工程测量.docx
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工程测量
1、水准点及其要求
为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点（BenchMark），简记为BM。
水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。
水准点有永久性和临时性两种。
国家等级水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，如图2-2-1（a），深埋到地面冻结线以下。
在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀材料制成的半球状标志。
有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙脚水准点。
如图2-2-1（b）。
图2-2-1水准标石的埋设
建筑工地上的永久性水准点一般用混凝土或钢筋混凝土制成，临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下，木桩顶钉入半球形的铁钉。
2、水准测量的方法
当欲测的高程点距水准点较远或高差很大时，就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差，如图2-2-2。
为测A、B两点间高差，在AB线路上增加1、2、3、4、……等中间点，将AB高差分成若干个水准测站。
其中间点仅起传递高程的作用，称为转点（TurningPoint），简写为TP。
转点无固定标志，无需算出高程。
将每站测得的数据记入水准测量手薄。
如表2-2-1。
显然，每安置一次仪器，便可测得一个高差，即：
……
将各式相加，得
则B点的高程为
（2-2-1）
图2-2-2水准测量
表2-2-1水准测量手薄
图2-2-2水准测量
3、水准测量的检核及成果计算
（1）测量检核
1）计算检核
测段的高差应满足下式：
hab =∑h=∑a－∑b=Hb －Ha
2）测站检核
待测点的高程是根据已知高程点的高程和两点之间的高差计算出来的。
测错任何一站的高差，待测点的高程就不会正确。
因此，对每一站的高差，都必须采取措施进行检核，测站检核常用的方法有变动仪器高度法和双面尺法。
①变动仪器高度法：
同一测站用两次不同的仪器高度（相差10cm以上），测得两次高差相互比较进行检核。
②双面尺法：
仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。
3）成果检核
测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。
由于温度、风力、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等外界条件引起的误差；水准尺倾斜和估读的误差，以及水准仪本身的误差等，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。
成果检核常用的方法如下：
①附合水准路线检核
如图2-2-3，从某个已知高程的水准点出发，沿路线进行水准测量，最后连接到另一已知高程的水准点上，这种水准路线称为附合水准路线。
图2-2-3附合水准路线
②闭合水准路线检核
如图2-2-4，由某个已知高程的水准点出发，沿路线进行水准测量，最后回到原已知高程的水准点上，这种水准路线称为闭合水准路线。
图2-2-4闭合水准
③支水准路线检核
如图2-2-5，由某个已知高程的水准点出发，经若干站的水准测量后，即不附合到其他水准点上，也不闭合到原水准点上，这种水准路线称为支水准路线。
图2-2-5支水准路线
（2）水准测量的成果计算
1）附合水准路线
有A、B两个水准点。
A点高程为56.345，B点高程为59.039。
各测段的高差和测站数见表2-2-1。
①高差闭合差的计算
各测段高差之和应等于A、B两点高程之差，即
∑h＝HB -HA
实际上由于测量工作中存在着误差，使上式不相等，其差值即为高差闭合差，以符号fh表示，即
fh＝∑h –（HB -HA）
高差闭合差可用来衡量测量成果的精度,规范规定的等外水准测量高差闭合差允许值为：
平地：
（式中L为水准路线长度，单位为km）
山地：
（式中n为测站的数量）
②闭合差的调整：
在同一条水准路线上，若观测条件相同的，可认为各测站产生的误差机会相同，故闭合差的调整按与测站数
（或距离
）成正比反符号分配的原则进行。
即第i测段高差改正数为：
或
第i测段改正后的高差为
③各点高程计算
附合水准测量路线内业计算见表2-2-2
表2-2-2附合水准测量路线成果计算表
测点
测站数
实测高差/m
各段高差改正值/m
改正后高差/m
高程/m
备注
BMA
12
+2.785
-0.010
+2.775
56.345
1
59.120
18
-4.369
-0.016
-4.385
2
54.735
13
+1.98
-0.011
+1.969
3
56.704
11
+2.345
-0.010
+2.335
BMB
59.039
Σ
54
2.741
-0.047
+2.694
校核计算
fh =2.741-2.694=0.047m
fh容 =±12（54）1/2 =0.088m
fh容 ﹥fh观测成果满足要求
2）闭合水准路线
闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即
由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差，即
闭合水准路线高差闭合差的调整方法、容许值的计算，均与附合水准路线相同。
3）支水准路线
高差闭合差按下式计算
如闭合差在容许范围内，则取往返高差绝对值的平均值作为两点间的高差，其符号与所测方向高差的符号一致。
4、水准测量的误差分析
（1）仪器误差
1）仪器校正后的残余误差这种误差的影响与距离成正比，只要观测时注意前、后视距离相等，就可消除或减弱此项的影响。
2）水准尺误差由于水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等影响，水准尺必须经过检验才能使用。
水准尺的零点差，可在一水准测段中，使测站数为偶数的方法予以消除。
（2）观测误差
1）水准管气泡居中误差：
若水准管分划值为τ″，居中误差一般为±0.15τ″，采用符合式水准器时，气泡居中精度可提高一倍。
故居中误差为：
2）读数误差：
在水准尺上估读毫米数的误差，与人眼的分辨能力、望远镜的放大倍率以及视线长度有关。
通常按下式计算：
3）视差影响：
当视差存在时，十字丝平面与水准尺影像不重合，若眼睛观察的位置不同，便读出不同的读数，因而也会产生读数误差。
4）水准尺倾斜影响：
水准尺倾斜将使尺上读数增大。
（3）外界条件的影响
1）仪器下沉
由于仪器下沉，使视线降低，从而引起高差误差。
采用“后、前、前、后”的观测程序，可以减弱其影响。
2）尺垫下沉
如果在转点发生尺垫下沉，将使下一站后视读数增大。
采用往返观测，取平均值的方法可以减弱其影响。
3）地球曲率及大气折光影响
用水平视线代替大地水准面在尺上读数产生的误差为C，则
由于大气折光，视线并非是水平，而是一条曲线，曲线的曲率半径为地球半径的7倍，其折光量的大小对水准读数产生的影响为
折光影响与地球曲率影响之和为
如果前视水准尺和后视水准尺到测站的距离相等，则在前视读数和后视读数中含有相同的
。
这样在高差中就没有这误差的影响了。
因此，放测站时要争取“前后视相等”
接近地面的空气温度不均匀，所以空气的密度也不均匀。
光线在密度不匀的介质中沿曲线传布。
这称为“大气折光”。
总体上说，白天近地面的空气温度高，密度低，弯曲的光线凹面向上；晚上近地面的空气温度低，密度高，弯曲的光线凹面向下。
接近地面的温度梯度大大气折光的曲率大，由于空气的温度不同时刻不同的地方一直处于变动之中。
所以很难描述折光的规律。
对策是避免用接近地面的视线工作，尽量抬高视线，用前后视等距的方法进行水准测量
除了规律性的大气折光以外，还有不规律的部分：
白天近地面的空气受热膨胀而上升，较冷的空气下降补充。
因此，这里的空气处于频繁的运动之中，形成不规则的湍流。
湍流会使视线抖动，从而增加读数误差。
对策是夏天中午一般不做水准测量。
在沙地，水泥地……湍流强的地区，一般只在上午10点之前作水准测量。
高精度的水准测量也只在上午10点之前进行。
4）温度对仪器的影响
温度会引起仪器的部件涨缩，从而可能引起视准轴的构件（物镜，十字丝和调焦镜）相对位置的变化，或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化。
不均匀的温度对仪器的性能影响尤其大。
温度的变化不仅引起大气折光的变化，而且当烈日照射水准管时，由于水准管本身和管内液体温度升高，气泡向着温度高的方向移动，影响仪器水平，产生气泡居中误差，观测时应注意撑伞遮阳。
实训练习二普通水准测量
（1）目的与要求
1）掌握普通水准测量的观测、记录和检核的方法。
2）掌握水准测量的闭合差调整及求出待定点高程。
（2）实验设备
DS3水准仪，水准尺，尺垫，记录板，测伞。
（3）方法与步骤
1）安置水准仪在A点与转点1之间，前、后距离大约相等。
2）后视A点上的水准尺，精平读数，数据记入水准测量手薄中。
前视转点1上的水准尺，精平读数，记录，并计算该站的高差。
3）迁至第2站，继续上述操作程序，直到最后回到A点。
4）计算水准路线的高差闭合差，并检查高差闭合差是否超限。
5）若高差闭合差在容许范围内，则对高差闭合差进行调整，并计算各待定点的高程。
（4）实验结果
1）记录及高差计算
实验数据记入表1，并进行高差计算，确保高差总和无误。
表1水准测量记录
测站
点号
后视读数
前视读数
高差
高程
备注
后
前
后
前
后
前
后
前
后
前
后
前
∑
2）待定点高程计算
表2待定点高程计算
点号
距离
测站数
高差（m）
高程（m）
备注
观测值
改正数
平差值
辅助计算
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