第二章---水准测量

水准测量,第二章,教师：尹红燕,2.1水准测量原理2.2水准测量的仪器和工具2.3水准测量的施测方法2.5微倾式水准仪的检验与校正2.6水自动安平水准仪2.7电子水准仪及其使用2.8水准测量的误差及注意事项,高程测量的方法，常用的有三种：1、水准测量：应用仪器提供水平视线进行测量，比较两点之间的高差2、三角高程测量：利用角和两点间的距离来测量3、气压高程测量：通过测量大气压强来测量高程,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。水准测量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。,3.水准测量的等级分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）,一等水准测量:仅在国家等级中存在作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）,二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量,三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程测量图根水准（普通水准）,目的：测定两点的高差仪器：水准仪原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行观测，并通过其中一个点（M点）的高程推算另一个点(N点)的高程。,2.1水准测量原理,（1）高差法：在M、N两点间安置水准仪，在M、N两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取M点、N点上的读数a、b，则两点的高差为,则N点的高程HN为a：后视读数(后视观测读数)；b：前视读数(前视观测读数)。M：后视点N：前视点,永远是后视减前视,例1：图中已知A点高程HA=452.623m，后视读数a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。,解：B点对于A点高差：hAB=1.5710.685=0.886mB点高程为：HB452.6230.886453.509m,例2：图2.2中，已知A点桩顶标高为0.00，后视A点读数a1.217m，前视B点读数b2.426m，求B点标高。解：B点对于A点高差：hABab1.2172.4261.209mB点高程为：HB=HAhAB0（1.209）1.209m,（2）视线高法（单站多测法）安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的视线高程Hi，然后分别计算出各个点的高程：,bj为第j个前视点的读数，Hj为第j个前视点的高程。这种方法常用于路线纵断面测量。,例3：图2.3中已知A点高程HA=423.518m，要测出相邻1、2、3点的高程。先测得A点后视读数a=1.563m，接着在各待定点上立尺，分别测得读数b1=0.953m，b2=1.152，b3=1.328m。解：先计算出视线高程Hi=HA+a=423.5181.563425.081m各待定点高程分别为：H1Hib1425.0810.953424.128mH2Hib2425.0811.152423.929mH3Hib3425.0811.328423.753m,高差法和视线高法的测量原理是相同的，区别在于计算高程时上次序的不同。在安置一次仪器需求出几个点的高程时，视线高程法比高差法方便，因而视线高法在建筑施工中被广泛采用。,一、水准仪1、水准仪的等级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）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为3mm/km。,2.2水准测量的仪器和工具,一、水准仪1、水准仪的等级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）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为3mm/km。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,2、DS3型水准仪的,主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。,构造,微倾螺旋,（1）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；,由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为2530倍。,视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。,（2）水准器水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。圆水准器作用：粗略整平结构：如图所示精度：一般为810/2mm（气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角）,管水准器作用：精确整平结构：如图所示精度：一般=20/2mm水准管的分划值：气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。公式：分析：R越大，越小，灵敏度越高。DS3:R=20.6265米=20,（3）基座,轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架,组成,轴座,脚螺旋,连接板,二、水准尺和尺垫1、水准尺塔尺：可以伸缩，一般全长3m、5m，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，用于三、四等水准测量。,2、尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。,一、操作步骤1、安置仪器高度适中、架头大致水平，固定仪器。2、粗略整平目的：使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。方法（如图所示）：,3、瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：初步瞄准（用准星对准目标）目镜调焦（使十字丝清晰）物镜调焦（使目标成像清晰）精确瞄准（使纵丝对准目标）,注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。,4、精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。,5、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。如图的读数0.860m,注意：读数前必须精平，精平后立即读数。,二、一个测站的水准测量工作,1、安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；2、粗略整平；3、瞄准A尺，精平、读数a，记录1.568m；4、瞄准B尺，精平、读数b，记录1.471m；,5、计算：hAB=ab=1.568-1.471=0.115m即B点比A点高0.115m。hBA=hAB=0.115m，即A点比B点低0.115m。,三、概念1、测站：测量仪器所安置的地点。2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。3、后视：水准路线的后视方向。4、前视：水准路线的前视方向。5、视线高程：后视高程+后视读数。6、视距：水准仪至标尺的水平距离。7、水准点：水准测量的固定标志。8、水准点高程：指标志点顶面的高程。9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。,水准点,一、施测方法（连续水准测量）,如图：A、B两水准点之间相距较远，设3个临时性的转点。,当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到已知点到待定点之间的高差。,HA已知,HB待定,传递高程的过渡点,可知：所以：,A,TP1,TP2,TP3,A,B,前进方向,如图：A、B两水准点之间高差较大，设2个临时性的转点。,A、B两点高差计算的一般公式：,n为测站数,由图可知：,h1,h3,h2,h2,h1,A,B,hAB,前进方向,TP1,TP2,例：,A,TP1,2.142,B,1.258,HA=123.446m,HB,大地水准面,前进方向,ATP1,2.142,1.258,+0.884,计算检核,水准测量手簿,A,TP1,TP2,2.142,B,1.258,0.928,1.235,HA=123.446m,HB,大地水准面,前进方向,ATP1,TP1TP2,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,计算检核,水准测量手簿,A,TP1,TP2,TP3,B,HA=123.446m,HB,大地水准面,前进方向,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,计算检核,0.408,123.446,123.854,水准测量手簿,已知,6.4065.998,ab0.408,0.408,如图：,高度差10cm左右,理论上：,差值的绝对值不能大于允许误差。五等水准测量其差值|h|6mm，最后取二者的平均值为该站高差，即：,二、测站检核,目的：保证前后视读数的准确和记录的正确。,方法：变动仪器高法、双面尺法,1、变动仪器高法,若，则二者的,2、双面尺法,双面尺：,两根尺子为一对，每根尺子均为黑、红两面刻划，其中黑面刻划范围均是03m,红面刻划范围两根尺子不同；一根尺子为：4.6877.687m,一根尺子为：4.7877.787m。,采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。,如图：,理论上：,二者的平均值为该站高差，即：,观测方法：,若，则二者的差值的绝对值不能大于允许误差。四等水准测量其差值|h|5mm，最后取,三、成果检核,水准测量时，一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线；在水准测量的施测过程中，测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限；计算检核只能发现每页计算是否有误；对一条水准路线来讲必须进行成果检核。,1、水准路线的布设形式附合水准路线（见图1）闭合水准路线（见图2）支水准路线（见图3）,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA,1,2,3,4,图2,BMA,2、检核的主要内容闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；用fh表示，即fh=h测-h理限差：规范规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。等外水准测量要求：平地：fh允40（mm）L水准路线的长度，单位km。山地：fh允12（mm）n水准路线的测站数。要求：fhfh允,3、不同形式水准路线fh的计算附和水准路线：h测=h1+h2+h3+hnh理=H终H始fh=h测-h理=h测-（H终H始）闭合水准路线：h测=h1+h2+h3+hnh理=0fh=h测-h理=h测支水准路线：h测=h往+h返h理=0fh=h测-h理=h往+h返,一、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=65.376m，HB=68.623m点1、2、3为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：,备注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.08+1.575,1.212+2.036,1.414-1.742,2.216+1.446,5.850+3.315,辅助计算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,符合水准测量成果计算表,已知,已知,1、计算闭合差：,2、检核：,故其精度符合要求。,3、计算改正数分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。,按距离：,按测站数：,以第1测段为例，测段改正数为：,检核：,4、计算改正后高差,检核：,以第1测段为例，改正后的高差为：,5、计算高程,如：,检核：,否则说明高程计算有误。,二、闭合水准路线成果计算1、计算闭合差：2、检核：3、计算高差改正数：闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。,4、计算改正后高差：5、计算各测点高程：,三、支水准路线成果计算,1,1、计算闭合差：,2、检核：,，故精度符合要求。,3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）,4、计算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),一、水准仪的主要轴线及应满足的条件主要轴线：视准轴CC水准管轴LL仪器竖轴VV圆水准器轴几何关系：圆水准器轴/仪器竖轴水准管轴/视准轴十字丝横丝竖轴,二、水准仪的检验和校正1、圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴/仪器竖轴检验：用脚螺旋使圆水准器气泡居中；望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。校正：用脚螺旋调气泡偏离值的一半；用圆水准器的校正螺旋再调一半。,2、十字丝横丝的检校和校正目的：使十字丝横丝竖轴检验：精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p；水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；拧紧十字丝的固定螺旋。,十字丝固定螺旋,3、水准管轴的检验与校正目的：使水准管轴/视准轴。检验：在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之差3mm）测定两点之间的高差h0=a1-b1；,i角视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。,仪器搬A点附近，测得高差h=a2b2；若h=h0，则水准管轴/视准轴；若h不等于h0，则存在i角。如图：,式中：DAB为AB两点之间的距离,对于DS3水准仪，当时，则需校正。,3、校正转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。调节水准管