第2章水准仪及水准测量.ppt

第三章水准仪及水准测量 3 1水准测量原理 3 2DS3型水准仪及工具的使用 3 3自动安平水平仪 3 4普通水准测量 3 5水准仪的检验与校正 3 6水准测量误差来源及减弱方法 3 7精密水准仪简介 高程测量 高程测量的方法水准测量 用水准仪进行高程测量的工作 其它方法 三角高程测量 高程测量和气压高程测量 高程测量定义 测定地面点高程的工作 高程系统 黄海高程系 1956年黄海高程系 水准原点H 72 289米 1985年国家高程基准 水准原点H 72 260米 第一节水准测量原理 水准测量的基本原理是 在下图中 已知A点的高程为HA 只要能测出A点至B点的高程之差 简称高差hAB 则 点的高程HB就可用下式计算求得 hAB 后视读数 前视读数 a b HB HA hAB 有时安置一次仪器须测算出多个点的高程 可先求出水准仪的水平视线高程 然后再分别计算各点高程 从图中可以看出 水平视线高Hi HA a 点高程HB Hi b 要测算地面上两点间的高差 所依据的就是一条水平视线 如果视线不水平 上述公式不成立 因此 视线必须水平 是水准测量中要牢牢记住的操作要领 3 2DS3型水准仪及工具的使用 一 微倾式水准仪的构造微倾式水准仪主要由望远镜 水准器和基座组成 为了能精确地提供水平视线 在仪器构造上安置了一个能使望远镜上下作微小运动的微倾螺旋 所以称微倾式水准仪 微倾式水准仪构造 动画 DS3水准仪 DS3水准仪 2 水准仪 二 水准仪 精度系列 DS05DS1DS3DS10型号下标 毫米数 表示1公里水准测量的中误差 由仪器引起的 构造 望远镜水准器基座 S3水准仪外型 目镜 水准管目镜 圆水准器校正螺钉 微倾螺旋 1 望远镜 用来瞄准远处的水准尺进行读数 放大率一般为25 30倍 视准轴 物镜中心与十字丝交点的连线 望远镜与视差 视差产生的原因 望远镜内目标像与十字丝分划板未重合 现象 观测时 改变眼睛与目镜的相对位置 十字丝与目标的像有相对移动 消除视差的步骤 目镜调焦 使十字丝最清晰 物镜调焦 使目标像最清晰 且无视差 2 水准器作用 整平仪器 使视准轴处于水平位置 圆水准器水准管 水准器 圆水准器 粗平 管水准器 精平 3 基座 轴座 承托仪器上部脚螺旋 调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板 连接三脚架 组成 轴座 脚螺旋 连接板 尺垫只用于转点 二 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 水准尺分为直尺 折尺和塔尺 双面水准尺的分划 一面黑色面 主尺 尺底分划为零 另一面是红色面 辅助尺 尺底刻画为一常数 4687mm或4787mm 使用水准尺前一定要认清刻画特点 尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具 1 安置水准仪 打开三脚架并使其高度适中 目估使架头大致水平 然后将三脚架尖踩入土中 将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上 三 水准仪的使用 2 粗略整平 粗平 用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中 左手拇指规则 左手拇指旋转脚螺旋的运动方向 就是气泡移动的方向 3 瞄准水准尺目的 使目标和十字丝成像清晰 方法 初步瞄准 用准星对准目标 目镜调焦 使十字丝清晰 物镜调焦 使目标成像清晰 精确瞄准 使纵丝对准目标 4 精确整平目的 使水准管气泡居中 视准轴精确水平 方法 调节微倾螺旋 使气泡影像符合 水准尺的分划不是线划式而是区格式的 区格的边缘是分划的位置 区格内的小数 估读 区格式分划便于从远处观察并读数 5 读数 b c 瞄准与读数 水准测量的瞄准与读数 3 3自动安平水平仪 自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋 只有一个圆水准器 安置仪器时 只要使圆水准器的气泡居中后 借助一种 补偿器 的特别装置 使视线自动处于水平状态 自动安平水准仪正面 自动安平水准仪反面 自动安平水准仪后面 自动安平水准仪反面 自动安平水准仪正面 3 4普通水准测量 一 水准点和水准路线1 水准点是测区的高程控制点 一般缩写为 BM 用 符号表示 水准点分为永久性和临时性两种 埋设水准点后 应绘出能标记水准点位置的草图 在图上要注明水准点编号和高程 以便日后寻找和使用 2 水准路线 2 水准路线的布设 BM A 二 水准测量方法 1 将水准尺置于已知后视高程点A和前视转点ZD1中间的 站 2 先瞄准后视尺 读取后视读数值a1 并记入五等水准测量记录表中 再照准前视尺 读取前视读数值b1 并记入记录表中 至此完成了普通水准测量一个测站的观测任务 3 将仪器搬迁到第 站 把第 站的后视尺移到第 站的转点ZD2上 把原第 站前视变成第 站的后视 按 2 步骤测出第 站的后 前视读数值a2 b2 并记入记录表中 4 重复上述步骤测至终点B为止 例 A TP1 TP2 TP3 2 142 B 1 258 0 928 1 235 1 672 2 074 HA 123 446m HB 大地水准面 前进方向 在观测过程中点TP1 TP2 TP3仅起传递高程的作用 这些点称为转点 常用TP表示 ATP1 TP1TP2 TP2TP3 TP3B 2 142 1 258 0 884 0 928 1 235 0 307 1 664 1 431 0 233 1 672 2 074 0 402 计算检核 6 4065 998 a b 0 408 0 408 0 408 123 446 123 854 水准测量手簿 已知 三 水准测量的成果检核与高程计算对一条水准路线来说 测站检核还不足以说明所求水准点的高程是否符合要求 由于温度 风力 大气折射 尺子倾斜和估读误差等的影响 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 因此 还必须进行整个水准路线的成果检核 水准测量成果的检核主要是通过高差闭合差来检核 高差闭合差 1 附合水准路线 fh h观测 H终 H始 2 闭合水准路线 fh h观测 0 h观测 3 支水准路线 fh h往测 h返测或fh h往测 h返测 水准测量成果技术要求 进行水准测量成果计算时 要先检查野外观测手簿 计算各点间高差 经检查无误后 则根据野外观测高差计算高差闭合差 若高差闭合差符合规定精度的要求 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 等外水准测量的高差闭合差容许值规定为 一 附合水准路线成果计算实例 成果计算的步骤 备注 1 2 3 4 A1 2 3 B 1 08 1 575 1 212 2 036 1 414 1 742 2 216 1 446 5 850 3 315 辅助计算 0 012 0 014 0 016 0 026 0 068 1 563 2 022 1 758 1 420 3 247 65 376 66 939 68 961 67 203 68 623 附合水准测量成果计算表 已知 已知 二 闭合水准路线成果计算 3 5水准仪的检验与校正 水准仪能准确提供水平视线 应保证各主要轴线满足一定的理想关系 但由于使用中的搬运和震动 经常会破坏理想轴线关系 为保证测量成果的质量 要经常进行必要的检验或定期送检 一 水准仪的主要轴线应满足的条件根据仪器构造特点 圆水准器气泡居中 竖轴基本竖直 望远镜视线基本水平 转动微倾螺旋使水准管气泡居中 视线水平 另外仪器整平后 用十字丝的横丝读数时 标尺在横丝的任意位置 读数都应该是正确的 为满足以上条件 水准仪主要轴线应满足以下几何条件 1 圆水准器轴平行于仪器竖轴 L L VV 2 十字丝的横丝垂直于仪器竖轴 3 视准轴平行于水准管轴 CC LL 二 水准仪的检验与校正 1 圆水准器的检验与校正 1 检验方法 安置水准仪后 使圆水准器气泡严格居中 此时圆水准器轴处于铅垂位置 将望远镜旋转180 如果气泡仍居中 则说明圆水准器轴平行于仪器竖轴 无需校正 若圆水准器轴不平行于竖轴 水准仪粗平后 则圆水准器轴相对于铅垂线有一夹角 将望远镜旋转180 圆水准器轴由竖轴左侧转至右侧 圆水准气泡不再居中 此时圆水准器轴与铅垂线的夹角为角 1 圆水准器的检验与校正 2 校正方法 圆水准盒的底部有三个校正螺丝 首先转动脚螺旋 使气泡中心向圆圈中心移动偏离值的一半 此时竖轴处于铅直位置 剩余一半用校正针拨动圆水准器的校正螺丝 使气泡居中 此次项校正应反复几次 直到望远镜转动在任何位置 圆水准气泡均居中为止 2 十字丝横丝的检验校正 1 检验方法 先用十字丝横丝的一端对准一清晰固定点 旋紧水平制动螺旋 转动水平微动螺旋 如果固定点 始终在横丝上移动 说明横丝垂直于仪器竖轴 无需校正 若偏离横丝 应进行校正 2 校正方法 打开目镜护罩 松开十字丝分划板固定螺丝 旋转十字丝分划板座 转至正确位置为止 此项校正也需反复进行 1 检验方法 在平坦地面上选取相距约100的固定点A B 如图所示 先在A B点的中点安置水准仪 测出两点的高差 由于前后视距离相等 角对前 后视读数产生的误差相同 则所得高差仍是正确高差 A B两点的高差为 由此可见 前后视距离相等 可以消除视准轴与水准管轴不平行产生的角误差的影响 3 水准管轴的检验与校正 如图所示 将仪器搬到距点B 或点A 约2 3处 精平后读取A B两点的尺读数 由此计算测得的高差 3 水准管轴的检验与校正 若满足限差要求不需校正 否则应进行校正 2 校正方法根据上式的计算结果 转动微倾螺旋使十字丝横丝对准尺上的读数为处 此时视准轴已水平 但水准管气泡不居中 松开水准管左右两个校正螺丝 拨动水准管上下校正螺丝使气泡居中 即可达到两轴平行的条件 此校正需反复进行 直到满足要求为止 3 水准管轴的检验与校正 一 仪器误差1 仪器校正后的残余误差这种误差多属于系统误差 观测时使前 后视距相等 便可以消除或减弱此项误差的影响 2 水准尺误差水准尺刻划不准确 尺长变化 尺身弯曲及底部零点磨损等 都会直接影响水准测量的精度 因此对水准尺要进行检定 3 6水准测量误差与消弱方法 二 观测误差1 水准器泡居中误差 每次读数时使气泡严格居中 2 读数误差 减小视线长度 读数认真果断 3 视差 仔细调焦可消除 4 水准尺倾斜的影响 认真扶尺 气泡居中 三 外界条件的影响1 仪器下沉 踩紧脚架 减少观测时间 如果采用后 前 前 后的读数方法可以减少其影响 2 尺垫下沉 尺垫踩实 往返测取中数 3 地球曲率和大气折光 前后视距相等可消除 4 大气温度和风力 打伞遮阳 选择好的天气 3 7精密水准仪简介 精密水准仪主要用于一 二等水准测量和精密工程测量 特点 1 结构精密 性能稳定 测量精度高 2 望远镜放大率不小于40倍 3 水准管分划值为10 2mm 4 采用光学测微器读数 可直接到0 1mm 估读到0 01mm 5 配专用精密水准尺 操作方法与DS3水准仪基本相同 本章小结 一 水准仪及使用 1 水准仪的几何轴线及关系 视准轴 CC 物镜光心与十字丝中点的连线 水准管轴 LL 水准管内壁圆弧零点的切线 圆水准器轴 L L 圆水准器内壁圆弧零点的法线 竖轴 VV 水准仪的旋转轴 几何关系 CC LL L L VV 十字丝横丝水平 2 水准仪技术操作方法 安置与粗平 瞄准 消除视差 精平与