专题二 水准测量原理（讲义）-河南省职教高考《建筑工程测量》(高教版）专题复习讲练测

专题二 水准测量原理（讲义）-《建筑工程测量》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.根据给定的水准测量示意图或现场描述，准确分析视线、高差、已知高程和待求高程之间的关系。 2.区分圆水准器和管水准器，包括它们的灵敏度、分划值、在水准仪中的作用等。 3.对比自动安平水准仪和普通水准仪在使用上的特点和不同之处。 4.阐述尺垫在水准测量中的作用，尤其是在转点处的重要性。 5.掌握选择水准仪安置点的原则，分析仪器安置高度不当可能对测量结果产生的影响。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、水准测量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线测定地面两点间的高差，然后通过已知点的高程。求出未知点的高程。如图2-1所示，设已知A点的高程为HA，欲测定B点的高程HB。在A、B两点中间安置一台能够提供水平视线的仪器（这种仪器称为水准仪），并在A、B两点上分别竖立有刻划的尺子（这种尺子称为水准尺），根据水准仪提供的水平视线在A点水准尺上的读数为a，在B点水准尺上的读数为b，则A、B两点间的高差为hAB=a-b。 设水准测量是由A点向B点进行的，如图2-1中的箭头所示，A点为已知高程点，则称A点为后视点，A点尺上的读数a为后视读数；B点为欲求高程点，则称B点为前视点，B点尺上的读数b为前视读数。高差等于“后视读数”减“前视读数”。 如果a>b，则高差hAB为正，表示B点比A点高；如果a<b，则高差hAB为负，表示B点比A点低。 二、计算待定点高程 1.高差法 测得A、B两点高差hAB后，则B点的高程HB为HB= HA±hAB 2. 视线高法 如图2-1所示，B点的高程也可以通过水准仪的视线高程Hi计算，即 Hi =HA+a HB=Hi-b 三、DS3水准仪的构造 水准仪的种类、型号很多，在建筑工程测量中一般使用DS水准仪，这种水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成，如图2-2所示。 1.望远镜 望远镜的作用是瞄准远处目标，并对水准尺进行读数。它主要由物镜、对光透镜、十字丝分划板及目镜等组成，如图2-3所示。 （1）物镜对光螺旋—转动物镜对光螺旋可使对光透镜前后移动，从而使目标影像清晰。 （2）十字丝分划板—十字丝分划板是用来瞄准目标和读数的。十字丝分划板是安装在目镜筒内的一块平板玻璃，上面刻有互相垂直的长线，称为十字丝。竖直的一条称为竖丝（又称纵丝），水平的一条称为横丝（又称中丝）。在中丝的上、下刻有两条对称的短丝，称为视距丝，用于测量仪器到目标的距离。十字丝交点和物镜光心的连线CC，称为望远镜的视准轴。 （3）目镜对光螺旋—转动目镜对光螺旋，可使十字丝影像清晰。 2.水准器 水准器的作用是整平仪器。水准器有圆水准器和管水准器两种。 （1）圆水准器 圆水准器(又称水准盒)用于粗略整平仪器。它是一个密封玻璃圆盒，里面有一圆形气泡，如图2-4所示。圆盒顶面内壁是一个球面，球面中心刻有一个分划圆圈，圆圈中心O，称为圆水准器零点。通过圆水准器零点的球面法线L'L'，称为圆水准器轴。当圆水准器气泡居中时，圆水准器轴处于铅垂位置。 （2）管水准器 管水准器（又称水准管）用于精确整平仪器。它是一个密封的玻璃管，里面有一长形气泡，如图2-5所示。水准管的内壁为圆弧形，水准管两端各刻有数条间隔为2mm的分划线，这些分划线的对称中心O，称为水准管的零点。 四、水准尺 水准尺用优质的木材或铝合金制成。常用的水准尺有塔尺和双面水准尺两种。 （1）塔尺 塔尺仅用于普通水准测量。塔尺全长3m或5m，由两节或三节套接而成。尺的底部为零点。尺上黑白（或红白）格相间，每格宽度为1cm或0.5cm，每分米注有数字，数字有正字和倒字两种，分米数上的红色或黑色圆点表示米数。 （2）双面水准尺 双面水准尺多用于三、四等水准测量。其长度为3m，两根尺为一对。尺的两雨均有刻划，一面为黑白相间称为黑面尺，一面为红白相闻称为红雨尽。两根尺中黑面尺底部均为零，红面尺底部。一根尺为4，667m；另一根为 4.787 m。 五、水准仪的使用 水准仪使用操作的基本程序为安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。 1.安置仪器 （1）选好安置位置。 （2）打开三脚架并使其高度适中，用目估法使架头大致水平。 （3）打开仪器箱取出仪器，用连接螺旋将水准仪紧固地连接在三脚架上。 2.粗略整平 粗略整平就是通过调节脚螺旋，使圆水准器气泡居中，仪器竖轴大致铅直，达到视线粗略水平的目的。具体操作方法如下： （1）将圆水准器置于两个脚螺旋中间，如图2-9a所示，此时气泡未居中而位于a处；用两手相对转动1、2两个脚螺旋，使气泡移到b处，如图2-9b所示。 （2）转动脚螺旋3，使气泡居中，如图2-9c所示。在整平过程中，气泡的移动方向与左手大拇指运动方向一致。 3.瞄准水准尺 （1）目镜对光——将望远镜对向明亮背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝影像清晰。 （2）初步瞄准——松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜筒上方的照门（又称缺口）和准星瞄准水准尺，然后紧制动螺旋。 （3）物镜对光——转动物镜对光螺旋，使水准尺的影像清晰。 （4）精确瞄准——转动微动螺旋，使水准尺影像的一侧靠近十字丝竖丝。 （5）消除视差——眼睛在目镜端上下微微移动，若发现十字丝的横丝在水准尺上的位置随之变动，这种现象称为视差。消除视差的方法是再仔细调节物镜对光螺旋，直至视差消除。 4.精确整平 通过气泡观察窗观察水准管气泡，用右手缓慢而均匀地转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合，如图2-10所示。此时，视线即为水平视线。 5.读数 精确整平之后，应立即用十字丝的中丝在水准尺上读数。由于从望远镜中看到的水准尺影像是倒像，所以读数时，应从上往下、由小到大读取。先估读毫米，然后直接读出米、分米、厘米。如图2-11所示，其读数分别为 1.274 m、5.960 m、2.59m。对于成正像的望远镜，读数时应从下向上读取。 [真题练讲] 1.（2020年河南省统一考试）水准测量中，设A 为后视点，B为前视点，A 尺读数为 1.173m，B 尺读数为 1.401m 已知 A 点高程为115.000m，则视线高程为（ ）m。 A.115.228 B.114.772 C.116.401 D.116.173 答案：D 解析：代入视线高程的计算公式解得视线高程为116.173m。 2.（2021年河南省统一考试）水准仪的水准管分划值越大，说明( )。 A.圆弧半径大 B.其灵敏度低 C.气泡整平困难 D.整平精度高 答案：B 解析：水准管分划值是指水准管上相邻两分划线间的圆弧所对的圆心角值。分划值越大，说明水准管的灵敏度越低。因为分划值大意味着气泡移动一格所对应的倾斜角度大，需要较大的倾斜量才能使气泡移动，所以其对仪器倾斜的反应不灵敏。 3.（2023年河南省统一考试）DS1水准仪的观测精度（ ）Ds3水准仪。 A.高于 B.接近于 C.低于 D.等于 答案：A 解析：DS水准仪的“DS”是大地测量水准仪的意思，数字代表仪器的精度，是指每公里往返测高差中数的偶然中误差（以毫米为单位）。DS1水准仪每公里往返测高差中数的偶然中误差不超过1mm，DS3水准仪每公里往返测高差中数的偶然中误差不超过3mm。所以DS1水准仪的观测精度高于DS3水准仪 4.（2022年河北省统一考试）在水准测量中，尺垫应放在（ ）上。 A.转点 B.已知点 C.待测点 D.测站点 答案：A 解析：尺垫是在水准测量过程中用于放置水准尺的工具。在转点处放置尺垫，目的是防止转点位置的下沉或移动。已知点和待测点一般不放置尺垫，因为这些点是需要准确测量高程的点，放置尺垫可能会引入误差。测站点是安置水准仪的位置，也不需要放置尺垫。 5.（2020年江苏省统一考试）视差产生的原因是（ ）。 A.观测时眼睛位置不正 B.目标成像与十字丝分划板平面不重合 C.前后视距不相等 D.影像没有调清晰 答案：B 解析：视差产生的原因是目标成像平面与十字丝分划板平面不重合。当眼睛在目镜端上下微微移动时，若两个平面不重合，就会看到十字丝与目标影像有相对运动。 [限时练讲] 1.普通水准测量中，在水准尺上每个读数应读（ ）位数。 A.5 B.3 C.2 D.4 答案：D 解析：普通水准测量中，水准尺的最小刻度一般是厘米，读数时需要估读到毫米，所以每个读数应读到4位数。 2.水准仪应满足的主要条件是（ ）。 A.横丝应垂直于仪器的竖轴 B.望远镜的视准轴不因调焦而变动 C.水准管轴应与望远镜的视准轴平行 D.圆水准器轴应平行于仪器的竖轴 答案：C 解析：在水准测量中，水准管轴应与望远镜的视准轴平行是水准仪应满足的主要条件。因为水准测量的原理是利用水准仪提供的水平视线来读取水准尺读数，进而计算高差。如果水准管轴与视准轴不平行，就会产生误差（i角误差），导致测量的高差不准确。 3.水准测量时，由于扶尺者向前、后倾斜，使得读数（ ）。 A.变大 B.变小 C.都有可能 D.不受影响 答案：A 解析：当水准尺向前或向后倾斜时，水准尺上的读数会变大。 4.水准仪的（ ）与仪器竖轴平行。 A.视准轴 B.圆水准器轴 C.十字丝横丝 D.水准管轴 答案：B 解析：圆水准器轴应与仪器竖轴平行。圆水准器主要用于仪器的粗略整平。当圆水准器轴与仪器竖轴平行时，通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中，就可以使仪器竖轴大致处于竖直状态，为后续的精确整平提供基础。 5.在用微倾式水准仪进行水准测量时，每次读数前都要（ ）。 A.重新转动脚螺旋整平仪器 B.转动脚螺旋使管水准器气泡居中 C.转动微倾螺旋使管水准器气泡居中 D.重新调平圆水准器气泡和管水准器气泡 答案：C 解析：微倾式水准仪在粗略整平（通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中）后，在每次读数前都要转动微倾螺旋使管水准器气泡居中，以保证视准轴处于精确水平状态，从而获取准确的水准尺读数。 6.下列说法正确的是( )。 A.水准仪必须安置在两点的连线上，且使前后视距相等 B.水准仪不一定安置在两点的连线上，但应使前后视距相等 C.水准仪可安置在任何位置，前后视距不一定相等 D.水准仪必须安置在两点的连线上，但前后视距不一定相等 答案：B 解析：水准仪不一定要安置在两点的连线上，但是为了减小i角误差对高差测量的影响，应尽量使前后视距相等。 7.在进行普通水准测量时，在同一测站上，读完后视读数后发现管水准器气泡不居中可（ ）后继续读数。 A.转动脚螺旋使气泡居中 B.转动微倾螺旋使气泡居中 C.转动脚架使气泡居中 D.转动微动螺旋使气泡居中 答案：B 解析：微倾式水准仪在粗略整平（通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中）后，在观测过程中如果发现管水准器气泡不居中，应该转动微倾螺旋使气泡居中。因为微倾螺旋就是用于精确整平视准轴的，在每次读数前都要保证管水准器气泡居中，这样才能保证视准轴水平，获取准确的读数。 8.简述水准测量的基本原理。 答案：水准测量的原理是利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两点上的水准尺读数，来测定两点间的高差，然后根据已知点高程，推算出未知点的高程。水准仪的水平视线是通过水准器来实现整平的。在测量过程中，将水准仪安置在两点之间，后视已知高程点上的水准尺，读取后视读数，再前视待测点上的水准尺，读取前视读数，后视读数减去前视读数得到高差。若已知点高程为HA，高差为hAB，则待测点B的高程HB = HA+hAB。这个原理是基于几何关系和高差的概念，通过多次测量和传递，可完成大面积的高程测量工作，为地形测绘、工程建设等提供高程数据基础。 9.高差法和视线高法在计算待定点高程时有什么不同特点和适用情况？ 答案：高差法是根据后视点高程与后视读数、前视点读数求出高差，再计算前视点高程，即h = a - b，HB=HA + h。它的原理清晰，计算简单，适用于一个测站求一个未知点高程，当路线较短、测站较少时方便。视线高法是先计算视线高程Hi= HA + a，再根据HB = Hi - b求前视点高程。它在一个测站可同时计算多个前视点高程，适用于地形起伏不大、安置一次仪器可测量多个点的情况，能提高测量效率，减少计算量，但要注意数据记录和计算的准确性，避免误差累积。 10.请详细描述 DS3水准仪望远镜的构造及其在测量中的作用。 答案：DS3水准仪的望远镜主要由物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板等组成。物镜位于望远镜前端，其作用是收集来自远处水准尺的光线并在望远镜内形成一个倒立的实像。目镜在望远镜后端，用于放大这个实像，以便观测者能清晰地看到水准尺的影像。调焦透镜可通过调焦螺旋调整位置，使不同距离的水准尺都能在十字丝平面上成像清晰。十字丝分划板位于物镜和目镜之间，上面刻有十字丝，用于精确瞄准水准尺，十字丝的中心交点是读数的依据。在测量中，通过望远镜准确瞄准水准尺，读取相应的读数，从而获取高差数据，是水准测量中确定高程的关键部分。 11.水准器在 DS3水准仪中有什么重要作用？圆水准器和管水准器的作用有何区别？ 答案：水准器在 DS3水准仪中的重要作用是使仪器处于水平状态，从而获得水平视线。圆水准器用于粗略整平仪器，它的灵敏度较低。其原理是当圆水准器气泡居中时，表明仪器的竖轴大致处于竖直状态。圆水准器的顶面是球面，内部装有液体和气泡，通过调节脚螺旋使气泡向中心移动。管水准器用于精确整平，它的灵敏度高，管水准器内壁是圆弧状，有分划线，当气泡居中时，即水准管轴水平，由于视准轴与水准管轴平行，此时视准轴也处于水平。二者配合，先粗略后精确整平仪器，保证测量精度。 12.阐述 DS3水准仪基座的功能和其对测量精度的影响。 答案：DS3水准仪基座的功能主要有两个方面。一是支撑仪器的上部结构，包括望远镜、水准器等。它为这些部件提供了一个稳定的安装平台，使它们在测量过程中能保持相对固定的位置关系。二是通过连接螺旋将仪器与三脚架相连。一个稳固的基座对于测量精度至关重要。如果基座不稳定，在测量过程中仪器可能会发生晃动或倾斜，这会导致视准轴偏离水平位置，即使水准器显示水平，但在实际测量中仍会产生误差。比如在读取水准尺读数时，由于仪器的微小晃动，可能会使读数不准确，进而影响高差计算和高程确定的精度。而且在多个测站测量时，这种误差可能会累积，严重影响整个水准测量的成果质量。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.计算待定点高程可以用高差法和视线高法。 2.水准器的作用是整平仪器。水准器有圆水准器和管水准器两种。 3.水准仪使用操作的基本程序为安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。 4.眼睛在目镜端上下微微移动，若发现十字丝的横丝在水准尺上的位置随之变动，这种现象称为视差。消除视差的方法是再仔细调节物镜对光螺旋，直至视差消除。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$