工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)VIP

第二章水準(zhǔn)測(cè)量2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理2.2DS3水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測(cè)量的工具2.3水準(zhǔn)儀的使用2.4水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法2.5水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算2.6水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正2.7水準(zhǔn)測(cè)量的誤差及注意事項(xiàng)2.8其他水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介,水準(zhǔn)測(cè)量原理：利用水準(zhǔn)儀提供水平視線(xiàn)，讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，測(cè)定兩點(diǎn)間的高差，有已知點(diǎn)高程推求未知點(diǎn)高程。如圖：hAB=abHB=HA+hAB,大地水準(zhǔn)面,Hi,b,HB,HA,hAB,前進(jìn)方向,高差法,Hi=HA+aHB=Hi-b,視線(xiàn)高法,A,B,當(dāng)ab時(shí)，hAB為正，B高于A(yíng)；當(dāng)ab時(shí)，hAB為負(fù)，B低于A(yíng)。,a,高差法：利用高差計(jì)算高程。（安置一次儀器測(cè)定一個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用）視線(xiàn)高法：利用視線(xiàn)高計(jì)算高程。（安置一次儀器測(cè)定多個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用）水準(zhǔn)測(cè)量所使用的儀器、工具：水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)尺尺墊,一、水準(zhǔn)儀1、水準(zhǔn)儀的等級(jí)DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D大地測(cè)量?jī)x器S水準(zhǔn)儀數(shù)字表示儀器的精度，即每公里往、返測(cè)得高差中數(shù)的中誤差（mm）。水準(zhǔn)儀的作用是提供一條水平視線(xiàn)；工程測(cè)量中常使用DS3型水準(zhǔn)儀，該儀器標(biāo)稱(chēng)精度為3mm/km。,目鏡,水準(zhǔn)管目鏡,圓水準(zhǔn)器校正螺釘,2、DS3型水準(zhǔn)儀的,主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。,構(gòu)造,微傾螺旋,（1）望遠(yuǎn)鏡：用來(lái)瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處的水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)；,由物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦透鏡、調(diào)焦螺旋組成；放大率一般為2530倍。,視準(zhǔn)軸：物鏡中心與十字絲交點(diǎn)的連線(xiàn)。,（2）水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的作用：整平儀器，使視準(zhǔn)軸處于水平位置。圓水準(zhǔn)器作用：粗略整平結(jié)構(gòu)：如圖所示精度：一般為810/2mm（氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm所對(duì)的圓心角）,管水準(zhǔn)器作用：精確整平結(jié)構(gòu)：如圖所示精度：一般=20/2mm水準(zhǔn)管的分劃值：氣泡中心偏離零點(diǎn)2mm所對(duì)的圓心角。公式：分析：R越大，越小，靈敏度越高。DS3:R=20.6265米=20,（3）基座,軸座：承托儀器上部腳螺旋：調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中連接板：連接三腳架,組成,軸座,腳螺旋,連接板,二、水準(zhǔn)尺和尺墊1、水準(zhǔn)尺塔尺：可以伸縮，一般全長(zhǎng)3m、5m，用兩節(jié)或三節(jié)套接在一起，能伸縮，攜帶方便。一般尺長(zhǎng)為5m。因接合處容易產(chǎn)生誤差，故多用于等外水準(zhǔn)測(cè)量。雙面尺：不可伸縮，一般全長(zhǎng)3m,一面為黑白相間稱(chēng)“黑面尺”，另一面為紅白相間稱(chēng)“紅面尺”。兩根尺的黑面都以尺底為零，而紅面的尺底分別為4.687m和4.787m，利用雙面尺讀數(shù)可對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢核。雙面尺多用于三、四等及以下精度的水準(zhǔn)測(cè)量。,2、尺墊僅在轉(zhuǎn)點(diǎn)處豎立水準(zhǔn)尺時(shí)使用,防止點(diǎn)位移動(dòng)和水準(zhǔn)尺下沉。,一、操作步驟1、安置儀器高度適中、架頭大致水平，固定儀器。2、粗略整平目的：使圓水準(zhǔn)氣泡居中，視準(zhǔn)軸粗略水平。方法（如圖所示）：,3、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺目的：使目標(biāo)和十字絲成像清晰。方法：初步瞄準(zhǔn)（用準(zhǔn)星對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)）目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰）物鏡調(diào)焦（使目標(biāo)成像清晰）精確瞄準(zhǔn)（使縱絲對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)）,注意：瞄準(zhǔn)時(shí)應(yīng)消除視差。視差：當(dāng)目鏡、物鏡對(duì)光不夠精細(xì)時(shí)，目標(biāo)的影像不在十字絲平面上，以致兩者不能同時(shí)被看清。消除方法：仔細(xì)進(jìn)行目鏡、物鏡調(diào)焦。,4、精確整平目的：使水準(zhǔn)管氣泡居中，視準(zhǔn)軸精確水平。方法：調(diào)節(jié)微傾螺旋，使氣泡影像符合。,5、讀數(shù)用十字絲橫絲在水準(zhǔn)尺上按從小到大的方向讀數(shù)，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。如圖的讀數(shù)0.860m,注意：讀數(shù)前必須精平，精平后立即讀數(shù)。,二、一個(gè)測(cè)站的水準(zhǔn)測(cè)量工作,A,B,a,b,1、安置儀器于A(yíng)B之間，立尺于A(yíng)、B點(diǎn)上；2、粗略整平；3、瞄準(zhǔn)A尺，精平、讀數(shù)a，記錄1.568m；4、瞄準(zhǔn)B尺，精平、讀數(shù)b，記錄1.471m；,5、計(jì)算：hAB=ab=1.568-1.471=0.115m即B點(diǎn)比A點(diǎn)高0.115m。hBA=hAB=0.115m，即A點(diǎn)比B點(diǎn)低0.115m。,三、概念1、測(cè)站：測(cè)量?jī)x器所安置的地點(diǎn)。2、水準(zhǔn)路線(xiàn)：進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)所行走的路線(xiàn)。3、后視：水準(zhǔn)路線(xiàn)的后視方向。4、前視：水準(zhǔn)路線(xiàn)的前視方向。5、視線(xiàn)高程：后視高程+后視讀數(shù)。6、視距：水準(zhǔn)儀至標(biāo)尺的水平距離。7、水準(zhǔn)點(diǎn)：水準(zhǔn)測(cè)量的固定標(biāo)志。8、水準(zhǔn)點(diǎn)高程：指標(biāo)志點(diǎn)頂面的高程。9、轉(zhuǎn)折點(diǎn)：水準(zhǔn)測(cè)量中起傳遞高程作用的中間點(diǎn)。,水準(zhǔn)點(diǎn),水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)為了統(tǒng)一全國(guó)的高程系統(tǒng)和滿(mǎn)足各種測(cè)量的需要，測(cè)繪部門(mén)在全國(guó)各地埋設(shè)并測(cè)定了很多高程點(diǎn)，這些點(diǎn)稱(chēng)為水準(zhǔn)點(diǎn)(BenchMark)，簡(jiǎn)記為BM。水準(zhǔn)測(cè)量通常是從水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)其它點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)點(diǎn)有永久性和臨時(shí)性?xún)煞N。國(guó)家等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)一般用石料或鋼筋混凝土制成，深埋到地面凍結(jié)線(xiàn)以下。在標(biāo)石的頂面設(shè)有用不銹鋼或其它不易銹蝕材料制成的半球狀標(biāo)志。有些水準(zhǔn)點(diǎn)也可設(shè)置在穩(wěn)定的墻腳上，稱(chēng)為墻上水準(zhǔn)點(diǎn)。建筑工地上的永久性水準(zhǔn)點(diǎn)一般用混凝土或鋼筋混凝土制成，臨時(shí)性的水準(zhǔn)點(diǎn)可用地面上突出的堅(jiān)硬巖石或用大木樁打入地下，校頂釘以半球形鐵釘。埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)后，應(yīng)繪出水準(zhǔn)點(diǎn)與附近固定建筑物或其它地物的關(guān)系圖，在圖上還要寫(xiě)明水準(zhǔn)點(diǎn)的編號(hào)和高程，稱(chēng)為點(diǎn)之記，以便于日后尋找水準(zhǔn)點(diǎn)位置之用。水準(zhǔn)點(diǎn)編號(hào)前通常加BM字樣，作為水準(zhǔn)點(diǎn)的代號(hào),一、連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差較大時(shí)，需連續(xù)安置水準(zhǔn)儀測(cè)定相鄰各點(diǎn)間的高差，最后取各個(gè)高差的代數(shù)和，可得到起終兩點(diǎn)間的高差。,B,如圖：A、B兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間，設(shè)3個(gè)臨時(shí)性的轉(zhuǎn)點(diǎn)。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4,A、B兩點(diǎn)高差計(jì)算的一般公式：hAB=,n為測(cè)站數(shù),例：,注意：為保證高程傳遞的準(zhǔn)確性，在相鄰測(cè)站的觀(guān)測(cè)過(guò)程中，必須使轉(zhuǎn)點(diǎn)保持穩(wěn)定（高程不變）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,HA=123.446m,HB,大地水準(zhǔn)面,前進(jìn)方向,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,計(jì)算檢核,6.4065.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水準(zhǔn)測(cè)量手簿,已知,（一）、測(cè)站檢核目的：保證前后視讀數(shù)的正確。,方法：變動(dòng)儀器高法、雙面尺法,1、變動(dòng)儀器高法在同一測(cè)站上變動(dòng)儀器高（10cm左右），兩次測(cè)出高差；等外水準(zhǔn)測(cè)量其差值|h|6mm，取其平均值作為最后結(jié)果。2、雙面尺法采用黑紅面的水準(zhǔn)尺，利用雙面的零點(diǎn)差檢核觀(guān)測(cè)質(zhì)量。,（二）、計(jì)算檢核目的：檢核計(jì)算高差和高程計(jì)算是否正確。檢核條件：如上表所示：,等式條件成立，說(shuō)明計(jì)算正確。,二、成果檢核,水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，一般將已知水準(zhǔn)點(diǎn)和待測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)組成一條水準(zhǔn)路線(xiàn)；在水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)過(guò)程中，測(cè)站檢核只能檢核一個(gè)測(cè)站上是否存在錯(cuò)誤或誤差是否超限；計(jì)算檢核只能發(fā)現(xiàn)每頁(yè)計(jì)算是否有誤；對(duì)一條水準(zhǔn)路線(xiàn)來(lái)講必須進(jìn)行成果檢核。,1、水準(zhǔn)路線(xiàn)的布設(shè)形式附合水準(zhǔn)路線(xiàn)（見(jiàn)圖1）閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)（見(jiàn)圖2）支水準(zhǔn)路線(xiàn)（見(jiàn)圖3）,BMA,BMB,1,2,3,4,圖1,1,2,3,圖3,BMA,1,2,3,4,圖2,BMA,2、檢核的主要內(nèi)容閉合差：觀(guān)測(cè)值與理論值的差值。高差閉合差就是高差的觀(guān)測(cè)值與理論值之差；用fh表示，即fh=h測(cè)-h理限差：規(guī)范規(guī)定的的高差閉合差的允許值；用fh允表示。等外水準(zhǔn)測(cè)量要求：平地：fh允40（mm）L水準(zhǔn)路線(xiàn)的長(zhǎng)度，單位km。山地：fh允12（mm）n水準(zhǔn)路線(xiàn)的測(cè)站數(shù)。要求：fhfh允,3、不同形式水準(zhǔn)路線(xiàn)fh的計(jì)算附和水準(zhǔn)路線(xiàn)：h測(cè)=h1+h2+h3+hnh理=H終H始fh=h測(cè)-h理=h測(cè)-（H終H始）閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)：h測(cè)=h1+h2+h3+hnh理=0fh=h測(cè)-h理=h測(cè)支水準(zhǔn)路線(xiàn)：h測(cè)=h往+h返h理=0fh=h測(cè)-h理=h往+h返,一、附合水準(zhǔn)路線(xiàn)的內(nèi)業(yè)計(jì)算如圖為一附合水準(zhǔn)路線(xiàn)：,A、B為已知水準(zhǔn)點(diǎn)，HA=65.376m，HB=68.623m點(diǎn)1、2、3為待測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)，各測(cè)段高差、測(cè)站數(shù)、距離見(jiàn)下圖：,備注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.08+1.575,1.212+2.036,1.414-1.742,2.216+1.446,5.850+3.315,輔助計(jì)算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,符合水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算表,已知,已知,1、計(jì)算閉合差：,2、檢核：,故其精度符合要求。,3、計(jì)算改正數(shù)分配原則：按與測(cè)段距離（或測(cè)站數(shù)）成正比，并反其符號(hào)改正到各相應(yīng)的高差上，得改正后高差。,按距離：,按測(cè)站數(shù)：,以第1測(cè)段為例，測(cè)段改正數(shù)為：,檢核：,4、計(jì)算改正后高差,檢核：,以第1測(cè)段為例，改正后的高差為：,5、計(jì)算高程,如：,檢核：,否則說(shuō)明高程計(jì)算有誤。,二、閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)成果計(jì)算1、計(jì)算閉合差：2、檢核：3、計(jì)算高差改正數(shù)：閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)的計(jì)算與附合水準(zhǔn)路線(xiàn)基本相同。,4、計(jì)算改正后高差：5、計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程：,三、支水準(zhǔn)路線(xiàn)成果計(jì)算,1,1、計(jì)算閉合差：,2、檢核：,，故精度符合要求。,3、計(jì)算高差（取往、返測(cè)絕對(duì)值的平均值，其符號(hào)與往測(cè)相同）,4、計(jì)算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),一、水準(zhǔn)儀的主要軸線(xiàn)及應(yīng)滿(mǎn)足的條件主要軸線(xiàn)：視準(zhǔn)軸CC水準(zhǔn)管軸LL儀器豎軸VV圓水準(zhǔn)器軸幾何關(guān)系：圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸十字絲橫絲豎軸,二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正1、圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)和校正目的：使圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸檢驗(yàn)：用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中；望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)180度。若氣泡仍居中，滿(mǎn)足要求；若氣泡不居中，需進(jìn)行校正。校正：用腳螺旋調(diào)氣泡偏離值的一半；用圓水準(zhǔn)器的校正螺旋再調(diào)一半。,2、十字絲橫絲的檢校和校正目的：使十字絲橫絲豎軸檢驗(yàn)：精平儀器，十字絲橫絲左邊對(duì)準(zhǔn)墻上標(biāo)志點(diǎn)p；水平微動(dòng)，p點(diǎn)在橫絲上移動(dòng)，說(shuō)明十字絲橫絲位置正確；否則需要校正。校正：松開(kāi)十字絲的固定螺旋；微微轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲環(huán)座，至p點(diǎn)軌跡與橫絲重合；擰緊十字絲的固定螺旋。,十字絲固定螺旋,3、水準(zhǔn)管軸的檢驗(yàn)與校正目的：使水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸。檢驗(yàn)：在平坦地面選相距80m左右A、B兩點(diǎn)，置水準(zhǔn)儀于中點(diǎn)C，用變動(dòng)儀器高法（兩次高差之差3mm）測(cè)定兩點(diǎn)之間的高差h0=a1-b1；,i角視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸之間的夾角；前后視距相等可以消除。,儀器搬A點(diǎn)附近，測(cè)得高差h=a2b2；若h=h0，則水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸；若h不等于h0，則存在i角。如圖：,式中：DAB為AB兩點(diǎn)之間的距離,對(duì)于DS3水準(zhǔn)儀，當(dāng)時(shí)，則需校正。,3、校正轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使（此時(shí)視準(zhǔn)軸水平，水準(zhǔn)管氣泡不居中）。調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管校正螺絲，使符合氣泡居中。,誤差來(lái)源：儀器誤差+觀(guān)測(cè)誤差+外界條件的影響,一、儀器誤差1、儀器校正后的殘余誤差主要是i角誤差。（前后視距相等可消除）2、水準(zhǔn)尺誤差包括刻劃不準(zhǔn)、尺長(zhǎng)變化、尺身彎曲等誤差。（作業(yè)前必須檢驗(yàn)，前后視尺交替使用、測(cè)站數(shù)為偶數(shù)可減弱或消除）,二、觀(guān)測(cè)誤差1、視差（仔細(xì)調(diào)焦可消除）2、讀數(shù)誤差（減小視線(xiàn)長(zhǎng)度、讀數(shù)認(rèn)真果斷）3、水準(zhǔn)器泡居中誤差（符合后立即讀數(shù)）4、水準(zhǔn)尺傾斜的影響（認(rèn)真扶尺、氣泡居中）,三、外界條件的影響1、儀器下沉（踩緊腳架、減少觀(guān)測(cè)時(shí)間）2、尺墊下沉（尺墊踩實(shí)、往返測(cè)取中數(shù)）3、地球曲率和大氣折光（前后視距相等可消除）4、大氣溫度和風(fēng)力（打傘遮陽(yáng)、選擇好的天氣）,精密水準(zhǔn)儀,主要用于一、二等水準(zhǔn)測(cè)量和精密工程測(cè)量。,特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)精密、性能穩(wěn)定