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1、水准测量,学习目标：通过本项目的学习，同学们能依据国家三、四等水准测量规范、城市测量规范及其它行业测量技术规范，进行四等及以下水准测量技术设计，能使用S3级水准仪，能完成四等及以下水准测量生产性实训教学任务，初步具备检查水准测量成果的能力具有工作正确应用水准测量原理及作业方法，完成测区四等水准测量、图根水准测量及场地高程测量。本项目主要由水准测量方案设计、水准测量原理、水准仪及水准标尺、水准仪与水准标尺的检校、四等水准测量、水准测量的误差分析、数字水准仪等学习任务组成。,一、水准测量方案设计,水准测量技术设计是根据工程建设要求，结合测区的具体情况，设计水准点的位置和水准网的布设形式，选用适当的
2、作业方法和仪器、制定水准测量作业计划，解决生产组织、实施和成果验收等一系列生产管理和技术管理问题，从经济、技术等方面制定的重要技术文件。技术设计是关系水准测量全局的重要环节，对多、快、好、省完成水准测量任务具有重要的指导作用。进行水准测量技术设计必须严格依据测量技术规范，结合测区自然地理、人文经济状况，综合应用水准测量知识，制定具有针对性的指导水准测量实施的技术路线、技术方案及人、财、物保障措施。,1、高程测量的方法,2、水准网的布设,（一）水准网布设的形式水准网布设的基本形式包括附合水准路线、闭合水准路线和支水准路线，以及由基本形式组合成的水准网形式。,（二）水准网布设的要求,水准网布设必须
3、布设原则的要求，根据需要及测区实际情况，明确水准网等级，按等级要求进行设计、精度估算和优化设计，从经济、技术、安全等方面提出人力资源安排，技术路线、技术方法和安全、质量技术保证措施，为后续工作干什么、怎么干，工作达到的标准和目标提出详尽、全面，有针对性和指导作用的技术设计文件。技术设计不仅具有重要的现实意义，而且对今后成果的利用具有参考借鉴作用。,水准网布设采用由高级到低级、从整体到局部逐级控制、逐级加密的原则，按照统一的技术标准，为满足测图、工程建设及特殊工程需要，高程控制点必须有足够的精度和合适的密度。国家水准网分一、二、三、四等进行布设，城市测量规范、工程测量规范将水准测量依次分为二、三
4、、四等3个等级，水电测量规范还有五等水准测量。,国家一等水准网布设略图,我国一等水准网由289条路线组成，其中284条路线构成100个闭合环，共计埋设各类标石近2万余座。,2水准点布设的密度,水准路线上，每隔一定距离应埋设稳固的水准点。水准点分为基岩水准点、基本水准点、普通水准点等类型，在城镇和建筑区还有墙角水准标志。各种水准点的间距及布设要求，应符合国家一、二等水准测量规范规定，见表1.1.1。表1.1.1水准点布设密度,3水准路线命名及水准点编号,水准路线以起止地名的简称定为线名，起止地名的顺序为“起西止东”、“起北止南”，环线名称，取环线内最大的地名后加“环”字命名。一、二、三、四等等水
5、准路线的等级，各以罗马字、书于线名之前表示。路线上的水准点应自该线起始水准点起，取数字l、2、3按序编号，环线上点号顺序取顺时针方向，点号书于线名之后。基岩水准点除了按以上规定编号外，并应在名号前加写地名和“基岩点”三字。基本水准点须在点号后右下角书写“基”字，上、下标分别再书以“上”和“下”字。水准支线以所测高程点名称后加“支”字命名。支线上的水准点，接起始水准点到所测高程点方向，以数字l、2、3顺序编号。利用旧水准点时，可使用旧名号。若重新编定时，应在新名号后以括号注明该点埋设时的旧名称。水准点“郑徐19基”表示该点为郑州至徐州一等水准路线，从西到东第19个基本水准点，该点埋设基本水准标石
6、。图根点在生产中常采用边选点、边编号的方法进行，一般由作业组按流水线编号，在数字前冠字母（是作业组设定的代码）的形式进行编号，如“A128”、“B038”,4水准测量的精度,每公里水准测量的偶然中误差,和每公里水准测量的全中误差,一般不得超过表1.1.2规定的数值。,二、水准测量技术设计的方法,技术设计是根据工程建设对测量的要求，结合测区的情况、作业单位技术力量，拟定科学、经济、合理的最佳布设方案，制定正确的技术路线，解决水准测量全过程的一系列生产技术问题。设计前需要通过网络、现场调研等方式，在踏勘、调查研究的基础上收集资料，分析资料的利用价值，为下一步教学方案设计提供基础。,（一）搜集资料,
7、（1）测区内1：1万1：10万地形图及其它大比例尺地形图、交通图、影像图。（2）有关测区的气象、地质、水文等资料。（3）已有的控制测量成果，包括水准网图、水准点点之记、成果表、技术总结等，需要联测的其它固定点。（4）现场踏勘了解已有控制点标志的保存完好情况。（5）调查测区交通便利、物资供应等经济状况。若在少数民族地区，则应了解民族的风俗习惯。,（二）设计要求,从经济、技术、安全生产等方面进行设计，做到方便使用，安全稳定，长期保存等基本要求。（1）水准路线应尽量沿公路、铁路及其它坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。（2）水准路线应尽量避免跨越大河、湖泊，沙滩、草地等。（3）水准路线若与
8、高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。（4）布设水准网时，应考虑日后水准测量进一步加密，并应注意已有水准测量成果的充分利用。（5）水准环线或附合路线长度、水准点间距要求符合规范规定。（6）由于工程急用建立的假定高程系统，应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。,（三）图上设计及技术设计书编写,根据测区的规模大小，水准网的设计应在适当比例尺地形图上进行。图上设计的主要程序如下：（1）将主要居民地、铁路、公路与较大河流，以不同的颜色在地形图上标出来。（2）将已知的水准路线和水准点，按等级以不同颜色分别标绘在地形图上。（3）按照逐级
9、布设的原则，先进行高等级水准路线的设计，后进行低等级水准路线的设计。（4）水准路线确定后，根据水准点密度、测段长度、线路总长的要求，按“下棋”方式在图上概略确定水准点的位置。（5）进行设计方案的精度估算。精度估算不符合要求，需要通过路线增删、图形改变等试验修正，使其在经济合理的条件下，布设较为合理的控制网。（6）编写技术设计书。,技术设计书的编写要点,技术设计书是技术设计需要上交的重要成果，主要包括以下几方面的内容：作业目的、任务范围及来源；测区的自然、地理条件；测区已有测量成果情况，标志保存情况，对已有成果的评价、分析利用情况；高程基准和起算点情况；布网依据的规范；与高等级水准点的联测方案；
10、水准网精度估算或优化设计；现场踏勘报告；标石类型；人员组织、作业安排、工作量及进度计划；质量保证措施；提交成果；各种设计图表；专家审核及主管部门的审批意见。,三、实地选点与设立标志,图上设计完成后，即可根据设计图到实地选定水准路线和水准点位置，并将选定的水准点位置用水准标石或其它标记在实地固定下来。选点与设立标志是非常重要的一项工作，选点、埋石结束后，要编写选点报告，并进行质量评价。选点质量评价标准见表1.1.2.水准点位置的选定除满足设计要求外，要确保选定的水准点稳定安全、长期保存、便于使用。为此，水准点要避免设在沙滩、沼泽、沙土、滑坡、地下水位较高等有变形、土质松软、易被淹没、易受震动、隐
11、蔽陡峭的地区。,表1.1.3 选点质量评价标准,埋标造石绘制点之记,水准点选定之后，即可进行水准标石或标记的埋设工作。水准标石是永久保存水准测量成果的固定标志，供控制测量和地形测量使用。对工程建设的需要临时增设的水准点，由于没有长期保存的价值，通常以木桩、铁钉及其它标记作为临时性水准点。,点之记是记载控制点位置和标石结构情况的资料，包括点名、等级、点位略图、交通图、与方位物之间的关系和点位说明等内容。点之记作为日后寻找水准点的簿册，一定要做到方位物选择恰当，点位略图、点位说明与实地一致。方位物应选取三个永久性固定地物，与方位物距离量取至厘米，点位略图如图1.1.8所示；点位说明先叙述概略位置，
12、再详细叙述控制点与三个方位物的关系，距离要说明量至方位物的部位。点之记按规定格式填制。,埋标造石绘制点之记,埋标造石绘制点之记,四、水准测量原理及方法,1、水准测量原理2、水准仪与水准尺3、水准仪的技术操作4、普通水准测量5、四等水准测量,1、水准测量原理,水准测量的基本测法是：在下图中，已知A点的高程为HA，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差hAB。则点的高程HB就可用下式计算求得：,hAB=后视读数前视读数,HB=HA+hAB,有时安置一次仪器须测算出较多点的高程，可先求出水准仪的视线高程，然后再分别计算各点高程，从图中可以看出：视线高 Hi=HA+a 点高程 HB=Hi-b,要测算
13、地面上两点间的高差，所依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。,2、水准仪与水准尺,1、DS3水准仪的构造2、自动安平水准仪的构造3、电子水准仪的构造,（一）水准仪构造图,DS3水准仪的构造示意图,水准仪由望远镜、水准器和基座三部份组成。在进行水准测量时，水准仪能产生一条水平视线，并能瞄准水准尺进行读数。,1.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座
14、,1、DS3水准仪的技术操作（录象）2、DS3水准仪的检验与校正（录象）,（二）水准仪使用,（三）水 准 尺 水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具。水准尺分为直尺、折尺和塔尺。双面水准尺的分划，一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：4687mm或4787mm。使用水准尺前一定要认清刻画特点。尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。,三、水准仪的技术操作,水准仪的技术操作：粗平照准精平读数。,1、粗平：就是通过调整脚螺旋，将圆水准气泡居中，使仪器竖轴处于铅垂位置，视线概略水平。,2、照准：就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清目标和十字丝。,3、精平：就是慢
15、慢转动微倾螺旋，使符合水准气泡的影象符合。,4、读数：就是在视线水平时，用望远镜十字丝的横丝在尺上读数。,水准仪技术操作（录像）,四、普通水准测量,（一）水准点和水准路线 1.水准点是测区的高程控制点，一般缩写为“BM”，用“”符 号表示。,2.水准路线依据测区的情况，可布设成以下几种形式：,（二）施测方法（动画）,(1)将水准尺置于已知后视高程点A和前视转点ZD1中间的站。,(2)先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入水准测量记录表中。再照准前视尺，读取前视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量一个测站的观测任务。,(3)将仪器搬迁到第站，把第站的后视尺移到第站的转点ZD2上，
16、把原第站前视变成第站的后视。按(2)步骤测出第站的后、前视读数值a2、b2，并记入记录表中。,(4)重复上述步骤测至终点B为止。,普通水准测量记录表,0.718,2.209,50.583,1.268,1.425,ZD1,ab=5.358 3.867=1.491h=2.209 0.718=1.491HB HA=51.491 50.000=1.491HB HA=h=a b(计算无误),计算检核,3.867,5.358,51.491,0.346,B,50.618,1.581,1.219,ZD3,51.336,0.672,0.863,ZD2,HA=50.000m,50.000,0.5830.7530.
17、873,1.851,A,+,前视,后 视,备 注,高 程（m）,高 差,标尺读数（m）,测点,0.718,（三）校核方法,1计算校核 即：h=a b HB HA 说明高差和各转点高程的计算是正确的。,2测站校核 既：变更仪器高法；双面尺法。,四等水准测量,用于国家高程控制网加密、建立小地区首级高程控制。布设形式：符合水准路线、结点网的形式；闭合水准路线形式；水准支线。,三、四等水准的主要技术要求,等级,水准仪 型号,视线长度,m,前后视距差m,前后视距累积差m,视线离地面最低高度m,基本分划、辅助分划（黑红面）读数差mm,基本分划、辅助分划（黑红面）高差之差mm,等级,水准仪 型号,水准尺,线
18、路长度,km,与已知点联测,附合成 环线,观测次数,每千米高差中误差mm,往返较差、附合或环线闭合差,平地mm,山地mm,三,四,五,图根,DS1,DS3,DS3,DS10,DS3,因瓦,双面,双面,单面,单面,50,16,5,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往一次,往一次,往一次,往一次,6,10,15,20,三,四,五,图根,DS1,DS3,DS3,DS10,DS3,100,75,100,100,100,3,5,大致相等,6,10,0.3,0.2,2.0,3.0,1.0,5.0,3.0,1.5,L为往返测段、附合或环绕的水准路线长度（单位为km）,n
19、为测站数。,三四等水准测量的观测和记录方法,1）双面尺法,后视黑面，读取下、上、中丝读数，记入（1）（2）（3）中；前视黑面，读取下、上、中丝读数，记入（4）（5）（6）中；,黑面尺,红面尺,前视红面，读取中丝读数，记入（7）；后视红面，读取中丝读数，记入（8）。,测站计算和检核,1）双面尺法计算和检核,视距计算 前、后视距差：三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。前、后视距累积差：三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。,计算黑面、红面的高差 三等水准测量，不得超过3mm，四等水准测量，不得超过5mm。式内0.100为单、双号两根水准尺红面零点注记之差，以
20、米(m)为单位。计算平均高差,同一水准尺红、黑面中丝读数的检核 同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)，三等水准测量，不得超过2mm，四等水准测量，不得超过3mm。,测站编号,点号,后尺,前尺,下丝,上丝,下丝,上丝,后视距,前视距,视距差d(m),d(m),方向及尺号,水准尺读数（m）,黑面,红面,K+黑-红,平均高差（m）,备注,K为尺常数：K5=4.787K6=4.687,三、四等水准测量记录（双面尺法）,（1）,（4）,（2）,（5）,（9）,（10）,（11）,（12）,后,前,后-前,（3）,（6）,（8）,（7）,（15）,（16）
21、,（14）,（13）,（17）,（18）,1,2,BM.1-TP.1,TP.1-TP.2,1.536,0.947,58.9,+0.1,1.954,1.373,58.1,-0.2,1.030,0.442,58.8,+0.1,1.276,0.694,58.3,-0.1,后5,前6,后-前,后6,前5,后-前,1.242,0.736,+0.506,6.030,5.422,+0.608,1.664,0.985,+0.679,6.350,5.773,+0.577,-1,+1,-2,+0.5070,+1,-1,+2,+0.6780,每页校核：,（9）=117.0（10）=117.1,=-0.1=2站（12
22、）,（3）+（8）=15.286（6）+（7）=12.916,=+2.37,（15）+（16）=+2.37,（18）=+1.185 2（18）=+2.37,总视距（9）+（10）=234.1m,1、不同形式水准路线fh的计算 附和水准路线：h测=h1+h2+h3+hn h理=H终 H始 fh=h测-h理=h测-（H终 H始）闭合水准路线：h测=h1+h2+h3+hn h理=0 fh=h测-h理=h测 支水准路线：h测=h往+h返 h理=0 fh=h测-h理=h往+h返,5水准测量成果计算,一、符合水准路线的内业计算 如图为一符合水准路线：,A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.
23、623m点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：,备注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.0 8+1.575,1.2 12+2.036,1.4 14-1.742,2.2 16+1.446,5.8 50+3.315,辅助计算,-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,符合水准测量成果计算表,已知,已知,1、计算闭合差：,2、检核：,故其精度符合要求。,3、计算改正数 分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比
24、，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。,按距离：,按测站数：,以第1测段为例，测段改正数为：,检核：,4、计算改正后高差,检核：,以第1测段为例，改正后的高差为：,5、计算高程,如：,检核：,否则说明高程计算有误。,一、水准仪的主要轴线及应满足的条件 主要轴线：视准轴CC 水准管轴LL 仪器竖轴VV 圆水准器轴 几何关系：圆水准器轴/仪器竖轴 水准管轴/视准轴 十字丝横丝 竖轴,水准仪的检验与校正,二、水准仪的检验和校正1、圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴/仪器竖轴检验：用脚螺旋使圆水准器气泡居中；望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。校正：用脚
25、螺旋调气泡偏离 值的一半；用圆水准器的校正 螺旋再调一半。,2、十字丝横丝的检校和校正 目的：使十字丝横丝 竖轴 检验：精平仪器，十字丝横丝左边 对准墙上标志点p；水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；拧紧十字丝的固定螺旋。,十字丝固定螺旋,3、水准管轴的检验与校正 目的：使水准管轴/视准轴。检验：在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水 准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之 差3mm）测定两点之间 的高差h0=a1-b1；,i角 视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。,仪器搬A
26、点附近，测得高差 h=a2b2；若 h=h0，则水准管轴/视准轴；若 h不等于h0，则存在i角。如图：,式中：DAB 为AB两点之间的距离,对于DS3水准仪，当 时，则需校正。,3、校正 转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。,误差来源：仪器误差+观测误差+外界条件的影响,一、仪器误差 1、仪器校正后的残余误差主要是i角误差。（前后视距相等可消除）2、水准尺误差 包括刻划不准、尺长变化、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视 尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）,2-7 水准测量误差及注意事项,二、观测误差 1、视差（仔细调焦可消除）2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3、水准器泡居中误差（符合后立即读数）4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）,三、外界条件的影响 1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）,DS3水准仪的检验与校正（录象）,返回,DS3水准仪的技术操作（录象）,返回,施测方法（动画）,返回,四等水准测量（动画）,返回,
