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1、第二章第二章 水准测量水准测量建筑工程测量建筑工程测量主讲人：主讲人：张越张越张越张越大纲大纲2了解：了解：水准仪、经纬仪的基本构造和工作原理；水准仪、经纬仪的基本构造和工作原理；测量误差的概念、分类。测量误差的概念、分类。熟悉熟悉：高程测量原理；角度测量原理：高程测量原理；角度测量原理掌握掌握：四等水准测量的施测方法与计算方法；：四等水准测量的施测方法与计算方法；测回法和方向法测量水平角度的施测方法与测回法和方向法测量水平角度的施测方法与 计算方法。计算方法。2.1 水准测量原理水准测量原理 水准仪水平视线，读取水平视线在标尺上的读数，水准测量方向AB。A尺尺后视尺，后视尺，读数读数a后视读
2、数。后视读数。B尺尺前视尺，前视尺，读数读数b前视读数。前视读数。AB高差高差 hAB=abA点高程点高程HA已知，已知，求出求出B点高程点高程 HB=HA+hAB视线高程视线高程 Hi=HA+a，B点高程点高程 HB=Hi b常用于施工测量，放样点的高程。常用于施工测量，放样点的高程。5、高差法、高差法 依据两点高差求待定点依据两点高差求待定点B高程，称为高差法。高程，称为高差法。HHB B=H=HA A+h+hABAB、仪高法、仪高法 利用利用利用利用视线高视线高视线高视线高求高程的方法，称为仪高法。求高程的方法，称为仪高法。求高程的方法，称为仪高法。求高程的方法，称为仪高法。假设仪器的视
3、线（视准轴）高程为假设仪器的视线（视准轴）高程为假设仪器的视线（视准轴）高程为假设仪器的视线（视准轴）高程为HHi：HHi i=H=HA A+a=H+a=HB B+b+bHHB B=H=Hi i-b-b 在同一测站上，需要观测几个前视点的高在同一测站上，需要观测几个前视点的高程时，用仪高法是比较方便的。程时，用仪高法是比较方便的。A，B两点相距较远时，连续水准测量。中间设置转点(TP)，放置尺垫。h1=a1b1，h2=a2b2，h3=a3b3，hn=anbn。hAB=h1 h2 h3 hn=hihAB=aibi求高差求高差已知已知 H HA A=358.236m=358.236m，H HB B
4、=632.410m=632.410m，求求 h hAB AB 和和 h hBABA分析：分析：hAB指指B点相对于点相对于A点高差，即点高差，即B点比点比A点高多少（用减法），点高多少（用减法），hBA亦然亦然解：h hABAB=H=HB B-H-HA A=632.410-358.236=274.174m=632.410-358.236=274.174mh hBABA=H=HA A-H-HB B=358.236-632.410=-274.174m=358.236-632.410=-274.174m求高程求高程设设A A点高程为点高程为101.352m101.352m，当后视读数为，当后视读数为
5、1.154m1.154m，前视读数为，前视读数为1.328m1.328m时，问高差是时，问高差是多少，待测点多少，待测点B B的高程是多少？的高程是多少？分析：高差为后视读数减去前视读数，分析：高差为后视读数减去前视读数，B点点高程可用仪高法或高差法，高差已求，故高程可用仪高法或高差法，高差已求，故用后者。用后者。解：解：h hABAB=1.154-1.328=-0.174m=1.154-1.328=-0.174m H HB B=H=HA A+h+hABAB=101.352-0.174=101.178m=101.352-0.174=101.178m求高程求高程已知已知H HA A=417.50
6、2m=417.502m，a=1.384ma=1.384m，前视，前视B B的读数的读数分别为分别为b b1 1=1.468m=1.468m，试用仪高法计算出，试用仪高法计算出B B点点高程。高程。分析：仪高法先求视线高程，再按分别减去分析：仪高法先求视线高程，再按分别减去各前视读数，求得高程。各前视读数，求得高程。解：解：H Hi i=H=HA A+a=417.502+1.384=418.886m+a=417.502+1.384=418.886m H HB B=H=Hi i-b-b1 1=418.886-1.468=417.418m=418.886-1.468=417.418m10 2.2水准
7、测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具 水准测量所用的仪器为水准仪，工具水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。有水准尺和尺垫。DS3DS3水准仪的构造水准仪的构造 我国水准仪我国水准仪(level)系列分为四个等级，即系列分为四个等级，即DS05DS05、DS1DS1、DS3DS3、DS10DS10，其中，其中“D D”、“S S”分别为分别为“大地测量大地测量”和和“水准仪水准仪”的的汉语拼音字头，汉语拼音字头，0.5、1、3、10为仪器精度，为仪器精度，DS3DS3表示水准仪每公里往返测高差偶然中误表示水准仪每公里往返测高差偶然中误差不大于差不大于3mm。12目镜水准管，管水准器圆
8、水准器底脚螺旋物镜对光螺旋水平微动螺旋水平止动螺旋微倾螺旋DS3级水准仪实物级水准仪实物圆水准器校正圆水准器校正螺丝螺丝管水准器校正螺管水准器校正螺丝2.2.1.1 望远镜望远镜作用照准竖立水准尺并读取水准尺上的读数。组成物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜。倒像望远镜，正像望远镜。视准轴CC物镜中心物镜中心与十字丝分划板中心十字丝分划板中心连线。中丝读取视准轴CC与标尺交点的读数。上下丝读取水准仪到标尺的距离(视距)。2.2.1.2 望远镜望远镜十字丝分划板结构安装在金属圆环上，用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上。目镜倒像望远镜成像原理倒像望远镜成像原理放大倍数V=DS3水准仪V=28视差视差视差
9、：标尺像没成在十字丝分划板上引起的读数误差消除：望远镜对准天空(或明亮背景)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。有有视差差没有没有视差差望远镜对准天空(或明亮背景)旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。2.2.1.3 水准器水准器分类圆水准器，管水准器。圆水准器轴LL内圆弧中点的法法线。圆水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。DS3的=810。圆水准器轴LL竖轴VV，用于粗略整平仪器。管水准器轴LL内圆弧中点切切线，气泡居中时，LL水平。管水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。DS3的=20。管
10、水准器轴LL望远镜视准轴CC，精确整平仪器。管水准器安装。管水准器符合棱镜系统，提高管水准气泡的居中精度。23十字丝分划板十字丝分划板十字十字丝分划板分划板下丝下丝上丝上丝横丝横丝竖丝竖丝视距丝视距丝2.2.1 自动安平水准仪自动安平水准仪没有没有管水准器与微倾螺旋管水准器与微倾螺旋。设设视视准准轴轴水水平平时时，水水准准尺尺上上的的正正确确读读数数为为a，圆圆水水准准器器粗平粗平，视准轴相对于水平面，视准轴相对于水平面将有微小倾斜角将有微小倾斜角。无无补补偿偿器器时时水水准准尺尺上上读读数数设设为为a,物物镜镜与与目目镜镜间间的的补补偿偿器使进入十字丝分划板的光线器使进入十字丝分划板的光线偏
11、转偏转。正确读数光线正确读数光线经经 补偿器补偿器后正好后正好通过通过 十字十字丝分划板的丝分划板的横横 丝，读出丝，读出视线视线水平水平 时的时的正确正确读数读数a。天津欧波公司天津欧波公司DS30自动安平水准仪自动安平水准仪2.2.2 水准尺水准尺28 常常常常 见见见见 水水水水 准准准准 尺尺尺尺（staffstaff）有有有有塔塔塔塔尺尺尺尺和和和和双双双双面面面面尺尺尺尺两两两两种种种种，由由由由木木木木材材材材、铝铝铝铝合合合合金金金金等等等等材材材材料料料料制制制制成成成成。塔塔塔塔尺尺尺尺多多多多用用用用于于于于等等等等外外外外水水水水准准准准测测测测量量量量，双双双双面面面
12、面尺尺尺尺多多多多用用用用于于于于精精精精度度度度较较较较高的水准测量。高的水准测量。高的水准测量。高的水准测量。a)a)双面尺双面尺双面尺双面尺 b)b)塔尺塔尺塔尺塔尺2910mm分划水准尺（双面尺）分划水准尺（双面尺）郑州大学土木工程学院 宋建学305mm分划水准尺（塔尺）分划水准尺（塔尺）3132 2.2.3 尺垫尺垫转点处放置水准尺用。转点处放置水准尺用。生铁铸成的三角形板座。生铁铸成的三角形板座。2.2.4 微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用水准测量操作步骤：粗平瞄准水准尺精平读数 粗平粗平旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。怎么粗平？怎么粗平？321瞄准水准尺瞄准水准尺精平精平瞄准
13、：瞄准：先目镜对光，再物镜对光，消除视差。粗略瞄准：粗略瞄准：松开制动螺旋，照准标尺，使准星、照门、标尺在一直线上。精确瞄准：精确瞄准：拧紧制动螺旋，从望远镜观察标尺像，旋转微动螺旋，使十字丝竖丝位于标尺中央。精平：精平：旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中。2.3 水准测量的方法与成果处理水准测量的方法与成果处理(1)水准点水准点 水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。一、二等为精密水准测量，三四等为普通水准测量。为统一全国高程系统和满足各种测量的需要国家各级测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点称水准点(BM)，分地面点与墙上点。2.3.2 水准路线水准路线水准点之间进行水准测量所经过的路
14、线。附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。检核条件高差闭合差fh。附合水准路线：fh=hi(HBM2 HBM1)。闭合水准路线：fh=hi0=hi。支水准路线：fh=h往h返。2.3.3 水准测量方法水准测量方法每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。1)两次仪器高法两次仪器高法两次不同仪器高度的水平视线两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在改变仪器高度应在10cm以上以上)测定相邻两点间的高差，测定相邻两点间的高差，图根水准测量图根水准测量两次高差之差应小于两次高差之差应小于5mm，否则应重测。，否则应重测。测站 测点水准尺读数/mm高差/
15、m平均高差/m高程/m备注后视读数 前视读数前进方向D=1000m大地水准面TP.16 9016 008+0.8932 0141 2232 0141 2236 9016 008尺换面尺换面调转调转180(0.002)前进方向D=1000m大地水准面TP.1TP.2后视点前视点前视点后视点2)双面尺法双面尺法 读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，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，两次高差之差应小于5mm，否则应重测。瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准后视点水准尺红面分划精平读数；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。上述观
16、测顺序简称为“后后前前”。2.3.3 水准测量方法水准测量方法2.3.4 水准测量成果处理水准测量成果处理根据已知水准点的高程，水准路线高差观测值，分配高差闭合差，计算出未知点的高程。附合水准路线fh=hi(H终 H起)。闭合水准路线fh=hi0=hi。支水准路线fh=h往h返。图根水准高差闭合差允许值fh允平坦地区 fh允=40L(mm)山地fh允=12n(mm)fh fh允时，可以分配高差闭合差。原则：反号，按路线长Li(平坦)或测站数ni(山地)比例分配高差改正数 Vi公式：（一）适用：平坦地区的高程控制测量。一）适用：平坦地区的高程控制测量。（二）精度技术要求：（二）精度技术要求：表一
17、：三、四等水准测量测站技术要求表一：三、四等水准测量测站技术要求 等等 级级视线长度视线长度(m)(m)前、后视前、后视 距离差距离差(m)(m)前、后视前、后视距离累积差距离累积差(m)(m)红、黑面红、黑面读读 数数 差差(mm)(mm)红、黑面红、黑面高差之差高差之差(mm)(mm)三三 等等 65 3 6 2 365 3 6 2 3四四 等等 80 5 10 3 580 5 10 3 5三、四等水准测量三、四等水准测量表二：三、四等水准测量主要技术要求表二：三、四等水准测量主要技术要求等级等级 每公里高每公里高 附合路附合路 水准仪水准仪 往返测高往返测高 附合路线或附合路线或 差中误
18、差差中误差 线长度线长度 级别级别 差不符值差不符值 环线闭合差环线闭合差 (mm)(km)(mm)(mm)(mm)(km)(mm)(mm)三等三等 6 45 S16 45 S1或或S3 S3 1212 R R 12 L或或4 4 n四等四等 10 15 S110 15 S1或或S3 S3 2020 R R 20 L或或6 6 n n注：注：R R为测段的长度；为测段的长度；L L为附合路线的长度，均以为附合路线的长度，均以kmkm为单位。为单位。（三）作业方法（三）作业方法1、每站观测程序、每站观测程序（见图）（见图）（1 1）顺序：）顺序：“后前前后（黑黑红红）后前前后（黑黑红红）”；一般
19、一对尺子交替使用。；一般一对尺子交替使用。（2 2）读数：黑面）读数：黑面“三丝法三丝法”（上、下、中丝）读数，红面仅读中丝。（上、下、中丝）读数，红面仅读中丝。后视后视(黑面黑面)上丝读数，下丝读数，中丝读数上丝读数，下丝读数，中丝读数 前视前视(黑面黑面)上丝读数，下丝读数，中丝读数上丝读数，下丝读数，中丝读数 前视前视(红面红面)中丝读数中丝读数 后视后视(红面红面)中丝读数中丝读数后视尺前视尺瞄准前视尺红面，读取中丝的读数，记入手簿瞄准前视尺红面，读取中丝的读数，记入手簿(7)栏。栏。瞄准后视尺红面，读取中丝的读数，记入手簿瞄准后视尺红面，读取中丝的读数，记入手簿(8)栏。栏。瞄准后视
20、尺黑面，读取下、上、中丝的读数，瞄准后视尺黑面，读取下、上、中丝的读数，记入手簿记入手簿(1)、(2)、(3)栏。栏。瞄准前视尺黑面，读取下、上、中丝的读数，瞄准前视尺黑面，读取下、上、中丝的读数，记入手簿记入手簿(4)、(5)、(6)栏。栏。以上观测程序归纳为以上观测程序归纳为“后，前，前，后后，前，前，后”，可减小仪器下，可减小仪器下沉误差。四等水准测量亦可沉误差。四等水准测量亦可按按“后，后，前，前后，后，前，前”程序观测。程序观测。1.视距计算与检核视距计算与检核后视距后视距 d 后：后：(9)=(1)(2)100 前视距前视距d 前：前：(10)=(4)(5)100测站计算与检核测站
21、计算与检核前后视距差前后视距差 d：(11)=(9)(10)前后视距累计差前后视距累计差d：(12)=上站上站(12)+本站本站(11)(11)等等3m,等等5m(12)等等6m,等等10m每站安置仪器时，尽可能使每站安置仪器时，尽可能使d 后后=d 前。前。2.读数检核读数检核设后、前视尺的红、黑面零点常数分别为设后、前视尺的红、黑面零点常数分别为 K1(如如4.787)、K2(如如4.687)，同一尺的黑、红面读数差为：，同一尺的黑、红面读数差为：前视尺前视尺 (13)=(6)+K2(7)后视尺后视尺 (14)=(3)+K1(8)(13)、(14)之值均应满足表之值均应满足表2-3 的要求
22、，的要求，即三等水准不大于即三等水准不大于2mm，四等水准不大于，四等水准不大于3mm。否则应重新观测。满足上述要求即可进行高差计算。否则应重新观测。满足上述要求即可进行高差计算。3.高差计算与检核高差计算与检核黑面高差：黑面高差：(15)=(3)(6)红面高差：红面高差：(16)=(8)(7)红黑面高差之差红黑面高差之差(较差较差)：(17)=(15)(16)100mm=(13)(14)(17)对于三等水准应不大于对于三等水准应不大于3mm，四等水准不大于，四等水准不大于5mm。上述计算与检核满足要求后，取平均值作测站高差。即：上述计算与检核满足要求后，取平均值作测站高差。即：(18)=(1
23、5)+(16)100mm/2上式中上式中100mm 为前、后视尺红面的零点常数为前、后视尺红面的零点常数K 的差值。的差值。正、负号可将正、负号可将(15)和和(16)相比较确定，当相比较确定，当(15)小于小于(16)接近接近100mm 时，取正号；反之取负号。时，取正号；反之取负号。1.视距计算与检核视距计算与检核后视距后视距 d 后：后：(9)=(1)(2)100 前视距前视距d 前：前：(10)=(4)(5)100测站计算与检核测站计算与检核前后视距差前后视距差 d：(11)=(9)(10)前后视距累计差前后视距累计差d：(12)=上站上站(12)+本站本站(11)(11)等等3m,等
24、等5m(12)等等6m,等等10m每站安置仪器时，尽可能使每站安置仪器时，尽可能使d 后后=d 前。前。2.读数检核读数检核前视尺前视尺 (13)=(6)+K2(7)后视尺后视尺 (14)=(3)+K1(8)(13)、(14)之值均应满足表之值均应满足表2-3 的要求，的要求，即三等水准不大于即三等水准不大于2mm，四等水准不大于，四等水准不大于3mm。否则应重新观测。满足上述要求即可进行高差计算。否则应重新观测。满足上述要求即可进行高差计算。3.高差计算与检核高差计算与检核黑面高差：黑面高差：(15)=(3)(6)红面高差：红面高差：(16)=(8)(7)红黑面高差之差红黑面高差之差(较差较差)：(17)=(15)(16)100mm=(13)(14)(17)对于三等水准应不大于对于三等水准应不大于3mm，四等水准不大于，四等水准不大于5mm。上式中上式中100mm 为前、后视尺红面的零点常数为前、后视尺红面的零点常数K 的差值。的差值。正、负号可将正、负号可将(15)和和(16)相比较确定，当相比较确定，当(15)小于小于(16)接近接近100mm 时，取正号；反之取负号。时，取正号；反之取负号。上述计算与检核满足要求后，取平均值作测站高差。上述计算与检核满足要求后，取平均值作测站高差。即：即：(18)=(15)+(16)100mm/2