工程测量ppt-第二章水准测量..

第二章水准测量 2 1高程测量的概述 高程测量的方法 常用的有三种 1 水准测量 应用仪器提供水平视线进行测量 比较两点之间的高差2 三角高程测量 利用角和两点间的距离来测量3 气压高程测量 通过测量大气压强来测量高程 2 2水准测量的原理 水准仪的作用 提供一条水平视线 原理 利用水平视线 借助水准尺直接测量各点间高差 然后根据已知高程推算待求高程 AB HB HA 高差法如果水准测量是由A到B进行的 如图2 1中的箭头所示 则A点尺上的读数称为后视读数 记为a B点为待定高程点 B点尺上的读数称为前视读数 记为b 两点间的高差等于后视读数减去前视读数 即hAB a b 若a大于b 则高差为正 B点高于A点 反之高差为负 则B点低于A点 因为水准仪提供的水平视线可认为与大地水准面平行 由图2 1可知HB HA hAB HA a b 高差法 例1 图中已知A点高程HA 452 623m 后视读数a 1 571m 前视读数b 0 685m 求B点高程 解 B点对于A点高差 hAB 1 571 0 685 0 886mB点高程为 HB 452 623 0 886 453 509m 例2 图2 2中 已知A点桩顶标高为 0 00 后视A点读数a 1 217m 前视B点读数b 2 426m 求B点标高 解 B点对于A点高差 hAB a b 1 217 2 426 1 209mB点高程为 HB HA hAB 0 1 209 1 209m 例3 图2 2中 已知A点桩顶标高为512 230m 现在要求挖一个坑 坑底的B点高程为511 150m 现在某测量员架设仪器读得A点读数为a 1 217m 那么B点读数b应为多少才能达到要求 解 根据公式 HA a HB b可得b 512 230 1 217 511 150 2 297m 视线高程法 如图所示 B点高程也可以通过仪器视线高程Hi 求得 视线高Hi HA a待定点高程HB Hi b由式 2 4 通过视线高推算待定点高程的方法称为视线高程法 例3 图2 3中已知A点高程HA 423 518m 要测出相邻1 2 3点的高程 先测得A点后视读数a 1 563m 接着在各待定点上立尺 分别测得读数b1 0 953m b2 1 152 b3 1 328m 解 先计算出视线高程Hi HA a 423 518 1 563 425 081m各待定点高程分别为 H1 Hi b1 425 081 0 953 424 128mH2 Hi b2 425 081 1 152 423 929mH3 Hi b3 425 081 1 328 423 753m 高差法和视线高法的测量原理是相同的 区别在于计算高程时上次序的不同 在安置一次仪器需求出几个点的高程时 视线高程法比高差法方便 因而视线高法在建筑施工中被广泛采用 2 3测量仪器和工具 进行水准测量的仪器是水准仪 测量工具是水准尺和尺垫 DS3意义 水准仪按结构分类 目前主要有微倾式水准仪和自动安平水准仪和电子水准仪本节主要介绍微倾式水准仪 主要由望远镜 基座和三脚架组成 一 水准仪 2 3测量仪器和工具 仪器各个部分的名称 2 3测量仪器和工具 望远镜 望远镜主要由物镜 镜筒 调焦透镜 十字丝分划板 目镜等部件构成 2 3测量仪器和工具 2水准器作用 供整平仪器使用分为圆水准器和管水准器 2 3测量仪器和工具 圆水准器 用来粗略整平 球面中央圆圈 圆圈的圆心称为水准器零点 过零点的球面法线 称为圆水准轴 当圆水准器气泡居中时 圆水准轴处于竖直位置 2 3测量仪器和工具 2 管水准器 水准管圆弧中点O称为水准管零点 过零点与内壁圆弧相切的直线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 管水准器 水准管 用来指示视准轴是否水平 2 3测量仪器和工具 如何判断仪器水平 2 管水准器 3 基座 主要由轴座 脚螺旋和连接板构成 轴座 脚螺旋 连接板 2 3测量仪器和工具 2 3测量仪器和工具 二 水准尺 塔尺 由两节或三节套接而成 长3m或5米 接头处存在误差 多用于精度较低的水准测量中 双面尺 直尺或板尺 黑面尺 基本分划 红面尺 辅助分划 常数K1 4 687m K2 4 787m 用于三 四等精度以下的水准测量中 2 3测量仪器和工具 三 尺垫 2 4水准仪的使用 一个测站的操作程序一 安置仪器二 粗略整平三 照准水准尺 对光 照准 调焦 视差 四 精平 使符合水准气泡吻合五 读数 读数由小向大读 估读一位 读后检查气泡 五 瞄准前视水准尺精平 读数六 记录 复读 2 4水准仪的使用 2 5水准测量的基本方法 一 水准点 在全国各地埋设的固定测量标志 并用水准测量的方法测定了它们的高程 这些高程标志叫做高程点 benchMark 简记为BM 永久点和临时点 点之记 草图 2 5水准测量的基本方法 二 水准测量的实施当地面上两点高差大 或两点距离较远时 超过了允许的视线长度 或两点间地形复杂 通视困难 必须在其间安置多次仪器 分段观测转点 简写为TP 是临时立尺点 作用是传递高程站点 是架设仪器的地方 每一测站可测得前 后视两点间的高差 即 h1 a1 b1h2 a2 b2 hn an bn各式相加 得 hAB h a bB点高程为 HB HA h BMATP1 2 036 1 118 0 918 TP1TP2 0 869 1 187 0 318 TP2TP3 1 495 1 078 0 417 TP3B 1 256 1 831 0 575 5 656 5 214 0 442 5 214 1 335 0 893 0 442 0 893 0 442 27 796 27 354 28 272 27 954 28 371 27 796 27 354 2 6水准测量的精度要求和内业计算 1 测站检核 变动仪高法 是在同一个测站上用两次不同的仪器高度 10cm 测得两次高差以相互比较进行检核 两次所测高差之差不超过容许值 等外水准测量容许值为6mm 否则必须重测 双面尺法 是仪器的高度不变 而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数 测得两次高差 相互进行检核 若同一水准尺红面与黑面读数 加常数后 之差 不超过3mm 且两次高差之差 又未超过5mm 则取其平均值作为该测站的观测高差 否则 需要检查原因 重新观测 2 6水准测量的精度要求和内业计算 二 成果校核 1 闭合水准路线 h理 0fh h测 式中fh容为高差闭合差的容许值 L为水准路线长度 以km为单位 n为水准路线测站数 当地形起伏较大 每1km水准路线超过16个测站时按山地计算容许闭合差 2 附合水准路线高差闭合差 h理 H终 H始 fh h测 H终 H始 3 支水准路线高差闭合差支水准路线在外业工作时已进行了往返观测 每测段都有往测高差h往和返测高差h返 每一测段的往 返相当于一个小闭合路线 其闭合差为fh h往 h返 如闭合差在容许范围以内 则可取其绝对值的平均值作为测段高差 符号与往测相同 用这个高差即可计算支线各点高程 fh h往 h返 水准管气泡对中误差 水准管气泡居中误差一般为 0 15 符合水准器 气泡居中精度可提高一倍 由气泡居中误差引起的读数误差为 读数误差 估读毫米数的误差 与人眼分辨能力 望远镜放大率以及视线长度有关 按下式计算 式中 V 望远镜放大率 D 视线长 60 人眼能分辨的最小角度 206265 水准管分划值 为保证读数精度 各等水准测量对望远镜放大率和最大视线长有相应规定 2 7水准测量误差及其消减方法 一 仪器误差 视差影响 视差对水准尺读数会产生较大误差 应仔细调焦 避免出现视差 水准尺倾斜 误差水准尺倾斜会使读数增大 其误差大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关 2 7水准测量误差及其消减方法 二 观测误差 仪器下沉 选择坚实的地面作测站 并将脚架踏实 用双面尺法进行测站检核时 采用 后 前 前 后 的观测程度 可减小其影响 尺垫下沉 水平视线在尺上的读数b 理论上应改算为相应水准面截于水准尺的读数b 两者的差值c称为地球曲率差 测量中当前 后视距相等时 通过高差计算可消除该影响 地球曲率的影响 三 外界条件影响 2 7水准测量误差及其消减方法 大气折光影响 由于地面上空气密度不均匀 使I光线发生折射 因而水准测量中 实际的读数不是水平视线的读数 而是一向下弯曲视线的读数 两者之差称为大气折光差 用 表示 在稳定的气象条件下 大气折光差约为地球曲率差的1 7 即 温度的影响 此项误差可用前 后视距相等的方法来消除 地球曲率差和大气折光差是同时存在的两者对读数的共同影响可用下式计算 三 外界条件影响 2 7水准测量误差及其消减方法 2 8水准测量误差及注意事项 一 水准仪应满足的几何条件水准仪有四条轴线望远镜的视准轴CC水准管轴LL 圆水准器轴L L 仪器的竖轴VV 水准仪必须满足 视准轴平行于水准管轴 CC LL 这一主要条件 圆水准器轴平行于仪器竖轴 L L VV 十字丝横丝与仪器竖轴垂直 2 9水准仪的检验和校正1 圆水准器的检验与校正目的 使圆水准器轴平行于竖轴 即L L VV检验 转动脚螺旋使圆水准器气泡居中 将仪器绕竖轴旋转180 气泡不再居中 需要校正 校正调整三个校正螺丝 使气泡向居中的位置移动偏移量的一半 用脚螺旋整平 使圆水准器气泡居中 校正工作一般都难以一次完成 需反复进行 最后应注意拧紧固紧螺丝 2 十字丝的检验与校正目的 使十字丝横丝垂直于竖轴 检验 用十字丝一端对准远处一明显标志M 转动望远镜 如果M点沿着横丝移动 则表示十字丝横丝与竖轴垂直 否则需要校正 M M M M 校正 松开十字丝分划板座的固定螺丝 转动整个目镜座 使十字丝横丝与M点轨迹一致 再将固定螺丝拧紧 当此项误差不明显时 一般不进行校正 因为在作业中通常总是利用横丝的中央部分读数的 3水准管轴的检验与校正目的 使水准管轴平行于视准轴 即LL CC 检验 设水准管轴不平行于视准轴 它们之间的交角为i 当水准管气泡居中时 视准轴不是水平线而倾斜了i角 水准仪至水准尺的距离越远 由此引起的读数偏差也越大 当仪器至尺子的前后视距离相等时 则在两根尺子上的读数偏差 也相等 因此不影响所求的高差 前后视距离相差越大 则角对高差的影响也越大 视准轴不平行于水准管轴的误差也称i角误差 检验 求两点间高差测出应读数计算i角 在平坦地面选择同一直线上的A B C三点 A B相距80m左右 各打一木桩或放尺垫 并使AC BC 检验 求两点间高差测出应读数计算i角 将水准仪安置于c点 在A B两点竖立水准尺 瞄准 精平后分别在A B点水准尺上读得a1和b1 则A B点间的正确高差 hAB a1 b1 a1 b1 检验 求两点间高差测出应读数计算i角 然后将水准仪安置于B点附近的C 处 离B点大约3m左右 精平后读得B点尺上读数b2 a2 b2 hAB 检验 求两点间高差测出应读数计算i角 瞄准A点水准尺 读取A点尺读数a2 如果a2 a2 说明两轴平行 否则存在i角 其值为i a2 a2 DAB 206265 对于DS3水准仪来说 i角值大于20 时 则需校正 校正 转动微倾螺旋 使十字丝的中丝对准A点尺上读数a2 此时视准轴处于水平位置 而水准管气泡却偏