第2章水准测量.ppt

第二章水准测量 2 1高程测量概述 79 1 一 高程原点我国采用黄海平均海水面作为全国高程系统的基准面 在青岛设立验潮站和 青岛水准原点 其高程为72 2604m这个高程基准面和水准原点称为 1985国家高程基准 青岛观象山水准原点 79 2 79 3 二 高程测量的方法水准测量 用水准仪进行高差测量 是高程测量的主要方法 三角高程测量 用经纬仪 测距仪或全站仪测定两点间的高差 GNSS高程测量 用GNSS接收机 收取卫星信号 测定点的高程 三 地面点的高程 高程 绝对高程 海拔 地面点到大地水准面的铅垂距离假定高程 相对高程 地面点到假定水准面的铅垂距离 79 4 高差 两点间的高程之差 无论绝对高程或相对高程 79 5 四 水准测量的等级分一 二 三 四等 按精度要求或控制范围 一等水准测量 作为国家的高程控制 建立统一的高程基准 科学研究 地壳形变 地面沉降 精密测量 二等水准测量 作为大城市的高程控制 地面沉降 精密工程测量 三 四等水准测量 作为小地区高程控制 普通工程测量 地形测量 2 2水准测量原理 测量A B两点间的高差h 在A B上竖立水准尺 用水准仪构成一条水平视线 该视线在两尺上取得读数a和b 则A与B的高程之差 hAB a b 高差h有正有负 如已知A点高程为HA 则B点的高程 HB HA hAB 79 6 79 7 水准测量原理 当Da Db时 水准仪至两支水准尺等距中间法水准测量 消除水准面曲率影响 79 8 在山坡地段进行水准测量 79 9 连续水准测量 连续安置水准仪的测量方法 两点间距离较长或高差较大时 在两点间设若干个转点 分段测量高差 取各分段高差的总和 hAB h1 h2 hn a1 b1 a2 b2 an bn a b 一 水准测量的仪器与工具 79 10 2 3水准尺和水准仪 水准尺和尺垫单面尺 水准尺仅一面有分划双面尺 黑面 红面 尺常数4 687m或4 787m 用于三等以下水准测量 塔尺 可伸缩 伸足为3米 5米 用于一般工程测量 尺垫 在转点上立尺用 尺垫 转点处立水准尺 用生铁铸成中间突起的三角形基座 防止立尺沉降和高程变动 79 11 2 水准仪 79 12 二 水准仪 水准仪等级 精度系列 S05S1S3S10型号下标 毫米数 表示1公里往 返测量的高差平均值的中误差 水准仪构造 主要部分 望远镜水准器支架基座 S3水准仪外型 S3水准仪 主要用于地形测量和普通工程测量 79 13 S3水准仪属于微倾式水准仪按圆水准器初步置平仪器 旋转微倾螺旋 管水准器气泡居中 视线水平 79 14 微倾置平系统 微倾螺旋管水准器符合棱镜水准气泡观察镜 79 15 15 水准管及符合棱镜结构图 符合棱镜系统使水准气泡两端成象在一起便于观察 若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度 斜视时会产生视差 并要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中 用符合棱镜系统观察 可以避免上述缺点 判断 气泡居中 的精度约可提高一倍 79 16 符合棱镜的设置 符合棱镜的观察窗口 气泡居中 气泡未居中 三 水准仪的使用 安置水准仪 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上 一 粗平根据圆水准器气泡 用脚螺旋粗略置平仪器 二 瞄准将望远镜对准水准尺 进行目镜和物镜调焦 使十字丝和尺像清晰 三 精平旋转微倾螺旋 使水准管气泡严格居中 四 读数按十字丝的中横丝在水准尺上读数 79 17 水准尺读数方法 用十字丝的横丝在水准尺上读数 米 分米 厘米 毫米每次读四位数 首位米数是 0 也必须读数和记录 例如 0875表示是0 875米 或875毫米 79 18 尺上读数1575 水准管的校正螺丝像片 79 19 圆水准器 脚螺旋 一 粗平 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上 固定两个架腿 动第三个架腿 使三脚架架头大致水平 转动脚螺旋 使圆水准器的气泡居中 79 20 根据圆水准器用脚螺旋整平仪器 左手拇指法则 1 2 3 3 2 1 使气泡向右移动 使气泡向前移动 二 瞄准 物镜的作用 使目标成象 目镜的作用 使十字丝和目标象放大 十字丝固定 为了使仪器适用于不同视力的人旋转目镜可以使其前后移动 称为目镜调焦 转动物镜调焦螺旋 使远近不同的目标都能成象于十字丝平面上 称为物镜调焦 视差 如果目标象没有落在十字丝面上 则当观测员的眼睛上下左右移动时 会感到目标象与十字丝之间有相对错动 这种现象称为视差 视差影响瞄准的精度 重新进行目镜调焦和物镜调焦 使其都十分清晰 可以消除视差 79 21 水准管的校正螺丝像片 79 22 目镜调焦环 缺口和准星 物镜调焦螺旋 水平方向微动螺旋 圆水准器 水准管 微倾螺旋 脚螺旋 气泡符合观察镜 视差 79 23 视差现象 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视差产生原因 望远镜内目标像与十字丝分划板未重合 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 消除视差 符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察 79 24 三 精平 用微倾螺旋使水准管气泡符合 气泡居中 气泡未居中 微倾螺旋转动方向 用符合棱镜系统观察 判断 气泡居中 的精度可以提高 用区格式水准尺 79 25 四 读数 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 区格内的毫米数用 估读 方法 水准尺读数 1 575 1575 瞄准与读数 79 26 对水准尺的瞄准与读数 望远镜正像 a 读数 正像望远镜 在水准尺上 从下往上 读 倒像望远镜 从上向下 读 米 m 位与分米位 dm 位直读标尺上的数字 厘米位 cm 为数格子 毫米 mm 位为估读 而水准尺读数精度关键在毫米位 双面尺红黑面读数差为6295 1608 4687 称为 尺常数 79 27 倒像望远镜对双面尺读数 79 28 在区格式水准尺上的各种读数 倒像双面尺配合水准仪倒像望远镜 79 29 四 自动安平水准仪 一 自动安平水准仪的特点 没有水准管和微倾螺旋 望远镜和支架连成一体 2 测量时 只需根据圆水准器粗平仪器 视线的精平由补偿器完成 79 30 二 自动安平水准仪基本原理 利用重力的补偿器使视线精平 补偿条件 DSZ2自动安平水准仪 79 31 79 32 ZeissKoni007自动安平水准仪 补偿器结构 ZeissReni002A精密自动安平水准仪 79 33 002A自动安平水准仪内部结构 光学部件的光路和补偿器 79 34 目镜 物镜 重力补偿器 圆水准器 79 35 用自动安平水准仪 沿山区道路进行精密水准测量 2 4水准测量的方法及成果处理 一 水准点和水准路线 一 水准点永久性水准点埋设要求 地基稳固地点隐蔽能长期保存又便于观测 79 36 二 水准路线 1 支水准路线2 闭合水准路线3 符合水准路线 79 37 高程已知点和待定点的各种布置形式 二 水准测量方法 一 两次仪器高法 安置两次仪器 高差 10cm 已知HA 求HB 两次测得高差 79 38 a1 b a b2 h1 a1 b1 h2 a2 b2 h1 h2 f 5mm 2 1 容许高差之差 高差取平均 两次仪器高法每站观测两次高差 以检核观测数据的正确性 两次不同仪器高度的水平视线 对后视和前视水准尺读数 改变仪器高度应在10cm以上 两次高差之差应小于5mm 否则应重测 观测成果合格 则取两次高差之平均数 观测步骤 顺序 后视 前视 改变仪器高 前视 后视上述观测顺序简称为 后 前 前 后 79 39 79 40 表2 2水准测量记录 两次仪器高法 二 水准测量方法 二 双面尺法 用黑红双面水准尺 在尺子两面读数 已知HA 求HB 79 41 a1 b1 a2 b2 h1 a1 b1 h2 a2 b2 h1 h2 f 5mm 双面尺法读取每一支水准尺的黑面和红面分划读数 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 两次高差之差应小于5mm 否则应重测 观测成果合格 则取其平均数 观测步骤 顺序 瞄准后视点水准尺黑面分划 精平 读数 瞄准前视点水准尺黑面分划 精平 读数 瞄准前视点水准尺红面分划 精平 读数 瞄准后视点水准尺红面分划 精平 读数 上述观测顺序简称为 后 前 前 后 79 42 79 43 表2 3准测量记录 双面尺法 三 水准测量成果整理 一 高差闭合差计算 0 闭合水准 HB HA H终 H始 附合水准 无 支水准 支水准路线无闭合差 所以采用往 返观测 79 44 79 45 A 1 2 3 B 2 331m 1 6km 2 813m 2 1km 2 244m 1 7km 1 430m 2 0km HA 45 286m HB 49 579m 高差闭合差计算数例 高差闭合差的允许值 L以公里为单位 79 46 二 高差闭合差的分配按水准路线测段长度为比例分配高差闭合差 每公里分配值 测段分配值 li为测段长 km 79 47 水准测量成果整理数例 2 5水准仪的检验和校正 水准仪的轴线 望远镜视准轴水准管轴纵轴圆水准轴 79 48 一 水准仪的轴线及其应满足的条件 水准仪的轴线 视准轴 十字丝分划中心与物镜光心的连线CC1水准管轴 经过水准管零点的切线LL1纵轴 仪器旋转轴VV1圆水准轴 经过圆水准管零点的法线L L 1 79 49 水准仪应满足的条件 1 圆水准器轴平行于仪器纵轴 L L 1 VV1 2 十字丝的横丝垂直于纵轴 3 水准管轴平行于视准轴 LL1 CC1 79 50 水准仪主要条件 1 二 水准仪检验和校正 一 圆水准器的检验与校正1 圆水准器检验 如何发现误差 1 将圆水准器气泡居中 2 将仪器绕纵轴旋转180度 如果气泡仍然居中 则圆水准器轴平行仪器纵轴 否则 圆水准器轴不平行仪器纵轴 79 51 2 圆水准器校正 转动校正螺丝 使气泡返回移动量的一半 气泡移动量一半代表纵轴的倾斜度 重复上述检验和校正一二次 使误差尽可能小 79 52 圆水准器校正螺丝 4 二 十字丝的检验和校正 1 检验 用圆水准器使纵轴垂直后 用十字丝的横丝照准某一清晰目标P 用微动螺旋左右转动望远镜 如果十字丝的横丝一直不离开目标 则横丝水平 否则需要校正 2 校正 松开十字丝环的固定螺丝 转动十字丝环 使横丝水平 79 53 三 水准管轴平行于视准轴的检验和校正 影响 如果水准管轴不平行视准轴 其夹角为 则读数误差 则此误差对高差的影响为检验 在正常视线长2倍的两端固定两根水准尺 其间距为2S 仪器架于中点 测量两端点的高差作为标准值把仪器移至一个端点 再测量两端点的高差 79 54 水准管轴不平行视准轴的校正 如果h2 h表明水准管轴不平行视准轴 引起远尺读数h2有误差 而近尺上的读数 由于距离很近 受水准管轴不平行视准轴误差的影响很小 因此h1是正确的 水准管轴的校正 转动微倾螺旋 使望远镜中横丝对准远尺正确的读数 79 55 这时水准管轴随着倾斜 用水准管的上下校正螺丝使气泡重新居中 或不用微倾螺旋 而拨动十字丝上下校正螺丝使横丝对准正确读数 1 79 56 计算A尺水平视线读数 a2 h b2 转动微倾螺旋 使横丝瞄准读数 a2 校正水准管气泡居中 LL水平 LL CC 重复检验直至符合要求 1 水准管的校正螺丝像片 79 57 水准管的校正 水准管的校正螺丝像片 79 58 79 59 2 1 3 4 下十字丝校正螺丝 上十字丝校正螺丝 方法2 校正十字丝 调整十字丝环上 下校正螺丝 使横丝对准读数a2 使CC水平 从而使LL CC 保持水准管气泡居中 即LL水平 卸下望远镜目镜罩 十字丝环 一 精密水准尺 精密水准尺特点 木质尺身因瓦钢带分划式长度刻划左右两列注字 79 60 2 6精密水准仪和电子水准仪 一 精密水准仪和水准尺 水准管格值小 7 10 气泡长 符合精度高 望远镜放大倍率大 V 30 40 瞄准精度高 15 V 测微器精细 读数精度高 高倍率放大 楔形丝夹准分划 平行玻璃测微 79 61 二 精密水准仪 79 62 WILDN3 精密水准尺 WILDN3精密水准仪 精密水准尺 WILDN3精密水准仪的内部结构 79 63 精密水准仪和水准尺 水准尺 因瓦钢带 分划式刻划读数 高倍瞄准 平行玻璃板测微分划尺 79 64 79 65 二 电子水准仪和条码水准尺 电子水准仪又称数字水准仪 电子水准仪功能 具有自动安平功能 自动显示水平视线读数和视距 通过物镜获取水准尺图象 通过仪器的图像处理系统 将图象信息转换成数字显示 和数据记录 能与计算机实现数据通讯 因此 基本避免了人为的观测误差 视差 水准器精平误差 瞄准误差 读数误差和记录差错 电子水准仪图 79 66 电子水准仪 SDL30M 条码尺 测量键 79 67 电子水准仪对条码尺的瞄准 79 68 条码水准尺的竖立 支撑和尺垫放置 79 69 天宝Dini12精密电子水准仪 79 70 Dinil2的主要特点 水准测量精度0 3mm km 0 7mm km PCMCIA数据存贮或在线数据存贮 静态的30cm电子视场 补偿器置平精度 0 2 0 5 望远镜放大倍率 32 26 字母与数字键盘 能进行线路平差计算 79 71 主要特点 0 4mm 1 0mm kmPCMCIA卡数据存贮和内部数据存贮1 20 的电子视场补偿器置平精度 0 3 0 5 放大倍率 32 30 字母数字输入键盘5m标尺1 20 的视场角 TopconDL 101 102电子水准仪 79 72 主要特点测量精度 0 6mm 1 0mm km内部数据存贮 2000个点观测数据