《水准测量》PPT课件.ppt

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1、2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,1,上一章的主要内容：,基准面和基准线 高斯投影 投影带的划分 测量的基本任务,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,2,第三章 水准测量,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,3,高程测量确定地面上各点高程的工作。,高程测量概述,水准测量用水准仪进行高程测量的工作。,高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同,可分为:,水准测量是高程测量的主要方法。 水准测量使用仪器：水准仪,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,4,水准测量的等级,水准测

2、量分为一等、二等、三等、四等四个等级，以一等精度最高。 上一等水准测量成果作为下一等水准测量的起算依据。 为满足测图以及一般工程测量的需要，还须进行测区的高程控制加密，采用普通水准测量方法，也称图根水准测量或等外水准测量(本章主要介绍)。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,5,3.1 水准测量原理,水准测量的实质是测量地面上两点之间的高差。,水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。,前进方向,水平视线,大地水准面,Hi,HA,HB,A,B,后视尺,前视尺,a,b,hab,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,6,hAB 0，高差为正

3、，前视点高； hAB 0，高差为负，前视点低。 高差必须带“+、 -”号； hAB的下标次序必须与测量的前进方向一致。 例:已知 hAB= +1.436 m 则 hBA= -1.436 m,3.1 水准测量原理,高差 = 后视读数-前视读数： hAB = a - b,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,7,高程的计算：,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,8, 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 水

4、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）,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,9,一、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,1.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,2020年8月

5、27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,10,(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！,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,11,（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切线,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,12,DS3水准仪常采用符合水准管

6、系统目的是提高水准管气泡居中的精度,符合气泡符合， 水准管轴与视 线水平。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,13,2mm,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,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,14,（3）基座,基座通过连接螺旋与三脚架相连 基座用于支承水准仪上部，水准仪旋转轴插入基座轴套可自由旋转 基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准气泡 仪器竖轴VV：就是水准仪的旋转轴,望

7、远镜,水准器,基座,三脚架,V,V,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,15,水准仪的主要构造特点,水准仪的主要轴线： 视准轴CC 水准管轴LL 圆水准器轴 仪器竖轴VV 必须满足的几何条件： VV 十字丝横丝 VV LL CC,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,16,2. 水准尺和尺垫（1）水准尺有单面尺、双面尺、塔尺三种（2）标准水准尺为一对双面尺， 其中: A尺和B尺黑面03m; A尺红面4.6877.687m, B尺红面4.7877.787m。（3）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。,2020年8月27日星期

8、四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,17,安置仪器 在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。 从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。,3. 水准仪的使用,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,18,粗平 使圆水准器气泡居中,气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。,3. 水准仪的使用,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,19,消除视差,瞄准目标 粗瞄、对光、精瞄和消除视差,3. 水准仪的使用,2020年8月27日星期四,合

9、肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,20,精平 使长水准管气泡居中,3. 水准仪的使用,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,21,1.251m,0.717m,读数 用中横丝读数,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,22,3.3 水准测量的方法,外业：用水准路线测量方法，在新建水准点和已知水 准点之间进行高差测量。 内业：评定测量精度，计算新建水准点的高程。,水准点：用水准测量的方法测定的高程控制点。水准点记为BM (Bench Mark)。,水准点的类型： 永久性 临时性,临时性水准点,建筑工程水准点,2020年8月27日星期四

10、,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,23,1.闭合水准路线,2.附合水准路线,3.支水准路线,二.水准路线 进行水准测量的路线，由已知水准点和新建水准点组成。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,24,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,25,三.连续安置水准仪的测量方法 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,26,已知水准点BMA的高程 HA19.153m，现欲测定B点的高程HB

11、，由于A、B两点相距较远，需分段设站进行测量，具体施测步骤如下。,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,27,1,BMA,TP1,1.632,1.271,0.361,19.514,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,28,A,HA,B,HB,hAB,大地水准面,TP1,1,h1,后视点,前视点,进行方向,2,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,29,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工

12、业大学 土木与水利学院测量工程系,30,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,31,1,BM1,TP1,1.563,0.986,+0.577,19.431,2,TP1,A,A,1.762,1.828,0.066,3.325,2.814,+0.511,+0.511,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,32,注意事项： 架仪器要注意前后视距大致相等； 仪器不能架在路中央； 尺垫只在转点处使用； 读数前要精平； 后视完毕转向前视，一定要重新精平再读数，（但切记不能动脚螺旋）； 视

13、线要小于100米。课间实习时我要求大家视距控制在3040米之间。,三.连续安置水准仪的测量方法,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,33,四.水准测量的检核(适用于等外水准路线),2.计算检核,3.路线检核（成果检核）,1.测站检核,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,34,四.水准测量的检核(适用于等外水准路线) 1.测站检核对每一站高差进行检核，每站 进行（避免读错、听错、记错、 未精平等粗差）。,读数要求 （黑+常数 红） 3mm 高差要求 h h 5mm 取 h=(h +h ) / 2 两尺常数不一致时，考虑两尺常数差 0

14、.100米。,要求: 改变仪器高度应在10cm以上 h h 5mm 取 h=(h +h ) / 2,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,35,2.计算检核,黑面: h黑 = a-b,红面：h红 = a-b,平均高差： h =（ h黑 + h红0.1）/2,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,36,h测 =h1+h2+h3+h4+h5 h理 = H终-H始 fh = h测-h 要求：fh fh容,3.路线检核（成果检核） 计算路线高差闭合差，检验整条路线的测量精度。,（1）附合水准路线,h4,h3,h2,h1,闭合差公式：,2020

15、年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,37,BMA,h测 =h1+h2+h3+h4+h5,h1,h4,（2）闭合水准路线,h理=0 fh = h测 要求：fh fh容,（3）支水准路线,fh = h往+h返 要求：fh fh容,h3,h2,h1,h5,h往,h返,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,38,五.水准路线成果计算,1、高差闭合差计算与比较,闭合水准路线高差闭合差,附合水准路线高差闭合差,支水准路线高差闭合差,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,39,五.水准路线成果计算,2、高差闭合差的分配和各点

16、高程的计算,高差改正数为：,改正后高差为：,计算各点高程：,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,40,下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA6.543m，HB9.578m，1、2、3为待定高程的水准点。,五.水准路线成果计算 1.附合水准路线成果整理例：,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,41,水准测量的内业计算,原始数据填表,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,42,水准测量的内业计算,高差闭合差的计算：,高差闭合差的计算和调整,计算各点改正后的高差,计算各点改正

17、后的高差,填表,四舍六入、五前 单进、双舍,212.00235212.00245001 212.00245,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,43,水准测量的内业计算,辅助计算填表,返回,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,44,水准测量的内业计算,高差改正数计算填表,返回,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,45,水准测量的内业计算,高差改正数计算填表,返回,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,46,水准测量的内业计算,高差改正数计算填表,2020年8月27日星期

18、四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,47,2.闭合水准路线成果计算 与附合水准路线不同之处是终点和起点是同一点，因此： h理 = H终-H始= 0 fh = h测-h理 = h测 其余计算与附合水准路线相同,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,48,精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量(the first and second order leveling)和高精度的工程测量中； 例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。,二、 精密水准仪和精密水准尺, 3.2 水准仪及其使用,2020年8月

19、27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,49,N3精密水准仪及其读数原理,下图就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,50,主要特点：,1.水准器灵敏度高 水准器格值达到510/2mm。,2.望远镜放大率大，孔径大 放大率V在40倍以上，孔径D大于50mm，照准精度高。,3.望远镜结构严密，视准轴变化小 有隔热罩。,4.装有平行玻璃板测微装置 测微范围10mm，测微器刻度100格，格值为0.1mm，可估读 至0.01mm。,20

20、20年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,51,平行玻璃板测微装置,转动测微螺旋，改变平行玻璃板的倾斜角度，可使 视线作上、下平移，平移量在测微分划尺上读取。,测微器结构与测微原理,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,52,平行玻璃板测微装置,测微尺的读数,旋转平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm，它对应测微尺上的100个分格。 测微尺上1个分格等于0.1mm，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm。 将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如下图的读数为148+0.655=148.655cm=1.48

21、655m。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,53,精密水准尺,精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。 长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm和5mm两种。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,54,测微尺的读数,148+0.650=148.650cm=1.48650m。,1.97+0.00150=1.97150m 0.98575m,2020年8月27日星期四,合肥工业

22、大学 土木与水利学院测量工程系,55,自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。,自动安平水准仪正面, 3.4 自动安平水准仪 及数字水准仪一、自动安平水准仪,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,56,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪后面,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪正面,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,57,自动安平水准仪安平的工作原理,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,58,

23、二、数字水准仪,（电子水准仪）,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,59,下图为采用相关法的徕卡数字水准仪的机械光学结构图,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,60, 3.5 微倾式水准仪的检验与校正,一、圆水准器的检验与校正 检验目的是保证： 圆水准器轴,仪器VV,二、十字丝的检验与校正 检验目的是保证： 十字丝横丝 仪器VV,三、管水准器的检验与校正 检验目的是保证： 视准轴CC 水准管轴LL,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,61,(d)用脚螺旋将气泡调回一半 VV铅垂,检验,校正,二.检验

24、与校正 1.圆水准器的检验与校正,(a)用脚螺旋调节圆气泡居中,(b)照准部旋转180,(c)校正圆气泡居中LL铅垂,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,62,(a)用脚螺旋调节圆气泡居中,(b)照准部旋转180,检验,校正,(c)用脚螺旋将气泡调回一半 VV铅垂,(d)校正圆气泡居中LL铅垂,二.检验与校正 1.圆水准器的检验与校正,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,63,2. 十字横丝垂直于竖轴的检验与校正(横丝VV),检验 (a) 粗平、调焦，在横丝一端找一参照点P (b) 望远镜水平微动，观测P点相对于横丝的移动轨迹。,

25、校正：校正十字丝环,2,1,3,4,十字丝环 固定螺丝,十字丝校 正螺丝,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,64,3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正 ( LL / CC ) (1) 检验 a.场地准备(CA、CB等距，约40米) b.在C测定A、B的正确高差： h正确=(a1-)-(b1-)=a1-b1=h c.仪器至B近旁，读数b2、a2：h=a2- a2,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,65,a. 计算A尺水平视线读数： a2=b2+h b. 转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数 a2 ：CC水平 c. 校正水准管气泡居中：L

26、L水平（LL / CC） d. 重复检验直至符合要求。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,66,校正水准管,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,67,2,1,3,4,十字丝环 固定螺丝,十字丝校 正螺丝,a.保持水准管气泡居中即LL水平 b. 调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准读数a2，即CC水平,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,68, 3.6 水准测量误差分析及注意事项,一、仪器误差 1. 仪器校正后的残余误差 2. 水准尺误差(包含: 刻划、变形和零点误差等）,二、观测误差 1. 读数

27、误差; 2. 视差影响 3. 水准管气泡居中误差; 4.水准尺倾斜,三、外界条件的影响 1. 仪器下沉和尺垫下沉误差 2. 地球曲率和大气折光的影响 3. 温度的影响,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,69,望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行 i角对读数的影响,向上倾斜i 角的符号为正,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,70,望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行 i角对高差的影响,向上倾斜i 角的符号为正,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,71,地球曲率和大气折光的影响,1）视线高出地面0.

28、3m， 2）选择合适的天气（阴天、无风等） 3）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等） 4）最主要的是要求前后视距离应相等！,在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。,h=,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,72,水准测量误差与注意事项,观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺； 仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架； 前后视距应尽可能相等； 每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数； 注意对仪器的保护，做到“人不离仪器”； 只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固 紧，一手托住仪器，一手握住脚

29、架稳步前进。 认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄； 字体要端正、清楚、不准连环涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写； 每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。 扶尺人员认真竖立水准尺； 转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫； 水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,73,小结：,水准测量原理 水准仪的使用 水准测量的方法 水准仪的检验 水准测量的误差,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,74,实验二 水准测量,一、目的与要求 1掌握普通水准测量的观测、记录和检核的方法。 2掌握水准测量的闭合差调整及求出待定点高程。,二、方法与步骤,三、注意事项 1在每次读数之前，要消除视差，并使符合水准气泡严格居中。 2在已知点和待定点上不能放置尺垫，但转点必须用尺垫，在仪器迁站时，前视点的尺垫不能移动。,TP1,2020年8月27日星期四,合肥工业大学 土木与水利学院测量工程系,75,水准测量记录表,A,A,TP2,TP2,B,