建筑工程测量第2章水准测量.ppt

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1、第二章水准测量,第一节水准测量原理第二节水准测量的仪器和工具第三节微倾式水准仪的基本操作程序第四节水准测量的方法第五节水准仪的检验与校正第六节水准测量误差来源及其影响第七节自动安平水准仪和激光扫平仪第八节精密水准仪及电子水准仪简介,第一节水准测量原理,测定地面点的高程的方法几何水准测量（水准测量）三角高程测量（间接高程测量）GPS高程测量气压高程测量（物理高程测量）,一、水准测量原理 利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图：hAB=a b HB=HA+hAB,高差法,Hi=HA+aHB=Hi-b,视线高法,当a b时，hAB 为正，B高于A

2、；当a b时，hAB 为负，B低于A。,二、转点、测站 当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。,B,A、B两点高差计算的一般公式：hAB=,n为测站数,注:n为测站数,如图所示:每站的高差:h1=a1-b1 h2=a2-b2 h3=a3-b3 hn=an-bn,A、B两点高差计算的一般公式：,A、B两点高差计算的一般公式：,如果点高程已知为，则B的高程为：,几何水准测量的规律：（1）每站高差等于水平视线的后视读数减去前视读数；（2）起点至闭点的高差等于各站高差的总和，也等于各站后视读数的总和减去前视读数的总和。,第二节

3、水准测量的仪器和工具,水准测量所使用的仪器、工具：水准仪 水准尺 尺垫,水准仪的等级 DS05、DS1、DS3、DS10、DS20 D大地测量仪器 S水准仪 数字 表示仪器的精度，即每公里往、返 测得高差中数的中误差（mm）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为3mm/km。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,一、S3型水准仪,水准仪主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。,微倾螺旋,（一）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数,望远镜的构造：由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为25-30倍。,视准轴：物镜中心 与十字丝交点

4、的连线。,测量望远镜1.物镜；2.目镜；3.调焦透镜；4.十字丝分划板；5.物镜调焦螺旋；6.目镜调焦螺旋；7.十字丝放大像,十字丝：十字丝分划板是用来准确瞄准目标用的，中间一根长横丝称为中丝，与之垂直的一根丝称为竖丝，在中丝上下对称的两根与中丝平行的短横丝称为上、下丝（又称观距丝）。在水准测量时，用中丝在水准尺上进行前、后视读数，用以计算高差，用上、下丝在水准尺上读数，用以计算水准仪至水准尺的距离（视距）。,（二)水准器 水准仪的水平视线是应用一个称为水准器的部件获得的。水准器是利用液体受重力作用后气泡居最高处的特性，使水准器的一条特定的直线位于水平或竖直位置的一种装置。水准器分两种：,管水

5、准器，通常称为水准管,圆水准器,水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。,管水准器 作用：精确整平结构：如图所示 精度：一般=20/2mm 水准管的分划值：气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。公式：分析：R越大，越小，灵敏度越高。DS3:R=20.6265米=20,在水准管上装有符合棱镜系统，当气泡两端影象符合一致时就表明气泡已经居中。此种水准器称符合水准器。在判断两端气泡的符合程度时常会出现误差，而气泡不符合的程度是指两个端点之间的距离，它正好是距完全符合位置的两倍。因此，用符合水准器作业可使气泡居中的精度提高一倍。,圆水准器 作用：粗略整平 结构：如图所示 精度：一般为 8-10/2

6、mm（气泡中心偏离零点2mm 所对的圆心角）,（三）基座,轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架,组成,轴座,脚螺旋,连接板,二、水准尺及附件塔尺：可以伸缩，一般全长3m、5m，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，用于三、四等水准测量。,一般全长3m、5m，双面木质标尺。,尺垫,仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。已知点或待定点不能放尺垫,第三节水准仪的基本操作程序,一、使用微倾式水准仪的方法 水准仪操作的程序：1.安置水准仪 2.粗略整平（粗平）3.照准和调焦 4.精确整平 5.读数,1.安置水准仪,打开三脚架并使高度适中，目

7、估使架头大致水平，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出水准仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。,2.粗略整平（粗平）目的：使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。方法（如图所示）：,圆水准器气泡居中操作示意图,3.照准和调焦 步骤：（1）目镜调焦（使十字丝清晰）（2）准星瞄准（粗略瞄准水准尺）（3）物镜调焦（使目标成像清晰）（4）精确瞄准（使纵丝对准目标）（5）消除视差,视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像 不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。,视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像 不在十字丝平面

8、上，以致两者不能同时被看清。消除方法：反复仔细地调节物镜、目镜调节螺旋，直 到眼睛上下移动时读数不变为止。,4.精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。,水准管气泡两端像的符合,5.读数 用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数 0.860m,注意：读数前必须精平，精平后立即读数。,二、注意事项,(1)须检查仪器箱是否扣好或锁好，提手和背带是否牢固。(2)取出仪器时，应先看清仪器在箱内的安放位置，以便使用完毕照原样装箱，仪器取出后，应盖好仪器箱。(3)安置仪器时，注意拧紧架腿螺旋和中心连接螺旋

9、；在测量过程中作业员不得离开仪器，特别是在建筑工地等处工作时，更须防止意外事故发生。(4)操作仪器时，制动螺旋不要拧的过紧，转动仪器时必须先松开制动螺旋，仪器制动后，不得用力扭转仪器。(5)仪器在工作时，为避免仪器被暴晒和雨淋，应撑伞遮住仪器。(6)迁站时，若距离较近，可将仪器各制动螺旋固紧，收拢三脚架，一手持脚架，一手托住仪器搬移。若距离较远，应装箱搬运。(7)仪器装箱前，先清除仪器外部灰尘，松开制动螺旋，将其它螺旋旋至中部位置。按仪器在箱内的原安放位置装箱。(8)仪器装箱后，应放在干燥通风处保存，注意防潮、防霉、防碰撞。,第四节水准测量的方法,国家水准测量按精度要求分一、二、三、四等，不属

10、于国家规定等级的水准测量一般称为普通（或称等外）水准测量。普通水准测量特点：1.精度要求低；2.布设灵活；3.水准点的密度要求不高；4.与等级水准测量作业原理相同。,一、水准点与水准路线,（一）水准点用水准测量方法测定高程的控制点称为水准点，一般用BM表示。水准点分为永久性和临时性且分等级。水准点埋设后，为便于以后使用时查找，需绘制说明点位的平面图，称为点之记。,（二）水准路线,水准路线：是水准测量时所经过的路线。,测段：水准路线上两相邻水准点之间称为一个测段。,布设要求：沿公路、大道等平坦地面。,布设形式：单一水准路线和水准网。,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA

11、,3,4,图2,BMA,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA,3,4,图2,BMA,单一水准路线形式 附合水准路线（见图1）闭合水准路线（见图2）支水准路线（见图3）,观测程序,附合水准路线和闭合水准路线采用单程观测（因为有检核条件）；,支水准路线进行往返测或单程双线观测（因为无检核条件）。,二、水准测量的方法、记录计算及注意事项,1.普通水准测量观测程序,(1)在有已知高程的水准点上立水准尺，作为后视尺；,高程基准面,(2)在路线的前进方向上的适当位置放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视尺。仪器到两水准尺间的距离应基本相等，最大视距不大于150 m。,(3)安置仪器

12、，使圆水准器气泡居中。照准后视标尺，消除视差，用微倾螺旋调节水准管气泡并使其精确居中，用中丝读取后视读数，并记入手薄。,(4)照准前视标尺，使水准管气泡居中，用中丝读取前视读数，并记入手薄。,(5)将仪器迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。(6)如此连续观测、记录，直至终点。,4,3,2,1,BM1TP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3 BM2,1.631,1.423,+0.208,1.687,1.819,-0.132,1.435,1.739,-0.304,1.756,1.433,

13、+0.323,检核计算,6.509 6.414,ab-0.095,h=-0.095,70.535,70.440,水 准 测 量 手 簿,已知,2.注意事项,（1）在已知高程点和待测高程点上立尺时，不得放尺垫；（2）前后视距离应大致相等，立尺时可用步丈量。（3）水准尺应立直，不能左右似斜，更不能前后俯仰；（4）尺垫仅用于转点，在观测员未迁站之前，不能移动后视点的尺垫。（5）不得涂改原始读数的记录，读错或记错的数据应划去，再将正确数据写在上方，并在相应的备注栏内注明原因，记录簿要干净、整齐。,三、水准测量成果计算,1.高差闭合差及其允许值的计算,（1）附合水准路线,fh=h测-h理=h测-（H终

14、H始）,闭合差是观测值与理论值的差值。高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；用fh表示，即 fh=h测-h理,注：fh-高差闭合差，m;,h测-实测高差总和，m;,H终-路线终点已知高程，m;,H始-路线起点已知高程，m。,（2）闭合水准路线：h测=h1+h2+h3+hn h理=0 fh=h测-h理=h测（3）支水准路线：h测=h往+h返 h理=0 fh=h测-h理=h往+h返,限差：规范规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。等外水准测量要求：平地：fh允40（mm）L水准路线的长度，单位km。山地：fh允12（mm）n水准路线的测站数。要求：fh fh允,2.高差闭合差的调整 分配原则

15、：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。,按距离：,按测站数：,Vi-测段高差的改正数，m；fh-高差闭合差，m；L-水准路线总长度，m；Li-测段长度，m；n-水准路线的总测站数ni-测段测站数。,高差改正数的总和应与高差闭合差大小相等，符号相反，即：Vi=-fh,（2）计算改正后高差,（3）计算各点的高程,支水准路线各段平均高差：,3算例,2,IV1,6个测站,+2.336,-8.653,+7.357,6个测站,+3.456,BM1,BM2,BM3,10个测站,8个测站,附合水准路线高差调整与高差计算表,点号,测站数,测得高差(m),高差改正数(m)

16、,改正后高差(m),高程(m),备注,IV1,+0.006,+2.342,77.062,BM1,74.878,66.253,73.600,+0.010,BM2,BM3,IV2,-8.643,+7.365,+3.462,+4.526,+0.008,+0.006,+0.030,+2.336,-8.653,+7.357,+3.456,+4.496,6,10,8,6,30,已知,72.536,已知,辅助计算,fh=-30mm,n=30,-fh/n=1mm,计算过程,（1）已知数据和观测数据的填写（2）高差闭合差的计算,=-30mm,高差闭合差的容许值：,|fh|fh容|闭合差可以进行分配,（3）闭合差

17、的调整分配的原则:将闭合差按距离或测站数成正比例反号改正到各测段的观测高差上，得改正后的高差。,各测段改正后的高差,检核+4.526m,（4）高程的计算,注：算得的2点的高程应与2点的已知高程相等，否则说明高程计算有误。,第五节水准仪的检验与校正,一、水准仪应满足的几何条件,主要轴线：水准管轴LL、望远镜的视准轴CC 圆水准器轴LoLo、仪器竖轴VV,2.水准仪应满足的次要条件 圆水准器轴/仪器竖轴 十字丝横丝 竖轴,1.水准仪应满足的主要条件水准管轴/视准轴；望远镜的视准轴不因调焦而变动位置。,Lo,Lo,二、水准仪的检验和校正,1.圆水准器的检验和校正（1）目的：使圆水准器轴/仪器竖轴（2

18、）检验原理：气泡居中时，圆水准器轴竖直，竖轴则偏离竖直位置角。将仪器旋转180，此时圆水准器轴从竖轴右侧移至左侧，与铅垂线的夹角为2。圆水准器气泡偏离中心位置，气泡偏离的弧长所对的圆心角等于2。,（3）检验方法：用脚螺旋使圆水准器气泡居中；望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。（4）校正方法：用脚螺旋调气泡偏离值的一半；用圆水准器的校正螺旋再调一半。,2.十字丝横丝的检验校正（1）目的：使十字丝横丝 竖轴（2）检验原理：如果十字丝横丝不垂直于仪器竖轴，当竖轴处于竖直位置时，十字丝横丝是不水平的，横丝的不同部位在水准尺上的读数不相同。,（3）检验方法：精平仪器，十

19、字丝横丝左边对准墙上标志点p；水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。,a十字丝横丝垂直竖轴b十字丝横丝不垂直竖轴,（4）校正方法,松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；拧紧十字丝的固定螺旋。,十字丝固定螺旋,3.水准管轴的检验与校正（1）目的：使水准管轴/视准轴。（2）检验原理：i角 视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。,A,B,i,i,a,C,b,a,（3）检验方法：在平坦地面选相距80100m左右A、B两点，置水准仪于中点C，高差 h1=(a1-x)-(b1-x)=a1-b1此高差为正确的高差,A,B,i,i,a,C,x,

20、x,b,80100m,h1,仪器移至离B点约3m处，b2为正确读数；设A尺读数为a2由正确高差可求出A尺正确读数为：a2=h1+b2；若a2=a2，说明满足条件；当a2a2，说明视准轴向上倾斜；当a23mm 时，需要校正。,A,B,i,a2,C,xa,b2,h1,a2,对于DS3水准仪，当 时，则需校正。,(4）校正方法 转动微倾螺旋，使十字丝的横丝切于A尺的正确读数a2（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。,适用情况：i角误差不大时方法：水准仪照准A尺不动，旋下十字丝护罩，松动左右两个十字丝环校正螺丝，用校正针拨动上下两个十字丝环校正螺丝，一松一紧，直至十

21、字丝横丝照准正确读数a2为止。,升降十字丝校正i角,仪器误差,观测误差,外界条件的影响,第六节水准测量误差来源及其影响,一、仪器误差 望远镜的视准轴与水准管轴不平行而产生的i角误差；仪器经检验校正，不能彻底消除i角；观测时要求前后视距相等可消除i角。,+,+,二、水准标尺的误差,1.水准标尺的零点差原因：使用、磨损等标尺零点差：水准尺的底面与其分划零点差值消除方法：一个测段的测站数为偶数段2.水准尺倾斜误差原因：水准尺倾斜后果：倾斜标尺上的读数总是比正确的标尺读数大消除方法：使用安装有圆水准器的水准尺；认真扶尺，使标尺竖直。,三、整平误差,水准测量标准：水平视线,设水准管的分划值为20，如果气

22、泡偏离半格即i=10,则当距离为50 m时，2.4mm；当距离为100 m时，4.0mm；,误差随距离的增大而增大。因此，在读数前必须使符合水准气泡精确吻合。,四、读数误差的影响,产生的原因：视差和估读毫米数不准确。消除方法：1.视差通过重新调节目镜和物镜调焦螺旋加以消除。2.估读误差限制望远镜放大率和最大视距，普通水准测量中，要求望远镜放大率在20倍以上，视线长不超过150 m。,五、仪器和标尺升沉误差,原因：仪器、水准尺的重量和土壤的弹性1.仪器下沉（或上升）所引起的误差消除方法：后、前、前、后的观测程序,2.尺子下沉（或上升）引起的误差,消除方法：取往测和返测高差的平均值,六、大气折光的

23、影响,原因：大气层密度不同，对光线产生折射，使视线产生弯曲。视线离地面愈近，视线愈长，大气折光影响愈大。,消减方法：采取缩短视线；使视线离地面有一定的高度；前、后视的距离相等的方法。规范规定视线高不应低于0.3m。,第七节自动安平水准仪和激光扫平仪,概念：自动安平水准仪是一种只需概略整平即可获得水平视线读数的仪器，特点：这种仪器操作迅速简便，测量精度高，深受测量人员欢迎。,一、自动安平原理,(1)在望远镜的光路中设置一个补偿器装置，使光线偏转一个角而通过十字丝交点A。(2)若能使十字丝交点移至B，也可使视准轴处于水平位置而实现自动安平。,二、DZS3-1型自动安平水准仪,(1)采用轴承吊挂补偿

24、棱镜的自动安平机构，为平移光线式自动补偿器。(2)设有自动安平警告指示器，可以迅速判别自动安平机构是否处于正常工作范围，提高了测量的可靠性。(3)采用空气阻尼器，可使补偿元件迅速稳定。(4)采用正像望远镜，观测方便。(5)设置有水平度盘，可方便地粗略确定方位。,三、激光扫平仪,SJZ1型激光扫平仪,激光扫平仪是一种新型的平面定位仪器。它采用金属吊丝补偿器，使仪器具有自动安平功能，即使处于震动干扰下，也能保持作业精度，不需人员监视、维护。,精密水准仪,主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。,特点：1、结构精密、性能稳定、测量 精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10/2mm

25、；4、采用光学测微器读数，可直 接到0.1mm，估读到0.01mm；5、配专用精密水准尺；,操作方法与DS3水准仪基本相同。,第八节精密水准仪及电子水准仪简介,一、精密水准仪应用工程：国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中，如建筑物的变形观测、大型建筑物的施工及大型设备的安装等测量工作。特点：(1)高质量的望远镜光学系统(2)高灵敏的管水准器(3)高精度的测微器装置(4)坚固稳定的仪器结构(5)高性能的补偿器装置,精密水准标尺,标尺全长为3m右边从05注记米数左边注记分米数注记的数值为实际长度的2倍观测高差/2=实际高差,光学测微器读数,步骤：符合水准管气泡两端的影像精确符合十字丝上楔形丝精

26、确夹住整分划读取该分划读数为1.97m目镜右下方的测微尺读数窗内读取测微尺读数为1.50mm水准尺的全读数=楔形丝所夹分划线的读数+测微尺读数=1.97150m 5.实际读数=读数/2=0.98575m,二、电子水准仪的基本原理,电子水准仪（数字水准仪）：采用条码标尺照准标尺和调焦仍需人工目视进行电子读数自动电子读数方法：几何法（蔡司DiNi12/12T/22）相关法（徕卡NA3002/3003）相位法（拓普康DL-101C/102C）,三、电子水准仪的特点,(1)读数客观(2)精度高(3)速度快(4)效率高(5)仪器菜单功能丰富，内置功能强、操作界面友好，有各种信息提示，大大方便了实际操作。,四、蔡司DiNi12电子水准仪的使用,步骤：1.安置仪器2.照准目标3.开机4.测量,