建筑测量学水准测量.docx
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建筑测量学水准测量
新课导入:
测量地面点高程的工作,称为高程测量。
按使用的仪器和施测方法的不同,高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。
水准测量事精确测定地面点高程的一种主要方法。
本章主要介绍水准测量。
授课内容:
2水准测量
2.1水准测量原理
一、水准测量原理
水准测量是利用水准仪提供的水平视线,借助于带有分划的水准尺,直接测定地面上两点间的高差,然后根据已知点高程和测得的高差,推算出未知点高程。
二、计算未知点高程
1.高差法
测得A、B两点间高差hAB后,如果已知A点的高程HA,则B点的高程HB为:
HB=HA+hAB
这种直接利用高差计算未知点B高程的方法,称为高差法。
2.视线高法
B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算,即:
Hi=HA+a
HB=Hi+b
这种利用仪器视线高程Hi计算未知点B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,需测定多个地面点的高程,采用视线高法就比较方便。
2.2水准测量的仪器和工具
水准测量所使用的仪器为水准仪,工具有水准尺和尺垫。
一、DS3微倾式水准仪的构造
DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。
1.望远镜
(1)十字丝分划板
(2)物镜和目镜
(3)视准轴
2.水准器
(1)管水准器管水准器(亦称水准管)用于精确整平仪器。
DS3型水准仪的水准管分划值为20″,记作20″/2mm。
为了提高水准管气泡居中的精度,采用符合水准器。
(2)圆水准器圆水准器装在水准仪基座上,用于粗略整平。
气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值,称为圆水准器的分划值,一般为8′~10′,精度较低。
3.基座
基座的作用是支承仪器的上部,并通过连接螺旋与三脚架连接。
它主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。
转动脚螺旋,可使圆水准气泡居中。
二、水准尺和尺垫
1.水准尺
水准尺是进行水准测量时与水准仪配合使用的标尺。
常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。
2.尺垫
尺垫是由生铁铸成。
一般为三角形板座,其下方有三个脚,可以踏入土中。
尺垫上方有一突起的半球体,水准尺立于半球顶面。
尺垫用于转点处。
2.3水准仪的使用
微倾式水准仪的基本操作程序为:
安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。
一、安置仪器
二、粗略整平
通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。
整平时,气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致,与右手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向相反。
三、瞄准水准尺
(1)目镜调焦
(2)初步瞄准
(3)物镜调焦
(4)精确瞄准
(5)消除视差
四、精确整平
五、读数
2.4普通水准测量的方法
一、水准点
用水准测量的方法测定的高程控制点,称为水准点,记为BM(BenchMark)。
水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。
二、水准测量的施测方法
1.观测与记录
2.计算与计算检核
(1)计算每一测站都可测得前、后视两点的高差,即
将上述各式相加,得:
h1=a1-b1
h2=a2-b2
….
将上述各式相加,得:
h5=a5-b5
则B点高程为:
∑h=∑a-∑b
(2)计算检核为了保证记录表中数据的正确,应对后视读数总和减前视读数总和、高差总和、B点高程与A点高程之差进行检核,这三个数字应相等。
3.水准测量的测站检核
(1)变动仪器高法
(2)双面尺法
三、水准路线及成果检核
在水准点间进行水准测量所经过的路线,称为水准路线。
相邻两水准点间的路线称为测段。
在一般的工程测量中,水准路线布设形式主要有以下三种形式。
1.附合水准路线
(1)附合水准路线的布设方法如图所示,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。
(2)成果检核从理论上讲,附合水准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点之间的高差,即:
∑h理=H终-∑H始
各测段高差代数和与其理论值的差值,称为高差闭合差fh:
fh=∑h测-(H终-∑H始)
2.闭合水准路线
(1)闭合水准路线的布设方法如图所示,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的环形路线,称为闭合水准路线。
(2)成果检核从理论上讲,闭合水准路线各测段高差代数和应等于零,即:
∑h理=0
如果不等于零,则高差闭合差为:
fh=∑h测
3.支水准路线
(1)支水准路线的布设方法如图所示,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,以资检核。
(2)成果检核从理论上讲,支水准路线往测高差与返测高差的代数和应等于零。
如果不等于零,则高差闭合差为:
fh=∑h往+∑h返
各种路线形式的水准测量,其高差闭合差均不应超过容许值,否则即认为观测结果不符合要求。
四、水准测量的等级及主要技术要求
在工程上常用的水准测量有:
三、四等水准测量和等外水准测量。
三、四等水准测量在第六章再作详细的介绍。
总结:
1.计算未知点高程的方法
(1)高差法
(2)视线高法
2.DS3微倾式水准仪的构造
DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。
3.微倾式水准仪的基本操作程序为
安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。
4.水准路线布设形式主要有以下三种形式。
(1)附合水准路线
(2)闭合水准路线
(3)支水准路线
实验1 水准仪的认识与使用实验
了解水准仪的构造及各部分调节螺旋的作用,掌握水准仪的使用方法
一、实验目的与要求
1.了解DS3微倾式水准仪的基本构造、各部件及调节螺旋的名称和作用,熟悉其使用方法。
2.掌握DS3水准仪的安置、瞄准、精平和读数方法。
3.练习普通水准测量一测站的观测、记录与计算方法。
4.了解DZS3自动安平水准仪的构造特点,它与DS3的不同之处。
二、实验内容
1、认识水准仪各个部件,熟悉各个螺旋的作用,掌握水准仪的操作使用方法。
2、分别用DS3、DZS3水准仪测量地面二点之间的高差,用红、黑面读数,试算红面中丝读数减去尺底常数是否等于黑面中丝读数。
三、实验步骤简要
1、安置仪器,认识DS3水准仪,了解仪器基本构造、各部件名称和作用。
①安放三角架。
选择坚固平坦的地面张开三脚架,使架头大致水平,高度适中;三条架腿开度适当,如果地面松软,则将架腿的三个脚尖插牢于土中,使脚架稳定。
②安置仪器。
打开仪器箱用双手将仪器取出,放在三角架架头上,一手握住仪器,一手旋转脚架中心连接螺旋,将仪器固连在三脚架架头上。
③观察熟悉仪器。
仔细观察仪器的各个部件,熟悉各螺旋的位置、名称和作用,试着旋拧各个螺旋以了解其功能。
2、水准仪的使用。
水准仪的操作步骤为:
粗平、瞄准水准尺、精平、读数。
①粗平。
粗平即粗略整平仪器。
通过旋转水准仪基座上的三个脚螺旋使圆水准器气泡居中,仪器的竖轴大致铅垂,从而使望远镜的视准轴大致水平。
在整平过程中,旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是:
用左手旋转脚螺旋,则气泡移动方向和左手大拇指移动方向一致(俗称左手法则);用右手旋转脚螺旋,则气泡移动方向和右手食指移动方向一致。
如图2-1-1所示。
将望远镜水平转动180°,检查圆水准气泡是否仍然居中,否则重新整平.
②瞄准水准尺。
首先进行目镜对光。
将望远镜对向一明亮背景(如天空或白色明亮物体),转动望远镜目镜调焦螺旋,使望远镜内的十字丝影像非常清晰。
再松开制动螺旋,转动望远镜,用望远镜上的瞄准器(照门和准星或粗瞄器)瞄准水准尺,然后旋紧制动螺旋。
从望远镜中观测目标,旋转望远镜物镜调焦螺旋,使水准尺的成像清晰。
再旋转水平微动螺旋,使十字丝纵丝位于水准尺中心线上或水准尺的一侧。
观测员眼睛在目镜端上下移动,观察水准尺影像是否与十字丝有相对移动。
若有,则说明存在视差,这时应再仔细调节目镜和物镜对光螺旋,直到水准尺影像与十字丝无相对移动为止。
若实在难以完全消除视差,则以眼睛平视读数。
③精平。
从气泡观察窗内观察水准管气泡,旋转微倾螺旋,使气泡两端影像严密吻合(即气泡居中),此时视线即处于水平位置。
注意转动微倾螺旋要徐徐而进,不宜太快;微倾螺旋转动方向与符合水准器气泡左侧影像移动方向一致。
④读数。
仪器精平后,应立即用十字丝的中丝在水准尺上读数。
读数应根据水准尺刻划按由小到大的原则进行;先估读水准尺上的毫米数,然后报出全部读数;读数一般应为四位数,即米、分米、厘米和毫米;读数应迅速、果断、准确,不要拖泥带水。
读数后应立即查看水准管气泡两端影像是否仍然吻合,若仍吻合,则读数有效,否则应重新使水准管气泡两端影像吻合后再读数。
3、测站水准测量练习
在地面上选定两分别作为后视点和前视点,放上尺垫并在其上立尺,在距两尺距离大致相等的点上置仪,按粗平、瞄准后视尺、精平、读数,瞄准前视尺、精平、读数;若水准尺为双面尺,还应按同法读取水准尺红面读数。
记录数据并计算高差。
换一人重新安置仪器,进行上述观测,直致小组所有成员全部观测完毕,小组各成员所测高差之差不得超过±5mm;各人黑面中丝读数加上水准尺常数减去红面中丝读数应不超过±3mm。
4、自动安平水准仪的认识及使用。
自动安平水准仪的构造和操作与微倾式水准仪基本相同,与微倾式水准仪比较,自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋。
仪器粗平(即圆水准器气泡居中)后,在自动安平补偿器的作用下,可迅速获得水平视线时的读数。
自动安平水准仪操作简便,无需精平,速度快,工作效率高,能防止微倾式水准仪操作中忘记精平的失误。
四、仪器和附件(以组为单位)
DS3水准仪1台、DZS3自动安平水准仪1台、水准尺1对、尺垫1对、记录板1块。
五、注意事项
1、水准仪安放到三脚架上必须立即将中心连接螺旋旋紧,以防仪器从脚架上掉下摔坏。
2、开箱后先看清仪器放置情况及箱内附件情况,用双手取出仪器并随手关箱。
3、仪器旋扭不宜拧得过紧,微动螺旋只能用到适中位置,不宜太过头。
4、自动安平水准仪一般为正像望远镜,读数前无精平动作,但要检查有关按钮以判断补偿装置是否有效。
5、仪器装箱一般要松开水平制动螺旋,试着合上箱盖,不可用力过猛,压坏仪器。
六、学时分配
课内2学时
七、上交资料
各组交读数练习记录1份,各人交实验报告1份。
复习:
1.计算未知点高程的方法
(1)高差法
(2)视线高法
2.DS3微倾式水准仪的构造
DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。
3.微倾式水准仪的基本操作程序为
安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。
4.水准路线布设形式主要有以下三种形式。
(1)附合水准路线
(2)闭合水准路线
(3)支水准路线
新课导入:
进行水准测量成果计算时,要先检查野外测量手薄,计算各点间高差,经检核无误,则根据野外测量高差计算高差闭合差,若闭合差符合规定的精度要求,则调整闭合差,最后计算各点的高程。
以上工作,称为水准测量的内业。
授课内容:
2.5水准测量的成果计算
一、附合水准路线的计算
例2-1图1是一附合水准路线等外水准测量示意图,A、B为已知高程的水准点,1、2、3为待定高程的水准点,h1、h2、h3和h4为各测段观测高差,n1、n2、n3和n4为各测段测站数,L1、L2、L3和L4为各测段长度。
现已知HA=65.376m,HB=68.623m,各测段站数、长度及高差均注于图1中。
1.填写观测数据和已知数据
将点号、测段长度、测站数、观测高差及已知水准点A、B的高程填入附合水准路线成果计算表2-6中有关各栏内。
表2-6水准测量成果计算表
点号
距离/km
测站数
实测高差/m
改正数/mm
改正
后高
差/m
高程/m
点号
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
BM.A
1.0
8
+1.575
-12
+1.563
65.376
BM.A
1
66.939
1
1.2
12
+2.036
-14
+2.022
2
68.961
2
1.4
14
-1.742
-16
-1.758
3
67.203
3
2.2
16
+1.446
-26
+1.420
BM.B
68.623
BM.B
∑
5.8
50
+3.315
-68
+3.247
辅助
计算
fh=+68mmL=5.8km-fh/L=12MM
fh容=±40√5.8=±96mm
|Wh|<|Whp|
2.计算高差闭合差
fh=∑h测-(HB-HA)=3.315-(68.623-65.376)=+0.068mm
根据附合水准路线的测站数及路线长度计算每公里测站数
50/5.8(站/km)<16(站/km)
故高差闭合差容许值采用平地公式计算。
等外水准测量平地高差闭合差容许值Whp的计算公式为:
fh容=±40√L=±40√5.8=±96mm
因|fh|<|fhp|,说明观测成果精度符合要求,可对高差闭合差进行调整。
如果|fh|>|fhp|,说明观测成果不符合要求,必须重新测量。
3.调整高差闭合差
高差闭合差调整的原则和方法,是按与测站数或测段长度成正比例的原则,将高差闭合差反号分配到各相应测段的高差上,得改正后高差。
将各测段高差改正数填入表2-6中第5栏内
4.计算各测段改正后高差
各测段改正后高差等于各测段观测高差加上相应的改正数。
将各测段改正后高差填入表2-6中第6栏内
5.计算待定点高程
根据已知水准点A的高程和各测段改正后高差,即可依次推算出各待定点的高程
最后推算出的B点高程应与已知的B点高程相等,以此作为计算检核。
将推算出各待定点的高程填入表2-6中第7栏内。
二、闭合水准路线成果计算
闭合水准路线成果计算的步骤与附合水准路线相同。
三、支线水准路线的计算
例2-2图2是一支线水准路线等外水准测量示意图,A为已知高程的水准点,其高程HA为86.785m,1点为待定高程的水准点,hf和hf为往返测量的观测高差。
nf和nb为往、返测的测站数共16站,则1点的高程计算如下。
1.计算高差闭合
fh=∑h往+∑h返
=-1.375+1.396=0.021m
2.计算高差容许闭合差
fh容=±12√n=±12√16=±48mm
因|fh|<|fhp|,故精确度符合要求。
3.计算改正后高差
取往测和返测的高差绝对值的平均值作为A和1两点间的高差,其符号和往测高差符号相同,即
hA1=(-1.375-1.396)/2=-1.386
4.计算待定点高程
H1=86.785-1.386=85.399m
2.6微倾式水准仪的检验与校正
一、水准仪应满足的几何条件
根据水准测量的原理,水准仪必须能提供一条水平的视线,它才能正确地测出两点间的高差。
为此,水准仪在结构上应满足以下条件。
(1)圆水准器轴L′L′应平行于仪器的竖轴VV;
(2)十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV;
(3)水准管轴LL应平行于视准轴CC。
水准仪应满足上述各项条件,在水准测量之前,应对水准仪进行认真的检验与校正。
二、水准仪的检验与校正
1.圆水准器轴L′L′平行于仪器的竖轴VV的检验与校正
2.十字丝中丝垂直于仪器的竖轴的检验与校正
3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正
2.7水准测量的误差分析
一、仪器误差
1、水准管轴与视准轴不平行误差
2、水准尺误差
二、观测误差
1.水准管气泡的居中误差
2.估读水准尺的误差
3.视差的影响误差
4.水准尺倾斜的影响误差
三、外界条件的影响误差
1.水准仪下沉误差
2.尺垫下沉误差
3.地球曲率及大气折光的影响
4、温度的影响误差
总结:
1.附合水准路线的计算
(1)填写观测数据和已知数据
(2)计算高差闭合差
(3)调整高差闭合差
2.支线水准路线的计算
(1)计算高差闭合
(2)计算高差容许闭合差
(3)计算改正后高差
(4)计算待定点高程
3.水准仪在结构上应满足以下条件。
(1)圆水准器轴L′L′应平行于仪器的竖轴VV;
(2)十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV;
(3)水准管轴LL应平行于视准轴CC。
实验2普通水准测量
掌握水准测量的观测、记录、计算和成果校核。
一、目的
1、掌握普通水准测量一个测站的工作程序和一条水准路线的施测方法。
2、掌握普通水准测量的观测、记录、高差及闭合差的计算方法。
二、任务与要求
按普通水准测量要求,施测一条闭合水准路线,路线长度约500米,设68站。
高差闭合差要求:
fh允=±12
mm。
三、实验步骤简要
1、拟定施测路线。
在指导教师的指导下,选一已知水准点作为高程起始点,记为BMi,选择有一定长度(约500米)、一定高差的路线作为施测路线。
一般设68站,1人观测、1人记录、2人立尺,施测12站后应轮换工种。
2、施测第一站。
以已知高程点BMi作后视,在其上立尺,在施测路线的前进方向上选择适当位置为第一个立尺点(转点1,记为ZD1或TP1)作为前视点,在ZD1处放置尺垫,尺垫上立尺(前视尺)。
将水准仪安置在距后视点、前视点距离大致相等的位置(常用步测),按粗平、瞄准后视尺、精平、读数a1,记入记录表中对应后视栏中;再转动望远镜瞄前尺、精平、读数b1,将前视读数记入前视栏中。
(本次实验只读水准尺黑面)。
3、计算高差。
h1=后视读数一前视读数=a1-b1,将结果记入高差栏中。
4、仪器迁至第二站,第一站的前视尺不动变为第二站的后视尺,第一站的后视尺移到转点2上,变为第二站的前视尺,按与第一站相同的方法进行观测、记录、计算。
5、按以上程序依选定的水准路线方向继续施测,直至回到起始水准点BM1为止,完成最后一个测站的观测记录。
6、成果校核。
计算闭合水准路线的高差闭合差,fh=∑h≤±12
(mm),式中n为测站数。
若高差闭合差超限,应先进行计算校核,若非计算问题,则应进行返工重测。
四、仪器及附件
DS3水准仪1台、水准尺1对、尺垫1对、记录板1块、测伞1把。
五、注意事项
1、立尺员应认真将水准尺立直,注意不要将尺立倒。
并用步测的方法,使各测站的前、后视距离基本相等。
2、正确使用尺垫,尺垫只能放在转点处,已知高程点和待求高程点上均不能放置尺垫。
3、同一测站,只能粗平一次(测站重测,需重新粗平仪器);但每次读数前,均应检查水准管符合气泡是否居中,并注意消除视差。
4、仪器未搬迁时,前、后视点上尺垫均不能移动。
仪器搬迁了,后视尺立尺员才能携尺和尺垫前进,但前视点上尺垫仍不能移动。
若前视尺垫移动了,则需从起点开始重测。
5、测站数一般布置为偶数站。
六、学时分配
课内3学时
七、上交资料
每组交水准测量记录1份,每人交实验报告1份。
复习:
1.附合水准路线的计算
(1)填写观测数据和已知数据
(2)计算高差闭合差
(3)调整高差闭合差
2.支线水准路线的计算
(1)计算高差闭合
(2)计算高差容许闭合差
(3)计算改正后高差
(4)计算待定点高程
3.水准仪在结构上应满足以下条件。
(1)圆水准器轴L′L′应平行于仪器的竖轴VV;
(2)十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV;
(3)水准管轴LL应平行于视准轴CC。
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- 关 键 词:
- 建筑 测量学 水准测量