建筑工程测量学习情境二.ppt

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1、学习情境二 认识水准测量目录学习单元 1 认识水准测量仪器和工具学习单元 2 掌握水准测量方法TEXT学习单元 1 认识水准测量仪器和工具学习单元 1 水准仪是提供一水平视线，经测读水准标尺后测定地面点高差的仪器。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。我国生产的某DS3型微倾式水准仪，构造如图2-1所示。“一、水准仪构造学习单元 1“一、水准仪构造学习单元 1(一）望远镜 望远镜的光学系统主要由物镜、调焦透镜、十字丝分划板及目镜组成，如图2-2所示。其主要作用是使我们看清远处的目标并提供一条照准读数用的视线。“一、水准仪构造学习单元 1“一、水准仪构造学习单元 1 望远镜的

2、成像原理如图2-3所示。“一、水准仪构造学习单元 1(二）水准器 1.管水准 管水准器又称水准管，用来指示视准轴是否水平，是一纵向内壁磨成圆弧形(圆弧半径一般为720m)的玻璃管，管内装有酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡，如图2-4(a)所示。“一、水准仪构造学习单元 1由于气泡较轻，所以恒处于管内最高位置。圆弧的中点O称为水准管的零点，过零点的圆弧切线LL1 称为水准管轴。如果气泡中心位于零点，则水准管轴LL1处于水平状态，此时称气泡居中。“一、水准仪构造学习单元 1“一、水准仪构造学习单元 12.圆水准器 圆水准器由玻璃圆柱管制成，其顶面内壁为磨成一定半径R的球面，中央刻有小

3、圆圈，其圆心O为圆水准器的零点，过零点O的球面法线为圆水准器轴，如图2-6所示。“一、水准仪构造学习单元 1“一、水准仪构造学习单元 1 当圆水准器气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置；当气泡不居中，气泡偏移零点2 mm时轴线所倾斜的角度值，称为圆水准器的分划值。一般为810。圆水准器的值大于管水准器的值，它通常用于粗略整平仪器。“一、水准仪构造学习单元 1(三）基座 基座主要由轴座、脚螺旋和底板构成。其作用是支撑仪器上部并与三脚架相连，仪器的上部通过竖轴插入轴座内，竖轴在轴座内可以转动，三脚架的中心连接螺旋旋入底板，把基座固定在三脚架上。“一、水准仪构造学习单元 1（一）水准尺 水准尺是水准测

4、量时使用的标尺，是水准测量的重要工具之一。水准尺采用经过干燥处理且伸缩性较小的优质木材制成，现在也有用玻璃钢或铝合金制成的。常用的水准尺有直尺和塔尺两种，如图2-7所示。“二、水准尺和尺垫学习单元 1“二、水准尺和尺垫学习单元 1（二）尺垫 尺垫形状为三角形或圆形，一般用生铁铸成或用铁板制成，上有一突起的半圆形圆顶，下面有三个尖的支脚，如图 2-8所示。在使用尺垫时一定要将三个支脚牢固地踩入土中，以防止水准标尺下沉和尺点变动。“二、水准尺和尺垫学习单元 1水准标尺立在半圆的顶端上，这样才能保证水准尺在转动时尺底和高程不变。“二、水准尺和尺垫学习单元 1“二、水准尺和尺垫学习单元 1（一）水准测

5、量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线，根据水准仪在两点竖立的水准尺上的读数，先求得两点之间的高差，然后根据已知点的高程，推算出未知点的高程。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1 如图2-9所示，地面上有A、B两点，设A点为已知点，其高程为HA；B点为未知点，其高程HB待测。在A、B两点之间安置一台水准仪，并在A、B两点上分别铅直竖立水准尺。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1用望远镜分别照准A、B点上的水准尺，根据水平视线在A点的尺上读取读数，在B点的尺上读取读数，则A、B两点间的高差为 HAB=a-b（2-2

6、）“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1根据式（2-2）计算出的高差可能为正值也可能为负值，因此水准测量求得的高差必须用“+”或“-”号表示。当高差为正值时，说明前视点比后视点高；“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1当高差为负值时，说明前视点比后视点低。在计算高程时，高差值须带符号一起进行运算。B点的高程HB可由下式求得：HB=HA+HAB=HA+（a+b）“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1（二）水准仪的检验与校正1.圆水准器轴平行于竖轴的检验和校正（1）检验。安装水准仪后，转动基座脚螺旋使圆水准器气泡居中，则圆水准器轴处于铅垂位置。若圆水准器轴不平行

7、于竖轴，如图所示，“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1设两轴的夹角为，则竖轴偏离铅垂方向的夹角为。将望远镜绕竖轴旋转180后，竖轴位置不变，而圆水准器轴移到下图所示的位置，此时，圆水准器轴与铅垂线之间的夹角为2。此角值的大小是由气泡偏离圆水准器零点的弧长表现出来的。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1因此，检验时，只要将水准仪旋转180后发现气泡不居中，就说明圆水准器轴与竖轴不平行，需要校正。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1（）校正。圆水准器的下面有3个校正螺钉，如上图所示，用校正针拨动圆水准器下面

8、的三个校正螺钉，使气泡退回偏离中心距离的一半，此时圆水准器轴与竖轴平行，如上图c所示；“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1再旋转脚螺旋使气泡居中，此时竖轴处于竖直位置，如上图d所示。此项工作须反复进行，直到仪器旋转至任何位置圆水准器气泡皆居中为止。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 12.十字丝中丝垂直于竖轴的检验和校正（1）检验。安置仪器后，先将中丝一端对准一个明显的点状目标M，如图2-14(a)所示；然后固定制动螺旋，转动微动螺旋，如果“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1标志点M不离开中丝，如图2-1

9、4(b)所示，则说明中丝垂直于竖轴，不需要校正；否则，就需要校正，如图2-14(c)、(d)所示。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正图2-14 十字丝中丝垂直于竖轴的检验学习单元 1（2）校正。旋下十字丝分划板护罩下图(a)，用螺钉旋具松开四个压环螺钉下图(b)，按中丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再进行检验。如果M点始终在中丝上移动，表明中丝已经水平，最后拧紧四个压环螺钉即可。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 13.水准管轴平行于视准轴的检验和校正（1）检验。如果水准管轴与视准

10、轴不平行，会出现一个交角i，由于i角的影响产生的读数误差称为i角误差，此项检验也称i角检验。具体检验方法为：“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1 在地面上选定两点A、B，将仪器安置在A、B两点中间，测出正确高差h，然后将仪器移至A点(或B点)附近，再测高差h，若hh，则水准管轴平行于视准轴，即i角为零；若hh，则两轴不平行。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1 1）在较平坦的场地选择相距约为80 m的A、B两点，在A、B两点放尺垫或打木桩。用皮尺丈量出AB的中点C，如图2-16(a)所示。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的

11、检验与校正 图2-16 水准管轴平行于视准轴的检验 学习单元 1 2）将水准仪安置在C点，测量高差hAB。由于前、后视距相等，因此i角对前、后视读数产生的误差都相等。因此计算出的高差hAB不受i角误差影响，即为了提高高差的观测精度，可采用两次仪器高差法。当两次高差之差不大于3 mm时，取平均值作为观测成果。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 13）将水准仪移到一个立尺点的附近，仪器与近尺的视距应稍大于仪器的最短视距，如图2-16(b)所示。测量A、B两点高差，读数，则水准管轴平行于视准轴，否则存在i角误差，即“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1按测量规范要求，DS3型

12、水准仪i20时，必须校正。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1（2)校正。转动微倾螺旋，使十字丝的中丝对准所测点尺上读数，此时视准轴处于水平位置，而水准管气泡不再居中，如图2-17所示，用校正针先拨动水准管左右端校正螺钉,再拨动上、下“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1两个校正螺钉，使偏离的气泡重新居中，最后再将校正的螺钉旋紧。此项校正工作应反复进行，直至达到要求为止。“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正学习单元 1“三、水准测量原理与水准仪的检验与校正图2-17管水准器的校正TEXT学习单元 2 掌握水准测量方法学习单元 2 为统一全国的高程系统和满足各种测量的

13、需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程标志，这些点称为水准点(benchmark，BM)。在国家高程系统中，按精度要求将测定的水准点分别称为一、二、三、四等水准点。“一、水准点学习单元 2（一）水准点标石埋设 二、三等水准点标石规格及埋设结构图，如图2-24所示。四等水准点标石规格及埋设结构图，如图2-25所示。冻土地区的标石规格和埋设深度，可自行设计。“一、水准点学习单元 2线路测量专用高程控制点结构可按图2-25所示制作，也可自行设计。“一、水准点学习单元 2（二）深埋水准点结构图 测温钢管标深埋水准点规格及埋设结构，如图2-26所示。双金属标深埋水准点规格及埋设结构，如图2-27所

14、示。“一、水准点学习单元 2“一、水准点学习单元 2（一）闭合水准路线 如图2-28(a)所示，从已知水准点出发，沿高程待定点1，2，进行水准测量，最后再回到原已知水准点，这种形式的路线，称为闭合水准路线“二、水准路线学习单元 2“二、水准路线 图2-28 水准路线(a)闭合水准路线；(b)附合水准路线；(c)支水准路线学习单元 2（二）附合水准路线 如图2-28(b)所示，从一个已知水准点出发，沿路线上各待测高程的点进行水准测量，最后附合到另一个已知水准点上，这种水准路线称为附合水准路线。“二、水准路线学习单元 2（三）支水准路线 如图2-28(c)所示，从已知水准点出发，沿待定水准点1，2

15、进行水准测量，其路线既不闭合也不附合，而是形成一条支线，称为支水准路线。支水准路线应进行往返测量，以便通过往返测高差检核观测的准确性。“二、水准路线学习单元 2（一）外业观测程序 在选定水准路线并埋设完毕水准点后，即开始进行水准测量的外业观测工作。如图2-29所示，在两待测高差的水准点A和待定点B之间，设置若干个转点，经过连续多站水准测量，测出A、B两点间的高差。“三、外业观测学习单元 2其具体观测程序如下：“三、外业观测学习单元 2 1.在A点前方适当位置，选择转点T1，放上尺垫，在A、T1点上分别立水准尺。在距A和T1大致相等的1处安置水准仪，调节圆水准器，使水准仪粗平。2.照准后视点A上

16、水准尺，精确整平、读取a1。“三、外业观测学习单元 2 3.旋转望远镜，照准前视点T1上水准尺，精平、读取b1，记入1点前视读数栏内。4.计算A至T1点高差h1，记入测站1的高差栏内。至此完成第一个测站的观测。5.在1点前方适当位置选择转点T2，放上尺垫，将A点水准尺移至T2点，“三、外业观测学习单元 2T1点水准尺不动，将水准仪由1处移至距T1和T2点大致相等的2处。将水准仪粗平后，按(2)(4)所述步骤和方法，观测并计算出T1至T2点高差h2。以此类推，连续设站，直至测出最后一个转点至待定点B之间的高差。“三、外业观测学习单元 2（二）测站检核 外业观测结束后，为了保证观测高差正确无误，必

17、须对每测站的观测高差进行检核，这种检核称为测站检核。“三、外业观测学习单元 2（一）水准测量误差的种类“四、水准测量误差及注意事项序号类别 内容 1 仪器误差（1）水准仪的误差。水准仪经过检验校正后，还会存在残余误差，如微小的i角误差。当水准管气泡居中时，由于i角误差使视准轴不处于精确水平的位置，会造成水准尺上的读数误差。在一个测站的水准测量中，如果使前视距与后视距相等，则i角误差对高差测量的影响可以消除。(2)水准尺的误差。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。2 观测 误差(1)水准管气泡居中误差。水准测量时，视线水平是通过水准管气泡居中来

18、实现的。由于气泡居中存在误差，视线会偏离水平位置，从而导致读数误差。气泡居中误差对读数所引起的误差与视线长度有关，距离越远误差越大。因此水准测量时，每次读数都要注意使气泡严格居中，而且距离不能太远。(2)读数误差。当存在视差时，十字丝平面与水准尺影像不重合，若眼睛观察的位置不同，便读出不同的读数，因而也会产生读数误差。只要将目镜和物镜再次对光，使其成像目标清晰，视差就可消除。(3)水准尺倾斜误差。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。所以读数时，水准尺必须竖直。学习单元 2（一）水准测量误差的种类“四、水准测量误差及注意

19、事项 3外界条 件影响误差(1)仪器和尺垫下沉的影响。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”的观测顺序可以减小仪器下沉的影响，采用往返观测取观测高差的中数可以减小尺垫下沉的影响。(2)地球曲率和大气折光的影响。由于地球曲率和大气折光的影响，测站上水准仪的水平视线，相对于与之对应的水准面，会在水准尺上产生读数误差，视线越长误差越大。前、后视距相等，则地球曲率与大气折光对高差的影响将得到消除或减弱。(3)温度变化的影响。当阳光直接照射在仪器上时，仪器各部件受热后产生变形，从而影响仪器轴线间的几何关系。学习单元 2（一）水准测量成果处理的步骤1.计算高差闭合差 一条水准路线

20、实际测出的高差和已知的理论高差之差称为水准路线的高差闭合差，用fh表示，即“五、水准测量成果处理学习单元 2（1）附合水准路线的高差闭合差为（2）闭合水准路线的高差闭合差为（3）支水准路线的高差闭合差为“五、水准测量成果处理学习单元 22.计算高差闭合差的允许值 为了保证测量成果的精度，水准测量路线的高差闭合差不允许超过一定的范围，否则应重测。水准路线高差闭合差的允许范围称为高差闭合差的允许值。普通水准测量时，平地和山地的允许值按下式计算：“五、水准测量成果处理学习单元 2“五、水准测量成果处理学习单元 23.调整高差闭合差 当fh的绝对值小于fh允时，说明观测成果合格，可以进行高差闭合差的分

21、配、高差改正。对于附合或闭合水准路线，一般按与路线长L或测站数n成正比的原则，将高差闭合差反号进行分配。“五、水准测量成果处理学习单元 2也即在闭合差为fh、路线总长为L(或测站总数为n)的一条水准路线上，设某两点间的高差观测值为hi、路线长为Li(或测站数为ni)，则其高差改正数Vi的计算公式为“五、水准测量成果处理学习单元 2“五、水准测量成果处理学习单元 24.计算待定点的高程 对于附合水准路线或闭合水准路线，须根据起点的已知高程加上各段调整后的高差依次推算各所求点的高程，即“五、水准测量成果处理学习单元 2 推算到终点已知高程点上时，应与该点的已知高程相等。否则，说明计算有误，应找出原因，重新计算。“五、水准测量成果处理学习单元 2（二）附合水准路线成果处理“五、水准测量成果处理学习单元 2“五、水准测量成果处理学习单元 2（三）闭合水准路线成果处理“五、水准测量成果处理学习单元 2“五、水准测量成果处理学习单元 2（四）支水准路线成果处理 已知水准点A的高程为30.215 m，按照等外水准技术要求进行观测，往、返测站共16站，求l点的高程。“五、水准测量成果处理学习单元 2“五、水准测量成果处理学习单元 2“五、水准测量成果处理THANKYOU!