第2章水准测量_工程测量

本章摘要本章主要介绍水准测量原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量的实施方法和成果计算、检核等内容。,第二章水准测量,21水准测量原理22水准测量的仪器和工具23水准仪的使用24水准测量的方法25水准仪的检验与校正26水准测量误差与注意事项27自动安平水准仪和数字水准仪,本章目录,水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。,2.0水准测量概述,高程是确定地面点位的三要素之一。因此，如何测量地面上点的高程是测量的基本工作。高程测量方法：,2.1水准测量原理,问题：已知A点高程为HA，如何求得B点高程HB？,一、水准测量原理已知A点高程HA，利用水准仪提供的水平视线，在A、B两水准尺读数a和b，经过计算即可得到HB。,水平视线,二、计算待定点高程,1、高差法如图所示，分别在A、B点立水准尺，利用水准仪提供的水平视线，在A尺上读数a（后视读数），在B尺上读数b（前视读数）a=bhAB即hAB=ab（后前）待定点B的高程为：HB=HA+hAB=HA+ab【注意】高差带有正负号（不能省略）；脚标为前进方向；当hAB0时,由A到B为上坡。,视线高程：Hi=HA+a待定点高程：Hk=Hi-bk（k1、2n）,2、视线高法,适用于安置一次仪器测出若干个前视点待定高程的情况，在施工程测量中常用。,若已知HA=54.321m，在A点水准尺的读数为1.789m，在B点水准尺的读数为0.678m，求B点高程。,解：高差：hAB=ab=1.7890.678=1.111m高程：HB=HA+hAB=54.321+（1.111）=55.432m,返回,【例题】,一、水准仪:按精度分类（我国）：DS05、DS1、DS3、DS10；,22水准测量的仪器和工具,D大地测量仪器；S水准仪数字表示每公里一次往返测高差平均数的中误差。,按结构分类：,数字水准仪自动安平水准仪微倾式水准仪,水准仪的主要作用：为测量高差提供一条水平视线；1、望远镜2、水准器3、基座,DS3型微倾式水准仪,1物镜；2目镜；3水准管；4圆水准器；5水平制动；6脚螺旋；7微倾螺旋；8水平微动螺旋；9调焦螺旋；,1、望远镜形成视线，放大目标,（1）构成：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板；视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。,（2）物镜调焦螺旋使目标成像清晰；目镜调焦螺旋使十字丝成像清晰；,视差现象：产生原因：目标像平面和十字丝平面不重合；消除方法：微调目镜和物镜对光螺旋；（3）照门、准星：粗找目标；（4）竖轴VV；（5）水平制动、微动螺旋（6）望远镜放大倍率v=28,（1）管水准器(水准管)作用：使视线精确水平；构造：玻璃管；水准管零点：水准管圆弧上分划的对称中心。水准管轴：通过水准管零点所作水准管圆弧的纵切线，称为水准管轴，用LL表示。,2、水准器,式中：2mm所对的圆心角；=206265R水准管圆弧半径，单位毫米；,水准管分划值：2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值,即,水准管圆弧半径愈大，分划值就愈小，则水准管灵敏度就越高，也就是仪器置平的精度越高。DS3水准仪的水准管分划值为20/2mm。,符合水准管便于观测，提高气泡居中的精度,（2）圆水准器构造：球面玻璃管圆水准轴：即通过水准器零点所作球面的法线。用LL表示。圆水准器的分划值：DS3型水准仪圆水准器分划值为8/2mm。特点：气泡居中，视线大致水平。,调节基座上的三个脚螺旋可使圆水准器气泡居中。,3、基座,水准尺是水准测量的主要工具，有单面尺和双面尺两种。1、水准尺的种类单面尺：3-5米，精度较低。如塔尺、折尺。双面尺：2-3米，精度较高。红黑面尺零点差为4.687米、4.787米作用：防止读数错误2、尺垫：,二、水准尺和尺垫,一、安置仪器前后视距离相等，目测水准仪大致水平;,23水准仪的使用,二、粗平用脚螺旋使圆水准器气泡居中;,三、瞄准水准尺目镜对光物镜对光消除视差。,四、精确整平用微倾螺旋，使水准管气泡居中;,五、读数,1.定义：事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点称为水准点（BenchMark），常以BM表示。,24水准测量方法,一、水准点,2.等级：一、二、三、四等，普通水准点。3.类型：永久性、临时性。,二、水准测量的实施,当DAB200米时，观测一个测站当DAB200米时，分段测量，中间设置转点TP,从A点到B点逐站观测的高差：,相加）,则B点高程为：,【例21】,如图216所示，自水准点BM0（高程为149.285米）起，利用普通水准测量方法测定P点的高程，观测数据如图所示。试将观测数据填入水准测量记录表中，推算P点的高程，并进行计算检核。,普通水准测量手簿,1、测站检核目的：保证每站高差的正确性。方法：（1）双仪器高：观测两个高差；普通水准|h-h|6毫米（2）双面尺：基本分划与辅助分划两个高差；普通水准|h黑h红|6毫米,三、水准测量的成果检核,问题：为什么要检核？如何检核？,目的：保证一条水准路线高差的正确性。方法：路线检核。（1）附合水准路线定义：从一水准点BMA出发，沿各待定高程点逐站进行水测量，最后附合到另一水准点BMB上。检核方法若等号两边不相等，则附合水准路线的高差闭合差fh为,精度要求：,2、水准测量的成果整理,定义：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。检核条件：精度要求：,（2）闭合水准路线,定义：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。检核方法：精度要求：,返回,（3）支水准路线,提示：支水准路线缺乏检核，路线不可太长。,山地：平地：,(4)普通（图根）水准测量限差的规定,其中L水准路线长度，以公里为单位n水准路线测站数,2.4水准测量成果计算,一、附合水准路线计算已知：HA65.376米，HB68.623米，各段水准路线的高差hi和测站数ni以及测段距离Li列入表中求：1、2、3点高程,【思路】,高差闭合差：,产生原因：观测高差有误差。消除方法：对高差加改正数Vi。分配原则：Vi与fh符号相反，Vi大小与测站数成正比。,或,解：绘草图，表中填写测点、ni、hi、HA、HB,1.计算fh，fh容,合格。,普通水准容许误差（限差）：,2.闭合差fh的调整,计算检核1：v68mm，vfh计算改正后的高差：计算检核2：,高差改正数：,一、水准仪应满足的几何条件1、四条主要轴线:视准轴CC水准管轴LL、圆水准器轴LL仪器竖轴VV,2.5微倾式水准仪的检验与校正,2、条件（1）圆水准器轴平行于竖轴LLVV;（2）十字丝横轴垂直于竖轴（3）水准管轴平行于视准轴CCLL;其中(3)为主要条件。,1.目的保证圆水准器轴LL平行于仪器竖轴VV。若不平行，所夹小角为。,一、圆水准器的检验与校正,3.校正（1）用脚螺旋调正气泡偏离的一半（2）用圆水准器校正螺旋再调一半,2.检验（1）用脚螺旋使圆水准器气泡居中（2）望远镜旋转180若气泡居中，则LL/VV若气泡不居中，则LL偏离2,1.目的保证十字丝横丝垂直于仪器竖轴VV。,二、十字丝的检验与校正,2.检验（1）水准仪精平后，在墙上画P点，P点在横丝上（2）微动望远镜若P点在横丝上移动，则条件满足若P点偏离横丝，则条件不满足,3.校正用十字丝的校正螺旋调正,1.目的：保证望远镜视准轴CC平行于水准管轴LL。若不平行，其夹角为i角,三、水准管的检验与校正,2.检校方法一（1）检验平地上选AB两点，距离为80m左右。水准仪置中间。变动仪器高，测两次高差，高差之差3mm，取平均值为h1。仪器搬到A点外侧3米左右处，再测一次高差h2a2b2若h1h2，则CC/LL；若h1h2，则存在i角；,计算公式,其中，b2是正确读数，b2a2h1a2h1,i角为正值，气泡居中时，视线向上倾斜对于DS3，要求|i|20i角计算的第二个公式为：,（1）,（2）,用微倾螺旋使b2b2用水准管校正螺旋，使水准管气泡居中。,（2）校正,2-6水准测量误差及注意事项,水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境影响三个方面:,1、水准管轴与视准轴不平行误差(i角误差)水准管轴与视准轴不平行，虽然经过校正，仍然可存在少量的残余误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观测时注意使前、后视距离相等，便可消除此项误差对测量结果的影响。2、水准尺误差由于水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等原因，会影响水准测量的精度。因此，水准尺要经过检核才能使用。,一、仪器误差,1、水准管气泡的居中误差2、估读水准尺的误差3、视差的影响误差观测时要仔细调焦，严格消除视差。4水准尺倾斜的影响误差水准尺倾斜，使尺上读数增大。水准尺必须扶直。,二、观测误差,三、外界条件的影响误差,1水准仪下沉误差2尺垫下沉误差3地球曲率及大气折光的影响（球气差影响）可采用使前、后视距离相等的方法来消除。4、温度的影响误差,一、自动安平水准仪自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于，自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。,27自动安平水准仪和数字水准仪,若视准轴水平，正确读数a，在十字丝的交点上；若视准轴倾斜角，不正确读数a，在十字丝交点上为了使正确读数a能到达十字丝交点，在光路上安装自动补偿器，使光线偏转角，从而使正确读数到十字丝。,视线自动安平的原理,二、数字水准仪简介,数字水准仪（亦称电子水准仪）是在仪器望远镜光路中增