环境管理_水准测量课程讲义

第二章水准测量 主讲 于红波 主要内容 水准测量原理 水准仪的构造及使用 水准测量的施测方法及成果整理主要目的 使学生了解水准测量原理 测量仪器与测量工具 掌握地面点位高程测量过程 重点内容 水准测量原理 施测方法 成果计算 2 1水准测量原理 测定地面点高程的工作 称为高程测量 heightmeasurement 高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同 可以分为水准测量 leveling 三角高程测量 trigonometricleveling GPS高程测量 GPSleveling 和气压高程测量 airpressureleveling 水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法第一节水准测量原理原理 利用水准仪 level 提供的水平视线 horizontalsight 配合水准尺 levelingstaff 测定地面两点的高差 然后根据一已知点高程推算未知点高程 2 1水准测量原理 一 高差测量高差 后视读数 前视读数h a b hAB高差有正负之分在计算高差hAB时 一定要注意hAB的下标 hAB表示A点至B点的高差 二 高程计算HB HA h HA a b 高差法 HA a b Hi b 视线高法 2 2水准测量仪器 工具及使用 水准测量所用的仪器为水准仪 工具有水准尺和尺垫 staffplate 一 水准仪1 水准仪分类通过调整水准仪使管水准气泡居中获得水平视线的水准仪称为微倾式水准仪 titlelevel 分DS05 DS1 DS3 DS10 下标 05 1 3 及 10 等数字表示该类仪器的精度 每公里往返测高差中数的中误差 通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为自动安平水准仪 compensatorlevel 2 微倾水准仪的构造水准仪主要由望远镜 telescope 水准器 bubble 和基座 tribrach 组成 1 望远镜根据在目镜端观察到的物体成像情况 望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜 十字丝分划板 在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝 中间的长横丝称为中丝 用于读取水准尺上分划的读数 上 下两根较短的横丝称为上丝和下丝 上 下丝总称为视距丝 用来测定水准仪至水准尺的距离 用视距丝测量出的距离称为视距 stadia 望远镜物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴 collimationaxisoftelescope 用CC表示 2 2水准测量仪器 工具及使用 观测者的眼睛在目镜端上 下微微移动时 目标像与十字丝没有相对移动 如果目标像与十字丝分划板平面不重合 观测者的眼睛在目镜端上 下微微移动时 目标像与十字丝之间就会有相对移动 这种现象称为视差 parallax 消除视差的方法 用手暂时遮住物镜 或将望远镜对准天空 旋转目镜调焦螺旋 使十字丝十分清晰 移去遮物镜的手 或瞄准标尺 旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰 2 2水准测量仪器 工具及使用 2 水准器水准器用于置平仪器 水准器有管水准器 bubbletube 和圆水准器 circularbubble 两种 管水准器 水准管 a 水准管轴 过水准管圆弧零点的切线b 水准管分划值 2mm圆弧所对应的圆心角 分划值越大 水准管灵敏度越低 反之 越高 圆水准器分划值8 2mm用于仪器粗平管水准器分划值20 2mm用于仪器精平 2 2水准测量仪器 工具及使用 圆水准器圆水准器由玻璃圆柱管制成 其顶面内壁是磨成一定半径R的球面 中央刻有小圆圈 其圆心O是圆水准器的零点 过零0点的球面法线为圆水准器轴 circularbubbleaxis 当圆水准气泡居中时 圆水准器轴处于竖直位置 圆水准器用于粗略整平仪器 基座基座主要由轴座 脚螺旋 底板和三角压板构成 二 水准尺和尺垫水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成 长度从2m 5m不等 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 双面尺的黑面均由零开始分划和注记 红面的分划和注记 一把尺由4 687m开始分划和注记 另一把尺由4 787m开始分划和注记 两把尺红面注记的零点差为0 1m 尺垫是在转点处放置水准尺用的 2 2水准测量仪器 工具及使用 三 DS3微倾式水准仪的使用水准测量的操作步骤 安置仪器 粗平 瞄准水准尺 精平 读数 1 安置仪器要求使三脚架的架头面大致水平 并将三脚架的三个脚尖踩入土中 使脚架稳定 然后从仪器箱内取出水准仪 放在三脚架的架头面 并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内 以防止仪器从三脚架头上摔下来 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 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 则左手大拇指移动方向即为水准气泡移动方向 用右手旋转脚螺旋 则右手食指移动方向即为水准气泡移动方向 左手大拇指法 粗平 气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致 3 瞄准水准尺先目镜对光 旋转目镜调焦螺旋 使十字丝清晰 松开制动螺旋 转动望远镜 用望远镜上的准星和照门瞄准水准尺 拧紧制动螺旋 旋转物镜调焦螺旋 使目标清晰 再旋转微动螺旋 使竖丝对准水准尺 4 精平从目镜左边的附合气泡观察窗中察看两个气泡影像是否吻合 如不吻合 再慢慢旋转微倾螺旋直至完全吻合为止 5 读数仪器精平后 应立即用十字丝的横丝在水准标尺上读数 2 2水准测量仪器 工具及使用 a 2 2水准测量仪器 工具及使用 基本工作 单站 安置 粗平 瞄准 精平 读数 1 选定测站 土质坚实 通视良好 少受震动 易于安置 2 安置仪器 在两尺之间将仪器牢固地连接在三脚架上 3 粗略整平 如图所示转动脚螺旋使圆水准气泡居中 4 目标瞄准 后 前 1 目镜对光2 粗略瞄准3 物镜对光4 消除视差 5 精确整平 6 读取读数 后 前 自小到大 估读到毫米 2 3普通水准测量 为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 水准点 用水准测量的方法测定的高程控制点称为水准点 BenchMark 通常缩写为 BM 水准测量 从某一已知高程的水准点开始 经过一定的水准路线 测定各待定点的高程 点之记 水准点应进行编号 并绘出水准点与附近固定建筑物或其它明显地物关系的点位草图 作为水准测量的成果一并保存 2 3普通水准测量 转点 如果两点间高差较大或相距较远 仅安置一次仪器不能测得它们的高差 这时需要加设若干个临时的立尺点 作为传递高程的临时点 连续水准测量 依次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差 最后取各个测站高差的代数和 即求得两点间的高差值 2 3普通水准测量 欲求hAB 在A点至B点水准路线上增设n 1个转点 安置n次水准仪 依次连续地测定相邻两点间高差h1 hn 即h1 a1 b1h2 a2 b2hn an bn则hAB h1 h2 hn h a bHB HA hAB HA a b 2 3普通水准测量 水准测量的校核方法和闭合差的调整一 水准测量的校核方法 测站校核1 双面尺法 同一根尺红 黑面读数之差为 687或4 787 m 误差 3mm 一对尺 黑 红面算得的高差应相等 h黑 a黑 b黑h红 a红 b红 0 1mh黑 h红 6mm2 改变仪器高法在每个测站上观测一次高差后 再原地重新安置仪器 升高或降低10cm以上 再测一次高差 hAB hAB 6mm 2 3普通水准测量 二 路线校核在水准点之间进行水准测量所经过的路线 称为水准路线 水准路线一般布设为附合水准路线 闭合水准路线和支水准路线 2 3普通水准测量 2 3普通水准测量 一 水准测量的校核方法 测站测核和路线校核1 测站校核 a 双面尺法 一般黑 红面高差误差 6mmb 改变仪器高法 两次高差误差在普通水准测量中 6mm2 路线校核 a 附合水准路线 h测 h理b 闭合水准路线 h理 0c 支水准路线 h往 h返 高差闭合差容许值 普通水准测量 h容 12mm h容 40mm二 高差闭合差调整 1 按比例分配改正值 2 改正值符号与闭合差符号相反 对于闭合或附合水准路线 按与路线长度L或按路线测站数n成正比的原则 将高差闭合差反其符号进行分配 2 3普通水准测量 原则 将闭合差按测段的长度或测站数成正比反符号进行分配改正值 i fh Li或 i fh n ni 2 3普通水准测量 2 3普通水准测量 2 3普通水准测量 2 3普通水准测量 水准测量误差包括仪器误差 观测误差和外界环境的影响三个方面 1 仪器误差1 仪器校正后的残余误差 视准轴不平行水准轴误差 i角误差或视线倾斜误差 i角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比 只要观测时注意使前 后视距相等 便可消除或减弱角误差的影响 2 水准尺误差 由于水准尺分划不准确 尺长变化 尺弯曲等原因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度 因此须检验水准尺上米间隔平均真长与名义长之差 规范规定 对于区格式木质标尺不应大于0 5mm 否则 应在所测高差中进行米真长改正 至于一对水准尺的零点差 可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除 2 观测误差管水准气泡居中误差 2 3普通水准测量 2 读数误差 读数误差与望远镜的放大倍数和视距长有关 视距愈长 读数误差愈大 因此 规范规定 使用DS3水准仪进行四等水准测量时 视距应小于等于80m 3 水准尺倾斜 读数时水准尺必须竖直 4 瞄准误差 3 外界环境的影响1 仪器下沉和尺垫下沉 采用 后 前 前 后 的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响 采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响 2 地球曲率与大气折光影响 采用前 后视距离相等可消除或减弱地球曲率与大气折光影响 规范规定 三 四等水准测量时应保证上 中 下三丝应能读数 二等水准测量则要求下丝读数大于等于0 3m 3 温度影响 观测时应注意撑伞遮阳 2 十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正检验 整平仪器后 用十字丝横丝的一端对准远处一明显标志点P