第五章精密水准测量和高程传递

第五章精密水准测量和高程传递第一页，共34页。精密水准测量科技进步→高程测量精度要求提高→精密水准测量应用范围：科学研究（地震监测、海底变化等）工程领域（设备安装，如：高能加速器、核电站等；精密工程、交通干线等）高精度仪器、设备和先进的测量方法跨江→测距三角高程跨海→GPS水准法高程传递→标高法、光电测距法第二页，共34页。精密水准测量仪器“左准绳，右规矩”→古代测定水平和取直的工具（立木作标记）水准测量精度影响因素：置平、照准精度、标尺分化标志20世纪30年代→瑞士威尔特厂→N3水准仪20世纪50年代→自动安平水准仪20世纪80年代末→瑞士威尔特厂→数字水准仪NA2000第三页，共34页。精密水准测量仪器数字水准仪第四页，共34页。精密水准测量仪器第五页，共34页。精密水准测量仪器数字水准仪主要有主机和条码标尺两部分组成第六页，共34页。精密水准测量仪器条码标尺：一般由宽度相等或不等的黑白条码按某种编码规则进行有序排列而成（是各种数字水准仪的不同的关键）主机：提供水平视线、自动补偿的机械部件和光学部件

目镜、物镜、补偿器、分光棱镜数字部分操作控制、数据处理、显示、存储等

CCD传感器、数据处理软件、键盘显示器等

第七页，共34页。精密水准测量仪器数字水准仪测量工作原理在一定倾斜视线范围内利用仪器内部补偿器进行自动调平水准尺上某一段编码成像在望远镜中，经过CCD传感器处理仪器内部存储编码相比较分析对比，获得水平视线高的读数，通过光电二极管将电子信息转为测量信息显示出来第八页，共34页。精密水准测量仪器数字水准仪（索加）编码原理1条码宽度分别为3mm、4mm、7mm、8mm、11mm、12mm；条码之间的中心距离为16mm2采用6进制和3进制编码，同时满足两种进制编码要求3将编码信息存入内存，供数据处理使用第九页，共34页。精密水准测量仪器解码→编码信号转换为测量信号→将水准尺的伪随机码存入仪器内存中，作为基准信号→标尺条码经过望远镜成像，在CCD传感器上形成测量信号

垂直放大率d，d=G/lmG为标尺上相邻条码距离，lm为仪器内部伪条码距离索加水准仪中l为8mm根据数字水准仪成像原理：视距s，s=d*f（视距测量中D=Kl，相互对应）第十页，共34页。精密水准测量仪器视线高的计算方法精密测量出每个条码所占的像素，计算出垂直放大率d依3进制编码规则确定测量条码所代表的数字编码与仪器内部存储的编码进行比较，得出每个标尺条码的标尺高度得到初测值根据式：h=d*b（精测值）b为第i个条码至电子视准轴的距离取n个条码测量的平均值作为最后的测量结果第十一页，共34页。流体（液体）静力水准仪原理原理：液体静力水准测量也称连通管测量，它是利用相互连通的液面，在静力平衡时处于同一个水准面而进行高程测量的方法

特点：测量精度高，可自动化测量。应用领域：变形监测（大坝、核电站永久性观测的建筑物）以及很难进行水准测量或自动化观测要求场所。第十二页，共34页。流体（液体）静力水准仪原理仪器形式：固定式或移动式仪器（移动式静力水准仪

适用于施工期测量，固定式静力水准仪适用于竣工后构筑物的变形观测）。测读方法：目视法、目视接触法、电子接触法和光电记录法等（各种流体静力水准仪的结构本质上的区别仅在于测定和读取连通管中液面位置的方法不同）。第十三页，共34页。流体（液体）静力水准仪原理第十四页，共34页。流体（液体）静力水准仪原理东江水力发电厂液体静力水准测量第十五页，共34页。精密水准仪的误差源及鉴定数字水准仪的误差源1与主机有关的误差源a圆水准器位置不正确误差（水平面倾斜）b补偿器误差：安置误差、滞后误差、剩余误差、磁致误差（自动安平问题导致水平视线倾斜）C视准轴i角误差D十字丝分划板竖丝与CCD传感器焦线不一致性误差第十六页，共34页。精密水准仪的误差源及鉴定2与条码尺有关的误差a尺底面误差b水准尺分化误差3与光电读数有关的误差a最小读数和进位误差B读数误差第十七页，共34页。精密水准测量测的实施前期准备工作：制定工作计划（1）确定水准测量路线：根据精密水准测量特点以及地貌等（2）作业人员的选择：一般为五人一组（3）仪器的检查与校正第十八页，共34页。精密水准测量测的实施精密水准测量的实施（1）保持仪器与外界环境气温一致观测前30分钟，将仪器置于露天阴凉处，与室外温度一致，观测中要用测伞遮蔽太阳（2）保持前后视距相等a消除i角误差（视准轴误差）b减少调焦节省测量时间（3）保持标尺读数与时间和空间对称

a奇偶测站为单位进行读数，称为对称法b可消除或减少系统误差的影响

第十九页，共34页。精密水准测量测的实施（4）减少视差引起的偏斜使两个角螺旋连线与水准视线平行，第三角螺旋在前进方向左右两侧轮换（5）每个测段的站数为偶数站（往、返）（6）保持视线长度精密水准测量的视线长度30m为最佳视线长度（7）防止强磁场的影响（8）选择适宜的观测条件第二十页，共34页。跨越障碍物的高程传递跨越障碍物？两岸、上下的问题解决办法：建立两岸和上下统一的高程坐标系第二十一页，共34页。跨越障碍物的高程传递跨江、海、河的高程传递（水准测量）特点：属于横向高程传递，跨度大、视线长第二十二页，共34页。跨越障碍物的高程传递水准仪法依据跨越障碍物距离大小分为：光学测微法、倾斜螺旋法光学测微法→跨越距离100~500m,预先制作加粗标志线的觇标→觇板中央开一矩形小窗口，窗口中央装有一指标线，指标线准确平分矩形标志线→标志线宽度与跨越距离成反比，一般取1/25000第二十三页，共34页。跨越障碍物的高程传递倾斜螺旋法（p63）特点：跨越距离在500~2000m，有四条指标线第二十四页，共34页。跨越障碍物的高程传递测距三角高程