土木工程测量课件第二章测量之水准.ppt

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1、6/27/2023,第二章 水准测量,1,土木工程测量学,主讲：王晓明,第二章 水准测量,2,6/27/2023,第二章 水准测量,本章讲解内容：1掌握水准测量原理、水准仪和水准尺的使用。2了解水准仪的构造。3熟练掌握五等水准测量方法。4熟练掌握单一水准线路测量成果的计算5理解微倾式水准仪的检验和校正方法6掌握水准测量误差及其消减方法7了解精密水准仪和水准尺8了解自动安平水准仪和激光扫平仪9.了解数字水准仪及其使用,第二章 水准测量,3,6/27/2023,第二章 水准测量,重点讲授 水准测量的原理，DS3水准仪的构造及使用，五等水准测量施测方法及成果计算，水准检验和校正，水准测量误差及其消减

2、方法。,第二章 水准测量,4,6/27/2023,左图为青岛观象山国家水准原点。,右图为国家水准网示意图,引 言,第二章 水准测量,5,6/27/2023,水准测量是目前高程测量中最常用、精度最高的测量方法。高程测量：测量地面点高程的工作。高程测量的方法有：水准测量 三角高程测量 气压高程测量 GPS卫星测高,引 言,6/27/2023,第二章 水准测量,6,第二章 水准测量,2.1水准测量的原理1、计算高差2、计算高差例题,第二章 水准测量,7,6/27/2023,2.1水准测量的原理,计算高差：高差法hAB=a-b 则：HB=HA+hAB=HA(a-b）仪高法视线高：Hi=HA+aHB+b

3、 则：HB=Hi-b,第二章 水准测量,8,6/27/2023,2.1水准测量的原理,计算高差例题 已知：HA=34.248m,a=2.145m,b=1.684m，求B点高程。解：1、高差法 hAB=a-b=0.461m HB=HA+hAB=34.248+0.461=34.709m2、仪高法 Hi=HA+a34.248+2.14536.393m HB=Hi-b34.709m,6/27/2023,第二章 水准测量,9,第二章 水准测量,2.2 水准仪和水准尺1、DS3型水准仪构造2、水准尺和尺垫3、水准仪的使用,第二章 水准测量,10,6/27/2023,2.2 水准仪和水准尺,水准仪按精度分为

4、DS05、DS1、DS3三种型号水准仪是能够提供水平视线的仪器，主要由基座、照准部（包括望远镜、水准器）构成。望远镜：瞄准目标并在水准尺上读数。十字丝中心(或称十字丝交点)和物镜光心的连线，称为视准轴 水准器：圆水准器，管水准器本节主要介绍DS3型微倾式水准仪,第二章 水准测量,11,6/27/2023,2.2.1 DS3型水准仪构造,1、准星 2、水准管 3、照门 4、目镜 5、圆水准器6、圆水准器校正螺丝 7、脚螺旋 8、三角底板 9、水平制动螺旋 10、调焦螺旋 11、物镜 12、水平微动螺旋 13、微倾螺旋,第二章 水准测量,12,6/27/2023,望远镜,1物镜 2目镜3十字丝分划

5、板4分划板护罩 5对光透镜6物镜对光螺旋7分划板固定螺丝 8十字丝,2.2.1 DS3型水准仪构造,第二章 水准测量,13,6/27/2023,2.2.1 DS3型水准仪构造,望远镜成像原理,第二章 水准测量,14,6/27/2023,水准器水准管上每2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值，设以表示，分划值愈小，水准管的灵敏度也愈高。,2.2.1 DS3型水准仪构造,第二章 水准测量,15,6/27/2023,水准器水准管分划值=2/R*R为水准管圆弧半径,以mm为单位,=206265管水准器:一般S1、S3型水准仪的水准管分划值分别为10/2mm及202mm，用于精平。圆水准器:一般圆水准器

6、的分划值约为8 10,用于粗平。,2.2.1 DS3型水准仪构造,第二章 水准测量,16,6/27/2023,2.2.1 DS3型水准仪构造,水准器符合水准器:可提高水准管气泡居中精度和速度。转动微倾螺旋,使气泡两端影像吻合,气泡居中。,第二章 水准测量,17,6/27/2023,2.2.1 DS3型水准仪构造,基座基座主要由轴座、脚螺旋和连接版构成。,第二章 水准测量,18,6/27/2023,2.2.2 水准尺和尺垫,水准尺按材料可分为：木质、铝合金、玻璃钢。按形式分为：塔尺、折尺、直尺。按刻划面分为：单面尺和双面尺。双面尺通常一面为黑色另一面为红色。两根尺黑面的起始读数为零，红面的起始读

7、数则分别为4.687m和4.787m。,第二章 水准测量,19,6/27/2023,2.2.2 水准尺和尺垫,尺垫：在转点处放置水准尺，使用时，将尺垫踏实，水准尺立于突起的半球顶部。,第二章 水准测量,20,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,水准仪使用的五步骤 安置水准仪粗略整平瞄准水准尺精确整平读数,第二章 水准测量,21,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,安置水准仪 打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上。,第二章 水准测量,22,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,粗略整平 用脚螺旋将圆水

8、准器的气泡调整居中。左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”,第二章 水准测量,23,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,瞄准水准尺 1、目镜对光 2、瞄准水准尺，拧紧制动螺旋 3、精确瞄准 4、消除视差,第二章 水准测量,24,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,瞄准水准尺（关于视差）视差：在物镜调焦后，眼睛在目镜前上下作少量移动，有时会出现十字丝与目标有相对运动。产生原因：目标通过物镜所成的像没有与十字丝平面重合。,第二章 水准测量,25,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,瞄准水准尺（关于视差）后果：视差将影响观测结果的准确性，必须

9、消除。消除视差方法:仔细反复进行目镜和物镜调焦。,第二章 水准测量,26,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,精确整平（精平）调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合。,第二章 水准测量,27,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,读数 利用中丝在尺上读数，估读至毫米。,第二章 水准测量,28,6/27/2023,2.2.3 水准仪的使用,读数,6/27/2023,第二章 水准测量,29,第二章 水准测量,2.3水准测量方法1、水准点2、水准测量实施3、水准测量检核,第二章 水准测量,30,6/27/2023,水准点,用水准测量方法测定的高程控制点。水准点的标定：钢制、砼制、道钉、

10、木桩。,第二章 水准测量,31,6/27/2023,水准测量实施,水准测量通常是从一个已知高程的水准点开始，按照一定的水准路线，引测出所需各点的高程。两点距离较近时，设站一次进行测量 两点相距较远或高差较大时，在中间设立若干转点，A、B两点间的高差是各高差之和。,第二章 水准测量,32,6/27/2023,水准测量实施,水准测量实施 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn hAB=h=a-bB点高程为：HB=HA+hAB=HA+a-b转点：作为传递高程的过渡点，称为转点。,第二章 水准测量,33,6/27/2023,例：水准测量方法,水准测量实施,第二章 水准测量,34,6/27

11、/2023,三项检核：,第二章 水准测量,35,6/27/2023,水准测量检核,测站检核（1）变动仪高法（2）双面尺法（3）倒立尺法成果检核,第二章 水准测量,36,6/27/2023,水准测量检核,测站检核（1）变动仪高法 立尺，尺中间安置水准仪，粗平 照准后视尺，精平，读数 照准前视尺，粗平，读数 计算高差 变动仪器高（升或降大于10cm）再观测，高差互差不大于5mm时，取平均值,第二章 水准测量,37,6/27/2023,水准测量检核,测站检核（2）双面尺法（黑面、红面）：用双面尺，每尺均读黑、红面读数 立尺，尺中间安置水准仪，粗平 瞄准后视尺黑面，精平，读数 瞄准前视尺黑面，精平，读

12、数 瞄准前视尺红面，精平，读数 瞄准后视尺红面，精平，读数 黑面：以零开始刻划；红面：一尺从4687开始刻划，另一尺从4787开始。红黑面计算高差理论上相差0.1m。（3）倒立尺法,第二章 水准测量,38,6/27/2023,水准测量检核,成果检核1、水准路线布设形式：（1）附合水准路线；（2）闭合水准路线；（3）支水准路线。2、各种水准路线形式见下页各图：,第二章 水准测量,39,6/27/2023,水准测量检核,成果检核（1）附合水准路线,第二章 水准测量,40,6/27/2023,水准测量检核,成果检核：(2)闭合水准路线,第二章 水准测量,41,6/27/2023,水准测量检核,成果检

13、核：（3）支水准路线,第二章 水准测量,42,6/27/2023,水准测量检核,成果检核方法：高差闭合差fh观测值-理论值h测-h理产生原因：测量中存在各种误差。高差闭合差限差fh容用来衡量成果的精度。若|fh|fh容|，则成果符合精度要求，可进行高差闭合差的调整与高程计算；否则检查原因，返工重测。,第二章 水准测量,43,6/27/2023,水准测量检核,成果检核方法：单一水准路线的高差闭合差如下表：,水准测量高差闭合差容许值fh容见下表,6/27/2023,第二章 水准测量,44,第二章 水准测量,2.4 水准测量成果计算1、高差闭合差计算2、闭合差调整3、计算改正后高差4、各点高程计算,

14、第二章 水准测量,45,6/27/2023,2.4 水准测量成果计算,高差闭合差计算根据上表计算fh和fh容，若|fh|fh容|，继续下一步计算，否则，外业返工。闭合差调整调整方法按距离或测站数成正比反符号分配，改正数用vi表示。vi=-(fh/L)Li或vi=-(fh/n)ni校核：(vi)=-fh,第二章 水准测量,46,6/27/2023,2.4 水准测量成果计算,计算改正后高差改正后高差：(hi)=hi+vi 检核：(hi)=h理各点高程计算由已知点开始，依次根据Hi+1Hi+（hi,i+1)计算出各点高程。校核：计算得到的终点高程与已知终点高程相等。,第二章 水准测量,47,6/27

15、/2023,2.4 水准测量成果计算,示例,第二章 水准测量,48,6/27/2023,2.4 水准测量成果计算,示例,第二章 水准测量,49,6/27/2023,=0.045m=45mm,6/27/2023,第二章 水准测量,50,第二章 水准测量,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,第二章 水准测量,51,6/27/2023,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,各轴线保证水准仪提供水平视线的几何条件:圆水准器轴应平行于仪器的垂直轴LL/VV水准管轴应平行于望远镜的视准轴LL/VV 望远镜十字丝横丝应 垂直于仪器的垂直轴,水准仪轴线(如图):,第二章 水准测量,52,6/27/2023,圆水准器

16、轴平行于仪器的垂直轴的检验校正 检验方法：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将望远镜绕竖轴旋转180，气泡仍居中则正常，否则需要校正。校正方法：旋转脚螺旋使圆水准气泡向中心位置移动偏离距离的一半，然后再用校正针调整圆水准器下面的三个校正螺钉，使气泡居中。,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,第二章 水准测量,53,6/27/2023,圆水准器轴平行于仪器的垂直轴的检验校正,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,第二章 水准测量,54,6/27/2023,水准管轴平行于望远镜的视准轴的检验校正 检验方法：在高差不大的地面上选择相距约80米的两点A、B，将水准尺放置在此点上，将水准仪安置在A、B中点处，用

17、变仪高法测出A、B高差，两次高差小于3mm为合格，取其均值hAB作为结果。将仪器搬至距A点23米处，再测量A、B点高差得hAB。依几何原理得：i=（hAB-hAB)*/DAB，若i小于20，则仪器合格，否则需校正。,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,第二章 水准测量,55,6/27/2023,水准管轴平行于望远镜的视准轴的检验校正 校正方法：先计算B尺水平视线的正确读数：b0a-hAB仪器在A点附近不动，调节微倾螺旋，使中丝在B尺上的读数移到b0，这时视准轴处于水平位置，但气泡不居中。用拨针动两上校正螺丝，使气泡居中。再重测量，直到i值小于20为止。,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,第二章

18、水准测量,56,6/27/2023,望远镜十字丝横丝垂直于仪器垂直轴的检验 检验方法：瞄准一固定点，转微动螺旋使仪器水平旋转，若点始终沿横丝移动，则水平；否则需校正。校正方法：松开十字丝固定螺钉，转动目镜筒，使十字丝水平，再固定螺钉。,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,6/27/2023,第二章 水准测量,57,第二章 水准测量,2.6 水准测量误差及其消减方法,第二章 水准测量,58,6/27/2023,误差产生的三因素：仪器误差（1）仪器残余误差（2）水准尺误差观测误差（1）水准管气泡居中误差（2）读数误差（3）视差影响（4）水准尺倾斜误差 外界条件影响。,2.6 水准测量误差及其消减方法

19、,第二章 水准测量,59,6/27/2023,仪器误差仪器残余误差水准管轴不平行于视准轴的残余误差。消除方法：使前后视距相等。水准尺误差 尺长度变化，刻划误差对水准尺进行检定。零点误差采取偶数站法或前后视使用同一尺。,2.6 水准测量误差及其消减方法,第二章 水准测量,60,6/27/2023,观测误差水准管气泡居中误差与水准管分划值、视线长成正比。消减方法：限制视线长度。读数误差与视线长成正比，与望远镜放大率成反比。消减方法：限制视线长度。视差影响操作中仔细调焦，避免出现视差。水准尺倾斜误差 与尺倾斜角度及尺上读数成正比。尽量将尺立直。b=b(1-cos),2.6 水准测量误差及其消减方法,

20、第二章 水准测量,61,6/27/2023,外界条件影响仪器下沉 选择坚实地面作测站或利用 双面尺“后前前后”观测程序尺垫下沉 转点选择坚实地面并踏实。地球曲率 仪器架设在两尺中央。大气折光 仪器架设在两尺中央。温度的影响 为仪器架伞，观测时间,2.6 水准测量误差及其消减方法,6/27/2023,第二章 水准测量,62,第二章 水准测量,2.7精密水准仪和水准尺,第二章 水准测量,63,6/27/2023,仪器部分 光学测微器可将1cm划分100倍，直接读数0.1mm 望远镜孔径40mm，放大率40倍。水准管分划值610/2mm。水准尺部分 铟钢水准尺：受温度影响变形量最小。刻划精度高。,2

21、.7精密水准仪和水准尺,第二章 水准测量,64,6/27/2023,2.8 自动安平水准仪,补偿器工作原则：为了使仪器的视线恢复至水平位置，补偿器按以下两种工作原则设计：自动补偿原则自动安平原则,第二章 水准测量,65,6/27/2023,2.8 自动安平水准仪,自动补偿原则 当望远镜倾斜时，仪器内部的补偿器K使水平视线在望远镜分划板上所成的像点位置折向望远镜十字丝中心Z，从而使十字丝中心发出的光线在通过望远镜物镜中心后成为水平视线。,第二章 水准测量,66,6/27/2023,自动安平原则 当视准轴稍有倾斜时，仪器内部的补偿器使得望远镜十字丝中心z自动移向水平视线位置，从而使望远镜视准轴与水

22、平视线重合，从而可以读出视线水平时的读数。,2.8 自动安平水准仪,6/27/2023,第二章 水准测量,67,第二章 水准测量,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,68,6/27/2023,2.9 电子水准仪,电子水准仪的基本原理,第二章 水准测量,69,6/27/2023,条码水准尺,图 235,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,70,6/27/2023,DINI 12电子水准仪,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,71,6/27/2023,2.9 电子水准仪,DINI 12电子水准仪特点介绍精度高每公里往返测中误差 0.3mm先进的感光读数系统 感应可见白光即可测量测量仅需读取条

23、码尺30cm范围,第二章 水准测量,72,6/27/2023,DINI 12电子水准仪特性介绍,新设测量快捷键,集成弧型提手,可多角度观测的水准气泡,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,73,6/27/2023,DINI 12电子水准仪特性,宽大图形液晶显示屏,可输入字母和数字,标配2M内存的PCMCIA数据存储卡,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,74,6/27/2023,2.9 电子水准仪,DINI 12电子水准仪特性多种水准导线测量模式并具平差功能全新、快速高程放样功能可进行:角度、面积、坐标等测量快速的测量时间 3 秒 低电耗设计,一个电池可使用3天 工作温度：-20+50 重量

24、轻，仅3.5公斤,第二章 水准测量,75,6/27/2023,2.9 电子水准仪,电子水准仪器工作原理电子水准其实与光学水准没有多少不同的地方。在光学水准中用到的许多原理和方法在电子水准中任然需要用到。电子水准工作原理：利用仪器里的十字丝瞄准的电子图象感应器（CCD）。当您按下了Measure 测量键时，仪器就会把您瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照，然后把她和仪器内存中的同样的尺子条码图片进行比较和计算。这样，一个尺子的读数就可以计算出来并且保存在内存中了。,第二章 水准测量,76,6/27/2023,DINI 12电子水准仪 图示,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,77,6/27

25、/2023,DINI 12电子水准仪主测量屏幕,Line:水准路线测量模式,IntM:中间点测量模式,SOut:放样模式,已测量的数据信息,下一个要测量点的信息,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,78,6/27/2023,Lengt500数据传输软件,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,79,6/27/2023,2.9 电子水准仪,电子水准仪其他信息 电子水准测量时需要的条件：尺子上必须有 30cm 的刻度区域可见，也就是大约在十字丝上方必须有 15cm 的条码可见。电池是 NiMh。一次充电 1.5 小时可以连续使用3个工作日。电子水准仪是高精度仪器需要小心使用：日常护理和检查是非常必

26、要的。一般在标准的像台上进行圆气泡的调节。,第二章 水准测量,80,6/27/2023,激光水准仪与光学水准仪相似，只是它有一束可见的红色激光，对放样特别有用。,2.9 电子水准仪,第二章 水准测量,81,6/27/2023,水准仪的使用与高差测定 一、实习目标二、实习内容三、方法与过程四、实测数据与计算结果,本 章 实 验,第二章 水准测量,82,6/27/2023,1、上交作业：P397,10 2、自习作业 1,2,3,4,5,6,8,9 3、高程计算（单站）已知：HA=37.624m,a=1.318m,b=2.657m 计算：HB 4、高程计算（设转点）已知：HA=37.624m 观测时在A、B点之间设了两个转点，读数分别如下a1=1.348m,b1=1.627m;a2=1.082m,b2=2.631m;a3=0.947m,b3=1.465m;计算：HB,本 章 作 业,