2.0水准测量.doc

2 水准测量课前问题：1、水准测量的原理是什么？ 2、传统方法怎样找平？（水管连通器）2.1水准测量原理 如图所示：设点的高程已知为A，如果知道，两点之间的高差，那么点的高程为：水准测量就是利用水准仪的水平视线，借助于带有分划的标尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程推算出未知点的高程。水准仪之所以能测定两点之间的高差是因为它能提供一条水平视线。如图所示，要测得点到点的高差 ，可在、两点上竖立水准尺，并在、两点之间安置一架可获得水平视线的水准仪。设利用水准仪所获得的水平视线在点的水准尺上，截取点读数为，在点水准尺上截取点，读数为，由图可得：点的相对点高差为： ，从而可得点的高程：（）。这就是水准测量原理。2.2 水准仪和水准尺1、水准仪的等级：DS05、DS1、DS3、DS102、构造：1）望远镜：照准水准尺并读取尺上读数。2）水准器：保证视线水平。水准器分二种，管水准器，圆水准器。3）基座：支撑仪器上部并连接脚架。由轴座，脚螺旋，连接板组成。3、符合水准器：符合水准器由水准管，符合棱镜系统和放大镜组成。 符合水准器的优点在于能提高气泡居中的精度，另一方面给观察带来方便。有效地缩短了观测时间，减少了外界条件变化的影响，促进了观测精度的进一步提高。4、视差：由于目标像与十字丝分划板平面不重合，当观测者眼睛在目镜处上下左右作少量运动时，目标像与十字丝之间有相对移动。（消除方法：按程序依次调焦：目镜物镜，控制眼睛本身不作调焦，反复调节）5、水准尺和尺垫水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具，采用干燥且伸缩性小的木材或玻璃钢制成。分类：长度：2m、3m、5m 构造分：折尺、塔尺、直尺等几种。普通水准尺按尺面来分有单面尺，双面尺。双面水准尺的两面中，有黑白相间的厘米刻划的一面称为黑面（也称主尺）其底端从零开始。有红白相间的厘米刻划的红面（也称辅助尺）。其底端不是从零开始，而是以某一常数（一般为4687或4787）开始，这样做是为了检查读数有无误差，并限制读数误差在某个允许的范围内。为了使水准尺能更精确地处于竖直位置，可在水准尺的侧面装一圆水准器。尺垫：水准测量时，用以支承水准尺和传递高程，它用生铁铸成，是三角形，中央有突出起的圆顶，以便放置水准尺。下有三个尖脚可插入土中。6、水准仪的使用水准仪的使用过程可按下列步骤依次进行：1、水准仪的安置；2、粗略整平；3、照准目标；4、精确整平；5、读数。（一）、水准仪安置安置水准仪时，先将三脚架腿上的蝶形螺旋松开，并根据观测者的身高调节好脚架的长度，再拧紧蝶形螺旋。然后张开三角架，将水准仪放在架头上，旋紧中心螺旋。使一条脚放稳在地，用两手分别握住另外两脚，调整架腿所处的位置，目估架头大致水平（圆水准气泡不要偏离中心太远）将脚架平稳地放在地上。如果地面比较坚实，可不用脚踩，如果地面比较松软，则应用脚将三脚架脚尖踩入地内。此后就可以进行下一步工作。值得注意的是，如果地面倾斜较大，则应将一脚架固定在倾斜地面上方，另外两条脚安置在下方，这样安置，仪器比较稳固。（二）、粗略整平由于用微倾螺旋精确置平望远镜视准轴时，螺旋旋动的范围有限，所以在安置仪器后要先用圆水准器进行粗略整平。粗略整平是：旋转基座下面的三个脚螺旋，使圆水准气泡居中。操作步骤如下：（1）用两手分别以相对方向转动两个脚螺旋，此时，气泡的移动方向与左手大姆指旋转时的移动方向相同。（2）再转动第三脚螺旋，使气泡居中。但也可以不转动第三个脚螺旋而以相同的方向同样的速度转动原来的两个脚螺旋，使气泡居中。在操作熟练之后，不必按上述方法分步，可根据气泡移动方向同时用两只手旋转三个螺旋。（三）、瞄准目标在用望远镜瞄准目标之前，要先进行目镜对光，使十字丝看得十分清晰。松开望远镜制动螺旋，旋转照准部，并利用望远镜上面的瞄准器，基本瞄准目标，并拧紧制动螺旋。如果目标成像不清晰，转动调焦螺旋至成像清晰，并注意消除视差。最后用微动螺旋转动望远镜，使十字丝的竖对准水准尺的中线附近。（四）、精确整平在读数之前，都应用微倾螺旋调节水准管气泡居中（即使符合水准气泡的两半影像符合），此时视线就精确水平了。转动微动螺旋的时候速度应慢，均匀，特别在两半影像将要符合时更应注意。微倾螺旋的旋转方向和符合气泡影像移动方向有一定关系。（五）、读数待符合气泡影像符合后，可按中丝在水准尺上读数。由于从望远镜中看到的水准尺是倒象，所以读数时应从上往下，由小到大读取。为了保证读数的准确性，并提高读数的速度，可以先估读毫米数，然后将米，分米，厘米和估读的毫米一次连续报出。一般习惯是报四个数字，并以毫米为单位，例：1.786米读成1786；0.0093米则报0093；2.000读成2000。7、水准测量注意事项：观测（1）观测前，检校水准仪，检视水准尺；（2）仪器安置在坚实处，踩实三角架；（3）水准仪到前后水准标尺距离尽量相等；（4）读数前，消除视差，符合气泡居中；（5）读数迅速，果断，准确；（6）一测站记录合格后，才能搬站；（7）搬站时，检查连接螺旋是否旋紧；演示搬站方法。记录（1）记录整齐整洁，边记边复报数字；（2）不准用橡皮，不能连环修改，修改为划改；严禁伪造，转抄；（3）每站计算，符合要求，才通知搬站；（4）外业表格外业计算，不要等到回来算；扶尺（1）扶尺员认真竖立标尺，最好站在侧面；（2）转点应该选在土质坚实处，尺垫踩实；（3）搬站时，注意保护好前视点位不能动，如果一条水准路线没有在一天内完成，要做好标记，以备明天继续。（4）需要计算点位高程的平面点或水准点，不能使用尺垫。2.3 水准测量方法1、 水准点：用水准测量的方法测定的高程控制点，叫水准点（benchmark，即BM）一、二等水准测量为精密水准测量，三、四等水准测量为普通水准测量。采用某等级的水准测量方法测出其高程的水准点称为该等级水准点；各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。图根水准点和一些施工测量使用的水准点，采用临时性标志，可用木桩或道钉打入地面，也可在地面上突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶等处用红油漆作标志。2 、施测当已知水准点与待测高程点的距离较远时，安置一次仪器无法测到两点高差时，就需要把两点间分成若干段，连续安置仪器测出每段高差，然后依次推算高差和高程。3、 检核1) 两次仪器高法在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)来测定相邻两点间的高差；如果两次高差观测值不相等，对图根水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。2）双面尺法用双面尺法进行水准测量就是同时读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，然后由前后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，以这两个高差之差是否小于5mm来进行检核。3）成果检核附和水准路线， 支水准路线， 闭合水准路线， 图根水准测量高差闭合差容许值为：平地 mm L以公里为单位高山 mm n为测站数四等水准测量高差闭合差容许值为：平地 mm高山 mm2.4 水准测量成果计算水准测量的成果整理内容包括：测量记录和计算的复核，高差闭合差(closing error)的计算和检核，高差改正数和各点高程的计算。1、下面以附合水准路线为例，讲一下水准测量成果的计算.例：按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。1) 高差闭合差的计算点名路线长（km）观测高差m改正数(m)改正后高差m高程(m)BM-A45.2861.6+2.331-0.008+2.323147.6092.1+2.813-0.011+2.802250.4111.7-2.244-0.008-2.252348.1592.0+1.430-0.010+1.420BM-B49.579(m)m可见，符合水准测量要求。(2)闭合差的调整改正数是按照距离或测站数成比例加反符号分配到各测段高差中.，计算结果如表格。(3)计算各点高程用每段改正后的高差，由已知水准点A开始，逐点算出各点高程，如表。由计算得到的B点高程应与B点的已知高程相等，以此作为计算检核。2、闭合水准路线的成果计算与附和路线相似，闭合差为零。2.5 微倾式水准仪的检验与校正1 水准仪的主要轴线：视准轴、水准管轴、仪器竖轴、圆水准器轴，十字丝横丝。 各轴之间应满足下列几何条件：1） 圆水准器轴平行仪器竖轴； 2）十字丝横丝垂直仪器竖轴；3）水准管轴平行视准轴。2 圆水准器轴与仪器竖轴的检验校正1） 安置仪器后，用脚螺旋调节圆水准器气泡居中，然后将望远镜旋转，如气泡仍居中，表示此项条件满足要求；2） 校正：如果旋转180度，气泡不居中，用脚螺旋使气泡向零点方向移动偏离长度的一半，这时竖轴处于铅垂位置，然后用校正针调整圆水准器下面的三个螺钉，使气泡居中。校正时，一般要反复进行数次，直到仪器旋转到任何位置圆水准器气泡都居中为止。3十字丝横丝垂直仪器竖轴1） 用十字丝横丝的一端对准一个点状目标，制动，用微动螺旋缓缓移动望远镜，若点始终在横丝上移动，说明满足条件，若点离开了横丝，需要校正。2） 校正时，用螺丝刀放松三个固定螺钉，然后转动目镜筒，使横丝水平。最后将三个固定螺钉拧紧。4水准管轴平行视准轴的检验与校正1）如图，；i角大小是 ； =206265 i角不应大于20。2） 校正：调节微倾螺旋，使中丝在B尺上的读数移到b读数，其中b读数a读数hAB。这时，水准管气泡不居中，用校正针拨动水准管一端的上、下两个校正螺钉，先松一个在紧另一个，将水准管一端升高或降低，使符合气泡吻合。2.6 水准测量误差及其消减方法测量三大误差来源：仪器误差、观测误差、外界条件影响。1、仪器误差 1) 仪器校正后的残余误差：规范规定，DS3水准仪的i角大于20才需要校正，因此，正常使用情况下，i角将保持在20以内。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。在水准测量的每站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到的，因此规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小于等于5m，任一测站的前后视距累积差应小于等于10m。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1) 管水准气泡居中误差：视准轴水平是通过管水准气泡居中来实现的。如果精平仪器时，管水准气泡没有精确居中，将造成管水准器轴偏离水平面而产生误差。由于这种误差在前视与后视读数中不相等，所以，高差计算中不能抵消。由水准管气泡居中误差引起的读数误差为：2）读数误差：普通水准测量观测中的mm位数字是根据十字丝横丝在水准尺的厘米分划内的位置进行估读的，在望远境内看到的横丝宽度相对于厘米分划格宽度的比例决定了估读的精度。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。 V是望远镜放大率，60/是人眼能分辨的最小角度。3) 水准尺倾斜：读数时水准尺必须竖直。如果水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜的视场中不会察觉，但由此引起的水准尺读数总是偏大。且视线高度愈大，误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器是保证尺子竖直的主要措施。4) 视差：视差是指在望远镜中，水准尺的像没有准确地成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。 3、外界环境的影响1) 仪器下沉和尺垫下沉：仪器或水准尺安置在软土或植被上时，容易产生下沉。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) 大气折光影响：晴天在日光的照射下，地面的温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线的折射也就越大。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：当日光照射水准仪时，由于仪器各构件受热不匀而引起的不规则膨胀，将影响仪器轴线间的正常关系，使观测产生误差。观测时应注意撑伞遮阳。 3） 地球曲率的影响。水准测量中，当前后视距相等时，通过高差计算可消除该误差对高差的影响。还有保证水准测量的视距在一定范围内。2.6 精密水准仪，自动安平水准仪，电子水准仪自动安平水准仪的结构特点是没有管水准器和微倾螺旋。国产自动安平水准仪的型号是在DS后加字母Z，即为：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10，其中Z代表“自动安平”汉语拼音的第一个字母。精密水准仪和普通水准仪的主要区别：装有光学测微器，望远镜放大率有40倍，水准管分划值更细微。测微原理：用平板玻璃来改变水平视线的位置，从而在测微尺上读出视线的移动距离，能读到0.1mm。电子数字水准仪是集电子光学、图像处理、计算技术于一体的当代最先进的水准测量仪器。它具有速度快、精度高、使用方便、作业员劳动强度轻、便于用电子手簿记录、实现内外业一体化等优点，当代水准仪的发展方向，具有光学水准仪无可比拟的优越性。基本原理：电子数字水准仪所使用的条形码标尺用三种独立互相嵌套在一起的编码尺，这三种独立信息为参考码R和信息码A与信息码B。参考码R为三道等宽的黑色码条，以中间码条的中线为准，每隔3cm就有一组R码。信息码A与信息码B位于R码的上、下两边，下边10mm处为B码，上边10mm处为A码。A码与B码宽度按正弦规律改变，其信号波长分别为33cm和30cm，最窄宽度不到1cm，上述三种信号的频率和相位可以通过快速傅里叶变换（FFT）获得。当标尺影像通过望远镜成像在十字丝平面上，经过处理器译释、对比、数字化后，在显示屏上显示中丝在标尺上读数或视距。操作:电子数字水准仪的操作方法十分方