工程测量一-水准测量

第二章水准测量2.1水准测量原理2.2DS3水准仪和水准测量的工具2.3水准仪的使用2.4水准测量的施测方法2.5水准测量的内业计算2.6水准仪的检验与校正2.7水准测量的误差及注意事项2.8其他水准仪简介,水准测量原理：利用一条水平视线，读取两点上水准尺的读数，测定两点间的高差，由已知点高程推求未知点高程。如图：hAB=abhAB=后视读数-前视读数,大地水准面,Hi,b,HB,HA,hAB,前进方向,A,B,a,当ab时，hAB为正，B高于A；当ab时，hAB为负，B低于A。,高差法,仪器高（视线高）法,hAB=abHB=HA+hAB,Hi=HA+aHB=Hi-b,利用高差计算高程。（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）,利用视线高计算高程。（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）,一、水准仪1、水准仪的等级DS05、DS1、DS3、DS10D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；,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,符合水准器,作用：调整水准仪观测视线处于水平状态的精密整平装置。构成：由一个管水准器和一个棱镜组构成。应用原理：利用光学反射原理，使水准气泡A端半影像按1、2、3、4的方向反映在显示面上，B端半影像从另一个棱镜开始按A端同样方式反映在显示窗上。,（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2m、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。,三、仪器的使用一、安置仪器,（1）在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。,（2）从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。,二、粗略整平,通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。,三、瞄准水准尺,（1）目镜调焦转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。,（2）初步瞄准通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。,（3）物镜调焦转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。,（4）精确瞄准转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央。,（5）消除视差眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动，这种现象叫视差。,产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重合。,视差的存在将影响读数的正确性，必须予消除。,消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。,四、精确整平,转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合,此时水准管气泡居中，视线即为水平视线,五、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。,注意：读数前必须精平，精平后立即读数。,图形：水准仪读数实例,水准仪读数实例,6.252,1.477,0.725,水准测量一、水准点,我们将用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点。,水准点记为BM(BenchMark)。,水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。,国家等级永久性水准点,国家等级永久性水准点,建筑工地上的永久性水准点,（2）临时性水准点,一、一个测站的水准测量工作,A,B,a,b,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。,当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时，不能安置一次仪器即可测得两点间的高差。,这时需要在两点间加设若干个立尺点，分段设站，连续进行观测。,提出问题：,解决方法：,加设的这些立尺点并不需要测定其高程，它们只起传递高程的作用，故称之为转点，用TP（TurningPoint）表示。,二、水准测量实施方法,例：,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）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,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,6.4065.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水准测量手簿,已知,（一）、计算检核目的：检核计算高差和高程计算是否正确。检核条件：如上表所示：,等式条件成立，说明计算正确。,（二）、测站检核目的：保证前后视读数的正确。方法：变动仪器高法、双面尺法,1、变动仪器高法在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|h|6mm，取其平均值作为最后结果。2、双面尺法采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。,二、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；计算检核只能发现每页计算是否有误；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；对一条水准路线来讲必须进行成果检核。,在一般的工程测量中，水准路线布设形式主要有以下三种形式：,1附合水准路线,2闭合水准路线,3支水准路线,1、水准路线的布设形式,1附合水准路线,（1）附合水准路线的布设方法,从已知高程的水准点BMA出发，沿待定高程的水准点C、D、E进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点BMB所构成的水准路线，称为附合水准路线。,各测段高差代数和与其理论值的差值，称为高差闭合差，即,（2）成果检核,从理论上讲，附合水准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点之间的高差，即,2闭合水准路线,（1）闭合水准路线的布设方法,从已知高程的水准点BMA出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BMA的环形路线，称为闭合水准路线。,（2）成果检核,从理论上讲，闭合水准路线各测段高差代数和应等于零即,如果不等于零，则高差闭合差为,3支水准路线,（1）支水准路线的布设方法,从已知高程的水准点BMA出发，沿待定高程的水准点1进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。,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,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、闭合差的调整分配原则：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。,M,M,M,M,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）。调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。,误差来源：仪器误差+观测误差+外界条件的影响,一、仪器误差1、仪器校正后的残余误差主要是i角误差。（前后视距相等可消除）2、水准尺误差包括刻划不准、尺长变化、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）,二、观测误差1、视差（仔细调焦可消除）2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3、水准气泡居中误差（符合后立即读数）4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）,三、外界条件的影响1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）,(7)测量者要严格执行操作规程，工作要细心，加强校核。,注意事项,(1)测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相等。,(2)仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉。,(3)估数要准确，读数时要仔细对光，消除视差。,(4)检查塔尺相接处是否严密。保证扶尺竖直。,(5)记录要原始，字迹整齐、清楚，端正。,(6)读数时，记录员要复诵，以便核对。,精密水准仪,主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。,特点：1、结构精密、性能稳定、测量精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10/2mm；4、采用光学测微器读数，可直接到0.1mm，估读到0.01mm；5、配专用精密水准尺；,操作方法与DS3水准仪基本相同。,自动安平水准仪,自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替水准管，使视准轴水平。,特点：1、视准轴自动安平；2、提高水准测量精度；3、减少操作步骤，提高工作效率。,电子水准仪,1.采用条纹编码的标尺长度注记方式。2.采用摄像技术，对标尺测量进行摄像观测。3.自动实现图象的数字化处理以及观测数据的测站显示、检核、运算等。,激光水准仪激光水准仪有水准仪、激光器、电源等组成。,特点：1、视准轴为一束红色可见光。2、广泛应用于水平场地的测设、大型设备安装。,内置激光器、电源,本章小结,一、水准测量原理、水准仪及使用,1.水准仪的几何轴线及关系：,视准轴(CC)物镜光心与十字丝中点的连线；,水准管轴