后视距相等时i角误差抵消）。③将仪器搬至任一点约3m处，再测两点间高差h'；比较h和h'是否相同。水准管轴平行于视准轴的检验与校正（续）(2)校正：①由于近尺距离短，i角误差对近尺读数影响微小可忽略（作为正确读数）。②由“中间法”测定的正确高差计算远尺正确读数。③转动微倾螺旋使中横丝对准远尺正确读数，此时水准管气泡不居中，用改针拨动水准管上、下两个校正螺丝，使气泡居中。（自动安平水准仪则上、下调十字丝分划板）2134十字丝环校正螺丝十字丝环校正螺丝水准测量误差分析一、仪器误差

(一)视准轴与水准管轴不平行的误差

(二)调焦误差

(三)水准尺误差二、观测误差

(一)水准管气泡居中误差

(二)估读误差

(三)水准尺倾斜误差水准测量误差分析（续）三、外界环境的影响

(一)仪器下沉和水准尺下沉的误差

1.仪器下沉的误差

2.水准尺下沉的误差

(二)地球曲率和大气折光的误差

1.地球曲率引起的误差

2.大气折光引起的误差

(三)气象条件的影响MSL(Geoid)LevellineHorizontallineabΔaΔbHAHBABhABFreelysuspendedplumbline(directionofgravity)Errorduetotheearthcurvature自动安平水准仪无管水准器、无微倾螺旋设视准轴水平时，水准尺的正确读数——a圆水准器粗平，视准轴相对水平面有微小倾斜角α无补偿器时，水准尺读数——a'有补偿器时，使进入十字丝分划板光线偏转α角正确读数光线经补偿器后通过十字丝分划板横丝任能读出视线水平时的正确读数——a天津欧波DS30自动安平水准仪精密水准仪和精密水准尺

精密水准仪——国家一、二等水准，精密工程测量。①望远镜放大倍数大，分辨率高DS1≥38×，DS05≥40×②管水准器分划值小τ"=10"/2mm，精平精度高③望远镜物镜有效孔径大，亮度好④望远镜外表材料为受温度变化小的铟瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响⑤平板玻璃测微器读数，读数误差小⑥配备铟瓦水准尺1.48655m蔡司Ni004倒像微倾式精密水准仪徕卡DNA03精密数字水准仪望远镜光路中增加分光镜和光电探测器条形码分划水准尺，图像处理电子系统光、机、电及信息存储处理一体化水准测量系统徕卡DNA03中文数字精密水准仪(2002年)DNA03主要技术指标磁性阻尼补偿器——安平视线补偿范围——±8'，补偿精度——±0.3"高差观测误差为0.3mm/km(用铟瓦水准尺)最小读数——0.01mm测距精度——1cm/20m，测距范围——1.8m~60m内存可存1650组测站数据或6000个测量数据6V镍氢电池供电一块满电GEB121电池可连续测量——12hDNA03的pdf格式说明书参见随书光盘文件。TrimbleDini12（蔡司）精密数字水准仪主要技术特点0.3mm/0.7mm/km静态30cm电子视场补偿精度±0.2"/±0.5"

放大倍率32×/26×字母与数字键盘水准路线平差功能。拓普康精密数字水准仪DL–111C精度：电子读数±0.3mm/km，光学读数±1mm/km测程：铟瓦尺：2m~60m，玻璃钢尺：2m~100m三、四等水准测量1、主要技术要求

等级每km高差全中误差（mm）路线长度（km）水准仪级别水准尺观测次数往返较差、附合或环线路线闭合差与已知点连测附合或环线路线平地（mm）山地（mm）三6≤50DS1、DSZ1线条式铟瓦、条码式铟瓦往返各一次往一次DS3、DSZ3条码式玻璃钢、双面往返各一次四10≤16DS3、DSZ3条码式玻璃钢、双面往返各一次往一次注：DSZ为电子水准仪，应匹配相应的条码水准尺，否则应降等级使用。

L为往返测量、附合或环线路线长度（km），n为测站数。三、四等水准测量电子水准仪观测的技术要求等级水准仪级别水准尺视线长度（m）前后视距差（m）前后视距累积差（m）视线离地面最低高度（m