杨程2水准测量.ppt

复习,1、测定、测设的区别？2、什么是水准面？什么是大地水准面？两种间关系？3、地面点高程？绝对高程（海拔）？4、1985年国家水准原点是高程多少？,2水准测量,内容提要,本章的主要内容包括：水准测量的原理、水准测量仪器及工具、等外水准测量内外业工作、三四等水准测量内外业工作。,能力要求,通过本章的学习，学生应达到熟练操作水准仪、准确进行水准测量内业计算的能力。,2.1水准测量原理2.2水准测量仪器2.3水准测量外业2.4水准测量内业,高程测量概念根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。高程测量的方法分类1、水准测量2、三角高程测量3、气压高程测量4、GPS测量。,水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。,高程基准面:通常采用大地水准面即平均海水面作为高程基准面。“1985国家高程基准”:19521979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面。-72.260m。,水准测量用水准仪进行高程测量的工作。是高程测量的主要方法使用仪器：水准仪水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。,第一节水准测量原理,水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。水准尺、水准仪高程：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之取负值。高差具有方向性，其值可正可负。,利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测量水准尺上a和b，计算出地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。,A后视点a后视读数B前视点b前视读数,高差法:测量a、b，计算高差hAB=a-b，计算高程HB=HA+hAB；视线高法：求出视线高程Hi=HA+a，利用视线高程计算B点高程HB=Hi-b,当ab时，hAB为正，B高于A；当ab时，hAB为负，B低于A。,高差必须带“+、-”号；hAB的下标次序必须与测量的前进方向一致。例：已知hAB=+1.436m则hBA=-1.436m,高差法：利用高差计算高程。适用于“线路水准”（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）视线高法：利用视线高计算高程。适用于“面域水准”（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）水准测量所使用的仪器、工具：水准仪水准尺尺垫,立尺,观测与记录,立尺、观测与记录,搬站（迁站）,水准测量利用测站通过转点传递高程,尺,尺,尺,尺,尺,尺,路径方向（AB）,路径方向一定之后，要搞清楚测站，每测站的后视（点、尺、读数、距离）和前视（点、尺、读数、距离）。,尺,尺,尺,尺,尺,尺,路径方向（AB）,第二节水准测量仪器与工具,一、水准仪1、水准仪按精度划分，有DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D大地测量仪器，S水准仪数字表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。,一、DS3微倾水准仪,主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。,1望远镜作用照准竖立水准尺并读取水准尺上的读数。组成物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜。倒像望远镜，正像望远镜。视准轴CC物镜中心与十字丝交点的连线。中丝读取视准轴CC与标尺交点的读数。上下丝读取水准仪到标尺的距离(视距)。,2020/5/16,十字丝分划板结构安装在金属圆环上，用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上。,倒像望远镜成像原理放大倍数V=DS3水准仪V=28,视差：标尺的像与十字丝分划板不重合引起的读数误差。,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。,消除视差：望远镜对准天空(或明亮背景)；旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰；望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。,2020/5/16,望远镜对准天空(或明亮背景)调节目镜调焦螺旋，使十字丝板清晰。,望远镜对准标尺，调节物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。,2020/5/16,2水准器：分类圆水准器，管水准器圆水准器轴LL内圆弧中点的法线气泡居中时，LL铅垂。圆水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角DS3的=810。圆水准器轴LL竖轴VV，用于粗略整平仪器。,2水准器：分类圆水准器，管水准器管水准器轴LL管弧顶点的切线气泡居中时，LL水平管水准器格值管弧2mm弧长所对圆心角DS3的=20管水准器轴LL视准轴CC，用于精确整平仪器,管水准器观察窗,3基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。,二、水准尺与尺垫水准尺长度：2m5m；形式：直尺、折尺、塔尺；材质：木质、玻璃钢、铝合金刻划：区格式、单面、双面常用：木质区格式双面,直尺A、B尺，两把一对，每把有黑、红两面分划与注记。A尺黑面分划0，红面分划4687B尺黑面分划0，红面分划4787A、B尺黑面注记的零点差为0，红面注记的零点差为0.1m。,读数用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。,6252,1478,0721,正像望远镜观测标尺读数,尺垫作用：转点处承放。生铁铸成的。,三、DS3微倾水准仪使用微倾水准仪的操作步骤1安置仪器2粗略整平（圆水准器）3瞄准（消除视差）4精确整平（管水准器）5读数,1安置水准仪打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上,2粗略整平(圆水准器气泡居中)用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”,3瞄准水准尺目镜对光（能清晰看见十字板）瞄准水准尺，拧紧制动螺旋精确瞄准消除视差：,4精确整平(精平)调节微倾螺旋，使气泡两端的影像符合,5读数利用中丝在尺上读数，估读至毫米,1538,四、自动安平水准仪自动安平水准仪以微倾水准仪为基础，在水准器和精确置平方面有突破。在水准仪的光学系统中装有一个自动补偿器代替了管水准器起到了自动安平的作用。当望远镜视线有微量倾斜时补偿器在重力作用下对望远镜作相对移动从而能自动而迅速地获得视线水平时的标尺读数。自动安平水准仪不需要精平，测量速度快，在工程中被广泛应用。,自动安平水准仪使用操作：观测时，首先用脚螺旋将圆水准器气泡居中。然后瞄准水准尺，等待24秒后，即可用十字丝中丝进行读数。有的自动安平水准仪配有一个补偿器检查按钮，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常作用后再读数。,自动安平水准仪,日本宾得激光水准仪,五、电子水准仪电子（数字）水准仪以光学水准仪为基础，加入电子器件，在读数、记录计算方面有突破。电子水准仪在望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器（读数器），并采用条码标尺和图象处理电子系统而构成的光机电测一体化仪器。,电子水准仪使用操作：（1）安置仪器在测站点上架设好三脚架，将电子水准仪从仪器箱中取出并安置在三脚架上，拧紧中心螺旋。调节三脚架架腿使圆气泡大致居中，再用脚螺旋使圆气泡精确居中。,（2）仪器操作设置仪器参数开机后用导航键选择主菜单中配置选项按回车键选择输入菜单按回车键输入大气折射、加常数、日期、时间按回车键储存。用导航键选择主菜单中配置选项按回车键选择限差/测试菜单按回车键输入最大视距（范围0-100m）、最小视距高（范围0-1m）、最大视距高（范围0-5m）按回车键进入第三页选择设置一个测站限差或单次测量最大限差（范围0-0.01m）按回车键进入第四页设置单站前后视距差（范围0-5m）或设置水准线路前后视（范围0-100m）按回车键储存。,（2）仪器操作建立数据文件，进行测量在主菜单中选择文件选项按回车键选择项目管理按回车键选择新建项目按回车键输入文件名称输入作者名称按回车键。(见教材P18，继续),电子水准仪和条码水准尺世界第一台电子精密水准仪徕卡NA2002,（1990年）,日本拓扑康数字水准仪TopconDL-101/102。（1994）,天宝Dini12(蔡司)精密电子水准仪,条码水准尺与尺垫,一、几个名词,？1水准点？2水准线路支水准线路，闭合水准线路，附合水准线路，水准网？3线路闭合差（线路高差闭合差）,第三节水准测量外业施测,1水准点国家等级水准点,用水准测量技术测定的高程控制点称为水准点（习惯记作BM）。,埋设在永久、固定的地点按等级不同，埋设的要求不同。,水准点的位置应选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。按其精度分为不同等级，国家水准点分为四个等级：一、二、三、四等水准点。,水准测量一般分为五个等级。一、二等属于精密水准测量，三、四等水准属于普通水准测量，五等属于等外水准测量。,工程水准点：工程永久水准点工程临时水准点,2水准路线,三种水准路线的布置形式,由已知点BM.A已知点BM.A,由已知点BM.A某一待定水准点TBM2,由已知点BM.A另一已知点BM.B,3水准线路闭合差成果检核,（1）闭合线路高差闭合差fh=h测段（2）附合线路高差闭合差fh=h测段-（H末-H起）（3）支水准线路高差闭合差fh=h测段（往）+h测段（返）,二、五等水准外业工作,1、踏勘选点2、水准点（控制点）标定3、设计水准线路4、观测记录（采集数据）测站校核：变换仪器高法or双面尺法,测段高差：BMAB的高差hBMAB测量,测站测段线路,1若A、B两点间布设一些过渡点（转点）TP1、TP2、TP3，将其分为n段，则用水准仪分别测得各段高差为h1，h2hn;,2水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。3为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。两次仪器高法：高差之差h-h5mm,hAB=h1+h2+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn)=a-b,水准测量的实施（外业）,当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图中可得：,测站:架设仪器的点位。转点：转点起传递高程的作用。,注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。,五等水准测量记录表,逐个测站观测结束，检查记录表中的计算是否正确。测段观测结束，检查无误后累计测段高差。直至整个线路观测完成，计算线路闭合差。线路闭合差不超限，观测合格。否则，查找原因进行局部甚至全面返工。,三、三四等水准测量外业工作,1、踏勘选点2、水准点（控制点）标定3、设计水准线路4、观测记录（采集数据）测站校核：变换仪器高法or双面尺法,目录,下页,上页,三、四等水准测量的主要技术要求,目录,下页,上页,三、四等水准测量观测的技术要求,一个测站上的观测程序和记录顺序（1）瞄准后视尺黑面，精平，读取下丝、上丝和中丝读数，分别记入表2-4（P24）中、位置；（2）瞄准前视尺黑面，精平，读取下丝、上丝和中丝读数，分别记入表2-4中、位置；,（3）瞄准前视尺红面，读取中丝读数，记入表2-4中位置；（4）瞄准后视尺红面，读取中丝读数，记入表2-4中位置。一个测站上的这种观测程序简称“后-前-前-后”（“黑-黑-红-红”）（三等水准测量）。四等水准测量也可采用“后-后-前-前”（“黑-红-黑-红”）的观测程序。,3测站计算与检核（1）视距部分视距=（下丝读数-上丝读数）100后视距离：100前视距离：100前、后视距差：前、后视距累积差：上站本站（2）高差部分未完，教材P25继续。,闭合差分配原则高差闭合差分配原则按线路总长度依比例反号分配（平原）按线路总站数依比例反号分配（山地）,第四节水准测量内业计算,计算高差闭合差的容许值（tolerance）,对于普通水准测量：,式中，fh容高差闭合差限差，单位：mm；L水准路线长度，单位：km；n测站数。,判断：,？,GB50026-2007工程测量规范规定，普通水准测量各路线高差闭合容许值为：平坦地区，即每km的测站不超过16站；山地地区，即每km的测站大于等于16站。,基本步骤1.外业记录数据整理测段高差hi和测段长度Di（或测站数ni）2.计算线路闭合差fh并判断fhf限，,3.高差闭合差分配，改正观测高差按线路总长度依比例反号分配（平原）按线路总站数依比例反号分配（山地）Vi=(-fh/Di)*Di(平原)Vi=(-fh/ni)*ni(山地),4.计算改正后高差hi改=hi+Vi5.推算高程，检核Hi=Hi-1+hi改H末计算=H末已知（检核）,补充：水准测量误差分析,1、仪器误差3种i角误差、调焦透镜运行差、水准尺误差2、观测误差3种精平误差、读数误差、水准尺倾斜误差3、外界条件影响产生的误差5种仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率影响、大气折光、温度变化思考题：水准测量时为什么要求前后视距大致相等？限制前后视距差,补充：地球曲率对水准测量的影响,第二章作业：P272-1，2-4，2-7，2-8,实验1DS3微倾水准仪认识与使用（P13-P16）1掌握DS3型水准仪的构造及各部件的名称及作用。2掌握利用圆水准器粗略整平仪器的方法。3掌握用水准仪瞄准目标、消除视差、精确整平及在水准尺上读数的方法。,实验2五等水准测量1线路：闭合水准线路A29A27MB1MB2MB4MB3A292视距60步。,实例：符合水准路线的内业计算如图为一符合水准路线：,A、B为已知水准点，HA=