《水准测量》PPT课件.ppt

第三章水准测量 主讲人 土建系李敏 电话第三章水准测量 3 1水准测量原理 3 2水准仪及其使用 3 3自动安平水准仪及数字水准仪 3 4水准测量方法 3 5微倾式水准仪的检验与校正 3 6水准测量误差的分析及注意事项 高程测量概念测量地面上各点高程的工作 称为高程测量 测量方法 1 水准测量 leveling 2 三角高程测量 trigonometricleveling 3 气压高程测量 airpressureleveling 粗略 4 GPS测量 GPSleveling 一 水准测量实质 利用水准仪提供的 水平视线 测量两点间高差 从而由已知点高程推算出未知点高程 hAB A B HA 水平视线 水准尺 水准尺 a b 3 1水准测量原理 A 后视点a 后视读数B 前视点b 前视读数 A B两点间高差 B点的高程 高差法 B点高程还可通过仪器的视线高程Hi计算 仪高法 视线高程 A B a b HA已知 HB 二 转点TP turningpoint 的概念 转点 若两点之间距离较远 或高差较大时 仅安置一次仪器便不能测得它们的高差 这时需要加设若干个临时的立尺点 作为传递高程的过渡点 如图 若A B两点间布设一些过渡点 转点 1 2 3 将其分为n段 则用水准仪分别测得各段高差为h1 h2 hn 则有 hAB h1 h2 hn a1 b1 a2 b2 an bn a b h1 a1 b1 h2 a2 b2 h3 a3 b3 hn an bn HB HA hAB 水准仪分类按精度分 DS05 DS1 DS3 DS10 DS20D 大地测量S 水准仪数字 表示仪器的精度 即每千米往 返测得高差中数的中误差 mm 按构造分 微倾式水准仪 自动安平水准仪 数字水准仪等工程测量中常使用DS3型水准仪 该仪器精度为 3mm km 3 2水准仪及其使用 一 DS3型水准仪的构造主要由望远镜 水准器 基座三部分组成 微动螺旋 制动螺旋 望远镜调焦螺旋 物镜 准星 缺口 水准管 圆水准器 三脚架 脚螺旋 微倾螺旋 目镜 水准管目镜 DS3水准仪的构造 仪器各部件的名称 管水准器 准星 缺口 目镜调焦螺旋 目镜 符合水准器影像观测镜 管水准器校正螺钉 圆水准器 圆水准器校正螺丝 基座 脚螺旋 2 DS3水准仪的构造 仪器各部件的名称 基座底板 微倾螺旋 物镜调焦螺旋 望远镜 物镜 望远镜制动螺旋 望远镜微动螺旋 DS3微倾式水准仪 水准仪主要由望远镜 水准器 基座三部分组成 1 望远镜 telescope 望远镜由 物镜 目镜 调焦透镜 十字丝分划板 上 中 下丝 组成 视准轴 物镜的光心与十字丝交点的连线 水准管 bubbletube 或叫管水准器 用来标志视准轴是否水平的装置 用于精平 圆水准器 circularbubble 用来标示仪器竖轴是否铅垂的装置 用于粗平 特性 气泡始终向高处移动 2 水准器 bubble 管水准器 水准管 用来指示视准轴是否水平 水准管圆弧中点O称为水准管零点 过零点与内壁圆弧的切线LL 称为水准管轴 当水准管气泡中心与零点重合时 称气泡居中 此时水准管轴处于水平位置 若气泡不居中 则水准管轴处于倾斜位置 水准管零点 水准管轴 气泡居中 管水准器 水准管 水准管2mm的弧长所对应的圆心角 称为水准管分划值 R 水准管圆弧半径 mm 206265 DS3型水准管分划值要求不大于为20 2mm 水准管分划值 2mm 符合水准器 通过符合棱镜的反射作用 使气泡两端的影像反映在望远镜旁的符合气泡观测器中 由观察窗看气泡两端的半像的吻合与否 来判断气泡是否居中 若两个半像吻合 说明气泡居中 此时水准管轴处于水平位置 圆水准器 用来指示竖轴是否竖直 圆水准器顶面的内壁被磨成球面 刻有圆分化圈 圆圈的圆心称为水准器零点 过零点的球面法线 称为圆水准器轴 当圆水准器气泡居中时 圆水准轴处于竖直位置 圆水准器分划值是指通过零点的任意一个纵断面上 气泡中心偏离2mm的弧长所对圆心角的大小 DS3水准仪圆水准器分划值一般为8 10 2mm 故只用于仪器的概略整平 主要由轴座 脚螺旋和连接板构成 调节仪器上的三个螺旋就可以使圆水准气泡居中 轴座 脚螺旋 连接板 3 基座 水准仪有以下主要轴线 视准轴CC 水准管轴LL 仪器竖轴VV和圆水准器轴L L 以及十字丝横丝 各轴线间应满足的几何条件是 圆水准器轴平行仪器竖轴 十字丝横丝垂直仪器竖轴 水准管轴平行视准轴 4 仪器满足的几何条件 单面尺 仅有黑白相间的分划 尺底为零 双面尺 直尺或板尺 黑面尺 基本分划 红面尺 辅助分划 用于三 四等精度以下的水准测量中 2 尺垫 1 水准尺 尺面分划为1cm 每10cm处 E字形刻划的尖端 注有阿拉伯数字 作用 放在转点上 以防水准尺下沉 操作程序 安置水准仪 粗平 瞄准 精平 读数1 安置水准仪 三 水准仪的使用 A B HA已知 HB 规律 气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致 方法 1 对向转动脚螺旋1 2 使气泡移至1 2方向中间 2 转动脚螺旋3 使气泡居中 2 粗平 调节脚螺旋 使圆水准气泡居中 3 瞄准水准尺A 方法 1 先用准星器粗瞄 后制动2 然后调焦 3 再用微动螺旋精瞄 A B 注意视差 概念 眼睛在目镜端上下移动时 十字丝与目标像有相对运动 产生原因 目标像平面与十字丝平面不重合 消除方法 反复交替调节目镜和物镜对光螺旋 4 精平 方法 如图所示 调节微倾螺旋 使水准管气泡成像抛物线符合 微倾螺旋 符合水准器影像观测镜 精平后 用十字丝的中丝在水准尺上读数 1 方法 米 分米看尺面上的注记 厘米数尺面上的格数 毫米估读 2 规律 读数在尺面上由小到大的方向读 故仪器若成倒像的 从上往下读 若成正像 即从下往上读 5 读数 读数 0 712m 水准尺读数实例 0 859m 然后重复前面的 3 4 5 精确瞄准前视标尺B的黑面读数 最后 A B两点间高差 若使用的红面 所得高差为 A B 瞄准 精平 读数 A B a b 二 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 望远镜放大率不小于40倍 2 水准管分划值一般为10 2mm 3 采用光学测微器读数 可直接到0 1mm 估读到0 01 4 配专用精密水准尺 5 结构精密 性能稳定 测量精度高 精密水准仪 操作方法与DS3水准仪基本相同 1 粗略整平 2 瞄准目标 3 精确整平 只是在精平后 十字丝横丝往往不恰好对准水准尺上某一整分划线 此时需要转动测微轮使视线上下平移 让十字丝的契形丝正好正好夹住一条整分划线 4 读数 应该是读被夹住的分划线读数和测微尺读数 然后两者相加 3 3自动安平水准仪及数字水准仪 自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替水准管 使视准轴水平 特点 a 视准轴自动安平 b 提高水准测量精度 c 减少操作步骤 提高工作效率 一 自动安平水准仪 二 激光水准仪 用激光束代替望远镜水平视线的装置特点 1 视准轴为一束红色可见光 2 广泛应用于建筑施工放样 水平场地的测设 大型设备安装 普通水准仪中内置激光器 电源 三 数字水准仪 优点 具有自动安平 显示读数和视距功能 与计算机数据通讯 避免人为观测误差 将编码了的水准尺影像进行一维图像处理 用传感器代替观测者的眼睛 从望远镜中看到水准尺上的 刻划 的测量信号 由微处理器自动计算出水准尺上的读数及仪器至标尺的水准尺 3 4水准测量方法 一 水准测量的外业 一 水准点 BenchMark 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点 称为水准点 一般用BM表示 有永久性和临时性两种 国家水准点分为一 二 三 四等 按规范规定埋设永久性标石标志 图根水准点和施工测量水准点常采用临时性标志 有些水准点也可以设置在稳定的墙上 称为墙上水准点 BMA BMB 前进方向 注意 1 水准仪安置在离前 后视距离大致相等之处 2 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 二 待定点高程的测量和计算检核 1 外业测量 2 测站检核测站检核的方法有两种 1 变动仪器高法 即在同一测站上 改变仪器高度在10cm以上 两次测定高差 若两次测得高差之差在允许范围内 四等水准测量为5mm 等外水准测量为6mm 则取其平均值作为该站的高差 例如 第一次测得高差 h1 1 236第二次测得高差 h2 1 238两次高差之差为2mm 则该站平均高差为 h 1 237m BM TP1 h 2 双面尺法 即在一测站上仪器高度不变 分别用水准尺的黑面 红面各自测出两点间的高差 若两次测出的高差不超过容许值 则取高差的平均值作为观测的结果 双面水准尺 黑面尺的尺底为0 000米 红面尺的尺底有两个尺常数 一把尺为4 687米 另一把尺为4 787米 因此红面算得的高差应 0 100m之后 再与黑面高差进行比较 即 使用黑面读数 得高差为h黑 a黑 b黑 使用红面读数 得高差为h红 a红 b红 水准测量手簿 测站 点号 水准尺读数 后视 a 前视 b 高差 m 高程 m 备注 BMA TP1 1 134 1 677 TP1 TP2 1 444 1 324 TP2 TP3 1 822 0 876 TP3 TP4 1 820 1 435 TP4 BMB 1 422 1 304 计算检核 a b 二 水准路线的布设形式 1 闭合水准路线 closedlevelingline 由已知点BM1 已知点BM1 理论高差上应该等于0 若实际高差不等于0 则产生高差闭合差 不能超过允许值 若超过就不符合要求 对于附合水准路线 理论高差 不能超过允许值 若超过就不符合要求 2 附合水准路线 annexedlevelingline 由已知点BM1 已知点BM2 对于附合水准路线 实测高差 1 2 3 支水准路线 spurlevelingline 由已知点BM1 某一待定水准点A 往 返 不能超过允许值 若超过就不符合要求 理论上 实际测量高差若不等于0 则产生高差闭合差 实际测量 4 结点水准网若测区范围较大 或待求点高程较多时 可由若干条单一水准路线相互连接构成如图所示的形状 称为水准网 BMA BMB BMC 单结点附合水准网 独立水准网 三 水准测量的内业 一 内业进行的工作步骤1 计算高差闭合差 closingerror 公式 故对于闭合水准路线 有 对于附合水准路线 有 对于支水准路线 有 2 高差闭合差的校核 对于普通水准测量 式中 fh容 高差闭合差限差 单位 mm L 水准路线长度 单位 km n 测站数 对于国家四等水准测量 式中 fh容 高差闭合差限差 单位 mm L 水准路线长度 单位 km n 测站数 3 高差闭合差的调整 按与距离L或测站数n成正比原则 将高差闭合差反号分配到各段高差上 按距离 或按测站数 4 高差闭合差的检核 检核 5 计算改正后的高差 用测量最初得到的高差加上各段的改正数 得到改正后的高差 6 计算各待定点高程 用改正后的高差和已知点的高程 来计算各待定点的高程 二 水准测量内业计算举例 例 如图按图根水准测量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 第一步计算高差闭合差 第二步计算限差 假设为等外水准测量 且测区比较平坦 故可进行闭合差分配 例题解算 第三步高差闭合差的调整 第四步高差改正数的检核 说明不对 没有满足 再回到上一步 继续调整各vi值 直到满足为止 第五步计算各段改正后高差改正后高差 改正前高差 改正数Vi即 第六步 最后计算待求点的高程 H1 HBM A h1改 45 286 2 323 47 609 m H2 H1 h2改 47 609 2 802 50 411 m H3 H2 h3改 50 411 2 252 48 159 m HBM B H3 h4改 48 159 1 420 49 579 m 闭合水准路线在进行内也计算的时候与附和水准路线有什么区别呢 作业 课后习题16 20 复习 2 4水准测量的外业和内业 3 5水准仪的检验与校正 一 水准仪应满足的几何条件 1 圆水准器轴L L 平行于竖轴VV 2 十字丝的中丝应垂直于竖轴VV 3 水准管轴LL应平行于视准轴CC 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a 首先用脚螺旋使水准气泡居中b 将仪器绕竖轴旋转180 目的 圆水准器轴平行于仪器竖轴 仪器旋转180 2 校正方法 首先稍微松位于圆水准器下面中间部位的固定螺丝 然后调整其周围的三个校正螺旋 使气泡向居中位置移动偏移量的一半 再用脚螺旋整平 使圆水准气泡居中 2 十字丝中丝的检验与校正 目的 保证十字丝横丝垂直于仪器竖轴 1 检验方法 2 校正方法 校正方法因十字丝分划板装置的形式不同而异 3 管水准器的检验与校正 检验目的 是保证望远镜视准轴CC平行于水准管轴LL 1 检验方法 1 在C点处安置水准仪 观测前后视读数 需进行测站检核 若两次高差之差不超过3mm 则取两次高差的平均值hAB作为最后结果 a1 b1 x1 x2 i i A B C DAC 80 100mDAC DBC 2 在离B点大约3m左右的D点处安置水准仪 精平后读得B点尺上的读数为b2 然后 瞄准A点水准尺 读出中丝的读数a2 i a2 b2 a2 x D 1 3m 理论上 根据上述b2和高差hAB算出A点尺上视线水平时的应读读数为 如果a2 与a2相等 表示两轴平行 否则存在i角 其角值为 2 校正方法 转动微倾螺旋 使十字丝的中丝对准A点尺上应读读数a2 此时视准轴处于水平位置 而水准管气泡不居中 再拨动水准管的校正螺丝 使气泡的两个半像吻合 思考 1 详细分析水准测量过程中误差的来源有哪些 分别可以采取什么样的方法来减弱或消除这些误差 2 水准测量时为什么要求前后视距离大致相等 仪器校正后的残余误差 经校正后 仪器不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条件 处理 只要观测时注意使前 后视距离相等 便可消除或减弱此