水准测量课件

工程测量,第二章水准测量,学习目标：明确水准测量是确定地面点位置的基本工作。掌握地面点高程测量的二种技术：水准测量和三角高程测量的原理与方法。,第一节水准测量原理,一、基本原理水准测量是一种利用水平视线测量两个地面点高差的方法。A、B是两个树立尺子的地面点，两个地面点之间安置一台水准仪，右图中单实线是水准仪的水平视线，a、b是水平视线在尺子面上得到的观测数据。,高差hAB的值可正可负。正值表示待测点B高于已知点A，负值表示待测点B低于已知点A。此外，高差的正负号与测量的前进方向有关，测量由A向B进行，用hAB表示。反之，测量由B向A进行，用hBA表示，高差用hAB与hBA正负相反。所以说明高差时必须表明正负号。同时要说明测量进行的方向。当两点相距较远或高差较大时，可进行分段连续测量。,二、计算未知点高程1高差法测得A、B两点间高差hAB后，如果已知A的高程HA，则B点的高程HB为HB=HA+hAB,这种直接利用高差计算未知点B高程的方法，称为高差法。当两点相距较远或高差太大时，可进行分段连续测量。,2视线高法（仪高法）B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，即Hi=HA+aHB=Hi-b（=HA+a-b）特别适用于根据一个后视点的高程同时测定多个前视点高程的工作。,三、转点、测站在水准测量中，若已知水准点到待定水准点之间距离较远或高差较大，仅安置一次仪器无法测得两点之间的高差。,连续水准测量原理,三、几个基本概念,1.测站：水准仪及尺子所摆设的位置称为测站。2.水准路线：连续若干测站水准测量工作构成的高差观测路线。,一、微倾式水准仪我国按精度指标划分DSO5、DS1、DS3、DS1O四个等级。,第二节水准测量的仪器和工具,a、望远镜物镜目镜十字丝（上、中、下丝）三个部分组成。,水准仪构造及使用,a、望远镜物镜目镜十字丝（上、中、下丝）三个部分组成。,水准仪构造及使用,1物镜；2对光透镜；3目镜；4十字丝平面；,圆水准器：用于整平。水准管：用于精平。特性：气泡始终向高处移动。c、基座,b、水准器,2.标尺：木质标尺和金属标尺,1)普通水准标尺：2)塔尺：刻划、注记3.尺垫：,水准仪读数实例,0.721,a,任务1：水准仪器和工具的基本操作,能力（技能）目标：能够正确操作DS3型微倾式水准仪,微倾式水准仪的基本操作程序,操作程序：安置仪器粗平瞄准精平读数（一）粗平调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至1、2方向中间转动脚螺旋3，使气泡居中。,图形：粗平的操作方法示意图,2规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。,（二）瞄准,1方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2视差：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。,（三）精平,1、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。2、说明：自动安平水准仪，不需进行精平。,（四）读数,精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2规律：读数在尺面上由小到大的方向读。仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。,第三节水准测量方法,知识目标：掌握水准测量的施测方法及成果计算能力（技能）目标：能够合理布设水准路线能够完成水准测量的外业、内业工作并满足精度要求,一、水准点用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点，记为BM（1）永久性水准点（2）临时性水准点,二、水准路线及成果检核在水准点间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。,水准点及其等级,1、水准点：在测区内设立一些高程控制点，用水准测量方法精确测出它们的高程，然后根据高程控制点测量附近其他点的高程。这些高程控制点称为水准点。工程上常用BM来标记。2、水准点位置的选择：土质坚硬、便于长期保存、使用方便的地点。3、国家水准点分为四个等级：一、二、三、四等水准点。4、点之记：埋设水准点后，应绘出水准点与附近固定地物的关系图，标明水准点的编号和高程。便于日后寻找。,1、闭合水准路线h理=（H终H始）=0fh=h测（H终H始）=h测2、附合水准路线fh=h测（H终H始）3、支水准路线fh=h往+h返,三、水准测量的施测方法hAB=a-b=后视读数-前视读数HB=HA+hAB,测段高差的观测,测段:二个水准点之间构成的水准路线。测站的搬设：测段多测站连续观测，水准仪、标尺按前进方向逐一搬站方法：(1)一测站检核无误，记录员发“搬站”口令；(2)观测员、扶尺员按口令搬站：前视尺扶尺员不离原立尺点，确保尺垫不变动;为新设站的后视尺。观测员将水准仪搬到下一测站适当位置，距离适当。后视尺扶尺员在新设站的位置。新设站的前视尺。,测段的高差计算,1)概念：往测，前进方向从A到B的逐站水准测量；返测，前进方向从B到A的逐站水准测量。2)测段高差计算：(1)往返测高差计算：h往=hi往。检核：hi往=ai往-bi往。h返=hi返。检核：hi返=ai返-bi返。(2)测段高差计算：h=h往+h返,转点、测站,转点:临时立尺点，作为传递高程的过渡点。（一般转点上均需使用尺垫）测站:每安置一次仪器，称为一个测站。当欲测点B离已知点A较远，安置一次仪器就不可能测出它们的高差，这时，选择一条施测路线，在A、B之间加设一些转点，每相邻两点测一测站，求出它们的高差，则AB的高差即为这些高差的总和。,hAB=h1+h2+h3+=（a1-b1）+（a2-b2）+（a3-b3）+=,水准测量手薄日期_仪器_观测_天气_地点_记录_,0.063,0.231,0.535,0.105,0.396,+0.994,52.897,+0.994,5.791,6.785,+0.994,+0.994,四、水准测量的校核方法和精度要求,(一)测站校核每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用改变仪器高法或双面尺法进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称测站检核。,1)改变仪器高法在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)来测定相邻两点间的高差；如果两次高差观测值不相等，对一般水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。,2)双面尺法用双面尺法进行水准测量就是同时读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，然后由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，以这两个高差之差是否小于某一限值来进行检核。,能力（技能）目标：能够合理布设水准路线,1、闭合水准路线h理=（H终H始）=0fh=h测（H终H始）=h测fh允=40L（mm）或fh允=12n（mm）式中L路线长度，Km；n测站数。2、附合水准路线fh=h测（H终H始）3、支水准路线fh=h往+h返,路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(单位为km)，试计算待定点1、2、3点的高程。,任务2：附合水准路线的外业测量及内业计算,6个测站,+2.336,-8.653,+7.357,+3.456,10个测站,6个测站,8个测站,BM1,IV2,BM2,BM3,IV1,附合水准路线成果计算表,水准测量手薄日期_仪器_观测_天气_地点_记录_,附合水准路线成果计算表,闭合水准路线成果计算表,第五节微倾式水准仪的检验和校正,一、水准仪轴线应满足的几何关系,水准管轴LL视准轴CC圆水准轴LL竖轴VV横丝要水平（即：横丝VV）,消除减少误差方法：,1)检验校正水准仪，i角小(DS3少于20”)，摈弃不合格标尺。2)一测站前、后视距尽量相等，视距差符合规定。3)测站观测只一次对光。4)做好精平。5)限制视距长度。6)立尺直、稳。7)避阳光直晒，最宜阴天观测，视线高出地面0.3米。8)往返测。,第七节水准仪自动安平的基本原理与操作,原理：在望远镜的光路上加有一个补偿器。1补偿装置。补偿装置安装在水准仪望远镜的调焦镜与十字丝板之间。补偿:在粗略整平的条件下，仪器自动精确整平，即自动安平。补偿装置起自动安平的作用。,悬吊式自动安平补偿装置，屋脊棱镜与物镜、调焦镜、十字丝板、目镜的相对位置不变，直角反射棱镜由金属丝悬挂，可以在限定范围内摆动。,2自动安平原理。自动安平原理过程：,1)望远镜视准轴水平状态，补偿装置处于原始悬垂状态。正确标尺读数Lo。2)仪器未严格整平，视准轴处于倾斜状态，视准轴得到非水平标尺读数是Lo。实际水平视线正确读数Lo落在B处，不为人眼所观察。,2自动安平原理。自动安平原理过程,3)补偿装置重力起作用使直角反射棱镜摆向悬垂位置，直角反射棱镜与屋脊棱镜的相对位置发生变化，实际水平视线在补偿装置内的反射方向得到调整而射向十字丝中心位置(设计上必须满足这一要求)，人眼可观察到水平视线的标尺读数Lo。自动安平的原理实质：在仪器视准轴粗平时，补偿装置在自身重力的作用下自动为水准仪提供一条实际的水平观测视线及时获得标尺读数Lo。,3自动安平水准仪的基本操作：,一测站一般操作的精确整平步骤省去不做，其余的操作步骤与微倾水准仪的操作相同。,精