水准测量培训课件

水准测量培训课件第一章水准测量概述水准测量的定义与目的水准测量是利用水准仪提供的水平视线,测定地面两点之间高差的测量方法。其主要目的是确定地面点的高程,为工程建设、地形测绘和科学研究提供精确的高程数据。工程中的重要性高程测量是工程测量的基础工作之一,广泛应用于建筑施工、道路桥梁、水利工程、矿山测量等领域。准确的高程数据直接影响工程质量和施工安全。国家水准网与基准水准测量的基本原理水准测量的基本原理是利用水准仪提供的一条水平视线,分别瞄准竖立在两点上的水准尺,读取尺上读数,从而测定两点间的高差。通过已知点的高程和测得的高差,可以推算出未知点的高程。高差计算公式其中:h为A、B两点的高差,a为后视读数,b为前视读数高程计算公式水准仪的构造与功能望远镜系统望远镜是水准仪的核心部件,用于瞄准水准尺并读取读数。包括物镜、调焦透镜、十字丝分划板和目镜。现代水准仪多配备自动安平补偿器,可自动保持视线水平。水准器装置圆水准器用于仪器的粗略整平,使仪器基本处于水平状态。管水准器(或自动安平补偿器)用于精确整平,确保视线严格水平。两者配合使用,保证测量精度。基座与支架水准尺的类型与使用水准尺的分类水准尺是水准测量中的重要工具,主要分为塔尺和折尺两种类型。我国常用的是双面水准尺,一面为黑色分划(黑面),另一面为红色分划(红面)。黑面与红面的区别黑面尺:底部零点起算,刻划为黑色,用于主要读数红面尺:底部从4.687m或4.787m起算,刻划为红色,用于检核读数两面读数之差应为常数,用于检查读数错误维护与校验定期检查尺身是否弯曲变形,刻划是否清晰完整。使用前应检查尺底与零点的关系,避免尺垫沉陷造成的误差。存放时应平放或竖直悬挂,避免受潮和日晒。读数注意事项读数时视线应平视十字丝中丝读数应估读到毫米位记录时应立即复核,防止错记、漏记注意区分黑面红面读数第二章水准测量的准备工作01水准点的选择与分类水准点是具有已知高程的地面控制点。永久性水准点采用混凝土标石埋设,用于长期保存;临时水准点可用木桩、岩石等标记,用于短期工程。选点时应选择稳定、便于保存和寻找的位置。02水准路线规划根据测量目的和精度要求,合理规划水准路线。路线应尽量沿平坦地段布设,避免通过松软、易沉陷地区。路线形式包括闭合路线、附合路线和支线,需根据实际情况选择。03标志设置与保护按照《中华人民共和国测量标志保护条例》要求,设置永久性水准点标志,并建立标志档案。标志周围应设置保护设施,标明标志类型和保护要求,禁止破坏和移动测量标志。水准路线的等级与布设国家水准网按精度分为四个等级,各等级水准测量具有不同的技术要求和应用范围。合理选择水准等级对保证测量精度和提高工作效率至关重要。1一等水准精度最高,作为国家高程控制的基础。平均每公里往返测高差中误差≤±1.0mm,主要沿铁路、公路干线布设,构成国家水准网的骨架,全国总长度约3万公里。2二等水准加密一等网,平均每公里往返测高差中误差≤±2.0mm。沿铁路、公路及主要河流布设,形成国家二等水准网,为大地测量和工程测量提供控制基础。3三等水准进一步加密控制网,平均每公里往返测高差中误差≤±6.0mm。主要用于城市测量控制和一般工程测量,满足大多数工程建设的精度要求。4四等水准基本控制测量,平均每公里往返测高差中误差≤±10.0mm。广泛应用于地形测图、工程施工测量等,是使用最为普遍的水准等级。仪器检验与现场准备仪器检校流程水准测量前必须对仪器进行全面检验,确保仪器处于良好工作状态。检校工作包括仪器和水准尺两个方面。水准仪的检验项目圆水准器的检验与校正十字丝横丝水平的检验水准管轴平行于视准轴的检验(i角检验)自动安平补偿器的检验现场安装要点三脚架应踩实,架头基本水平。仪器安装后先用圆水准器粗平,再用管水准器或自动安平精平。观测过程中应经常检查仪器整平状态,防止因地面沉陷导致仪器倾斜。环境影响因素观测时应注意气象条件:避免在大风、暴雨、大雾天气进行测量;炎热天气应避开中午时段,减少大气折光影响;寒冷天气注意仪器保温,防止光学部件结露影响观测。第三章水准测量操作流程粗平通过调节三个脚螺旋,使圆水准气泡居中,使仪器竖轴大致竖直,望远镜视线接近水平状态。照准转动望远镜,用准星瞄准水准尺,旋转物镜调焦螺旋使尺像清晰,转动目镜使十字丝清晰,消除视差。精平与读数转动微动螺旋使管水准气泡居中(或自动安平),此时视线严格水平。读取十字丝中丝在尺上的读数,估读到毫米。观测顺序与记录规范水准测量按"后-前-前-后"或"后-后-前-前"的顺序进行观测。每站先读后视尺,再读前视尺,依次读取黑面和红面读数。读数后应立即记录并计算校核,确保数据准确可靠。搬站与转点注意事项搬站时后视尺不动,前视尺移至下一站后视点转点必须使用尺垫,确保前后站尺底在同一点位尺垫应选择坚实稳定的地面,避免松软沉陷每站观测结束后应进行站内检核,符合要求方可搬站水准测量观测方法根据测量精度要求和实际条件,水准测量有多种观测方法。选择合适的方法可以提高测量效率和精度。简单水准测量每站只读取黑面尺一次读数,操作简便快速,适用于精度要求不高的测量工作,如施工放样、地形测图等。该方法效率高,但无法进行有效的观测检核。复合水准测量每站读取黑面和红面两次读数,通过红黑面读数差进行检核。该方法能有效发现粗差,提高测量可靠性,是三、四等水准测量的标准方法。往返观测法沿同一路线进行往测和返测,两次测量结果互相检核。往返测高差之差不应超过容许值,可以发现系统误差和粗差,保证测量成果可靠性。双仪器观测法在重要测段使用两台水准仪同时观测,两套观测结果独立进行,相互检核。该方法可靠性高,主要用于一、二等精密水准测量,但工作量大,成本较高。视线长度与视距控制前后视距相等的重要性保持前后视距相等是消除仪器i角误差影响的关键措施。当视准轴不平行于水准管轴时,会产生系统误差。通过控制前后视距相等,可使前后视读数误差大小相等、符号相反,在计算高差时自动抵消。视距控制标准三等水准:视线长度≤75m,前后视距差≤3m,累积差≤10m四等水准:视线长度≤100m,前后视距差≤5m,累积差≤15m视线高度应控制在0.3m以上,避免地面反射影响地形影响与调整在坡地测量时,应根据地形调整仪器和尺位,尽量使前后视距保持平衡。必要时可采用多站观测法,通过增加测站数来适应地形变化。山区测量应特别注意控制视线长度,避免大气折光影响。水准测量记录表填写规范准确、规范的记录是保证测量质量的重要环节。记录手簿应使用铅笔填写,字迹清晰,不得涂改。发现错误应划单线更正,并在旁边注明正确值。记录手簿栏目说明栏目名称记录内容说明测站号测站序号从起点开始依次编号,便于查找和检查点号水准点编号已知点和待定点的统一编号后视读数黑面、红面读数仪器后方水准尺读数,保留4位小数前视读数黑面、红面读数仪器前方水准尺读数,保留4位小数高差后视-前视黑面、红面分别计算,两值之差应为常数备注异常情况记录记录天气、障碍物、特殊情况等数据核对要点每站观测后应立即进行站内检核:红黑面读数差应等于红黑面常数差(4.687m或4.787m);红黑面高差之差应小于规定限差(三等≤3mm,四等≤5mm)。发现超限应重测。第四章误差来源与控制措施水准测量的误差来源复杂多样,主要分为仪器误差、观测误差和外界因素影响三大类。了解误差来源并采取有效控制措施,是保证测量精度的关键。仪器误差水准管轴不平行于视准轴(i角误差)水准尺零点误差和刻划误差仪器脚螺旋不稳固导致的沉降观测误差整平误差和瞄准误差读数估读误差和视差影响尺垫下沉造成的高差变化外界因素大气折光引起的视线弯曲地球曲率对水平视线的影响地面沉降和标志位移温度变化对仪器和尺的影响减少误差的实用技巧仪器定期检校建立仪器检定制度,定期送检或自行检校。每次使用前应检查i角是否在容许范围内(一般要求≤20″)。发现问题及时校正,确保仪器始终处于良好状态。优选观测时段选择气象条件稳定的时段观测。早晚气温变化小,大气折光影响较弱。避免在烈日下、大风中或雨雾天气观测。观测时应在阴影中或使用测伞遮阳,保持仪器温度稳定。规范操作流程严格执行前后视距相等原则,控制视线长度。每站观测后立即进行检核,发现问题及时重测。搬站时轻拿轻放,避免仪器受到震动。使用尺垫防止尺底下沉,确保转点稳固。加强维护保养仪器使用后应清洁镜头,检查各部件是否正常。存放在干燥通风处,避免受潮和霉变。运输时应装入仪器箱,固定牢靠。定期对仪器进行全面保养,延长使用寿命。误差检核方法通过科学的检核方法可以及时发现和剔除粗差,提高测量成果的可靠性。常用的检核方法包括以下几种:两次仪高法在同一测站上,以两次不同的仪器高度分别测定高差。两次测得的高差之差不应超过规定限差(5mm),取平均值作为最终结果。该方法可检核整平、读数等多项误差。双面尺法利用水准尺的黑面和红面分别测定高差,两次结果之差应等于红黑面常数差。该方法可检核读数错误和尺面误差,是三、四等水准测量的标准检核方法,操作简便,检核效果好。双仪器观测法使用两台水准仪在同一测站独立观测,两套成果相互检核。两组结果之差不应超过限差,取平均值作为最终成果。该方法可靠性最高,但工作量大,主要用于高等级水准测量。误差检核实例分析某测站采用双面尺法观测,黑面高差为1.2345m,红面高差为1.2348m,红黑面常数差为4.687m。计算:红黑面高差之差=1.2348-1.2345=0.0003m=0.3mm,小于5mm限差,观测合格。取黑面高差作为该站高差。第五章水准测量成果计算高差法计算步骤高差法是水准测量最常用的计算方法,通过逐站累加高差,从已知点推算未知点高程。基本公式其中:HB为待定点高程,HA为已知点高程,Σh为各站高差代数和计算流程计算各站高差,填入记录表累加各站高差,得到总高差根据起点已知高程推算终点高程计算闭合差,进行精度评定分配闭合差,计算改正后高程视线高法计算视线高法先计算仪器视线高程,再推算前视点高程,适用于需要测定多个前视点的情况。计算公式其中:Hi为视线高程,a为后视读数,b为前视读数闭合差的计算与判定闭合差是检验测量精度的重要指标。闭合水准路线的理论闭合差为零,实际闭合差fh=Σh(实测)-0。附合水准路线的闭合差fh=Σh(实测)-(H终-H起)。闭合差必须在容许范围内,否则需要重测。水准路线闭合差调整当闭合差在容许范围内时,需要按一定原则将闭合差分配到各站高差中,得到改正后的高差和高程。合理的调整方法可以最大限度地提高成果精度。闭合差分配原则按测站数或路线长度分配假设各站误差相等,将闭合差按测站数或路线长度成比例分配。这是最常用的方法,计算简便,适用于地形变化不大的路线。反号分配改正数的符号与闭合差符号相反,使改正后的路线闭合。分配后应检验改正数之和是否等于闭合差的负值,确保计算正确。高差改正数计算方法按测站数分配时,第i站的改正数为:按距离分配时,第i段的改正数为:其中:fh为闭合差,n为总测站数,Li为第i段距离,ΣL为总距离支线水准路线成果处理支线水准的特点支线水准从一个已知高程点出发,经过若干测站,到达另一个待定高程点,不再返回起点。由于无法形成闭合,支线水准必须进行往返观测以检核成果质量。往返观测数据处理往测和返测应独立进行,分别计算高差。往返测高差之差即为支线闭合差:闭合差容许值:其中L为路线长度(km)。当闭合差在容许值内时,取往返测平均值作为最终高差。支线高程点计算实例已知A点高程HA=45.326m,往测至B点高差h往=+3.542m,返测高差h返=-3.545m。计算:闭合差fh=3.542+(-3.545)=-0.003m=-3mm。路线长度L=2km,容许闭合差=±√2≈±1.4mm×2.5=±3.5mm。闭合差在容许范围内,取平均高差h=(3.542+3.545)/2=3.5435m,B点高程HB=45.326+3.544=48.870m。水准测量成果整理01计算高差闭合差根据路线类型计算闭合差。闭合路线:fh=Σh;附合路线:fh=Σh-(H终-H起);支线:fh=h往+h返。记录闭合差数值和符号。02检验闭合差将计算的闭合差与容许闭合差比较。四等水准容许闭合差fh容=±20√Lmm,三等为±12√Lmm。若实际闭合差≤容许值,成果合格;若超限,需查明原因并重测。03计算改正数按测站数或距离将闭合差反号分配到各站高差。检验改正数之和是否等于闭合差的负值。改正数一般取整到毫米,个别测段可取到0.1mm。04推算点高程用改正后的高差从已知点逐点推算各点高程。附合路线应检验计算的终点高程是否与已知高程相符。编制成果表,注明路线类型、等级、闭合差等信息。典型计算案例演示案例一:附合水准路线计算已知A点高程HA=52.341m,B点高程HB=54.782m。从A点沿5个测站测至B点,各站高差分别为:+0.483m、+0.621m、+0.395m、+0.527m、+0.412m,路线总长度L=2.0km。计算步骤Σh=0.483+0.621+0.395+0.527+0.412=2.438m理论高差=54.782-52.341=2.441m闭合差fh=2.438-2.441=-0.003m=-3mm容许闭合差=±20√2=±28mm,合格各站改正数=+3/5≈+1mm改正后高差依次为:0.484、0.622、0.396、0.528、0.412m验算:Σh'=2.442m,与理论高差相差1mm(计算取整误差),成果正确案例二:闭合水准路线从BM1点出发,经过4个测站回到BM1,各站高差为:+1.234m、-0.567m、-0.892m、+0.228m,路线长1.5km。Σh=1.234-0.567-0.892+0.228=0.003m=3mm理论闭合差=0,实际闭合差=3mm容许闭合差=±20√1.5=±24mm,合格各站改正数=-3/4≈-1mm(最后一站-0mm)改正后各站高差检验:Σh'=0mm,正确第六章水准测量实务注意事项仪器搬运与保护水准仪属精密光学仪器,搬运时应装入仪器箱并锁紧。行走时应单肩扛箱,避免磕碰。上下车应手持仪器箱,不可抛掷。雨天应用塑料袋包裹防潮。测站选择要求测站应选在地势平坦、土质坚实处,便于观测和搬站。避开松软、潮湿地面和交通干道。尺垫应置于稳固位置,前后站必须踩实,防止观测中下沉。人员分工协作标准测量组3-4人:观测员负责仪器操作和读数;记录员负责记录和检核;两名尺工负责竖立水准尺。各岗位应密切配合,用对讲机或手势联系,确保观测顺利进行。水准点维护与保护法规与责任根据《中华人民共和国测量标志保护条例》,测量标志属国家重要基础设施,受法律保护。任何单位和个人不得损毁、移动或擅自拆除测量标志。违者将承担法律责任。水准点损坏的影响破坏高程控制网完整性,影响测量精度导致重复建网,造成人力物力浪费可能引起工程事故和经济损失影响地壳变形监测等科学研究工作维护措施定期巡查水准点状态,发现损坏及时上报。在点位周围设置保护设施和警示标志。建立标志档案,记录点位信息、埋设时间和检查情况。重要水准点应进行长期稳定性监测。水准测量安全与环保现场安全注意事项在公路、铁路附近测量时应设置警示标志,穿着反光背心注意过往车辆,避免发生交通事故高温天气注意防暑降温,配备饮用水和防晒用品野外作业应防范蛇虫叮咬,配备急救药品雷雨天气立即停止作业,寻找安全场所避险环境保护要求测量活动应避免破坏植被和地貌临时标志使用后应及时清理,恢复原状不得在自然保护区、文物保护单位随意设置标志废弃电池、包装材料应妥善处理,不得随意丢弃尊重当地居民,取得理解和支持交通与人流管理在城市道路测量应申请交通管理许可设置临时交通管制标志,引导车辆绕行安排专人疏导交通,确保测量安全避开上下班高峰时段,减少对交通的影响测量结束后及时撤除警示设施,恢复交通第七章现代水准测量技术发展数字水准仪技术数字水准仪是水准测量的革命性进步,采用电子扫描和图像处理技术自动读取条形码水准尺读数,消除了人工读数误差,大幅提高测量效率和精度。主要优势自动读数,消除人为读数误差数据自动存储,减少记录错误内置计算程序,实时处理成果测量速度快,工作效率提高50%以上可在弱光条件下作业技术特点数字水准仪配备条形码水准尺,仪器通过CCD传感器扫描尺面条码,自动识别并计算读数。测量精度可达±0.3mm/km,达到一等水准要求。数据可通过USB接口传输至电脑,便于后续处理。水准测量软件与数据管理常用计算软件专业水准测量软件可自动完成数据导入、闭合差计算、平差计算和成果输出。常用软件包括:南方平差易、科傻全站仪软件、清华山维平差软件等。软件支持国家规范,可生成标准格式的成果报告。数据质量控制建立数据录入检查机制,采用双人录入互相校核。设置数据合理性检查,自动标识异常值。定期备份数据,防止丢失。重要项目应建立数据库管理系统,实现数据共享和追溯。成果报告编制规范水准测量成果报告应包括以下内容:项目概况、测量依据、技术设计、仪器设备、作业过程、精度统计、成果表和附图。报告应文字简练、数据准确、图表清晰。重要成果应经过审核、验收后归档保存。报告格式要求封面:项目名称、编制单位、日期目录:章节标题和页码正文:各章节详细内容成果表要求点号、高程精确到mm闭合差、改正数清晰标注精度指标统计完整附图要求路线示意图标注清晰图例、比例尺完整水准点位置准确常见问题与解决方案问题:观测中闭合差超限原因分析:仪器i角过大、读数错误、尺垫下沉、计算失误解决方案:首先检查计算是否正确,核对原始记录。若计算无误,检查i角是否超限,必要时重新校正。检查是否有粗差测站,重测可疑测段。注意尺垫稳固性,必要时更换测站位置。问题:数字水准仪无法读数原因分析:条码尺面污损、光线不足、视线遮挡、仪器故障解决方案:清洁尺面,确保条码清晰可见。调整仪器位置,避免阳光直射或背光。检查视线上是否有障碍物。若仍无法读数,检查仪器电量和设置,必要时切换至人工读数模式。问题:管水准气泡无法居中原因分析:仪器脚螺旋松动、三脚架不稳、仪器故障解决方案:检查并拧紧脚螺旋。重新安置三脚架,确保架脚踩实。若仪器持续无法整平,可能是管水准器损坏或脚螺旋机构故障,应停止使用并送修。临时可使用圆水准器粗平后观测,但精度会降低。水准测量案例分享某城市轨道交通高程控制网建设项目项目概况项目全长28公里,建立二等水准控制网,共设置永久性水准点56个。由于线路穿越城区、山区和河流,地形条件复杂,对测量精度和可靠性提出很高要求。技术方案采用电子水准仪,配合条码尺进行观测主要控制点进行往返观测,次要点单向观测城区段利用夜间时段,减少交通干扰山区段增加测站密度,控制视距长度跨河水准采用跨河水准仪,确保精度实施经验项目历时3个月完成,闭合差均在容许范围内,最大闭合差为+6mm,平均闭合差±3mm,精度优于设计要求。关键措施制定详细的技术设计书,明确各项技术指标加强仪器检校,确保仪器状态良好严格执行观测规范,双人记录核对建立质量检查机制,每日检查当天成果采用专业软件进行数据处理和平差计算教训与启示初期因对城市环境估计不足,白天观测受交通影响严重,调整为夜间作业后效率大幅提高。山区段两次出现闭合差超限,经检查发现是尺垫下沉所致,改用金属尺垫后问题解决。复习与知识点总结基本概念水准测量:利用水平视线测定高差的方法高程:地面点到高程基准面的铅垂距离水准路线:一、二、三、四等及其精度要求闭合差:实测值与理论值之差操作流程安置仪器:粗平→照准→精平→读数观测顺序:后-前-前-后或后-后-前-前视距控制:前后视距相等,累积差≤限差记录检核:红黑面读数差=常数差成果计算高差法:HB=HA+Σh闭合差计算:闭合/附合/支线路线容许闭合差:±√L(三等±12,四等±20)改正数分配:反号按测站数或距离分配误差控制仪器误差:定期检校,控制i角观测误差:规范操作,前后视距相等外界影响:选择合适时段,控制视线长度检核方法:双面尺、双仪器、往返观测互动问答环节常见疑问解析Q1:为什么必须保持前后视距相等?A:保持前后视距相等可以消除仪器i角误差的影响。当视