水准测量及内业计算.ppt

第二章水准测量 2 1水准测量原理 2 2DS3型水准仪和水准测量的工具 2 3DS3型水准仪的使用 2 4水准测量的施测与记录 2 5水准测量的内业计算 2 6水准仪的检验与校正 2 7水准测量的误差及注意事项 2 8其他水准仪的简介 原理 利用水准仪提供的水平视线 测出两地面点之间的高差 2 1水准测量原理 水准测量方法 中间水准测量 连续水准测量 仪器高测量 2 1水准测量原理 1 中间水准测量hAB a bhAB 后视读数 前视读数HB HA hAB 2 连续水准测量 hAB h1 h2 h3 h式中 h 各段高差的代数和B点高程 HB HA hAB a1 a2 a3 b3 b2 b1 A B h2 h1 h3 hAB 3 视线高 仪器高 测量 水平视线的高程 Hi HA aB点的高程 HB Hi b 3 视线高 仪器高 测量 视线高 仪器高 法 用视线高程计算未知点高程的方法 A a b1 1 b2 2 b3 3 Hj Hi bj j 1 2 3 n 例1 已知点A的高程为HA 52 623m 后视读数a 1 571m 前视读数b 0 685m 求B点高程 根据高程测量原理 hAB a b 1 571 0 685 0 886mB点高程为 HB HA hAB 52 623 0 886 53 509m 例2 已知A点高程HA 23 518m 要测出某水平场地待定点1 2 3的高程 视线高程Hi HA a 23 518 1 563 25 081m各待定点高程分别为 H1 Hi b1 25 081 0 953 24 128mH2 Hi b2 25 081 1 152 23 929mH3 Hi b3 25 081 1 328 23 753m 在安置一次仪器需求出几个点的高程时 视线高法比高差法方便 因而视线高法在地形测量和施工测量中被广泛采用 例3 如果用水准测量的方法测定B点的高程 同一水平视线在A点的水准尺上的读数为2 186m 在B点水准尺上的读数为1 467m A点的高程为220 200m 试问B点的高程是多少 例4 已知A点的高程HA 489 454m A点立尺读数为1 446m B点读数为1 129m C点读数为2 331m 求此时仪器视线高程是多少 HB和Hc各为多少 视线高 Hi HA a 489 454 1 446 490 900mB C两点的高程分别为 HB Hi b 25 081 0 953 24 128mHC Hi C 25 081 1 152 23 929m 2 2DS3型水准仪和水准测量的工具 水准测量所使用的仪器和工具主要有 水准仪 水准尺 水准尺的尺垫我国按水准仪的精度级别编订的系列型号是 DS05 DS1 DS3 DS10D 大地测量仪器S 水准仪数字 表示仪器的精度 即每公里往 返测得高差中数的中误差 mm 目镜 水准管目镜 圆水准器校正螺钉 2 DS3型水准仪的 主要由望远镜 水准器 基座三部分组成 构造 微倾螺旋 准星 物镜 目镜 微动螺旋 1 望远镜 用来瞄准远处的水准尺进行读数 由物镜 目镜 十字丝分划板 调焦透镜 调焦螺旋组成 视准轴 物镜中心与十字丝交点的连线 2 水准器水准器的作用 整平仪器 使视准轴处于水平位置 圆水准器作用 粗略整平结构 如图所示精度 一般为8 10 2mm 气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角 管水准器作用 精确整平结构 如图所示精度 一般为20 2mm水准管的分划值 气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角 符合水准器 作用 调整水准仪观测视线处于水平状态的精密整平装置 构成 由一个管水准器和一个棱镜组构成 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 二 水准尺和尺垫1 水准尺塔尺 可以伸缩 一般全长2m 5m 用于等外水准测量 双面尺 不可伸缩 一般全长3m 用于三 四等水准测量 2 尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用 防止点位移动和水准尺下沉 2 3DS3型水准仪的使用一 安置仪器 1 在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋 按需要的高度调整架腿长度 再拧紧固定螺旋 张开三脚架将架腿踩实 并使三脚架架头大致水平 2 从仪器箱中取出水准仪 用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上 二 粗略整平 通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中 三 瞄准水准尺 1 目镜调焦转动目镜对光螺旋 使十字丝成像清晰 2 初步瞄准通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺 旋紧制动螺旋 转动照准部使准星 照门 目标 尺 共一线 然后制动望远镜 水准尺 3 物镜调焦转动物镜对光螺旋 使水准尺的成像清晰 4 精确瞄准转动微动螺旋 使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央 5 消除视差视差的定义 消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋 直至尺像与十字丝平面重合 四 精确整平 转动微倾螺旋 使气泡两端的影像严密吻合 此时水准管气泡居中 视线即为水平视线 转动微倾螺旋使符合水准管气泡符合 即成U形 五 读数用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数 读取米 分米 厘米 毫米 估读数 四位数字 注意 读数前必须精平 精平后立即读数 图形 水准仪读数实例 水准仪读数实例 6 252 1 477 0 725 2 4水准测量的施测与记录 2 4 1 水准点 用于水准测量而设有固定标志的高程基准点 称为水准点 记为BM 水准点有永久性水准点和临时性水准点两种 国家等级永久性水准点 国家等级永久性水准点 建筑工地上的永久性水准点 2 临时性水准点 几个基本概念 1 测站 水准仪及尺子所摆设的位置称为测站 这种摆设测站所进行的水准测量工作 称为测站观测 hAB是一次测站的高差观测值 2 水准路线 连续若干测站水准测量工作构成的高差观测路线 称为水准路线 3 视距 水准仪到立尺点的水平距离 2 4 2水准路线的布设形式 1 附合水准路线从已知高程水准点出发 沿待定高程的水准点进行测量 最后附合到另一已知高程水准点的水准路线 称附合水准路线 如图2 20 2 闭合水准路线从已知高程水准点出发 沿各待定高程点进行水准测量 最后又回到原出发点的环形路线 称为闭合水准路线 2 4 2水准路线的布设形式 3 支水准路线从已知高程水准点出发 沿待定高程水准点进行水准测量 既不闭合又不附合的水准路线 称为支水准路线 支水准路线要进行往返测量 2 4 2水准路线的布设形式 BMA 1 2 3 一 一个测站的水准测量工作 A B a b 1 安置仪器于AB之间 立尺于A B点上 2 粗略整平 3 瞄准A尺 精平 读数a 记录1 568m 4 瞄准B尺 精平 读数b 记录1 471m 2 4 3水准测量的方法 2 4 3水准测量的方法 一 一个测站的水准测量工作5 计算 hAB a b 1 568 1 471 0 115m即B点比A点高0 115m hBA hAB 0 115m 即A点比B点低0 115m A B a b 当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时 不能安置一次仪器即可测得两点间的高差 这时需要在两点间加设若干个立尺点 分段设站 连续进行观测 提出问题 解决方法 加设的这些立尺点并不需要测定其高程 它们只起传递高程的作用 故称之为转点 用TP TurningPoint 表示 二 水准测量实施方法 例 注意 为保证高程传递的准确性 在相邻测站的观测过程中 必须使转点保持稳定 高程不变 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 ATP1 TP1TP2 TP2TP3 TP3B 2 142 1 258 0 928 1 235 1 664 1 431 1 672 2 074 计算检核 a b 123 446 水准测量手簿 已知 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 一 计算检核目的 检核计算高差和高程计算是否正确 检核条件 如上表所示 等式条件成立 说明计算正确 2 4 4数据检核 二 测站检核1 双面尺法目的 保证前后视读数的正确 采用黑红面的水准尺 利用双面的零点差检核观测质量 双面尺法 是仪器高度保持不变 分别对尺子的黑面 红面进行观测 观测程序 后 后 前 前 黑 红 黑 红 黑红高差 相差100mm 2 变动仪器高法在同一测站上变动仪器高 10cm左右 两次测出高差 等外水准测量其差值 h 6mm 取其平均值作为最后结果 双仪高法 a b a b 三 成果检核 水准测量时 一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线 计算检核只能发现每页计算是否有误 在水准测量的施测过程中 测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限 对一条水准路线来讲必须进行成果检核 2 5水准测量的内业计算 目地 根据水准路线上已知水准点的高程和各测段高差 求出待定水准点的高程 测站 水准仪及尺子所摆设的位置称为测站 水准路线 连续若干测站水准测量工作构成的高差观测路线 视距 水准仪到立尺点的水平距离 2 5 1闭合水准路线成果计算 如图BMA为水准点 高程为42 372m 1 2 3点为待定高程点 将有关数据个观测数据填入表内相应栏目内 h1 1 274 h2 3 349 h3 2 482 h4 4 616 6站 10站 8站 12站 一 计算高差闭合差 闭合差 观测值与理论值的差值 高差闭合差 就是高差的观测值与理论值之差 用fh表示 即 fh 观测值 理论值观测值 h测 h1 h2 hn理论值 h理 0即fh h测 二 高差闭合差的容许值限差 规范 规定的的高差闭合差的允许值 用fh允或fh容表示 等外水准测量要求 平地 fh容 40 mm L 水准路线的长度 单位km 山地 fh容 12 mm n 水准路线的测站数 要求 fh fh容 三 高差闭合差的调整 1 改正数的计算分配原则 按与测段距离 或测站数 成正比 并反其符号改正到各相应的高差上 得改正后高差 按距离 式中 l 水准路线总长度 li 第i测段长度 vi 第i测段的高差改正数 按测站数 检核 式中 n 水准路线总测站数 ni 第i侧段站数 2 求改正后高差 式中hi改 改正后的高差 hi 原观测高差 Vi 该高差的改正数 四 高程计算 检核 HA 算 HA 已知 图为一条附合水准路线 由四段组成 起点A的高程为72 394m 终点B的高程为73 128m 各测段的高差和路线长度如图所示 计算1 2 3 点的高程 2 5 1附合水准路线成果计算 h1 2 145 h2 2 986 h3 3 432 h4 1 801 0 7km 1 1km 0 9km 1 6km 一 计算高差闭合差 闭合差 观测值与理论值的差值 高差闭合差 就是高差的观测值与理论值之差 用fh表示 即 fh h测 h理观测值 h测 h1 h2 hn理论值 h理 H终 H起即fh h测 H终 H起 二 高差闭合差的容许值由已知条件 高差闭合差可按如下公式来求 平地 fh容 40 mm L 水准路线的长度 单位km 三 高差闭合差的调整 1 改正数的计算分配原则 按与测段距离 或测站数 成正比 并反其符号改正到各相应的高差上 得改正后高差 按距离 式中 l 水准路线总长度 li 第i侧段长度 四 高程计算 检核 HB 算 HB 已知 例1 附和水准路线的内业计算如图为一附和水准路线 A B为已知水准点 HA 65 376m HB 68 623m点1 2 3为待测水准点 各测段高差 测站数 距离见下图 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 42 3 247 65 376 66 939 68 961 67 203 68 623 符合水准测量成果计算表 已知 已知 2 5 3支水准路线成果计算 设某水准路线已知点A的高程HA 152 371m 从A点到P点的往测高差和返测高差分别为h往 2 216m h返 2 238m 往返总测站数n 9 一 求往 返高差闭合差 二 高差闭合差的容许值 fh容 12 mm n 水准路线的测站数 要求 fh fh容 三 求改正后高差 取往 返测绝对值的平均值 其符号与往测相同 h h往 h返 2 四 计算高程 待定点P的高程为 HP HA h 例2 设某水准路线已知点A的高程HA 186 785m 从A点到P点的往测高差和返测高差分别为h往 1 375m h返 1 396m 往返总测站数n 16 求P点的高程 P 解 1 计算闭合差 2 检核 故精度符合要求 3 计算高差 4 计算高程 Hp 186 785 1 386 185 399m 例3 根据附合水准路线表 计算各点高程 2 6水准仪的检验与校正2 6 1水准仪应满足的几何条件主要轴线 视准轴CC水准管轴LL仪器竖轴VV圆水准器轴几何关系 圆水准器轴 仪器竖轴水准管轴 视准轴十字丝横丝竖轴 二 水准仪的检验和校正1 圆水准器的检验和校正目的 使圆水准器轴 仪器竖轴检验 用脚螺旋使圆水准器气泡居中 望远镜旋转180度 若气泡仍居中 满足要求 若气泡不居中 需进行校正 校正 用脚螺旋调气泡偏离值的一半 用圆水准器的校正螺旋再调一半 圆水准器的检验原理 圆水准器轴 竖轴 铅垂线 圆水准器轴 圆水准器轴 圆水准器轴 铅垂线 铅垂线 铅垂线 竖轴 竖轴 竖轴 2 十字丝横丝的检校和校正目的 使十字丝横丝竖轴检验 精平仪器 十字丝横丝左边对准墙上标志点M 水平微动 M点在横丝上移动 说明十字丝横丝位置正确 否则需要校正 M M M M 校正 松开十字丝的固定螺旋 微微转动十字丝环座 至p点轨迹与横丝重合 拧紧十字丝的固定螺旋 十字丝固定螺旋 3 水准管轴的检验与校正目的 使水准管轴 视准轴 检验 在平坦地面选相距80m左右A B两点 置水准仪于中点C 用变动仪器高法 两次高差之差 3mm 测定两点之间的高差h0 a1 b1 i角 视准轴与水准管轴之间的夹角 前后视距相等可以消除 仪器搬A点附近 测得高差h a2 b2 若h h0 则水准管轴 视准轴 若h不等于h0 则存在i角 如图 式中 DAB为AB两点之间的距离 对于DS3水准仪 当时 则需校正 3 校正 转动微倾螺旋 使 此时视准轴水平 水准管气泡不居中 调节水准管校正螺丝 使符合气泡居中 误差来源 仪器误差 观测误差 外界条件的影响 一 仪器误差1 仪器校正后的残余误差 主要是i角误差 前后视距相等可消除 2 水准尺误差 包括刻划不准 尺长变化 尺身弯曲等误差 作业前必须检验 前后视尺交替使用 测站数为偶数可减弱或消除 二 观测误差1 视差 仔细调焦可消除 2 读数误差 减小视线长度 读数认真果断 3 水准气泡居中误差 符合后立即读数 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 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 7 测量者要严格执行操作规程 工作要细心 加强校核 注意事项 1 测量过程中应尽量用目估或步测保持前 后视距基本相等 2 仪器脚架要踩牢 观测速度要快 以减少仪器下沉 3 估数要准确 读数时