工程测量常用的技术和方法水准仪

工程测量常用技术和方法1,主讲：瞿澄埃,九冶建设有限公司2017年8月15日,工程测量常用技术和方法,高程控制测量概述,在测区布设一批高程控制点，即水准点，用精确方法测定它们的高程，构成高程控制网。,3种类别的高程基准面:基准线类别大地水准面铅垂线正高似大地水准面正常重力线（与正常椭球法线重合）正常高地球椭球面法线.（地球椭球）大地高,基准点，即水准原点:,我国规定自1989年起一律采用“1985国家高程基准”.以这个基准测定的青岛水准原点高程为72.260m。,高程-是从一个点沿着该点的基准线到基准面的距离。高程控制测量的任务:,概述,高程控制测量概述,国家高程控制网,国家高程控制网是用精密水准测量方法建立的，所以又称国家水准网。国家水准网的布设也是采用从整体到局部，由高级到低级，分级布设逐级控制的原则。国家水准网分为一、二、三、四，4个级别。,工程建设中的高程控制网,按照由高级到低级分级布设的原则,高程控制网的等级分为二、三、四、五等水准及图根水准。视测区的大小，各等级水准均可作为测区的首级高程控制。首级网应布设成环形路线，加密时宜布设成附合路线或结点网。独立的首级网，应以不低于首级网的精度与国家水准点联测。水准点应有一定的密度，一般沿水准路线每13km埋设一点，埋设后应绘制点之记。水准观测须待埋设的水准点稳定后方可进行。,概述,高程控制测量概述,概述,水准测量主要技术要求,注：结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度、不应大于表中规定的0.7倍；L为往返测段，附合或环线的水准路线长度（km）；n为测站数。,三、四等水准测量,观测方法,四等水准测量,视线长度不超过100m。每一测站上，按下列顺序进行观测：（1）后视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数.（2）后视水准尺的红面，读中丝读数.（3）前视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数.（4）前视水准尺的红面，读中丝读数。,以上的观测顺序称为后一后一前一前，在后视和前视读数时，均先读黑面再读红面，读黑面时读三丝读数，读红面时只读中丝读数。,三等水准测量,视线长度不超过75m。观测顺序应为后一前一前一后.,7,高差是确定地面点位的三要素之一，一般是通过测量高差进而求得点的高程。,高程测量-测量地面点高程的工作水准测量-实质是测定两点之间的高差水准测量是最基本,精度最高的一种高程方法。,8,地面点的高程位置,9,我国的高程系统：水准原点全国高程的起算点1956年黄海高程系（72.289m）目前我国统一采用:1985年国家高程基准（72.260m）,10,埋设水准点测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称水准点，用BM（BenchMark）表示。分永久性与临时性2种。,永久水准点,临时水准点,11,第一节水准测量原理,12,hAB=a-bHB=HA+hAB,测量、计算两点之间高差的方法:(后视读数-前视读数),13,hAB有正负之分，hAB为正,说明B点比A点高，反之说明B点比A点低。,14,通常待测点B距离已知水准点A较远或高差很大，就需要分段测量，计算两点高差，如下图：,15,1.水准仪的等级按精度分：S05、S1、S3、S10共4级。按构造分：微倾式水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪。,3.水准尺与尺垫水准测量时还需配套的工具有水准尺和尺垫。,2.微倾式水准仪构造望远镜、水准器、托板、基座共4部分。,第二节水准测量的仪器与工具,16,自动安平水准仪,微倾水准仪,激光水准仪,18,水准仪-提供一条水平视线,19,望远镜,视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。,由物镜、目镜、十字丝组成,20,管水准器用来指示视准轴是否水平，圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直。,水准器,管水准器,圆水准器,21,22,水准尺与尺垫,塔尺,使用时水准尺安放在尺垫的半球突出顶上,23,第三节水准仪的使用,(1)安置仪器(2)粗略整平（粗平）(3)瞄准水准尺目镜对光，使十字丝清晰物镜对光，使目标清晰，并消除视差。(4)精确整平和读数,24,用圆水准器进行粗平,左手大拇指的运动方向和气泡运动的方向一致。,通过水准器零点与1、2两脚螺旋连线的垂线,25,瞄准水准尺,26,视差现象,27,消除视差的步骤,1、调目镜螺旋使十字丝清晰；,2、反复调对光螺旋使目标的像与十字丝平面重合，眼睛上下观察两者没有错动现象为止。,28,消除视差,a,a,a,29,精确调平视线（精平）,用微倾螺旋精确调平视线,微倾螺旋,30,水准尺读数1,31,水准尺读数,正像,倒像,32,水准尺读数2,33,水准仪使用步骤总结,1.测站安置仪器：（测点上安置水准尺）用中心螺旋把仪器与三脚架相连用脚螺旋粗略整平（粗平）2.瞄准水准尺：目镜对光，使十字丝清晰。物镜对光，使目标清晰，并消除视差。3.精平：使用微倾螺旋，使水准管气泡居中。4.读数：用十字丝横丝在尺上读数，从小向大读。,34,第四节水准测量的外业,水准路线：闭合路线附合路线支路线,35,从水准点BMA出发，沿环线逐站进行水准测量，经过各高程待定点，最后返回BMA点，称为闭合水准路线。,(1)闭合水准路线,36,从一水准点BMA出发，沿各待定高程点逐站进行水准测量，最后附合到另一水准点BMB上。,(2)附合水准路线,37,若从一水准点出发，既没有符合到另一水准点，也没有闭合到原来的水准点，就称其为支水准路线。,(3)支水准路线,38,通常待定点离水准点较远或高差很大，就需要连续多次安置仪器才能测定两点高差，例如下图：,第1站：hA1=a1-b1第2站：h12=a2-b2第3站：h23=a3-b3第n站：hnB=an-bn-h=hAB=a-b已知HA，则HB=HA+h,测站：安置仪器的位置称为测站转点：两站之间的立尺点，仅起高程传递作用，称为转点(ZD)。,二、水准测量方法,39,(1)变动仪器高法：在同一测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差进行校核，即第一次测得高差之后，改变仪器高度10cm以上重新安置仪器，再测一次。两次测量高差之差不大于35mm。,红黑双面求得高差不得超过容许值，测得的高差之差不大于35mm（对等外级水准测量）。,(2)双面尺法：在同一测站，仪器高度不变，黑面测得高差与红面测得高差应相等。配对的双面水准尺，红面起点不是0，一面是4.687m，另一面是4.787m。,水准测量的检核,40,1,A,1.851,ZD1,1.268,+0.583,2,1.452,ZD2,0.699,+0.753,水准测量外业动画,50.000,50.583,.,1.381,+0.581,1.962,+0.582,.,.,.,.,.,.,41,1,A,1.851,ZD1,1.268,+0.583,2,1.452,ZD2,0.699,+0.753,50.000,50.583,.,1.381,+0.581,1.962,+0.582,.,.,.,.,.,.,.,.,3,4,ZD3,B,51.336,50.618,51.491,+0.753,-0.718,+0.873,42,水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误差、人为的观测误差以及外界条件的影响三个方面。,三、水准测量的注意事项,43,仪器误差：视线不水平水准尺误差人为的观测误差：水准管气泡居中误差读数误差视差影响水准尺倾斜的影响外界条件的影响：仪器下沉尺垫下沉地球曲率和大气折光的影响大气温度和风力的影响,44,由于测量有误差实测高差值与实际（理论）高差值不相等，其差值为高差闭合差fh。测量误差不可避免，容许有高差闭合差，闭合差容许值的单位为毫米mm。,限差为：,式中：L为路线的总长度（公里数）。n为路线上总测站数。,第五节水准测量内业,45,闭合水准路线的检核条件为：,一.水准路线闭合差的计算,46,如果高差闭合差，则为观测合格。,二.水准路线闭合差的分配,但是，闭合差要进行处理，方法是：加权平均将闭合差反符号分配到各测段高差中。,计算改正数：,各段改正后高差=实测高差+改正数,47,H1=HA+h1改H2=H1+h2改,逐点推算,三.水准点高程的计算,48,第六节其它水准测量仪器介绍,49,一、自动安平水准仪,自动安平水准仪的特点是没有管水准器和微倾螺旋。在圆水准气泡居中的条件下，利用仪器内部的自动安平补偿器，就能获得视线水平时的正确读数，省略了精平过程。,50,国产DSZ3自动安平水准仪,每公里往返测量中误差：2.5补偿安平精度0.5补偿工作范围：14,51,测量原理:是用传感器代替观测者的眼睛，从望远镜中看到水准尺上“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间的水平距离,数据在屏上显示，并存贮。,二、数字水准仪,52,53,54,55,天宝Dini12(蔡司)精密电子水准仪,56,57,第七节水准仪的检验与校正,58,CC/LLVV/L1L1十字丝横丝VV,（1）水准仪结构应该满足的几何条件：,微倾式水准仪的检验,59,1）圆水准轴平行仪器竖轴的检验,(1)目的：LLVV(2)检验：把仪器安置好，并用脚螺旋将气泡居中，然后将仪器旋转180，看气泡是否居中，如果气泡仍居中，则条件满足，否则，条件不满足。,60,将仪器整平后，用十字丝一端对准水平方向某一清晰目标。用水平微动慢慢转动望远镜，当目标移动到十字丝交点从一端移到另一端时，看目标是否始终在十字丝上。,2）十字丝横丝垂直于仪器竖轴检验,瞄准一点,望远镜水平转动后现象,十字丝无误差清况,61,A,B,a,b,x,x,hAB正=ab=(ax)(bx)=ab,D后=D前,i,i,3）水准管轴平行于视准轴的检验,(2)检验：将仪器安置在某两固定点中间。测出它们之间的正确高差。,(1)目的：LLCC,hAB正,62,将仪器放到某一立尺点（A）附近处，此时前后视距不相等，在两尺上读数分别为a、b，A、B两点的高差hAB为：,hAB=ab,如果hABhAB正说明视准轴/水准管轴，无i角误差如果hABhAB正说明存在i角误差，其值为：,式中：h=hAB-hAB正=206265,63,第八节三角高程测量,三角高程测量,根据两点间的水平距离或斜距离以及竖直角来求出两点间的高差。三角高程测量又可分为经纬仪三角高程测量和光电测距三角高程测量。,定义,优缺点,这种方法较之水准测量灵活方便，但精度较低，主要用于山区的高程控制和平面控制点的高程测定。,用光电测距仪测得的斜距及竖直角来计算高差。其常常与光电测距导线合并进行，形成所谓的“三维导线”。,经纬仪三角高程测量,光电测距三角高程测量,利用平面控制测量中，已知的边长和用经纬仪测得两点间的竖直角来求得高差。,65,三角高程测量原理,66,用水平距离计算：,用倾斜长度计算:,h=Lsin+i-v+f,h=Dtan+i-v+f,三角高程测量高差计算,67,2005年珠峰复测原理第一阶段：海拔5600米之前水准测量法,68,69,第二阶段：海拔5600米以后6点联测确保精度,从5600米起使用觇标、GPS、雪深雷达，综合测量峰顶高度。测量人员在6个观测点，用三角高程测量直接观测登山队员竖立在珠峰顶上的觇标，测量距离与竖直角，计算得出珠峰山体高程：珠峰高程为8844.43m1975年在海拔6120米测量珠穆朗玛峰高程：珠峰高程为8848.13m,70,71,72,73,三角高程测量技术要点,三角高程测量,三角高程测量原理,取双向观测的平均值得：,可见从理论上取双向观测平均值，可以消除地球曲率和大气折光的影响。,三角高程测量技术要点,三角高程测量,三角高程控制网,布设应在平面网的基础上，构成三角高程网或高程导线。采用四等水准测量联测一定数量的水准点，作为高程起算数据。三角高程网中任一点到最近高程起算点的边数，当平均边长为1km时，不超过10条，平均边长为2km时，不超过4条。为减少垂直折光变化的影响，应避免在大风或雨后初睛时观测，也不宜在日出后和日落前2h内观测，在每条边上均应作对向观测。觇标高和仪器高用钢尺丈量两次，读至毫米，其较差对于四等三角高程不应大于2mm，对于五等三角高程不大于4mm。,三角高程测量技术要点,三角高程测量,光电测距三角高程测量,特点,精度较高，且可提高工效，故应用较广。,按测距仪测定两点间距S来计算高差，其计算式为：,技术要求,高程路线应起闭于高级水准点，高程网或高程导线的边长应不大于1km，边数不超过6条。竖直角用DJ2级经纬仪，在四等高程测3个测回，五等测2个测回。距离应采用标称精度不低于（5mm+510-6）的测距仪，四等高程测往返各一测回，五等测一个测回。,三角高程测量,三角高程测量,光电测距三角高程测量主要技术要求,注：D为光电测距边长度（km）,第九节高程控制网的平差计算,用等权代替法作结点水准网的平差,可用等权代替法来解决水准网中有两个以上的结点水准网的平差，如图所示.,(先看右图)各段水准路线的长度为Li，各高差观测值的权为pi，故pi=，首先根据A、B两点的高程及Z1、Z2两线路的观测高程和，则可用求加权平均值方法计算出E点的局部加权平均值:,方法推导,方法推导,而的权。现在用一条虚拟的路线来代替水准路线Z1和Z2。由虚拟路线求出的E点高程为，故虚拟路线高差的权为，虚拟路线的长度则为。这样右图的水准网可用左图的形状来代替。在左图中只有一个结点F，所以可用求加权平均值方法来求出它的最或然值了。,第九节高程控制网的平差计算,实例演示,用等权代替法作结点水准网的平差,实例计算,结点水准网观测数据和已知数据,由A、B经由Z1、Z2两条路线算出的E点高程及其权分别为：,第九节高程控制网的平差计算,用等权代替法作结点水准网的平差,实例演示,E点高程的局部加权平均值：,虚拟路线高差的权为:,虚拟路线的长度为:,首先分别由三条路线计算F点的高程。由（A