第二章---水准测量1.ppt

第二章水准测量目的要求 1 掌握水准测量的原理及水准仪 水准尺的构造 2 掌握水准路线的施测方法 3 掌握水准测量的校核措施及成果整理方法 第一节水准测量的原理一 水准测量概述1 高程测量 测定地面点高程的工作 是测量的基本工作之一 2 高程测量方法 水准测量 三角高程测量 气压高程测量 GPS高程测量 水准高程测量精度比较高 3 微倾水准仪类型 1 DS3 DS10型 用于测量的地面点位比较少 精度要求不高 如普通水准测量 复合水准测量 2 DS1 DS0 5型 用于测量的地面点位比较多 精度要求高 要建立高程控制网 再利用高程控制点测定地面点的高程 4 我国高程控制网我国已经在全国范围内建立了统一的高程控制网 分为一 二 三 四等级 一等级精度最高 四等级精度最低 低一级受高一级控制 遵循 整体到局部 逐级控制 逐级加密 的原则 5 等外水准测量 以国家三 四等水准点为起点 再布设加密水准点进行的水准测量 也可以假定一个独立的坐标系统 不连测到国家等级的点 二 水准测量原理水准测量是利用水准仪所提供的水平视线和在水准尺上的读数 从而测算出地面上两点之间的高差 然后根据其中一点的高程推算其它各点的高程 如图 HA已知 测出hAB hACHB HC 一 测量A B两点间的高差测A B两点的高差 A为已知点的高程 B为未知点的高程 在A B两点间安置水准仪 则A B两点间的高差为 hAB a bA b读数分别称为 1 后视读数 水准仪在已知点上的水准尺的读数 如在A点上的a2 前视读数 水准仪在未知点上的水准尺上的读数 如在B点上的b 3 求高差 用后视读数 前视读数次序不能颠倒 则 hAB a b4 高差的符号 1 hAB a b当a b时 hAB 0 B点对A点的高差为正 B点高于A点 如图 2 hAB a b当a b时 hAB 0 B点对A点的高差为负 B点低于A点 如图 二 未知点高程的计算方法1 高差法 求出已 未知点的高差 利用已知点的高程求未知点的高程 HB HA hAB HA a b 高程测量的实质就是测量高差 在未知点点数少的情况下用到这种方法 2 仪高法 利用仪器的视线高程计算未知点的高程 在未知点点数比较多时使用 仪器视线高程 Hi HA a等于已知点高程加上在已知点上的后视读数 HB HA hAB HA a b Hi bHC HA HAC HA a c Hi c 未知点的高程等于 视线高程Hi减去在未知点上的前视读数 水准仪是一种能提供水平视线的仪器 三 连续水准测量复合水准测量 当A B两点间的高差较大或距离较远时 安一次仪器观测不完 则需要选转点1 2 3安置多次仪器观测各段的高差 A B两点的高差等于各段高差的代数和 转点 在复合水准测量中起中间高程传递作用的点 用TP表示 如要求A B两点的高差hAB 则其步骤 1 在A的前方选TP1点的位置 瞄A读a1 再转过读TP1标尺 读b1 完成第一测站 2 同法观测各个测站 直至测到B点 每一测站高差为 h1 a1 b1h2 a2 b2 hn an bn h a b即各段高差总和应等于后视读数总和减去前视读数的总和 则 hAB h a bHB HA hAB HA a b 第二节水准仪及其使用水准仪的分类简介1 按精度分 1 精密水准仪 用于国家一 二等水准测量 有DS0 5 DS1 2 普通水准仪 用于国家三 四等水准测量及一般水准测量 有DS3 DS10 D 大地测量仪器 S 水准仪代号 2 按构造分 1 微倾水准仪 望远镜和水准器可在竖直面内作微小转动 当水准管气泡居中时 望远镜 视准轴 居水平位置 有粗平 精平 2 自动安平水准仪 半自动地提供水平视线 即当圆水准器的气泡居中时 望远镜内的视线通过一块补偿器来使得视线水平 3 激光水准仪 安装有激光发射管 4 精密水准仪 望远镜放大倍率高 精平精确度高 一 DS3型微倾水准仪主要组成部分 望远镜 水准器 托板及基座 一 DS3型微倾水准仪的构造1 望远镜 1 形式 内对光望远镜 2 特点 A 密封性能好 B 镜筒短 C 望远镜内装有调焦透镜 凹透镜 对光时 物镜的位置不变 靠调焦透镜前后移动来调节焦距使得目标清楚 3 组成部分 物镜 目镜 调焦透镜 十字丝分划板 对光螺旋 目镜螺旋 里面还有 视准轴 十字丝交点与物镜光心的连线 视距丝 十字丝中的上下两根短丝 即上丝和下丝 2 水准器 1 水准管 用于精确地整平仪器 主要用于精确调节使视准轴水平 A 水准管 把玻璃管的纵向内壁磨成圆弧 管内装有乙醇或乙醚 水准管圆弧中点称为水准管的零点 则 水准管轴 过零点与水准管内壁圆弧相切的直线称为水准管轴 B 水准管分划值 即水准管上相邻的两分划线间的弧长所对的圆心角值 即 20 2mm 分划值小 说明水准管的灵敏度越高 C 水准管轴与视准轴的关系 LL CC 互相平行 当仪器用久后 不平行 可用校正螺丝调节水准管轴 使其恢复平行 当水准管气泡居中时 水准管轴水平 直接调节 因LL CC 则视准轴也水平 间接 D 判断气泡居中的方法 为了提高判断气泡居中的精度 在水准管的上方安装有一组符合棱镜组 使气泡两个半边影像反映到观察窗来 方法 气泡两个半边影像符合成圆弧时 则气泡居中 可以通过调节微倾螺旋得到 2 圆水准器 顶面内壁是个球面 球面中心有圆圈 圆圈中心为圆水准的零点 A 圆水准器轴 圆水准器零点的法线LL B 作用 用于粗略地整平仪器 调三个脚螺旋得到 当圆水准气泡居中时 LL处于竖直位置 C 圆水准器的分划值 8 2mm灵敏度低 3 基座包括 轴座 脚螺旋 托板和连接板 托板上有 水平制动螺旋 水平微动螺旋 微倾螺旋 圆水准器 二 DS3型微倾水准仪的主要轴线关系1 圆水准器轴平行于竖轴L L VV2 十字丝横丝垂直于竖轴3 水准管轴平行于视准轴LL CC 主要条件 二 水准尺与尺垫 一 水准尺1 分类 1 塔尺 精度低 2 折尺 精度低 3 直尺 即板尺 精度高 2 塔尺 折尺 1 规格 塔尺长5米 分5段 折尺长4米 分两段 2 刻度 注记 黑白相间 1厘米或0 5厘米一刻度 1分米一注记 米的注记用红点表示 标在分米数上 如图 3 板尺 直尺 双面尺 1 规格 长3米 两面有分划和注记 2 黑面尺 主尺 黑白相间 1厘米一刻度 1分米一注记 每个E有5厘米长 底端读数为 0 3 红面尺 辅尺 红白相间 用于校核 刻度 注记同上 底端读数有两种 4 787和4 687米 读数 以米为单位 直接读米和分米 再数厘米格 估读毫米数 二 尺垫 三角形铁座 中间有圆形突起 供水准尺放在其上 作用 在土质疏松处 以防尺子下陷 三 微倾水准仪的使用 一 安置仪器 1 位置 在两个被测点连线的中垂线上 即仪器到两个被测点的距离大致一样 2 注意 架头要平 架高适中 用连接螺旋连接仪器到脚架上 二 粗略整平 1 方法 如图 A 转动1 2个脚螺旋 使气泡往中间移动 B 再转动第三个脚螺旋 使气泡往正中央移动 2 气泡移动的规律 气泡移动的方向与左手大拇指转动方向一致 三 瞄准水准尺1 目镜调焦 松开水平制动螺旋 望远镜对准亮光处 调节目镜螺旋 使十字丝影像清晰 2 粗略瞄准 转动望远镜使准星和照门大致对准目标 再拧紧水平制动螺旋 3 物镜调焦 转动对光螺旋 使目标影像清晰 4 精确瞄准 转动水平微动螺旋 使竖丝处于水准尺的中央 图2 19 5 消除视差 交替调节目镜螺旋和对光螺旋直至目标成像稳定 A 视差 物像与十字丝不重合的相对移动现象 B 检查是否有视差的方法 眼睛上下移动 检查十字丝横丝与物像是否相对移动 若是 则有视差 C 消除视差的方法 交替调节目镜螺旋和对光螺旋 直至物像成像稳定 D 有视差存在时对读数的影响 三个图 四 精平与读数1 精平转动微倾螺旋 使观察窗内的两个半边气泡影像符合成圆弧 则水准管气泡居中 水准管轴水平 LL CC 则视准轴水平 2 读数 精平后 立即用十字丝的中间横丝进行读数 1 从上到下 由小到大来读数 2 以米为单位 直接读米和分米 再数厘米格 最后估计毫米 有3位小数 3 读完数后 还要检查是否精平 否则 重新读数 4 检验 用红面尺进行检验 即红 黑 4 687米或4 787米 3mm 第三节水准测量方法一 水准测量外业 一 水准点1 水准点 沿水准路线每隔一定的距离布设的高程控制点 用 BM 表示 2 分类 1 临时性 短时间内使用 可用红油漆或木桩标定 2 永久性 长期使用的 如国家控制点 可用混凝土或石料制成 二 水准路线水准路线 水准测量设站观测经过的路线 1 闭合水准路线 水准路线从一个已知高程点BMA出发 沿着各个待定高程的点1 2 3进行水准测量 最后又回到原来的起点BMA上来 称之为闭合水准路线 图2 28 2 附合水准路线 水准路线从一个已知高程点BMA出发 沿着各个待定高程的点1 2 3进行水准测量 最后附合到另外的一个已知点水准点BMB上来 这种水准路线称为附合水准路线 图2 29 3 支水准路线 水准路线从一个已知高程点BMA出发 既不闭合也不附合 而是支出几个点就结束了 称之 图2 29 三 水准测量的方法复合水准测量 当A B两点间的高差较大或距离较远时 安一次仪器观测不完 则需要选转点1 2 3安置多次仪器观测各段的高差 A B两点的高差等于各段高差的代数和 转点 在复合水准测量中起中间高程传递作用的点 用TP表示 步骤 1 在BMA的前方选TP1点的位置 瞄A读a1 再转过读TP1标尺 读b1 完成第一测站 记录于表格内 2 同法观测各个测站 直至测到BMB点 每一测站高差为 h1 a1 b1h2 a2 b2 hn an bn h a b即各段高差总和应等于后视读数总和减去前视读数的总和 则 hAB h a bHB HA hAB3 校核说明 a b h H终 H始 上述三项相等 说明计算过程正确 但不能说明观测记录的正确性 实习一微倾水准仪的认识与使用一 实习目的 内容和要求 1 掌握微倾水准仪各个部分的构造和作用 2 掌握水准仪的操作使用方法 3 掌握两点之间高差的观测方法 二 实习地点 仪器 工具 服务楼前 大鹏鸟旁边 水准仪1 水准尺1 三 实习方法 一 微倾水准仪的构造 1 望远镜的形式 组成部分 2 水准管用于 气泡判断居中的方法 3 托板上有 基座包括 二 水准仪的使用及两点高差的观测1 在指定的范围内选择2个点作为观测点 在两点中垂线上安仪器 测定其高差 假定HA 110米 2 粗平 1 方法 绘示意图再回答 2 气泡移动的规律 3 瞄准目标 1 粗瞄 2 对光消除视差 方法 3 准确瞄 用十字丝的对准标尺的中间 4 精平 方法 调 5 读数 方法 检查精平 6 校核 红 黑 4 687米或4 787米 3mm 7 计算两点间高差的方法 hAB a bHB HA hAB 水准测量记录手簿 单位 米 实习二闭合水准路线测量与成果计算一 实习目的 内容和要求 1 进一步巩固水准仪的构造和使用方法 2 掌握利用水准仪观测闭合水准路线的方法 3 掌握闭合水准路线的成果整理方法 二 实习地点 仪器 工具 服务楼前 大鹏鸟旁边 水准仪1 水准尺1 三 实习方法 1 在指定的范围内选择4个点作为闭合水准路线 在每相邻两个点之间安仪器测定其高差 假定H1 110米 2 在1和2点之间安置水准仪 粗平 瞄准 精平 读数 检查是否精平 3 校核 每点都用红面尺校核 即红 黑 4 687米 3mm或红 黑 4 787米 3mm 4 依次观测得各相邻点之间的高差 h1 a1 b1h2 a2 b2 hn an bn h a b 5 总校核 h测 h1 h2 hn h理 0fh容 10 n 20mmn 4fh h测 h理fh fh容四 把观测结果填于下表中 水准测量记录手簿 单位 米 五 内业计算 水准测量记录手簿 单位 m 校核说明 五 内业计算 二 水准测量内业 一 水准测量精度要求高差闭合差的容许误差为 平地fh容 40 L mm 或fh容 10 n mm 该式子用得比较多 山地fh容 12 n mm 上式中 D 水准路线总长公里数 n 总测站数 为了避免错误 达到一定的观测精度 要进行校核 二 水准测量的校核方法与平差1 测站校核在每一个测站内采用一定的观测方法 以检查一个测站内的高差是否符合要求 称之为测站校核 1 双仪高法 改变仪器高度法 在同一测站上用不等高度的两次仪器测定两点之间的高差 即若测得 h1 h2 5mm 则符合要求 取其平均值做结果 2 双面尺法 A 仪器的高度不变 分别用黑面尺 红面尺测得两次高差 h1 h2 5mm 则符合要求 取其平均值做结果 B 每一点单独用红面尺检验校核 即 红 黑 4 687米 3mm或红 黑 4 787米 3mm 测站校核只是检验本测站内有无问题 并不能保证整条水准路线达到精度要求 因为转点处立尺常常会出现问题 或者是测站数多了 误差容易积累 所以必须进行路线的成果检核 符合精度要求后 再进行内业计算 2 水准路线校核与平差水准路线测量外业工作结束后 要检查外业手簿 确认无误后 再转入内业计算 水准路线测量内业计算的内容 包括水准路线闭合差的计算和分配以及水准点高程的计算 1 闭合水准路线的校核与平差A 闭合水准路线的高差理论值等于零 即 h理 0B 闭合水准路线的高差观测值为 h测 h1 h2 h3 hn 水准测量工作是在野外进行的 由于各种外界因素的影响 测量成果中不可避免地含有一定的误差甚至错误 所以对水准测量成果要进行检核 由于误差的存在 水准测量的实测高差与其理论值往往不相符合 其差值称为水准路线的闭合差 3 高差闭合差 水准测量的实测高差与其高差理论值之差 用fh表示 fh h测 h理 h测小于容许误差则符合要求 fh容 10 n 20mmn 4fh fh容则其精度符合要求 4 高差闭合差的调整A 调整目的 使fh 0即 使高差观测值 理论值B 调整方法 将闭合差fh按相反的符号 并按与测站数 或与测段距离 成正比例地分配到各段高差中去 则其高差改正数计算公式为 按测站数 hi fh n ni 按距离 hi fh D Di P43按距离公式计算的 如 h1 fh D D1 0 09 6 1 20 0 018米检核 h fh 5 求改正后的高差 hi改 hi测 hi检核 hi改 h理 6 各点高程的计算经过检核过的改正后的高差 由起点开始 逐点推算出各点的高程 H1 HBM1 h1改 34 561 0 747 35 308米H2 H1 h2改 35 308 0 308 34 779米检核 HBM1 H4 h5改 31 355 3 206 34 561 HBM1 已知 则计算正确 2 附合水准路线的成果检核A 附合水准路线的高差理论值应等于终点和起点的高程之差 即 h理 H终 H始B 附合水准路线的高差观测值为 h测 h1 h2 h3 hnC fh h测 h理 h测 H终 H始 小于容许误差则符合要求 其余的各个步骤与闭合水准路线的相同 3 支水准路线的成果检核观测时 对其进行往返观测 检核方法如下 1 fh h往 h返小于容许误差则符合要求 2 精度要求 fh容 40 D mm fh容 12 n mm D 往返水准路线总公里数n 往返总测站数若fh