第二章 水准测量

.,测量学surveying,主讲教师：胡晓,.,第二章水准测量,第一节水准测量的原理第二节水准测量的仪器与工具第三节水准测量的方法与校核第四节水准测量的成果整理,.,引子：基本观测元素：高差测量方法：,第一节水准测量的原理,距离：D角度：，高差：h,水准测量水准仪高三角高程测量经纬仪、全站仪中气压高程测量海拔仪低GPS高程测量GPS接收机中,1.1水准测量的原理A原理：根据已知点高程，利用水准仪提供的水平视线，测量已知点和未知点间的高差，从而推算出未知点的高程。测高差，算高程,.,B高差测量：以图为例,后视点（尺、读数）前视点（尺、读数）高差h=后视读数a-前视读数b,C高程计算：,2.视线高法：,1.高差法：,1.hAB0，hAB=0，hAB0，A，B哪点高？,2.hAB与hBA的关系,.,2.水准仪,水准仪：建立水平视线的仪器微倾水准仪、自动安平水准仪、数字水准仪,第二节水准测量的仪器与工具,DS3,.,ZeissKoni007自动安平水准仪,.,电子水准仪图,电子水准仪图,条码尺,测量键,.,2.水准仪,微倾水准仪按精度不同分为：DS05DS1DS3DS10型号下标：毫米数，表示1公里往、返测量的高差平均值的中误差(由于仪器引起的)。,构造：望远镜水准器基座,S3水准仪外型,第二节水准测量的仪器与工具,.,DS3水准仪,物镜,目镜,圆水准器,管水准器,水平制动螺旋,脚螺旋,准星,照门,校正螺丝,.,物镜调焦螺旋,脚螺旋,水平微动螺旋,目镜调焦螺旋,微倾螺旋,三脚架,DS3水准仪,.,望远镜与视差,（1）望远镜,目的：望远镜主要是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。它主要由：物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成。,.,视差：视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。即望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字丝与目标的像有相对移动。,消除视差的步骤：目镜调焦，使十字丝最清晰；物镜调焦，使目标像最清晰。,.,（2）水准器是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。水准器分管水准器和圆水准器两种,水准管,圆水准器,轴,DS3水准仪,圆水准器,管水准器,.,观察窗,为了提高气泡居中精度，在水准管上方装有一组棱镜，将水准气泡两端的影像反射到目镜旁边的气泡观察窗中。当气泡居中时，两个半泡影像就符合在一起，如图。这种带有符合棱镜的水准器叫符合水准器,.,水准器,基座的作用是支撑仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接基座主要是有轴座、脚螺旋、底板和三脚压板组成。转到脚螺旋，可使圆水准气泡居中,（三）基座,.,1）作用：用于读数2）分类：塔尺(3-5m)(木质、铝合金)直尺(3m)(木质、铟钢)3）刻划：最小刻划为0.5cm,1cm。,2.2水准尺,.,2.3尺垫,防止尺子下沉，便于尺子转动,.,水准仪的使用,1、安置：用连接螺旋把仪器固定在三脚架上2、粗平：使三脚架架头大致水平，转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中3、瞄准：通过望远镜看清楚并对准水准尺，以便正确读数。4、精平：用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合）5、读数：用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也是必须记录的数字。）,.,水准管的校正螺丝像片,1、安置,安置就是将仪器安放在测站上以便观测。首先打开三脚架，调节架脚长度使仪器高度和观测者颈部齐平，目估架头大致水平，取出仪器放在架头上，用连接螺旋将其与三脚架连紧，踩实脚架。,.,水准管的校正螺丝像片,脚螺旋,2、粗平,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个脚架，动第三个脚架，使三脚架架头大致水平，转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中。,.,粗平:左手拇指法则，即气泡移动方向始终和左手大拇指移动方向一致。,.,调节目镜：照准明亮的物体（如白墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标；物镜调焦：转到调焦螺旋使水准尺的像清晰的落在十字丝分划板上；消除视差：反复的交替进行物镜和目镜调焦，直至视差消除为止。精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，检查有无“视差”（消除视差）。用微动螺旋慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）,3、瞄准,.,使管水准气泡居中，从而使视准轴精确水平调节微倾螺旋，使两个半泡影像做相对运动，直至符合，精平完成。,观察窗,4、精平,注意：每读数之前都需要进行精平,.,（普通水准尺）,读数应从小到大，一般先估读出毫米数，然后报出全部四位读数。水准尺读数0859，记为0.859m。注意:每次读数时，要保证水准仪严格水平。,5、读数,.,瞄准与读数,水准测量的瞄准与读数,a,.,“爱护仪器就象爱护自己的眼睛一样”“抱着仪器就象抱着自己的孩子一样”,水准仪基本操作,高度、角度适中，架头大致水平，仪器安全连接,1、安置,2、粗平,1）圆水准器,脚螺旋整平；2）技巧,3、照准,1）目镜调焦；2）粗略照准；3）物镜调焦；4）精确照准；5）消除视差,4、精平,5、读数,1）管水准器；2）抛物线对齐；3）技巧,1）先小后大，读4位；2）读后检查气泡精平,.,水准测量注意事项由于测量误差是不可避免的，我们无法完全消除其影响。但是可采取一定的措施减弱其影响，以提高测量成果的精度。同时应绝对避免在测量成果中存在错误，因此在进行水准测量时，应注意以下各点：、观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正。、在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。、前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响。,.,、前、后视距离不宜太长，一般不要超过100m。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响。、水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。、读完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读。、记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字。、在烈日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。,.,水准测量分类：等级水准测量：一、二、三、四等普通水准测量（等外）,第三节水准测量的方法与校核,3.1水准点与水准路线1、水准点：BenchMark,常用BM,或B.M.表示分为：永久性；临时性,.,2、水准路线（单一路线）分：1）闭合水准路线；2）附合水准路线；3）支水准路线。,.,3.2普通水准测量,1.测量原理：两点高差较大或两点距离较远时，多站观测（绘图）,概念：1)测点；2）转点；3）测站；4）测段；5)路线,hAP=h1+h2+h3,HpHAhAP,.,2.观测程序,3、记录计算(见教材)A：表格化，依规定表格填写；B：要求字迹清晰、工整、干净；C：边记边算、正确无误；,4.校核方法【为什么要校核？】,（1）测站校核,为了确保观测高差正确无误，须对各测站的观测高差进行检核，这种检核称为测站检核。常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种：,.,1）两次仪器高法两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度，两次测定高差。即测得第一次高差后，改变仪器高度约10cm以上，再次测定高差。若两次测得的高差之差未超过6mm，则取其平均值作为该测站的观测高差。否则需重测。,.,两次仪器高法：立尺，尺中间安置水准仪，粗平照准后视尺，精平，读数照准前视尺，精平，读数计算高差变动仪器高（升或降大于10cm）再观测高差互差不大于6mm时，取平均值,双仪高法：在同一测站上变动仪器高测两次（10cm）h1=a1-b1h2=a2-b2h=|h1-h2|6mmh=(h1+h2)/2,.,2）双面尺法双面尺法是在一测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红面两次测定高差。若两次测得高差之差未超过6mm，则取其平均值作为该测站的高差。否则需要重测。,.,双面尺法（黑面、红面）：用双面尺，每尺均读黑、红面读数立尺，尺中间安置水准仪，粗平瞄准后视尺黑面，精平，读数瞄准前视尺黑面，精平，读数瞄准前视尺红面，精平，读数瞄准后视尺红面，精平，读数黑面：以零开始刻划红面：一尺从4687开始刻划，另一尺从4787开始红黑面计算高差理论上相差0.1m,双面尺法：黑红尺（4687/4787）H黑=a黑-b黑H红=a红-b红100h=|h黑-h红|6mmh=(h黑+h红)/2,.,（2）路线校核,A高差闭合差的计算,闭合路线：,附合路线：,支路线：,B容许闭合差的计算,多用于平坦地区,多用于丘岭山区,其中，L为路线长度(以km记)；n为测站数，支路线以单程计，若测量结果小于限差，则合格。,.,实习遇到的问题,1、水准尺黑面，00要位于地面上。2、搬站时，搬动仪器手要握在仪器与三脚架的连接处。3、仪器不离人，水准尺不能随意放置。4、水准气泡是酒精和乙醚的混合液，哪里偏高，气泡就在哪里。5、前后视距相等。,.,5、数据记录,.,6、后视变前视，水准尺位置不动,.,计算步骤如下（以附合水准路线为例）：,计算实测高差之和h测与理论高差h理H终一H始计算高差闭合差计算容许闭合差如果fh=fh容，则其精度符合要求，可做下一步计算。,计算高差改正数高差闭合差的调整方法和原则：按与测站数或与距离成正比的分配原则，改正数的符号与闭合差的符号相反。每一测站的改正数为：各测段的改正数为：,检核v=-fh,第四节水准测量的成果整理,.,计算改正后高差h改各测段观测高差hi分别加上相应的改正数后vi，即得改正后高差：h1改=h1+v1h2改=h2+v2hi改=hi+vi改正后的高差代数和，应等于高差的理论值，即：h总=h理如不相等，说明计算中有错误存在。,.,待定点高程计算测段起点高程加测段改正后高差，即得测段终点高程，以此类推。最后推出的终点高程应与该点的已知高程相等。即：H1=HA+h1总H2=H1+h2总HA（算）=HA(已知)计算中应注意各项检核的正确性。,.,水准测量高程计算,(一）高差闭合差计算,高差闭合差的允许值,A,1,2,3,B,+2.785m,12站,-4.369m,18站,+1.980m,13站,+2.345m,11站,BMA=56.345m,BMB=59.039m,.,水准测量高程计算,（二）高差闭合差的分配,A,1,2,3,B,+2.785m,12站,-4.369m,18站,+1.980m,13站,+2.345m,11站,BMA=56.345m,BMB=59.039m,.,水准测量高程计算,.,(错误),一仪器误差,1.仪器残存误差（i角）,2.水准尺误差,消减方法：A：校核仪器，减少残差B：采取前后视距尽可能相等,消减方法：A：检验水准尺上真长与名义长度，加尺长改正数B：平时加强保护，注意放置方式,A.错用上下丝B.没有精平C.再次粗平D.读错记错,第七节水准测量误差简析及减弱措施,.,二观测误差（人差）,1.整平误差,2.读数误差,三外界条件,1.地球曲率与大气折光球气差：,消减措施：我们一直在努力！,3.水准尺倾斜误差,消减措施：A：前后视距相等；B：选择观测时机,消减措施：A：提高观测速度；B：选择观测时机,.,复习题,1.试绘图说明水准测量的原理。2.简述望远镜的主要组成部件及其功能。3.什么是视准轴、水准管轴、圆水准器