水准测量原理.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,水 准 测 量,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,建筑工程测量,主讲:宋皑雪,模块,2,水准仪和水准测量,课时安排：理论：,4,学时 实习：,4,学时,2.1,水准测量原理和计算公式,2.2,普通水准仪及其工具,2.3,普通水准测量方法,教学目的：,理解水准测量的原理，了解水准仪的构造，掌握普通水准测量的实测、计算和检核方法。,模块,2,水准仪和水准测量,A,（,X Y H,）,P,（,X Y,H,）,h,d,北,确定地面点的基本要素：,角度、距离、高差,测量的基本工作,：,角度测量、距离测量、,高程测量,常用的高程测量的方法有两种：,水准测量,三角高程测量,2.1,水准测量原理和计算公式,一、水准测量原理,如右图：利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，由已知点高程推求未知点高程。,大地水准面,Hi,b,H,B,H,A,h,AB,前进方向,A,B,a,图中前进方向从,A,到,B,。称,A,点后视点，,B,点为前视点；,A,点视距尺为后视尺，,B,点为前视尺；,a,为后视读数，,b,为前视读数。,1,、高差法,h,AB,=a,b,（,2-1,）,H,B,=H,A,+,h,AB,（,2-2,）,这种通过计算高差来计算未知点高程的方法，称,为高差法。,说明：通常只求未知点对已知点的高差，即前视点对后视点的,高差,h,AB,，,一般不再计算,h,BA,。,高差等于后视读数减去前视读数：,h,AB,=a,b,（注意：,h,AB,=a,b,和,h,AB,=H,B,H,A,的区别。）,二、计算公式,2,、视线高法,如图,2-1,所示。,B,点高程也可以,通过水准仪的视线高程,H,i,来计算，即：,（,2,3,）,这种利用仪器视线高程来计算未知点高程的方法，,称为视线高法。,在施工测量中，有时安置一次仪器，需测设多个地面点的高程时，采用视线高法比高差法更方便快捷。,当,a b,时，,h,AB,为正，,B,高于,A,；,当,a b,时，,h,AB,为负，,B,低于,A,。,【,例题,1】,已知,A,点高程,H,A,=452.623m,，,后视读数,a=1.571m,，前视读数,b=0.685m,。试求,A,、,B,两点间高差,h,AB,和,B,点高程,H,B,。,解：,A,、,B,两点间高差,h,AB,为：,h,AB,=a,b,=1.571-0.685,=+0.886(m),B,点高程,H,B,为,：,H,B,=,H,A,+h,AB,=452.623+(+0.886),=453.509(m),大地水准面,Hi,b,H,B,H,A,h,AB,前进方向,A,B,a,【,例题,2】,已知,A,点桩顶标,HA=,0.00,，,后视,A,点读数,a=1.217m,，前视,B,点,读数,b=2.426m,。求,AB,的高差,h,AB,以及,B,点标高,H,B,。并绘草图。,解：,AB,的高差为：,h,AB,=a,b,=1.217-2.426,=-1.209m,草图如下：,B,点高程,H,B,为：,H,B,=H,A,+,h,AB,=0+(-1.209)=-1.209(m),【,例题,3】,已知,A,点高程,H,A,=423.518m,，,要测出相邻,1,、,2,、,3,点的高程。,水准测量时，先测得,A,点后视读数,a=1.563m,，接着在各待定点上立尺，分别测得前视读数,b,1,=0.953m,，,b,2,=1.152,，,b,3,=1.328m,。试求未知点,1,、,2,、,3,的高程,H,1,、,H,2,、,H,3,分别是多少？并绘草图。解：,1,）先计算出视线高程,H,i,H,i,=H,A,+a,=423.518,1.563,=425.081(m)2,）计算各待定点高程,H,1,=H,i,b,1,=425.081,0.953=424.128(m),H,2,=H,i,b,2,=425.081,1.152=423.929(m),H,3,=H,i,b,3,=425.081,1.328=423.753(m),H,i,=-1.209(m),各待定点高程分别为：,草图,1,、水准仪分类,DS,05,、,DS,1,、,DS,3,、,DS,10,、,DS,20,D,大地测量仪器,S,水准仪,数字,表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（,mm,）。,水准仪的作用是提供一条水平视线。,工程测量中常使用,DS,3,型水准仪，该仪器标称精度为,3mm/km,。,2.2,普通水准仪和工具及其操作,一、水准仪,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,微动螺旋,制动螺旋,对光螺旋,物镜,准星,缺口,水准管,圆水准器,三脚架,脚螺旋,2,、,DS,3,型水准仪的构造,主要由,望远镜,、,水准器,、,基座,三部分组成。,微倾螺旋,四川天一学院,望远镜,照准目标和读数。有物镜、目镜、瞄准器、对光螺旋、十字丝、制动及微动螺旋、微倾螺旋等。,基座：支撑望远镜。上有三个脚螺旋，可以用来调节圆水准气泡。,视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线，称为望远镜的视准轴。,水准器：圆水准器、管水准器。,圆水准器的作用是粗平，转动的是脚螺旋；,管水准器的作用是精平，转动的是微倾螺旋。,说明：自动安平水准仪没有管水准器和微倾螺旋。,十字丝：包括上丝、中丝、下丝和竖丝。,测量高差要用中丝截取标尺上的读数。,上丝,下丝,中丝,竖丝,十字丝分划板,1,、尺垫（尺台）：,仅在转点处竖立水准尺时使用，,防止点位移动和水准尺下沉。,二、工具,2,、水准尺,塔尺：可以伸缩，一般全长,3m,、,5m,，用于精度较低的等外水准测量。,双面尺：不可伸缩，一般全长,3m,，用于三、四等水准测量。,1,、安置,上好连接螺旋、架高适中、架头大致水平、脚架,摆成等边三角形。,2,、粗平,目的：使视准轴大致水平。,方法：转动三个脚螺旋使圆水准气泡居中。,其操作示意图如下：,三、水准仪的使用步骤及方法,粗平的技巧：连线上相对转动两个脚螺旋，气泡启动的规律是：左手拇指气动的方向与气泡移动的方向一致；当气泡移到两个脚螺旋垂线上是，再转动第三个脚螺旋，气泡的移动规律：顺升逆降。,3,、瞄准调焦,目镜调焦使十字丝清晰,用瞄准器对准标尺（粗瞄对光螺旋调焦使标尺清晰,用微动螺旋照准标尺（精瞄）并,消除视差,。,瞄准的示意如：,4,、精平,目的：使视准轴精确水平。,方法：转动微倾螺旋使管水准气泡居中。,其操作的示意图如下：,说明：自动安平水准仪不作此步骤！,5,、读数,用中丝在水准尺上读数。读数时应从上向下，从,小往大的方向读取米、分米和厘米，并估读出毫米，,共四位数。,如前图所示，读数是,1.336m,，或者读为,133,（,mm,），,一般不以厘米为单位！,（注意：微倾式水准仪每转动一个方向都必须重新精平！）,1,、立尺于,A,、,B,点上；安置,仪器于,AB,之间，,2,、粗略整平；,3,、瞄准,A,尺，精平、读数,a,，,记录,1.568m,；,4,、瞄准,B,尺，精平、读数,b,，,记录,1.471m,；,5,、,计算：,h,AB,=a,b=1.568-1.471=0.097m,即,B,点比,A,点高,0.097m,。,h,BA,=,h,AB,=,0.097m,，即,A,点比,B,点低,0.097m,A,B,a,b,四、一个测站的水准测量操作步骤,1,、测站：测量仪器所安置的地点。,2,、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。,3,、后视：水准路线的后视方向。,4,、前视：水准路线的前视方向。,5,、视线高程：后视高程,+,后视读数。,6,、视距：水准仪至标尺的水平距离。,7,、水准点：水准测量的固定标志。,8,、水准点高程：指标志点顶面的高程。,9,、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。,五、术语总结,1,、水准点：,水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准,点。已知水准点的点号前面加,BM,。,水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。如,下图：,2.3,、水准测量的施测方法,一、水准点和水准路线,国家等级水准点,墙上水准点,永久性水准点,临时性水准点,建筑工程上的水准点,2,、,水准路线：,在水准点间进行水准测量所经,过的路线，称为水准路线。水准路线的布设形式有：,（,1,）附合水准路线,如下图所示，从已知高程的水准点,BM,A,出发，沿待定高程的水准点,1,、,2,、,3,进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点,BM,B,所构成的水准路线，称为附合水准路线。,BM,B,h,1,h,2,h,3,h,4,1,2,3,BMA,（,2,）闭合水准路线,如右图所示：,从已知高程的水准点,BM,A,出发，沿各待定高程的水准点,1,、,2,、,3,、,4,进行水准测量，最后又回到原出发点,BM,A,形成环形路线，称为闭合水准路线。,BM,A,h,1,h,2,h,3,h,4,h,5,1,2,3,4,闭合水准路线,（,3,）支水准路线,如下图所示，从已知高程的,水准点,BM,A,发，沿待定高程的水准点,1,进行水准测量，,这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。,支水准路线要进行往返测量，以便检核。,BMA,1,h,往,h,返,3,、水准测量的外业实施,下图是一条水准路线，已知水准点,BMA,的高程为,H,A,=321.457m,。现欲测定,B,点的高程,H,B,。,(1),外业观测步骤、方法及要求,:,(2),记录方法及要求：,(3),计算方法,:,(4),检核方法,:,案例：,注意：,为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.664,1.431,1.672,2.074,H,A,=123.446m,H,B,大 地 水 准 面,前进方向,测站,点号,水准尺读数,后视（,a,）前视（,b,）,高差 （,m,）,高程（,m,）,备注,A,TP1,TP1,TP2,TP2,TP3,TP3,B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,计算,检核,6.406 5.998,测站,点号,水准尺读数,后视（,a,）前视（,b,）,高差 （,m,）,高程（,m,）,备注,a,b,0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水 准 测 量 手 簿,已知,3,、检核,1,）测站检核,目的：保证前后视读数的正确。,方法：变动仪器高法,在同一测站上变动仪器高（,10cm,左右），两,次测出高差；等外水准测量其差值,|,h|5mm,，,取其平均值作为最后结果。,2,）、计算检核,目的：检核计算高差和高程计算是否正确,。,检核条件：,如上表所示：,等式条件成立，说明计算正确。,高差闭合差,f,h,：,就是高差的观测值与理论值之差：,f,h,=h,测,-h,理,限差：,测量规范,规定的高差闭合差的允许值,f,h,允,：,等外水准测量要求：,平地：,f,h,允,40,（,mm,）,L,水准路线的长度，单位,km,。,山地：,f,h,允,12,（,mm,）,n,水准路线的测站数。,要求：,f,h,f,h,允,3,）、成果检核（高差闭合差检核）,目的：检查水准路线测量误差是否超出允许范围。,（,1),附和水准路线：,h,测,=h,1,+h,2,+h,3,+,+,h,n,h,理,=H,终,H,始,f,h,=h,测,-h,理,=h,测,-,（,H,终,H,始,）,（,2),闭合水准路线：,h,测,=h,1,+h,2,+h,3,+,+,h,n,h,理,=0,f,h,=h,测,-h,理,=h,测,（,3),支水准路线：,h,测,=h,往,+h,返,h,理,=0,f,h,=h,测,-h,理,=h,往,+h,返,1,、水准测量的仪器、设备,2,、水准测量的用途和原理,3,、通过水准测量求算未知点高程的计算方法,高差法,h,AB,=a,b H,B,=H,A,+,h,AB,视线高法,4,、水准点、水准路线,5,、水准测量的方法：,1,）在两个测站点立视距尺，之间架水准仪,2,）水准仪整平,3,）依次瞄准后视尺、前视尺，读数、记录、计算高差。,6,、检核：,1,）测站检核,2,）计算检核,3,）成果检核,-,=,b,H,H,i,B,+,=,a,H,H,A,i,总结：,水准测量外业成果符合精度要求，则可进行水,准路线闭合差的计算和调整，以及计算各待定点,（即未知点）的高程，这项工作称为水准测量内业计算。,1,、计算高差闭合差,f,h,定义：观测总高差与其理论总高差之差。,公式：,f,h,=h,测,h,理,2,、计算高差闭合差的容许值,f,h,容,平地：,f,h,容,=,40 (mm),山地：,f,h,容,=,12 (mm),（,L,：水准路线全长，单位公里，不足,1,公里按,1,公里计；,N,：水准路线全长的测站数，只计单程）,附合水准路线：,h,理,=H,B,-H,A,，,f,h,=h,测,(H,B,-H,A,),闭合水准路线：,h,理,=0,，,f,h,=h,测,支水准路线：,f,h,=h,往,+,h,返,3,、计算观测高差的改正数,v,i,若水准测量的高程闭合差没有超过容许值，说明测量成果合格，可以进行闭合差的调整。调整的原则是：按闭合差与水准路线长度或测站数成正比，反其符号分配到各相应线段的高差中去，即：,各线段高差改正数,=-,（各线段长度,/,路线总长度）高差闭合差,每一站高差改正数,=-,（高差闭合差,/,总站数）某一测段的测站数,4,、计算各站改正后的高差,h,i,改,h,i,改,=,h,i,+v,i,（用,h,i,改,=h,理,作为检核）,5,、计算各未知点高程,H,i,H,i,=H,i-1,+h,i,改,（,终点计算出的高程一定要等于其已知高程，即,H,终,(,算,),=H,终,(,已,）,附合水准路线测量成果：,h,1,+1.575,h,2,2.036,h,3,1.742,h,4,1.446,n,1,8,L,1,1.0km,n,2,12,L,2,1.2km,n,3,14,L,3,1.4km,n,4,16,L,4,2.2km,BM,A,1,2,3,BM,B,HA=65.376m,HB=68.623m,案例,1,：,附合水准路线,下图为一附合水准路线测量成果，已知数据和观测数据均列于图中，试求各未知点的高程,H,i,。,二、案例,计算步骤如下：,1,、计算高差闭合差,f,h,f,h,=h,测,(H,B,-H,A,),=+3.315-(68.623-65.376)=+0.068(m),h,1,+1.575,h,2,2.036,h,3,1.742,h,4,1.446,n,1,8,L,1,1.0km,n,2,12,L,2,1.2km,n,3,14,L,3,1.4km,n,4,16,L,4,2.2km,BM,A,1,2,3,BM,B,HA=65.376m,HB=68.623m,3,、计算高差改正数,v,i,=(-,f,h,/L)L,i,v,1,=-,f,h,/L ,L,1,=(-0.0117m),1.0-0.012m=-12mm,v,2,=-,f,h,/L,L,2,=(-0.0117m),1.2-0.014m=-14mm,2,、计算容许高差闭合差,f,h,容,f,h,容,=,40 =,405.8,96mm,因为,f,h,f,h,容,，故其精度符合要求，可做下一步计算。,v,3,=-,f,h,/L,L,3,=(-0.0117m),1.4 -0.016m=-16mm,v,4,=-,f,h,/L,L,4,=(-0.0117m),2.2 -0.026m=-26mm,（,检核,:v,i,=-,f,h,=-68mm,）,h,1,+1.575,h,2,2.036,h,3,1.742,h,4,1.446,n,1,8,L,1,1.0km,n,2,12,L,2,1.2km,n,3,14,L,3,1.4km,n,4,16,L,4,2.2km,BM,A,1,2,3,BM,B,HA=65.376m,HB=68.623m,4,、计算改正后高差,h,i,改,=h,i,+v,i,各测段观测高差,h,i,分别加上相应的改正数,v,i,，即得改正后高差,h,i,改,。,h,1,改,=h,1,+v,1,=+1.575-0.012=+1.563m,h,2,改,=h,2,+v,2,=+2.036-0.014=+2.022m,h,3,改,=h,3,+v,3,=,-,1.742-0.016=,-,1.758m,h,4,改,=h,4,+v,4,=+1.446-0.026=+1.420m,（检核：,h,i,改,=H,B,-,H,A,=+3.247m,）,h,1,+1.575,h,2,2.036,h,3,1.742,h,4,1.446,n,1,8,L,1,1.0km,n,2,12,L,2,1.2km,n,3,14,L,3,1.4km,n,4,16,L,4,2.2km,BM,A,1,2,3,BM,B,HA=65.376m,HB=68.623m,5,、算各未计知点高程,H,i,=H,i-1,+h,i,改,H,1,=H,A,+h,1,改,=65.376+1.563=66.939m,H,2,=H,1,+h,2,改,=66.939+2.022=68.961m H,3,=H,2,+h,3,改,=68.961+(-1.758)=67.203m,H,B(,算,),=H,3,+h,4,改,=67.203+1.420=68.623m,（检核：,H,B(,算,),=H,B(,已知,),=68.623m,）,h,1,+1.575,h,2,2.036,h,3,1.742,h,4,1.446,n,1,8,L,1,1.0km,n,2,12,L,2,1.2km,n,3,14,L,3,1.4km,n,4,16,L,4,2.2km,BM,A,1,2,3,BM,B,HA=65.376m,HB=68.623m,测段,编号,点名,距离,L,（,km,）,测站数,实测高差（,m,）,改正数,（,m,）,改正后高差（,m,）,高程,（,m,）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,BMA,1.0,8,+1.575,-0.012,+1.563,65.376,1,66.939,2,1.2,12,+2.036,-0.014,+2.022,2,68.961,3,1.4,14,-1.742,-0.016,-1.758,67.203,3,4,2.2,16,+1.446,-0.026,+1.420,68.623,BMB,5.8,50,+3.315,-0.068,+3.247,计算,f,h,=+68mm L=5.8km,fh,容,=,96mm,表格计算如下：,案例,2,：,闭合水准路线,下图为一闭合水准路线测量成果，已知数据和观测数据均列于图中，试求各未知点的高程,H,i,。,闭合水准路线的计算步骤,与附合水准路线基本相同，计算时,应当注意高差闭合差的公式为：,f,h,=,测,。,计算步骤如下：,1,、高差闭合差,f,h,=h,测,=-0.017m=-17mm,2,、高差闭合差的容许值,f,h,容,=,12n=,1232=,68mm,因为,f,h,f,h,容,，故其精度符合要求，可做下一步计算。,3,、计算高差改正数,v,i,v,i,=(-,f,h,/n,),n,i,=,v,站,n,i,v,站,=-,f,h,/n,=+17/32+0.5(mm),v,1,=v,站,n,1,=+0.5,11+6(mm)v,2,=v,站,n,2,=+0.5,8=+4(mm)v,3,=v,站,n,3,=+0.5,6=+3(mm)v,4,=v,站,n,4,=+0.5,7+4(mm),（检核：,v,i,=-,f,h,=+0.017m,）,4,、计算改正后高差,h,i,改,h,1,改,=h,1,+v,1,=-1.352+0.006=-1.346(m),h,2,改,=h,2,+v,2,=+2.158+0.004=+2.162(m),h,3,改,=h,3,+v,3,=+2.574+0.003=+2.577(m),h,4,改,=h,4,+v,4,=-3.397+0.004=-3.393(m),（检核：,h,i,改,=0,）,5,、各待定点高程计算,H,1,=H,A,+h,1,改,=51.732+(-1.346)=50.386m,H,2,=H,1,+h,2,改,=50.386+2.162=52.548m,H,3,=H,2,+,h,3,改,=52.548+2.577=55.125m,H,A(,算,),=H,3,+h,4,改,=55.125+(-3.393)=51.732m,（检核：,H,A(,算,),=H,A(,已知,),=51.732m,）,测段,编号,点名,测站数,实测高差 （,m,）,改正数,（,m,）,改正后高差 （,m,）,高程,（,m,）,1,2,3,4,5,6,7,1,BMA,11,-1.352,0.006,-1.346,51.732,1,50.386,2,8,+2.158,0.004,+2.162,2,52.548,3,6,+2.574,0.003,+2.577,55.125,3,4,7,-3.397,0.004,-3.393,51.732,BMA,32,-0.017,0.017,0,辅助,计算,f,h,=-17mm n=32,f,h,容,=68mm,表格计算如下,支水准路线的内业计算。,下图所示为一支水准路线的观测结果。已知水准点,A,的高程为,H,A,=68.254m,，往、返测站,各,16,站。已知：,h,往,=-1.386m,，,h,返,=+1.399m,。试求,1,点的高程,H,1,。,BMA,1,h,往,h,返,案例,3,解：,1,、计算高差闭合差,f,h,f,h,=h,往,+h,返,=-1.386m+1.399m=+0.013m=+13mm,2,、计算高差闭合差的容许值,f,h,容,f,h,容,=,12n=,1216=,48mm,因为,f,h,f,h,容,，故其精度符合要求，可做下一步计算。,3,、计算往测高差的平均值,h,往均,h,往均,=(h,往,-h,返,)/2=(-1.386-1.399)/2=-1.392(m),4,、计算未知点,1,的高程,H,1,H,1,=H,A,+h,往均,=68.254+(-1.392)=66.862m,总结：,1,、内业计算的目的：,对测量误差进行改正和分配，求得各未知点精确,的高程值。,2,、内业计算的步骤：,1,）,计算高差闭合差,f,h,2,）,计算高差闭合差的容许值,f,h,容,3,）,计算观测高差的改正数,v,i,4,）,计算改正后高差,h,i,改,5,）,计算各未知点高程,作业：,