工程测量第二章水准测量

第二章高程控制测量5-1概述一、高程测量方法1水准测量2三角高程测量3.GPS高程测量4气压高程测量二、国家高程控制网的概念1等级划分2有关精度要求3水准点的埋设(普通标石、墙上标石）三、水准测量基本原理1水准测量基本原理hAB=a-b,水准仪水平视线，读取水平视线在标尺上的读数。水准测量方向AB。A尺后视尺，读数a后视读数。B尺前视尺，读数b前视读数。,2、地球曲率和大气折光的影响1）地球曲率的影响：如图所示。计算公式如下：,2）大气折光的影响公式如下：,3）球气差改正公式如下：,高差计算公式可以写成：hAB（ab）（r1r2）,22水准仪和水准测量实施一、水准仪1、水准仪分类及编号2、水准仪构成结构图实物图,3、微倾式水准仪的使用水准测量操作步骤：粗平瞄准水准尺精平读数粗平旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。,平行于一对脚螺旋,垂直于这对脚螺旋,瞄准：先目镜对光，再物镜对光，消除视差。粗略瞄准：松开制动螺旋，照准标尺，使准星、照门、标尺在一直线上。精确瞄准：拧紧制动螺旋，从望远镜观察标尺像，旋转微动螺旋，使十字丝竖丝位于标尺中央。精平：旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中。,管水准气泡偏离中点较大时，旋转微倾螺旋的同时，从仪器侧面观测管水准气泡的移动，使其大致居中，再从管水准器观察窗口查看符合情况。,读数：倒像望远镜，从上向下读。m位与dm位直读标尺上的数字，cm为数格子，mm位估读。红黑面读数差为6295-1608=4687。,4687,4787,二、水准尺和尺垫1、水准尺：类型、读数方法2、尺垫,直尺,尺垫,三、自动安平水准仪1、仪器构造与工作原理2、使用方法,水平微动,调焦螺旋,每km往返测高差中数中误差为0.3mm。,精密水准仪,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年推出。,中轴位置的测量按钮,分离的DATA和ESC键,分离的开关键,独立的的定位键,内存:6000测量点或1650个测站的前后视,杰出的设计和外型,宽大的LC显示屏,可变的数据输出格式,读数方法：注意事项：圆水准气泡居中，仪器竖轴并非严格竖直，所以用望远镜瞄准每一个方向时，必须利用微倾螺旋，使符合气泡严格符合，才能读取读数。,视差：标尺像没成在十字丝分划板上引起的读数误差消除：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。,四、水准仪使用水准仪的使用，包括以下几个步骤：,1.安置水准仪,2.粗略整平,3.目镜对光,4.瞄准目标,5.精平和读数,实验一1实验名称：S3水准仪认识和使用2课时数：2学时3实验目的：4实验内容：5实验要求：每人都要动手，读出读数，独立完成计算。每人附实验记录1份，写出实验报告。6实验小组划分：7实验地点：实验教学楼前。,23水准测量方法与成果计算,一、水准点水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。一、二等为精密水准测量，三四等为普通水准测量。为统一全国高程系统和满足各种测量的需要，国家各级测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，称水准点(BM)，分地面点与墙上点。,二、水准路线水准点之间进行水准测量所经过的路线：附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。检核条件高差闭合差fh：附合水准路线：fh=hi(HBM2HBM1)。闭合水准路线：fh=hi0=hi。支水准路线：fh=h往h返。,三、水准测量方法每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。1)双次仪器高法两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)，测定相邻两点间的高差。图根水准测量，两次高差之差应小于5mm，否则应重测。,2)双面尺法读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，前、后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，两次高差之差应小于5mm，否则应重测。瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准后视点水准尺红面分划精平读数；瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。上述观测顺序简称为“后后前前”。,四、四等水准测量四等水准测量每站观测顺序也可以为：后后前前（黑、红、黑、红）。无论何种观测顺序，视距丝和中丝读数均应在水准管气泡居中时读取。（记录表格）1.视距计算后视距：（9）=（1）-（2）100前视距：（10）=（4）-（5）100前、后视距差：（11）=（9）-（10）前、后视距差累积数：（12）=前一站（12）+本站（11）,表2-4四等水准测量观测手簿,2.高差计算同一水准尺红、黑面中丝读数的检核：同一水准尺红、黑面中丝读数之差应等于该尺红、黑面常数差K（4687或4787），其差数按下式计算：（13）=K（7）-（6）（14）=K（8）-（3）（13）、（14）应等于零，不符值应满足要求。计算黑面高差和红面高差：黑面高差（15）=（3）-（6）红面高差（16）=（8）-（7）红、黑面高差之差（17）=（15）-（16）（17）的值应符合技术要求。计算平均值：平均高差为（18）=（15）+（16）/2，平均高差计算到0.5mm。,3.每页计算检核三、四等水准测量中，为了检验计算的正确性，需要进行每页的检核。高差部分：按页分别计算后视红、黑面读数总和与前视读数总和之差，其值应等于红、黑面高差之和。（3）+（8）-（6）+（7）=（15）+（16）=2（18）视距部分：后视距总和与前视距总和之差，应等于末站视距差累积数，即（9）-（10）=末站（12）检核无误后应算出总视距，即总视距=（9）+（10）,五、水准测量的注意事项1）水准仪应避免太阳直射，应用伞遮住阳光。2）测站点和转点都就选择在土质坚硬的地方，以避免仪器或水准尺下沉，同时不应尽可能保持前后视距离相等。3）切记在每次读数前要使符合气泡严格居中。4）水准尺必须扶正，不得前后、左右倾斜。在转点上立尺时，必须先将尺垫踩实。在转点失去作用之前，绝对不允许碰动尺垫。,六、水准测量成果处理计算步骤1、根据已知水准点的高程和水准路线高差观测值，计算高差闭合差。附合水准路线fh=hi(H终H起)。闭合水准路线fh=hi0=hi。支水准路线fh=h往h返。图根水准高差闭合差允许值fh允：平坦地区fh允=40L(mm)；山地fh允=12n(mm)。fhfh允时，可以分配高差闭合差。,2、闭合差调整原则：反号，按路线长Li(平坦)或测站数ni(山地)比例分配。高差改正数Vi公式：3、各点高程的计算,例2-1按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果，BMA和BMB为已知高程水准点，箭头为水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差，路线下方数字为该段路线的长度，试计算待定点1，2，3点的高程。,计算高差闭合差fh，限差fh允。fh=hi(HBHA)=4.330-(49.579-45.286)=0.037m=37mmfh允=40L=407.4=109mmfhfh允，可以分配闭合差。,例2在图521所示的附合水准路线中，03、04为两个高程已知的四等水准点，N1、N2为待定的高程点。图上标注的数字为各段的距离（单位为km）和观测高差（单位为m）。高差闭合差与分配、高程的计算均列于表56中。,2-5水准测量的误差及其削减方法仪器误差、观测误差和外界环境的影响(1)仪器误差1)校正残余误差i角误差(大于20才需要校正)，保持前、后视距相等。2)水准尺误差检验水准尺每米间隔平均真长与名义长之差。木质标尺，不应大于0.5mm。否则，应在所测高差中进行米真长改正。一对水准尺的零点差，在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。,(2)观测误差1)管水准气泡居中误差设分划值=20/2mm，视线长为100m，气泡偏离居中位置0.5格由此引起的读数误差为5mm。每次读尺前应严格居中管水准气泡。2)读数误差毫米位数字十字丝横丝在标尺厘米分划内位置估读，望远镜内看到的横丝宽度相对厘米分划格宽度比例，决定了估读的精度，读数误差与望远镜的放大倍数及视线长有关，视线愈长，读数误差愈大，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视线长80m。,3)水准尺倾斜读数时，水准尺应竖直。水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜视场中不会察觉，由此引起的水准尺读数总是偏大。视线高度愈大误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器保证尺子竖直。4)视差水准尺像没有准确成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。按操作规定进行目镜对光，物镜对光。,(3)外界环境影响1)仪器下沉和尺垫下沉仪器或水准尺安置在软土或植被上产生下沉。“后前前后”的观测顺序，削弱仪器下沉的影响，往返观测取观测高差的中数，削弱尺垫下沉的影响。2)大气折光影响晴天，日光照射下，地面温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线折射越大。规范规定，三、四等水准测量，应保证上、中、下三丝能读数，二等水准测量则要求下丝读数0.3m。,3)温度影响日光照射水准仪；仪器各构件受热不匀引起不规则膨胀，影响仪器轴线间的正常关系观测产生误差。观测时注意撑伞遮阳。,2.6微倾式水准仪的检验与校正一、水准仪的轴线及其应满足的条件视准轴CC、管水准器轴LL、圆水准器轴LL、竖轴VV。应满足三个条件：圆水准器轴LL竖轴VV；十字丝分划板的横丝竖轴VV；管水准器轴LL视准轴CC。,水准仪的主要轴线,圆水准器轴LL竖轴VV检验：旋转脚螺旋圆水准气泡居中；仪器绕竖轴旋转180，气泡中心偏离圆水准器零点时，关系不满足，需要校正。校正：旋转脚螺旋调整气泡偏移量的一半。松开圆水准器固定螺丝，旋转圆水准器校正螺丝气泡中心移到圆水准器零点。,仪器再绕竖轴旋转180，气泡中心与圆水准器的零点重合时，校正完毕，否则还需要重复前面的校正工作。勿忘拧紧固定螺丝。,十字丝分划板横丝竖轴VV整平仪器，十字丝横丝一端对准远处一明显标志点，旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪标志点始终在横丝上移动横丝垂直于竖轴。否则，需要校正。,旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺丝，按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再检验。最后应拧紧四个压环螺丝。,管水准器轴LL视准轴CC若不平行，则有i角。检验：选择场地：平坦，A，B两点相距约80m，立尺。安置水准仪于两尺中间，观测高差hAB=a1b1，不受i角影响。安置水准仪距B点23m处，观测高差hAB=a2b2。两次高差之差h=hABhAB。”=206265，弧秒值。i”应小于20，否则应校正。,求出点B尺正确读数：a2=a2h。旋转微倾螺旋，使