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1、水利工程测量1水准测量原理水准测量原理ThePrincipleofLeveling水准仪及其使用水准仪及其使用TheWaterLevelandtheUsage水准测量的一般方法和要求水准测量的一般方法和要求TheCommonMethodsandDemandoftheWaterLevel水准仪的检验和校正TheInspectionandEmendationoftheWaterLevel水准测量误差产生的原因及消减方法TheCausesandEliminationofLeveling水准路线闭合差的调整和计算水准路线闭合差的调整和计算Theadjustmentandcalculationofthe
2、Levelrouteerror第1页/共44页水利工程测量22.1 2.1 水准测量原理水准测量原理ThePrincipleofLeveling水准测量的原理:是借助仪器提供的水平视线，配合水准尺测定地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程来推求未知点的高程。如图21已知A点高程为HA，要测出B点高程HB，只要在A、B两点间安置一架能提供水平视线的仪器水准仪，并在A、B两点各竖立水准尺，利用水平视线分别读出A点尺子上的读数及B点尺子上的读数b，则A、B两点间的高差为:hAB=a-b如果测量是由AB的方向前进，则A点称为后视点，B点称为前视点，a及b分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就等于后
3、视读数减去前视读数。如果B点高于A点，则高差为正，反之，高差为负。第2页/共44页水利工程测量3AB后视后视前视前视前进方向前进方向（水平视线高程（水平视线高程=HA+a）HiHBHA水水准准尺尺a水水准准尺尺bhab第3页/共44页水利工程测量4计算高程的方法计算高程的方法 (一)由高差计算高程B点（未知点）的高程等于A点（已知点）的高程加上两点间的高差，即HB=HA+hAB=HA+(a-b)(二)由视线高程计算高程由上页图可知，A点高程加后视读数等于仪器视线的高程，设视线高程为Hi，即Hi=HA+a则B点高程等于视线高程减去前视读数，即HB=Hi-b=(HA+a)-b第4页/共44页水利工
4、程测量52.2 2.2 水准仪及其使用水准仪及其使用2.2TheWaterLevelandtheUsage一、水准仪一、水准仪(以以DS3DS3型水准仪为例型水准仪为例)TheWaterLevel(TakeDS3forexample)精度系列:分DS05、DS1、DS3，DS10,下标“05”、“1”、“3”及“10”等数字,表示该类仪器的精度,每公里往返测高差中数的中误差。主要由望远镜、水准器及基座三个主要部分组成。水准仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有一个圆水准器。下面有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。望远镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜作微小上下仰俯动作的微倾
5、螺旋，转动微倾螺旋，管水准器随望远镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便呈水平位置，以简化精密整平仪器的工作。（见图2-2）第5页/共44页水利工程测量6第6页/共44页水利工程测量7（一）望远镜是用来瞄准远方目标的，主要作用是使目标成像清晰、扩大视角，以精确照准目标。由物镜、十字丝分划板、调焦镜、目镜等构成。由于物镜调节器焦构造不同，望远镜有外对光望远镜和内对望远镜两种。成像原理：目标通过物镜及调焦凹透镜的作用，在十字丝面上形成一个倒立的小实像，再经过目镜的放大作用，使目标的像和十字丝同时放大成虚像。视准轴是指十字丝的交点和物镜光心的连线。第7页/共44页水利工程测量8（二）水准器是用来
6、指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器分圆水准器和长水准器两种。圆水准器一般装在基座上，作粗略整平、使竖轴竖直之用，长水准管和望远镜连在一起，供精确调平视线之用。水准管分划值是指圆弧2mm长度所对圆心角的度数。第8页/共44页水利工程测量9二、水准尺与尺垫二、水准尺与尺垫 TheWaterLevelRulerandRulerTray直尺:双面水准尺分“黑面尺”和“红面尺”。黑面尺尺底均从零开始，而红面尺尺底，从固定数值4.687m或4.787m开始，此数值称为零点差。塔尺:可伸缩，伸足为3米、5米，用于一般工程测量。尺垫:转点立尺用。第9页/共44页水利工程测量10三、水准仪的使用三、水准仪
7、的使用 TheUsageofWaterLevel（一）安置与粗略整平支开三角架，将三支开三角架，将三脚架支稳并使架头脚架支稳并使架头大致水平，利用连大致水平，利用连接螺旋使水准仪与接螺旋使水准仪与三角架固连，而后三角架固连，而后旋转脚螺旋使圆水旋转脚螺旋使圆水准器的气泡居中。准器的气泡居中。其具体方法为：如其具体方法为：如下图所示下图所示第10页/共44页水利工程测量11（二）瞄准 当仪器粗略整平后，松开望远镜制动螺旋，利用望远镜筒上的缺口和准星概略的瞄准水准尺，在望远镜内看到水准尺后，关紧制动螺旋，转动目镜调节螺旋，使十字丝的呈像清晰，再转动物镜对光螺旋，使水准尺的分划呈像清晰。要使十字丝纵
8、丝对准水准尺。如右图所示。第11页/共44页水利工程测量12（三）精确整平和读数 转动微倾螺旋使水准管的气泡精确居中。后利用十字丝的中丝读数。从望远镜中看到的是尺子的正像，注记从上向下递增，因此读数应从上向下读，在上图中，读数为1.948。第12页/共44页水利工程测量13 a0.7410.741 bc6.2486.2481.5011.501第13页/共44页水利工程测量14（四）消除视差十字丝与标尺的影像不重合即产生视差。具体来说就是眼睛看读数时上下晃动，读数也随之变动的现象。消除方法是反复仔细调节物镜和目镜调焦螺旋，直到眼睛上、下移动时读数不变为止。第14页/共44页水利工程测量152.3
9、 2.3 水准测量的一般方法和要求水准测量的一般方法和要求2.3TheCommonMethodsandDemandoftheWaterLevel一、水准测量的实施一、水准测量的实施TheImplementofwaterlevel 若地面两点相距近时，安置一次仪器就可以直接测定两点的高差。当地面上两点相距较远或高差较大时，安置一次仪器难以测得两点的高差，因此，必须依图2 21212所示，在A A、B B两点之间增设若干临时立尺点，称为转点（起传递高程的作用）。把A A、B B分成若干测段，逐段测出高差，最后由各段高差求和，得出A A、B B两点间高差。要求：随测、随记、随算。第15页/共44页水
10、利工程测量16第16页/共44页水利工程测量17 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn hAB=h1+h2+hn=h 可用下式进行高差计算正确性的检核：hAB=(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn)=a-b 如果A为已知高程点，其高程为HA，则B点高程为：HB=HA+hAB=HA+a-b第17页/共44页18测站方向立尺点号水准尺中丝读数(m)高差(m)h=后-前高程(m)备注后视A123.446前视TP1后视TP1前视TP2后视TP2前视TP3后视TP3前视B后视后h=前视前2.1420.9281.2351.6641.4311.6722.0746.4065.998+0
11、.884-0.307+0.233-0.4020.408123.854后后前前=0.408H终终H始始=0.4081.258124.330124.023124.256计算计算检核检核第18页/共44页水利工程测量19二、水准测量的校核方法和精度要求ThePrecisionandEmendationoftheWaterLevel（一）测站校核（一）测站校核一个测站观测结果的检核。变动仪高法：在同一测站上，通过改变仪器高在同一测站上，通过改变仪器高（10）的方法测出两次高差，两次高差在容）的方法测出两次高差，两次高差在容许范围之内（等外为许范围之内（等外为6；四等为；四等为5），取其），取其平均值作
12、为该站的高差。平均值作为该站的高差。双面尺法：双面尺法：在同一测站上，仪器高度不变，用黑在同一测站上，仪器高度不变，用黑面、红面尺分别测出两次高差，两次高差之差在面、红面尺分别测出两次高差，两次高差之差在容许范围之内（等外为容许范围之内（等外为6；四等为；四等为5），取），取其平均值作为该站的高差。其平均值作为该站的高差。第19页/共44页水利工程测量20（二）路线检核：对整个水准路线的成果的检核。1、水准路线：水准测量所经过的路线。布设形式：闭合水准路线、附合水准路线、支水准路线。2、水准路线的成果检核：水准路线测量成果的精度是用高差闭合差来衡量的。高差闭合差fh：观测高差值与理论高差值之差
13、。第20页/共44页水利工程测量21(1)(1)闭合水准路线：从一水准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最后又回到原水准点，所形成的环形路线。第21页/共44页水利工程测量22(2)(2)附合水准路线：从一水准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最后附合到另一水准点上，所形成的路线。即在两个水准点间布设的水准路线。第22页/共44页水利工程测量23(3)(3)支水准路线：从一水准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，末端仍为一未知点的水准路线。第23页/共44页水利工程测量243、水准测量的精度要求:第24页/共44页水利工程测量252.4水准路线闭合差的调整和计算 2.4The adjust
14、ment and calculation of the Level route error 一、闭合及附合水准路线成果计算：首先检查外业成果，并绘出水准路线外业图，再按以下步骤计算：（一）将高差、测站数、点号等数据填入计算表上；（二）计算高差闭合差：（三）计算高差闭合差容许值：第25页/共44页水利工程测量26（四）调整高差闭合差1 1、调整原则：将闭合差fhfh以相反的符号，根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上，得改正后高差。2 2、高差调整数：3 3、检核：（五）计算改正后高差：检核：第26页/共44页水利工程测量27注意：注意：1 1、改正数的符号只有一个，与、改正数的
15、符号只有一个，与fhfh的符号相反；的符号相反；2 2、改正后高差的代数和与理论值或已知值之、改正后高差的代数和与理论值或已知值之差在差在3mm3mm内，可将其分配给站数最多或段数最长的一段；内，可将其分配给站数最多或段数最长的一段；3 3、数字修约法：、数字修约法：“四舍六入，五前单进双不进四舍六入，五前单进双不进”。例：第27页/共44页水利工程测量28数字修约规则(补充内容)在实际工作中，各种测量计算的数值需要修约时，应按下列规则进行。1在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字小于5时，则舍去，即所拟保留的末位数字不变。例如：将14.2432修约保留一位小数。修约前 修约后 14.2432 1
16、422.在拟舍弃数字中，若左边的第一个数字大于5时则进一，即拟保留的末位数字加一。例如：将264843修约保留一位小数。修约前 修约后 26.4843 26.53.在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字等于5，右边的数字并非全部为零时，则进一，所拟保留末位数字加一 例如：将1.0501修约保留一位小数。修约前 修约后 1.0501 1.1第28页/共44页水利工程测量294.在拟舍弃的数字中，若左边的第一个数字等于5，其右边的数字皆为零时，所拟保留的末位数字若为奇数则进一，若为偶数(包括“0”)则不进。例如：将下列数字修约到只保留一位小数。修约前 修约后 0.3500 0.4 0.4500 0.4
17、 1.0500 1.05.所拟舍弃的数字，若为两位以上数字时，不得连续多次修约，应根据所拟舍弃数字中左边第一位数字的大小，按上述规则一次修约出结果。例如：将15.4546修约成整数。正确的作法是修约前 修约后15.4546 1 5第29页/共44页水利工程测量30不正确的作法是：修约前 一次修约 二次修约 三次修约 四次修约15.4546 15.455 15.46 15.5 16为了方便于记忆数字修约法，其口诀是：四舍六入五考虑，五后非零则进一，五后皆零视奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇则进一。(“0”视为偶数)。第30页/共44页水利工程测量31测段点号测站数或公里数实测高差（m）改正数（m）
18、改正后高差（m）高程（m）备注BMA27.015已知1234BMA辅助计算1.10.70.90.81.34.8+3.241-0.680-2.880-0.155+0.452-0.022+0.005+0.003+0.004+0.004+0.006+0.022+3.246-0.677-2.876-0.151+0.458030.26129.58426.70826.55727.015与已知相符与已知相符第31页/共44页水利工程测量32二、支水准路线成果计算二、支水准路线成果计算例：已知水准点例：已知水准点A A的高程为的高程为186.785m186.785m，往、，往、返测站返测站1616站，求站，求
19、1 1点的高程。点的高程。（一）计算高差闭合差：（一）计算高差闭合差：（二）计算高差闭合容许值：（二）计算高差闭合容许值：（三）计算改正后高差：取各测段往测和（三）计算改正后高差：取各测段往测和返测高差绝对值的平均值作为改正返测高差绝对值的平均值作为改正后高差，其符号以往测高差符号为后高差，其符号以往测高差符号为准。准。（四）计算待定点高程：（四）计算待定点高程：注意：支水准路线在计算fhfh容时，路线总长L L或测站总数N N均按单程计。第32页/共44页水利工程测量33测段点号测站数往测高差（m）返测高差（m）平均高差（m）高程（m）备注BMA186.785已知1辅助计算16-1.3751
20、.396-1.386185.399第33页/共44页水利工程测量342.5 2.5 水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正2.5TheInspectionandEmendationoftheWaterLevel一、水准仪轴线必须满足的条件一、水准仪轴线必须满足的条件TheNecessaryConditionofwaterlevelaxes1.圆水准器轴平行于竖轴（L1L1VV）2.十字丝横丝垂直于竖轴3.水准管轴平行于视准轴（LLCC）第34页/共44页水利工程测量35二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正TheInspectionandEmendati
21、onofRoundWaterLevelParallelingInstrumentaxes检验：旋转脚螺旋使圆水准气泡居检验：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器水平旋转中，之后将仪器水平旋转180，气，气泡仍居中则正常，否则需要校正。泡仍居中则正常，否则需要校正。校正：设望远镜转动校正：设望远镜转动180180度以后，度以后，气泡不在中心而在气泡不在中心而在a a位置，表明校位置，表明校正螺丝正螺丝1 1一侧偏高。校正时，转动一侧偏高。校正时，转动角螺旋使气泡从角螺旋使气泡从a a 位置移向位置移向中心偏中心偏离量的一半离量的一半，到图示，到图示b b的位置，然的位置，然后用三个校正螺丝旋进
22、旋出使气泡后用三个校正螺丝旋进旋出使气泡居中，应反复检验和校正，直至仪居中，应反复检验和校正，直至仪器转至任何位置，气泡始终居中。器转至任何位置，气泡始终居中。第35页/共44页水利工程测量36三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正TheInspectionandEmendationofCrossLine PlumbingUprightAxes水准测量是利用横丝来读数的，当竖轴处于铅垂位置时，水准测量是利用横丝来读数的，当竖轴处于铅垂位置时，如果横丝不水平，图如果横丝不水平，图a所示，这时用横丝的左侧或右侧读数将所示，这时用横丝的左侧或右侧读数将产生误差。产生
23、误差。第36页/共44页水利工程测量37检验：瞄准一固定点A，转微动螺旋使仪器水平旋转，若点始终沿横丝移动，则水平；若偏离横丝图b，则需校正。校正：拧开目镜护盖，松开十字丝分划板座四颗固定螺丝，轻轻转动分划板座，使横丝水平，后拧紧固定螺丝，盖上护盖。第37页/共44页水利工程测量38四、水准管轴平行于视准轴的检验和校正四、水准管轴平行于视准轴的检验和校正TheInspectionandEmendationofWaterLevelCanalParallelingWatchAxes第38页/共44页水利工程测量39检验：在比较平坦的地面上相距约40米左右的地方安放水准尺作为固定点A和B，如图2-2
24、1所示，先将水准仪安置于距两点等距离处，分别读取 A、B点读数a1和b1，求得高差h1=a1-b1；后将仪器搬至B点附近，读取A、B点读数a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2,若h1=h2，则水准管轴平行于视准轴，无需校正。若h1h2，h2与h1的差值大于3mm，则需校正。校正：将仪器安置于B 点附近对近尺B的读数影响很小，可忽略不计，远尺读数a2则含有误差，校正时应算出远尺的正确读数a2=h1+b2。第39页/共44页水利工程测量40校正时，转校正时，转动上下微倾螺旋，使十字丝的中丝动上下微倾螺旋，使十字丝的中丝对准对准A尺上的正确读数尺上的正确读数a2，这时水准管器泡，这时水准管器泡
25、不再居中，用校正针拨动水准管一端上、下两不再居中，用校正针拨动水准管一端上、下两个校正螺旋，使气泡居中，反复多次，使条件个校正螺旋，使气泡居中，反复多次，使条件满足为止满足为止校正原则：对校正螺丝，应遵循先松后紧的原校正原则：对校正螺丝，应遵循先松后紧的原则，避免损坏仪器。则，避免损坏仪器。水准管校正螺丝有上下左右四个，校正时先稍水准管校正螺丝有上下左右四个，校正时先稍稍松开左右两个中的任一个，利用上下螺丝进稍松开左右两个中的任一个，利用上下螺丝进行校正。松上紧下，抬高该处水准管支柱，气行校正。松上紧下，抬高该处水准管支柱，气泡向目镜方向移动；松下紧上，气泡向相反方泡向目镜方向移动；松下紧上，
26、气泡向相反方向移动。向移动。第40页/共44页水利工程测量41水准测量误差来源：水准测量误差来源：一、仪器误差一、仪器误差InstrumentError1）仪器校正不完善的误差（水准管轴不平行于视准轴误差，安置仪器于前后视等距离处可消除此项误差）。2）对光误差（调焦误差，安置仪器于前后视等距离处可消除此项误差）。3）水准尺误差包括水准尺刻划误差和水准尺尺底零点误差2.6 2.6 水准测量误差分析及注意事项水准测量误差分析及注意事项2.6LevelingErrorAnalysisandNotice 第41页/共44页水利工程测量42二、观测误差Observation Error1）整平误差 m平=（0.075/）D =2062652）照准误差 m照=（60/V）D3）估读误差4）水准尺竖立不直误差第42页/共44页水利工程测量43三、外界条件的影响The Influence of Outside1）仪器升降的误差 三等水准测量，采用后、前、前、后的观测顺序2）尺垫升降的误差3）地球曲率的误差 安置仪器于前后视等距离处可消除此项误差4）大气折光的误差 第43页/共44页水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院44感谢您的观看！第44页/共44页