第四章水准测量和水准仪模板.ppt

2020 4 21 梁新美 第四章水准测量和水准仪 4 1水准测量原理与方法 4 2水准仪和水准尺 4 3水准测量外业施测 4 4水准测量的误差分析 4 5水准仪的检验与校正 2020 4 21 梁新美 高程测量方法 水准测量三角高程测量GPS测高气压计测高 2020 4 21 梁新美 4 1水准测量原理和水准仪 一 水准测量的基本原理a 后视读数b 前视读数则 的含义和符号 2020 4 21 梁新美 二 水准测量方法P1 P2 P3称为转点 起传递高程的作用 必须保持稳定不动 所以在水准测量时一般要在转点放置尺垫 2020 4 21 梁新美 转点 如果两点A B之间的距离较远 或高差较大时仅安置一次仪器不能测得A B的高差 需加设若干临时的立尺点 作为传递高程的过渡点 转点处可以放置尺垫 已知点和待测点不能放尺垫测站 每安置一次仪器称为一个测站 2020 4 21 梁新美 三 地球曲率和大气折光的影响 2020 4 21 梁新美 当前后视距的距离相等时 地球曲率和大气折光对一个测量站的高差没有影响 对向观测 2020 4 21 梁新美 4 3水准仪和水准尺一 水准仪的基本部件水准仪的型号有DS05 DS1 DS3等1 水准仪的构造A 望远镜B 水准器C 基座2 水准仪的轴系及其关系圆水准轴 竖轴视准轴 管水准轴提供水平视线 DS3微倾式水准仪的构造 2020 4 21 梁新美 二 测量望远镜的构造及其成像原理a 望远镜成象原理 物镜 调焦透镜 目镜 十字丝分划板 物镜调焦螺旋 目镜调焦螺旋 2020 4 21 梁新美 b 十字丝分划板中丝 上丝 下丝 而上丝和下丝又称为视距丝D 100 下丝 上丝 视准轴 物镜光心与十字丝分划中心的连线c 望远镜的使用步骤 1 目镜调焦 使十字丝分划板最清晰 2 物镜调焦 使目标的像最清晰 3 消视差 2020 4 21 梁新美 视差 眼睛在目镜处上下移动时 发现目标的像与十字丝分划板相对移动的现象 产生视差的原因 目标的像没有成像于十字丝分划板上 视差的消除 1 按正确的操作步骤调目镜调焦螺旋 物镜调焦螺旋 2 控制眼睛本身不作调焦 三 水准器及其灵敏度a 水准管 精平 上刻有2mm间隔分划线 分划线与中间的零点成对称 水准轴 过零点与圆弧相切的切线LL1 分划值 相邻两分划线间弧长所对的圆心角值 2020 4 21 梁新美 水准管的分划值与圆弧的半径R成反比 水准管的灵敏度 气泡准确而快速移居管中最高位置的能力 水准管的灵敏度与水准管的圆弧的半径R 内表面的研磨情况 液体的性质 气泡的长度和温度等有关 2020 4 21 梁新美 b 圆水准器 粗平 圆水准轴 零点与球心的连线 2020 4 21 梁新美 当气泡符合时 当气泡不符合时 符合水准器在水准管上装有符合棱镜系统 通过符合棱镜系统将气泡两端的影像反射到同一平面上 影像底端符合 则气泡居中 气泡不符合的位置正好是符合位置的两倍 可使气泡居中的精度提高一倍 2020 4 21 梁新美 光学自动安平水准仪 2020 4 21 梁新美 2020 4 21 梁新美 2020 4 21 梁新美 2020 4 21 梁新美 二 水准尺分为黑面与红面 黑面尺 主尺 底端刻划为0 而红面尺 辅助尺 底端刻划分别为4 687或4 787 黑红面的零点差为4 687或4 787 2020 4 21 梁新美 1 7 1 6 1 5 中丝读数 1592 中丝读数 0479 2020 4 21 梁新美 三 尺垫作用 防止在观测过程中水准尺下沉和变位 四 水准仪的使用步骤 1 安置2 粗平3 瞄准 消视差 4 精平5 读数 2020 4 21 梁新美 4 3水准测量外业施测水准测量的主要技术要求 2020 4 21 梁新美 2020 4 21 梁新美 一 普通水准测量1 第一测站 安置整平仪器 照准后尺黑面 消视差 调微倾螺旋使符合水准器严密居中 读取中丝读数 2 转动仪器 照准前尺黑面 调微倾螺旋使符合水准器严密居中 读取中丝读数 3 第二测站 同上 注意 转点处可以放置尺垫 已知点和待测点不能放尺垫两次仪器高法双面尺法 2020 4 21 梁新美 二 四等水准测量的观测步骤1 安置整平仪器 照准后尺黑面 消视差 调微倾螺旋使符合水准器严密居中 依次读取上 下丝及中丝读数 记入 1 2 3 栏中 2 转动仪器 照准前尺黑面 调微倾螺旋使符合水准器严密居中 依次读取中丝及上 下丝读数 记入 4 5 6 栏中 3 前尺变红面朝向仪器 使符合水准器严密居中 读取中丝读数 记入 7 栏 4 后尺变红面 仪器照准后尺红面 使符合水准器严密居中 读取中丝读数 记入 8 栏 以上观测顺序简称为 后 前 前 后 或黑 黑 红 红 梁新美 三 四等水准测量的观测限差 65 85 3 0 5 0 6 0 10 0 2 0 3 0 3 0 5 0 3 0 5 0 三等 四等 等级 仪器类型 标准视线长度 m 后前视距差 m 后前视距差累计 m 黑红面读数差 mm 黑红面所测高差之差 mm 检查间歇点高差之差 mm S3 S3 梁新美 三 四等水准测量的观测手簿 标尺读数 黑面 红面 高差中数 K 黑减红 方向即尺号 测站编号 后距 前距 后尺 前尺 下丝 上丝 上丝 下丝 视距差d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 后 前 后 前 1 1571 1197 1384 0551 0739 0363 5239 6171 1 0 37 4 37 6 0 2 0 2 1 0833 0932 0832 5 后5 前6 后 前 梁新美 三 四等水准测量的观测手簿 标尺读数 黑面 红面 高差中数 K 黑减红 方向即尺号 测站编号 后距 前距 后尺 前尺 下丝 上丝 上丝 下丝 视距差d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 后 前 后 前 2 2121 1747 1934 2008 2196 1821 6796 6621 1 0 37 4 37 5 0 1 0 3 1 0074 0175 0074 5 后6 前5 后 前 梁新美 三 四等水准测量的观测手簿 标尺读数 黑面 红面 高差中数 K 黑减红 方向即尺号 测站编号 后距 前距 后尺 前尺 下丝 上丝 上丝 下丝 视距差d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 后 前 后 前 3 1914 1726 1866 2055 1678 6554 6513 1 0 37 5 37 7 0 2 0 5 1 0140 0041 0140 5 后 前 后 前 1539 梁新美 三 四等水准测量的观测手簿 标尺读数 黑面 红面 高差中数 K 黑减红 方向即尺号 测站编号 后距 前距 后尺 前尺 下丝 上丝 上丝 下丝 视距差d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 后 前 后 前 4 1965 1700 1832 2007 2141 1874 6793 6519 1 0 26 5 26 7 0 2 0 7 1 0175 0274 0174 5 后 前 后 前 梁新美 三 四等水准测量的观测手簿 标尺读数 黑面 红面 高差中数 K 黑减红 方向即尺号 测站编号 后距 前距 后尺 前尺 下丝 上丝 上丝 下丝 视距差d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 后 前 后 前 5 0089 0020 0054 0087 0124 0050 4775 4842 1 1 6 9 7 4 0 5 1 2 0 0033 0067 0033 5 后 前 后 前 2020 4 21 梁新美 a0 b0 x2 x1 三 水准测量作业中应注意的问题 1 转点起着传递高程的作用 在相邻转站过程中 尺位要严格保持不变 一般要放置尺垫 2 前后视距要大致相等 以消除i角误差 3 每个测段的测站数应为偶数站 2020 4 21 梁新美 2020 4 21 梁新美 4 4水准测量的误差分析一 仪器误差1 仪器校正后的残余误差i角校正残余误差 这种影响与距离成正比 只要观测时注意前 后视距离相等 可消除或减弱此项的影响 2 水准尺误差由于水准尺刻划不准确 尺长变化 弯曲等影响 水准尺必须经过检验才能使用 标尺的零点差可在一水准段中使测站为偶数的方法予以消除 2020 4 21 梁新美 2020 4 21 梁新美 二 观测误差1 精平误差2 调焦误差3 估读误差在水准尺上估读毫米数的误差 与人眼的分辨能力 望远镜的放大倍率以及视线长度有关4 水准尺倾斜误差水准尺倾斜将使尺上读数增大 2020 4 21 梁新美 对读数的影响 一个测站 一条水准路线 梁新美 条件 1 尺子不升沉 仪器下沉2 和时间成比例3 观测速度均匀 采用后前前后的观测程序 作业很熟练 硬的路面观测可减小误差 三 外界环境的影响1 仪器下沉由于仪器下沉 使视线降低 从而引起高差误差 梁新美 往返观测取平均可减小尺子的升沉误差 2 水准尺下沉如果在转点发生尺垫下沉 将使下一站后视读数增大 采用往返观测 取平均值的方法可以减弱其影响 梁新美 1 视线高出地面0 3m 2 选择合适的天气 阴天 无风等 3 避开不利的环境 日出后 日落前半小时 中午 大风等 在晴天 地面温度高 空气的密度较上面的稀 光线向上折射 3 大气折光影响对策是避免用接近地面的视线工作 尽量抬高视线 用前后视等距的方法进行水准测量 2020 4 21 梁新美 4 日照及风力引起的误差温度会引起仪器的部件涨缩 从而可能引起视准轴的构件 物镜 十字丝和调焦镜 相对位置的变化 或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化 由于光学测量仪器是精密仪器 不大的位移量可能使轴线产生几秒偏差 从而使测量结果的误差增大 不均匀的温度对仪器的性能影响尤其大 例如从前方或后方日光照射水准管 就能使气泡 趋向太阳 水准管轴的零位置改变了 温度的变化不仅引起大气折光的变化 而且当烈日照射水准管时 由于水准管本身和管内液体温度升高 气泡向着温度高的方向移动 影响仪器水平 产生气泡居中误差 观测时应注意撑伞遮阳 梁新美 4 5水准仪的检验与校正 水准仪应满足的条件 1 水准仪应满足的主要条件有 水准管的水准轴和望远镜的视准轴平行望远镜的视准轴不因调焦而变动位置2 水准仪应满足的次要条件有 圆水准器的水准轴和仪器的旋转轴平行十字丝的横丝应当与仪器的旋转轴垂直 2020 4 21 梁新美 一 圆水准器轴平行于仪器的竖轴的检验和校正1 检验 转动脚螺旋 使圆水准器的气泡居中 然后将仪器旋转180 如果气泡仍居中 则说明满足此条件 否则 需要校正 V V L L V L L 2020 4 21 梁新美 2 校正 调动三个校正螺钉使气泡向中心移动偏距的一半 然后用校正针拨圆水准器底下的三个校正螺丝使气泡居中 在拨动各个校正螺丝以前 应先松一下松紧螺丝 校正完毕后勿忘把松紧螺丝再旋紧 此项检验和校正应反复进行 直至满足条件为止 2020 4 21 梁新美 二 十字丝横丝应垂直于竖轴的检验和校正1 检验精平仪器后 用十字丝横丝一端对准某一标志A 拧紧制动螺旋 转动微动螺旋的同时观察A点的移动轨迹与十字丝横丝是否重合 如果重合 则说明满足此条件 否则 需要校正 2 校正打开十字丝分划板的护盖 松开十字丝分划板座上四个固定螺丝 轻轻地转动分划板座 使横丝与A点的移动轨迹重合 此项检验和校正应反复进行 直到A点的移动轨迹与十字丝横丝重合为止 最后 拧紧固定螺丝 旋上十字丝分划板护盖 A A A A 2020 4 21 梁新美 a 三 水准轴平行于视准轴的检验和校正1 i角误差的对读数的影响2 i角误差的对测高差的影响 b 2020 4 21 梁新美 3 i角误差的检验原理在地面选定两个固定点A B 在不同的位置测出A B的两次高差 2020 4 21 梁新美 4 检验 1 在比较平坦的地面上选取距离为20 6米的A B两点 然后在BA延长线上选取一点1 使1到A的距离等于20 6米 最后在AB延长线上选取2点 使2点到B点的距离也等于20 6米 2 在A B两点放上尺垫并在尺垫上竖立水准尺 在1点架设水准仪分别读取在A B两点所竖立的水准尺上的中丝读数a1 b1 为了提高a1 b1的精度 可在A B两点水准尺上读中丝读数3至4次 然后取其平均值 3 将水准仪搬至2点 以同样的方法分别获取A B两点所竖立的水准尺上的中丝读数a2 b2 2020 4 21 梁新美 4 根据下式即可计算出水准轴与视准轴之间的夹角i角 2020 4 21 梁新美 5 校正此时仪器在2点 先计算出视准轴水平时在A尺上的正确读数a2 a2 xA 然后转动微倾螺旋 使A尺上的中丝读数变为a2 此时水准管气泡必然不居中 用校正针拨动水准管上 下两校正螺丝 使气泡重新居中 此项检验与校正应反复进行 直至i角误差在规定的限差之内为止 四 注意事项1 水准轴平行于视准