第三章--水准测量.pptx

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1、第1页/共30页第2页/共30页3.2 水准测量的仪器和工具 水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。国产水准仪的型号有：DS05、DS1、DS3等，其中字母D、S为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，其后的数字表示仪器每公里往返测高差中数的中误差，其单位为mm。DS05、DS1、DS3水准仪其每公里往返测高差中数的中误差分别为0.5mm、1mm、3mm。DS05、DS1为精密水准仪，主要用于国家一、二等水准测量和精密工程测量；DS3为普通水准仪，主要用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。工程建设中，使用最多的是DS3水准仪。水准仪有微倾式水准仪、自动安平水准仪、数字电

2、子水准仪等几种类型。水准仪的构造 水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。如下图为DS3型微倾式水准仪的构造图。1、物镜；2、物镜调焦螺旋；3、水平微动螺旋；4、水平制动螺旋；5、微倾螺旋；6、脚螺旋；7、符合水准器观察窗口；8、管水准器；9、圆水准器；10、圆水准器校正螺钉；11、目镜；12、准星；13、准们；14、基座第3页/共30页望远镜 望远镜是用来照准竖立于观测点上的水准尺并读取水准尺上的读数的仪器装置，要求其能看清水准尺上的分划和注记并配有读数标志。根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜。下图是倒像望远镜的结构图，它由物镜、调焦透镜、十字丝分划板

3、和目镜组成。1、物镜；2、目镜；3、对光透镜；4、十字丝分划板；5、物镜调焦螺旋；6、目镜调焦螺旋 其成像原理见下图所示：第4页/共30页十字丝分划板：第5页/共30页十字丝分划板：在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝；中间的长横丝称为中丝，用于读取水准尺上分划的读数；上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝，上、下丝总称为视距丝，用来测定水准仪至水准尺的距离。用视距丝测量出的距离称为视距。十字丝分划板安装在一金属圆环上，用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上。望远镜物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴，用CC表示。望远镜物镜光心的位置是固定的，调整固定十字丝分划板

4、的四颗校正螺丝，在较小的范围内移动十字丝分划板可以调整望远镜的视准轴。第6页/共30页视差：物镜与十字丝分划板之间的距离是固定不变的，而望远镜所瞄准的目标有远有近。目标发出的光线通过物镜后，在望远镜内所成实像的位置随着目标的远近而改变，要旋转物镜调焦螺旋使目标像与十字丝分划板平面重合才可以读数。观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝没有相对移动，如果目标像与十字丝分划板平面不重合，观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝之间就会有相对移动，这种现象称为视差。视差会影响读数的正确性，读数之前必须消除它。消除视差的方法：用手暂时遮住物镜(或将望远镜对准天空)，旋转目镜调焦

5、螺旋，使十字丝十分清晰；移去遮物镜的手(或瞄准标尺)，旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰。第7页/共30页水准器 水准器用于置平仪器。水准器有管水准器和圆水准器两种。1、管水准器 管水准器由玻璃圆管制成，其内壁磨成一定半径R的圆弧，如图所示。将管内注满酒精或乙醚，加热封闭冷却后，管内形成的空隙部分充满了液体的蒸汽，称为水准气泡。因为蒸汽的比重小于液体，所以，水准气泡总是位于内圆弧的最高点。第8页/共30页第9页/共30页2、圆水准器 圆水准器由玻璃圆柱管制成，其顶面内壁是磨成一定半径R的球面，中央刻有小圆圈，其圆心O是圆水准器的零点；过零点O的球面法线为圆水准器轴；当圆水准气泡居中时，圆水准器轴

6、处于竖直位置；当气泡不居中，气泡偏移零点2mm时，轴线所倾斜的角度值，称为圆水准器的分划值。一般为810。圆水准器用于粗略整平仪器。制造水准仪时，使圆水准器轴平行于仪器竖轴。旋转基座上的三个脚螺旋使圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置，从而使仪器竖轴也处于竖直位置。第10页/共30页3、基座 基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋将基座连接到三脚架上。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。水准尺和尺垫 水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成，长度从2m5m不等。水准尺分为直尺、塔尺，其中直尺又分单面分划和双面分划两种。塔尺常用于图根水准测量，尺面上的最小分划为1cm或0.5cm，在每1米和

7、每1分米处均有注记。双面水准尺多用于三、四等水准测量，以两把尺为一对使用。尺的两面均有分划，一面为黑白相间称黑面尺；另一面为红白相间称红面尺，两面的最小分划均为1cm，只在分米处有注记。两把尺的黑面均由零开始分划和注记。红面的分划和注记，一把尺由4.687m开始分划和注记，另一把尺由4.787m开始分划和注记，两把尺红面注记的零点差为0.1m。尺垫是在转点处放置水准尺用的，它是用生铁铸成的三角形板座，尺垫中央有一凸起的半球体以便于放置水准尺，下有三个尖足便于将其踩入土中，以固稳防动。第11页/共30页 按观测者的身高调节好三脚架的高度，为便于整平仪器，还要求使三脚架的架头面大致水平，并将三脚架

8、的三个脚尖踩入土中，使脚架稳定。然后从仪器箱内取出水准仪，放在三脚架的架头面上，并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内，以防止仪器从三脚架头上摔下来。水准测量的操作步骤：粗平瞄准水准尺精平读数。1、粗平（即粗略整平仪器）：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜的视准轴大致水平。旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是：用左手旋转脚螺旋，则左手大拇指移动方向即为水准气泡移动方向；用右手旋转脚螺旋，则右手食指移动方向即为水准气泡移动方向，初学者一般先练习用一只手操作，熟练后再练习用双手操作。3.3 水准仪的使用第12页/共30页2、瞄准水准尺先目镜对光：将望远镜对准明亮的背景，旋

9、转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜上的准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋；从望远镜中观察目标，旋转物镜调焦螺旋，使目标清晰，再旋转微动螺旋，使竖丝对准水准尺。3、精平 从望远镜的一侧观察管水准气泡偏离零点的方向，旋转微倾螺旋，使气泡大致居中，这时再从目镜左边的附合气泡观察窗中察看两个气泡影像是否吻合，如不吻合，再慢慢旋转微倾螺旋直至完全吻合为止。4、读数 仪器精平后，应立即用十字丝的横丝在水准标尺上读数。第13页/共30页1、水准点 为统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点(缩写为BM)。一、二等水准测量

10、为精密水准测量，三、四等水准测量为普通水准测量。采用某等级的水准测量方法测出其高程的水准点称为该等级水准点；各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。水准点标石的类型可分为：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准标志四种，其中混凝土普通水准标石和墙脚水准标志的埋设要求见下图，水准点在地形图上的表示符号见下图。3.4 水准线路观测方法及成果处理第14页/共30页2、水准线路形式第15页/共30页3、水准测量外业工作方法在进行连续水准测量时，如果任何一测站的后视读数或前视读数有错误，都将影响所测高差的正确性。在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测

11、中的错误，通常采用两次仪器高法或双面尺法进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称测站检核。1)两次仪器高法：在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)来测定相邻两点间的高差；如果两次高差观测值不相等，对图根水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。表为一附合水准路线进行水准测量的记录计算格式，表中圆括弧内的数值为两次高差之差。2)双面尺法：用双面尺法进行水准测量就是同时读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，然后由前后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，以这两个高差之差是否小于某一限值来进行检核。在每一测站上仪器高度不

12、变，这样可加快观测的速度。立尺点和水准仪的安置同两次仪器高法。在每一测站上，仪器经过粗平后，其观测程序为（三、四等水准测量）：瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺红面分划精平读数；瞄准后视点水准尺红面分划精平读数。若进行等外水准测量，则只须进行单尺面的观测即可，即最终每测站只有六个观测数据。第16页/共30页第17页/共30页第18页/共30页4、水准测量的成果处理 水准测量的成果整理内容包括：测量记录和计算的复核，高差闭合差的计算和检核，高差改正数和各点高程的计算。第19页/共30页【例】图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。B

13、M-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。第20页/共30页第21页/共30页 水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境的影响三个方面。1、仪器误差1)仪器校正后的残余误差：规范规定，DS3水准仪的i角大于20才需要校正，因此，正常使用情况下，i角将保持在20以内。i角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。在水准测量的每站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到的，因此规范

14、规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小于等于5m，任一测站的前后视距累积差应小于等于10m。2)水准尺误差：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度，因此须检验水准尺上米间隔平均真长与名义长之差。规范规定：对于区格式木质标尺不应大于0.5mm，否则，应在所测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。2、观测误差1)管水准气泡居中误差：视准轴水平是通过管水准气泡居中来实现的。如果精平仪器时，管水准气泡没有精确居中，将造成管水准器轴偏离水平面而产生误差。由于这种误差在前视与后视读数中不相等，所以

15、，高差计算中不能抵消。3.5 水准测量的误差及其消减方法第22页/共30页2)读数误差：普通水准测量的mm位数字是根据十字丝横丝在水准尺的厘米分划内的位置进行估读的，在望远境内看到的横丝宽度相对于厘米分划格宽度的比例决定了估读的精度。读数误差与望远镜的放大倍数和视距长有关。视距愈长，读数误差愈大。因此，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视距应小于等于80m。3)水准尺倾斜：读数时水准尺必须竖直。如果水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜的视场中不会察觉，但由此引起的水准尺读数总是偏大。且视线高度愈大，误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器是保证尺子竖直的主要措施。4)视差：视差是指在望远镜中，

16、水准尺的像没有准确地成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。3、外界环境的影响1)仪器下沉和尺垫下沉：仪器或水准尺安置在软土或植被上时，容易产生下沉。采用“后前前后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响，采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响。2)大气折光影响：晴天在日光的照射下，地面的温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线的折射也就越大。规范规定，三、四等水准测量时应保证上、中、下三丝应能读数。3)温度影响：当日光照射水准仪时，由于仪器各构件受热不匀而引起的不规则膨胀，将影响仪器轴线间的正常

17、关系，使观测产生误差。观测时应注意撑伞遮阳。第23页/共30页1、水准仪的轴线 根据仪器的结构，水准仪有四条轴线，如图所示。仪器包括视准轴、水准管轴、仪器竖轴和圆水准器轴这四条轴线。3.6 水准仪理论上应满足的条件2、水准仪轴线之间应满足的几何关系 1）水准管轴应平行于视准轴 2）圆水准器轴应平行于仪器竖轴 3）十字丝横丝应垂直仪器竖轴 第24页/共30页3.7 水准仪在施工测量中的基本应用方法1、已知设计高程的点的高度位置测设方法 高程测设的任务是，将设计高程测设到指定的桩位上。高程测设主要用在场地平整、开挖基坑（槽）、测设楼层面、定道路（管道）中线坡度和定桥台桥墩的设计标高等场合使用。高程

18、测设的方法主要有水准测量法和全站仪高程测设法。水准测量法一般是采用视线高程法进行测设。1）视线高法测设建筑物的 如图，已知水准点A的高程 ，欲在B点测设出某建筑物的室内地坪高程（建筑物的 ）为 。将水准仪安置在A、B两点的中间位置，在A点竖立水准尺，并精平仪器，读取A尺的中丝读数 。则视线高为：，在B点木桩侧面立水准尺，设水准仪瞄准B尺的中丝读数为 ，则应满足等式 ；由此可先计算出为：，然后操作者指挥立尺者，上下移动水准尺，当其上的尺读数刚好为 时，沿尺底在木桩侧面画一横线，此时B点的高程就等于欲测设的高程。第25页/共30页3.7 水准仪在施工测量中的基本应用方法2）视线高法测设深基坑的坑底

19、标高 如图，水准点A的高程已知，欲在深基坑内测设出坑底的设计高程 ，可按下面方法进行测设。在深基坑一侧悬挂钢尺（尺的零端朝下，并挂一个重量约等于钢尺检定时的拉力的重锤），以代替水准尺作为高程测设时的标尺。先在地面上的图示位置安置水准仪，精平后先后读取A点上水准尺的读数 ，钢尺上的读数 ；然后在深基坑内安置水准仪，读出钢尺上的读数为 ，假设B点水准尺上的读数为 ，则有等式成立，即 ，由此可事先计算出测设数据 为：。此时即可采用在木桩侧面画线的方法，沿尺底画线，使B点桩位侧面的水准尺读数等于 。则B点的高程就等于设计高程 。第26页/共30页3.7 水准仪在施工测量中的基本应用方法2、已知坡度线的

20、测设方法 在修筑道路、敷设上下管道和开挖排水沟等工程的施工中，需要在地面上测设出设计的坡度线，以指导施工人员进行工程施工。坡度线的测设所用的仪器一般有水准仪和经纬仪。如图所示，设地面上A点的高程为 ，现欲从A点沿AB方向测设出一条坡度为i的直线，AB间的水平距离为 。使用水准仪的测设方法如下：1）首先计算出B点的设计高程为 ，然后应用水平距离和高程测设方法测设出B点；2）在A点安置水准仪，使一脚螺旋在AB方向线上，另两脚螺旋的连线垂直于AB方向线，并量取水准仪的高度。3）用望远镜瞄准B点上的水准尺，旋转AB方向上的脚螺旋，使视线倾斜至水准尺读数为仪器高为止，此时，仪器视线坡度即为i。4）在中间点1、2处打木桩，然后在桩顶上立水准尺使其读数均等于仪器高度，这样各桩顶的连线就是测设在地面上的设计坡度线i。当设计坡度较大，超出了水准仪脚螺旋的最大调节范围时，应使用经纬仪进行坡度线的测设，方法同上。第27页/共30页第28页/共30页 谢 谢 大 家！第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页