土木工程测量水准测量原理

III
a2 II b2
a1 I b1
2
1
h2
h1
A
大地水准面
HA
an
bn
Байду номын сангаас
B
hAB hn
HB
hAB=h1+ h2+ + hn =(a1-b1)+(a2-b2)+ =a-b
+(an-bn)
§2－3 微倾式水准仪和水准尺 一、水准仪
★ 按精度分为： DS05 DS1 DS3 DS10
D指大地测量 S指水准仪 数字1、3等指每公里往返高差测量中误差
尺
水平视线
HB H A hAB
A——后视点
a——后视读数
A
B——前视点
HA
b——前视读数
B hAB HB=HA+hAB
大地水准面
2、距离较远或高差较大时高差计算：
若A、B 两点间布设一些过渡点（转点）1、2、 3…，将其分为n段，则用水准仪分别测得各段高差 为h1， h2… hn，则有：
前进方向
3、基座
基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋 将基座连接到三脚架上。基座主要由轴座、 脚螺旋、底板和三角压板构成。
二、水准尺和尺垫
❖ 水准尺(leveling staff)
水准尺分为直尺、塔尺和折尺，其 中直尺又分单面分划和双面分划 两种。
❖ 尺垫(staff plate)
放在转点上，以防水准尺下沉。
水准点(Bench Mark)
通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为 水准点，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。
水准点示意图
§2-2 水准测量原理
一.基本原理
利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从
而由已知点高程推算出未知点高程。
前进方向
水
准
1、距离较近时：
水 准a
尺 b
hAB a b
(3)气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向 一致。
3、 瞄准
1．方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。
2、步骤
❖ 瞄准水准尺的操作由目镜对光、粗瞄、物镜对光、精瞄四个 步骤组成，同时应注意消除视差。
❖ （1）目镜对光：将望远镜对向明亮处，转动目镜调焦螺旋， 使十字丝清晰；
❖ （2）粗瞄：松开照准部的制动螺旋，利用望远镜上的准星 从外部瞄准水准尺，再旋紧制动螺旋；
❖ （2）然后单独用第三个脚螺旋使气泡居中，如图（b）所 示如此使原两个脚螺旋连线的垂线方向亦处于水平位置，从 而使整个仪器整平。如仍有偏差，可重复以上两步操作。
3
3
1
2
b
1
2
c
旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是： 左手拇指法则，或右手食指法则：
(1)先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋； (2)旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转 方向应相反。
❖ 符合气泡对中
水准管 (a)
气 泡 影 像
(b)
(c)
(2) 圆水准器
❖ 圆水准器的分划值，是顶盖球面 上2mm弧长所对应的圆心角值， 水准仪上圆水准器的角值为8′至 15′(R=0.46～0.86m)。
❖ 圆水准器用于粗略整平仪器。
❖ 制造水准仪时，使圆水准器轴平 行于仪器竖轴。旋转基座上的三 个脚螺旋使圆水准气泡居中时， 圆水准器轴处于竖直位置，从而 使仪器竖轴也处于竖直位置。
❖ 2、粗平
粗平即粗略整平仪器。旋转脚螺旋
使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大
致铅垂，使望远镜的视准轴大致水
平。
❖ （1）不论圆水准气泡在任何位置，
3
先用任意两个脚螺旋使气泡移到通
过圆水准器零点并垂直于这两个脚
螺旋连线的方向上，如图（a）所
示，如此可使仪器在这两个脚螺旋 连线的方向处于水平位置。
1
2
a
图形：粗平的操作方法示意图
存在视差
没有视差
4、精平 1、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准
管气泡成像抛物线符合。
.
2、说明：自动安平水准仪（compensator
level），不需进行精平。
5、读数
精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。
1．方法：用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。从
尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数， 每个读数必须有四位数。
三、微倾式水准仪的使用
操作程序：联结—粗平—瞄准—精平—读数
1．安置水准仪
首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大 致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚在坡下 一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚 架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已 牢固地连结在三脚架上之后才可放手。
★ 按仪器构造分为： 微倾式水准仪 自动安平水准仪 激光水准仪 电子水准仪
DS3级微倾式水准仪的构造
水准仪的三个组成部分： 望远镜、水准器、基座
1、望远镜（telescope）
物镜 调焦透镜
目镜 十字丝分划板
视准轴：物镜光心与十字丝分划板中心的连线。
十字丝分划板
十字丝分划板是用来准确瞄准目标用的，中间一根长 横丝称为中丝，与之垂直的一根丝称为竖丝，在中丝 上下对称的两根与中丝平行的短横丝称为上、下丝 （又称观距丝）。
第二章 水准测量
高程测量概念（Height Measurement）
根据已知点高程，测定该点与未知点的高差， 然后计算出未知点的高程的方法。
高程测量的方法分类
1、水准测量(leveling) 2、三角高程测量(trigonometric leveling) 3、气压高程测量(air pressure leveling) 4、GPS测量。(GPS leveling)
❖ （3）物镜对光：旋转物镜调焦螺旋使尺像清晰，也就是使 尺像落到十字丝平面上。
❖ （4）精瞄：旋转微动螺旋使十字丝的竖丝对准水准尺。
视差
❖ 概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运 动。
❖ 产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。 ❖ 消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。
存在视差
米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数， 毫米估读。
2、水准器(bubble)
水准器用于置平仪器。水准器有管水准器(bubble tube)和圆水准器 (circular bubble)两种。
圆水准器(circular bubble) ：用于整平。
水准管(bubble tube) ： 用于精平。
① 管水准器 管水准器由玻璃圆管制成，其内壁磨 成一定半径R的圆弧，如图2-7所示。 将管内注满酒精或乙醚，加热封闭冷 却后，管内形成的空隙部分充满了液 体的蒸汽，称为水准气泡。因为蒸汽 的比重小于液体，所以，水准气泡总 是位于内圆弧的最高点。