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1、第二章水準(zhǔn)測量,第一節(jié) 水準(zhǔn)測量的儀器和工具 第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法 第三節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差 第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,第一節(jié) 水準(zhǔn)測量的儀器和工具,一、DS3型水準(zhǔn)儀的構(gòu)造 DS3型水準(zhǔn)儀是水準(zhǔn)儀中的一種，我國按其精度指標(biāo)劃分為DS05, DS1, DS3, DS10四個(gè)等級(jí)，D和S分別是“大地測量”和“水準(zhǔn)儀”漢語拼音的第一個(gè)字母，數(shù)字05, 1,3, 10等指用該類型水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量時(shí)每千米往、返測高差中數(shù)的偶然中誤差值，分別不超過0.5mm, 1mm, 3mm, 10mm。一般可省略“D”，只寫“S建筑工程測量中常用的是S3型水準(zhǔn)儀。 圖2-1為DS3型水準(zhǔn)儀，主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基

2、座三部分組成。,下一頁,返回,第一節(jié) 水準(zhǔn)測量的儀器和工具,1.望遠(yuǎn)鏡 望遠(yuǎn)鏡是用來瞄準(zhǔn)不同距離的水準(zhǔn)尺并進(jìn)行讀數(shù)的。它由物鏡、對(duì)光透鏡、對(duì)光螺旋、十字絲分劃板以及日鏡等組成。 2.水準(zhǔn)器 DS3型水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)器分為管水準(zhǔn)器(水準(zhǔn)管)和圓水準(zhǔn)器(水準(zhǔn)盒)兩種，它們都是供整平儀器用的。 3.基座 基座起支撐儀器和連接儀器和三角架的作用，由軸座、三個(gè)腳螺旋和連接板組成，轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋可以調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)器使氣泡居中。,下一頁,返回,上一頁,第一節(jié) 水準(zhǔn)測量的儀器和工具,二、水準(zhǔn)尺及附件 水準(zhǔn)尺是由干燥的優(yōu)質(zhì)術(shù)材、玻璃鋼或鋁合金等材料制成。水準(zhǔn)尺分為雙面尺和塔尺兩種。附件有尺墊。 1.雙面尺 雙面水準(zhǔn)尺，多用

3、于三、四等水準(zhǔn)測量，長度為3m，為不能伸縮和折疊的板尺，且兩根尺為一對(duì)，尺的兩面均有刻畫，尺的正面是黑色注記，反面為紅色注記，故又稱紅黑面尺。黑面的底部都從零開始，而紅面的底部一般是一根為4.687m，另一根為4.787m。,下一頁,返回,上一頁,第一節(jié) 水準(zhǔn)測量的儀器和工具,2.塔尺 塔尺一般用于等外水準(zhǔn)測量，長度有2m和5m兩種，可以伸縮，尺面分劃為1cm和0.5cm兩種，每dm處注有數(shù)字，每m處也注有數(shù)字或以紅黑點(diǎn)表示數(shù)，尺底為零。 3.尺墊 尺墊由一個(gè)三角形的鑄鐵制成。上部中央有一突起的半球體。為保證在水準(zhǔn)測量過程中轉(zhuǎn)點(diǎn)的高程不變，可將水準(zhǔn)尺放在半球體的頂端。,返回,上一頁,第二節(jié) 水

4、準(zhǔn)測量原理和方法,一、水準(zhǔn)測量原理 1.高差法 高差法就是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線分別照準(zhǔn)豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺并讀數(shù)，直接測定出地面上兩點(diǎn)間的高差，再根據(jù)已知點(diǎn)的高程推出待定點(diǎn)的高程。,下一頁,返回,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法,2.儀高法 在圖2-2中由視線高計(jì)算召點(diǎn)高程的方法，叫儀高法。此法在建筑工程測量中被廣泛應(yīng)用;圖中A點(diǎn)的高程讀數(shù)等于水準(zhǔn)儀的視線高程。,下一頁,返回,上一頁,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法,二、水準(zhǔn)測量的規(guī)律 在水準(zhǔn)測量中存在以下規(guī)律，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注意理解掌握。 (1)每站高差等于水平視線的后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。 (2)起點(diǎn)至閉點(diǎn)的高差等于各站高差的總和，也等于各站后視讀

5、數(shù)的總和減去前視讀數(shù)的總和。,下一頁,返回,上一頁,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法,三、水準(zhǔn)測量方法 (一)水準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)路線 1.水準(zhǔn)點(diǎn) 用水準(zhǔn)測量的方法測定的高程控制點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)，簡記BM。 2.水準(zhǔn)路線 通過一系列水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測量所經(jīng)過的路線，稱為水準(zhǔn)路線。,下一頁,返回,上一頁,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法,(二)水準(zhǔn)側(cè)量的施側(cè)方法與記錄、計(jì)算 1.水準(zhǔn)測量的施測方法 (1)簡單水準(zhǔn)測量的觀測程序。 (2)復(fù)合水準(zhǔn)測量的施測方法。,下一頁,返回,上一頁,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法,2.水準(zhǔn)測量的記錄與計(jì)算 (1)高差法記錄與計(jì)算。 (2)儀高法記錄與計(jì)算。 (3)路線成果檢核。,下一頁,返回

6、,上一頁,第二節(jié) 水準(zhǔn)測量原理和方法,3.注意事項(xiàng) 我們在水準(zhǔn)測量過程中應(yīng)該注意，在已知高程點(diǎn)和待測高程點(diǎn)上立尺時(shí)，應(yīng)直接放在標(biāo)石中心(或木樁)上;儀器到前、后水準(zhǔn)尺的距離要大致相等，可用視距或腳步量測確定;水準(zhǔn)尺要扶直，不能前后左右傾斜;尺墊僅用于轉(zhuǎn)點(diǎn)，儀器遷站前，不能移動(dòng)后視點(diǎn)的尺墊;不得涂改原始讀數(shù)的記錄，讀錯(cuò)或記錯(cuò)的數(shù)據(jù)應(yīng)劃去，再將正確數(shù)據(jù)寫在上方，并在相應(yīng)的備注欄內(nèi)注明原因，記錄簿要干凈、整齊。,返回,上一頁,第三節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差,一、水準(zhǔn)測量誤差的來源及消減方法 1.水準(zhǔn)儀誤差 儀器經(jīng)過檢驗(yàn)校正后，還會(huì)存在殘余誤差，如微小的i角誤差。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，由于i角誤差使視準(zhǔn)軸不處于精

7、確水平的位置，會(huì)造成在水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)誤差。在一個(gè)測站的水準(zhǔn)測量中，如果使前視距與后視距相等，則i角誤差對(duì)高差測量的影響可以消除。嚴(yán)格地檢校儀器和按水準(zhǔn)測量技術(shù)要求限制視距差的長度，是降低本項(xiàng)誤差的主要措施。,下一頁,返回,第三節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差,2.水準(zhǔn)尺的誤差 水準(zhǔn)尺的分劃不精確、尺底磨損、尺身彎曲都會(huì)給讀數(shù)造成誤差，因此必須使用符合技術(shù)要求的水準(zhǔn)尺。 3.整平誤差 水準(zhǔn)測量是利用水平視線測定高差的，當(dāng)儀器沒有精確整平，則傾斜的視線將使標(biāo)尺讀數(shù)產(chǎn)生誤差。,下一頁,返回,上一頁,第三節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差,4.儀器和標(biāo)尺升沉誤差 (1)儀器下沉(或上升)所引起的誤差。 (2)尺子下沉(或上升)引起的誤

8、差。,下一頁,返回,上一頁,第三節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差,二、水準(zhǔn)測量誤差的影響 1.讀數(shù)誤差的影響 (1)當(dāng)尺像與十字絲分劃板平面不重合時(shí)，眼睛靠近目鏡微微上下移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)十字絲和目鏡影像有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱為視差;視差可通過重新調(diào)節(jié)目鏡和物鏡調(diào)焦螺旋加以消除。 (2)估讀誤差與望遠(yuǎn)鏡的放大率和視距長度有關(guān)，故各級(jí)水準(zhǔn)測量所用儀器的望遠(yuǎn)鏡放大率和最大視距都有相應(yīng)規(guī)定，普通水準(zhǔn)測量中，要求望遠(yuǎn)鏡放大率在20倍以上，視線長不超過150m。,下一頁,返回,上一頁,第三節(jié) 水準(zhǔn)測量誤差,2.大氣折光的影響 因?yàn)榇髿鈱用芏炔煌?，?duì)光線產(chǎn)生折射，使視線產(chǎn)生彎曲，從而使水準(zhǔn)測量產(chǎn)生誤差。視線離地面愈近，視線愈長，大氣折光

9、的影響愈大。為消減大氣折光的影響，只能采取縮短視線，并使視線離地面有一定的高度及前、后視的距離相等的方法。,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,一、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 (一)普通水準(zhǔn)儀的檢定 根據(jù)水準(zhǔn)儀的檢定規(guī)程(JJG 425-2003)的規(guī)定，需要對(duì)下列項(xiàng)目做具體檢定: (1)外觀及各部件功能。 (2)水準(zhǔn)管角值。 (3)豎軸運(yùn)轉(zhuǎn)誤差。 (4)視距乘常數(shù)。 (5)望遠(yuǎn)鏡分劃板與豎軸的垂直角。 (6)數(shù)字水準(zhǔn)儀視線距離測量誤差。,下一頁,返回,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,(7)測微器行差與回程差。 (8)視準(zhǔn)軸誤差。 (9)望遠(yuǎn)鏡提供軸與水準(zhǔn)管軸在水平面投影的平行度。 (10)視準(zhǔn)線的安平誤差。

10、(11)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。 (12)測站單次高差標(biāo)準(zhǔn)差。 (13)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦運(yùn)行誤差。 (14)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀磁極誤差。,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,(二)水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的幾何條件 1.水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的主要條件 水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足兩個(gè)主要條件: (1)水準(zhǔn)管軸應(yīng)與望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸平行; (2)望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸不因調(diào)焦而變動(dòng)位置。 2.水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的次要條件 水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足兩個(gè)次要條件: (1)圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)與水準(zhǔn)儀的豎軸平行; (2)十字絲的橫絲應(yīng)垂直于儀器的豎軸。,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,(三)普通水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 1.一般性檢驗(yàn) 水準(zhǔn)儀檢驗(yàn)校正之前，應(yīng)先進(jìn)行一般性的檢驗(yàn)，

11、檢查各主要部件是否能起有效的作用。安置儀器后，應(yīng)檢驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡成像是否清晰，物鏡對(duì)光螺旋和日鏡對(duì)光螺旋是否有效，制動(dòng)螺旋、微動(dòng)螺旋、微傾螺旋和腳螺旋是否有效，三腳架是否穩(wěn)固等。如果發(fā)現(xiàn)有故障應(yīng)及時(shí)修理。 2.圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)平行于豎軸 3.十字絲橫絲垂直于儀器豎軸 4.水準(zhǔn)管軸應(yīng)平行于視準(zhǔn)軸,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,(四)精密水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正 1.圓水泡校正 2.微傾螺旋上刻度指標(biāo)差的改正 3.長水準(zhǔn)的校正,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,二、水準(zhǔn)儀使用前的基本操作 在水準(zhǔn)儀的使用前應(yīng)作如下的操作，以DS3水準(zhǔn)儀為例。 1.架設(shè)儀器 在架設(shè)儀器處，打開三腳架，通過目測

12、，使架頭大致水平且高度適中(約在觀測者的胸頸部)，將儀器從箱中取出，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀固定在三腳架上。然后，根據(jù)圓水準(zhǔn)器氣泡的位置，上、下推拉，左、右微轉(zhuǎn)腳架的第三只腿，使圓水準(zhǔn)器的氣泡盡可能位于靠近中心圈的位置，在不改變架頭高度的情況下，放穩(wěn)腳架的第三只腿。,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,2.粗略整平 調(diào)節(jié)儀器腳螺旋使圓水準(zhǔn)氣泡居中，以達(dá)到水準(zhǔn)儀的豎軸近似垂直，視線大致水平。其具體做法是:如圖2-3 (a)所示，設(shè)氣泡偏離中心于a處時(shí)，可以先選擇一對(duì)腳螺旋、，用雙手以相對(duì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)腳螺旋，使氣泡移至兩腳螺旋連線的中間b處;然后，再轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋使氣泡居中，如圖2-3(b)所示。如

13、此反復(fù)進(jìn)行，直至氣泡嚴(yán)格居中。在整平中氣泡移動(dòng)方向始終與左手大拇指(或右手食指)轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋的方向一致。,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,3.照準(zhǔn)和調(diào)焦 儀器粗略整平后，即用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，其步驟如下: (1)目鏡對(duì)光。 (2)初步照準(zhǔn)。 (3)物鏡對(duì)光和精確瞄準(zhǔn)。 (4)消除視差。,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,4.精確整平 精平是在讀數(shù)前轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使氣泡居中，從而得到精確的水平視線。轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋時(shí)速度應(yīng)緩慢，直至氣泡穩(wěn)定不動(dòng)而又居中時(shí)為止。必須注意，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到另一方向觀測時(shí)，氣泡不一定符合，應(yīng)重新精平，符合氣泡居中后才能讀數(shù)。,下一頁,返回,上一頁,第四節(jié) 水準(zhǔn)儀的使用,5.讀數(shù) 當(dāng)氣泡符合后，立即用十字絲橫絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。讀數(shù)前要認(rèn)清水準(zhǔn)尺的注記特征。望遠(yuǎn)鏡中看到的水準(zhǔn)尺是倒像時(shí)，讀數(shù)應(yīng)自上而下，從小到大讀取，直接讀取m, dm, cm, mm(為估讀數(shù))四位數(shù)字。讀數(shù)后要立即檢查氣泡是否仍符合居中，否則，重新符合后讀數(shù)。,返回,上一頁,圖2一1 DS3型水準(zhǔn)儀,返回,圖2一2 高差法示意圖,返回,圖2-3 圓水準(zhǔn)器整平方法,返回,