水准测量(专业认识实习)

1、主讲：邓才华 2011年8月29日,水准测量,2,1.概述：“高程”及高程测量的目的；,2.测量高程的方法；,4.水准仪的认识与基本操作；,5.普通水准测量的实施。,3.水准测量的基本原理；,主要内容,3,地面点位表示：平面坐标、高程或（X,Y,H）。 高程（海拔）：A点到大地水准面的垂直距离，HA表示。 大地水准面：将海洋中处于静止平衡状态的平均水准面，并向大陆、岛屿延伸而形成的闭合水准面。,4,水准原点 全国高程的起算点。 1956年黄海高程系 （72.289m） 黄海平均海水面（1950-1956年青岛验潮站资料推算）；,水准原点,H0,验潮站,二者高程之差为0.029m，二者可以互换。

2、56高程高于85高程。,我国的高程系统,1985年国家高程基准 （72.260m ）（目前使用） 黄海平均海水面（1953-1979年青岛验潮站资料推算）；,大地水准面,国家高程基准,6,青岛大港1号码头验潮站,水准原点至1985国家高程基准0海平面的高程,青岛观象山水准原点,53-79年验潮资料,7,2. 高程测量方法,（3）物理高程测量,（1）水准测量,（2）三角高程测量,（4）GPS 测量,水准仪,经纬仪配标尺或全站仪配棱镜,气压计,流体静力水准仪,GPS接收机,水准测量精度最高，也是最常用的高程测量方法,8,3.水准测量原理,水准测量的原理 基本原理 连续水准测量原理 几个概念,9,h

3、AB = a b HB = HA + hAB,大地水准面,高差法,Hi= HA+ a HB= Hi-b,视线高法,当a b时，hAB 为正，B高于A； 当a b时， hAB 为负，B低于A。,后视点,前视点,后视尺,前视尺,关键词：水平视线 水准尺 高差，已知点高程 未知点的高程。,基本原理,高差hAB具有方向性。,10,例1：设已知HA为45.123m，B为待求点。后视读数a=1.732m，前视读数b=1.243m，请问A、B两点哪点高，并求B点高程？ 解：1、hAB = HB-HA =a-b=1.732-1.243=0.489 0 由此可知，B点高于A点。 2、HB= HA+ hAB=45

4、.123+0.489=45.612m,例2 ：例1中,若a=1.243m， b=1.732m，结果又如何？ 解：则hAB =-0.489 0 B点低于A点。HB= 44.634m,11,高差法：利用高差计算高程。 （安置一次仪器测定一个点高程时使用） 视线高法：利用视线高计算高程。 （安置一次仪器测定多个点高程时使用）,常用于线路测量和施工放样测量（如下图）,12,A、B两点相距较远或高差较大时，需连续水准测量。 中间设置转点（TP），转点上放置尺垫。 h1=a1b1， h2=a2b2， ， hn=anbn。 hAB= h1 h2 hn= hi hAB=aibi,连续水准测量,结论： A 、B

5、 两点间 的高差等于后 视读数之和减 去前视读数之 和,13,1）测站： 2）水准路线： 3）后视： 4）前视： 5）视距： 6）视线高程： 7）转点： 8）水准点： 9）水准点高程：,测量仪器所安置的地点。,水准路线的后视方向。,水准路线的前视方向。,水准仪至标尺的水平距离。,视线的高度=后视高程+后视读数。,水准测量中起传递高程作用的中间点。,水准测量的固定标志点。,指标志点顶面的高程。,进行水准测量时所行走的路线。,几个概念,14,小结 1、水准测量原理： hAB = HB-HA= a-b 2、连续水准测量： hAB=aibi HB = HA+hAB 3、几个概念,HB=HA+hAB =

6、HA+ a-b,4.水准测量的仪器及工具,15,水准测量的仪器及工具 DS3水准仪的结构 水准仪的主要轴线 水准尺与尺垫,16,DS3水准仪的结构,按精度分：DS05、 DS1、 DS3、 DS10,拓普康,北光DZS3-1,按自动化程度分：微倾式、自动安平、电子水准仪,作用：为高差测量提供一条水平视线,仪器：水准仪，工具：水准尺和尺垫。,17,望远镜,水准器,基座,主要有望远镜、水准器及基座三部分。,19,组成物镜、物镜调焦螺旋、调焦透镜、十字丝分划板、目镜、目镜调焦螺旋等。 视准轴CC物镜中心与十字丝分划板中心的连线。 水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。,望远镜,

7、瞄准远处的水准尺并读数；,20,倒像望远镜成像原理,DS3水准仪放大倍数V=28,21,水准器：圆水准器、管水准器,水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。,管水准器用来指示视准轴是否水平； 圆水准器用来指示竖轴是否竖直。,22,圆水准器轴线LL：通过内圆弧零点的球面法线。 其分划值为：810 气泡居中时，LL铅垂，即圆水准器轴LL竖轴VV 。只用于仪器的概略整平。,（1）圆水准器,23,（2）管水准器,水准管轴：过零点作水准管圆弧的切线。 当气泡居中, 水准管轴水平，即管水准器轴LL望远镜视准轴CC，用于仪器的精确整平。 其分划值为：20”/2mm,24,微倾式水准仪 安装一

8、组符合棱镜：提高管水准气泡的居中精度 旋转微倾螺旋管水准气泡居中水平视线,1,2,3,26,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,27,水准仪的主要轴线,水准仪的主要轴线： 视准轴CC 水准管轴LL 圆水准器轴LL 仪器竖轴VV 必须满足的几何条件： LL CC（精平） LL VV（粗平） 十字丝横丝VV,如何操作才能满足仪器的几何条件？,28,分类：单面尺、双面尺和塔尺。 分划：1cm或0.5cm，每10cm处注有数字。 单面尺/塔尺 用于等外水准测量 双面尺(1对): A、B尺，黑面03m红面，A：4.6877.687m, B尺4.787

9、7.787m。 用于三、四等水准。,水准尺和尺垫,如何判断红面起点 是4687还是4787？,尺垫：其半球形顶部用来竖立水准尺 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。,29,注意：在已知点和待求点上不能放尺垫。,30,小 结 1、水准仪的结构：望远镜、水准器、基座 望远镜的成像原理、视准轴、视差的概念 水准器的作用 2、水准测量的工具：水准尺与尺垫,31,1. 安置仪器,粗略整平,安置仪器,瞄准,读数,精平,DS3水准仪的使用,32,2. 粗平,方法：对向转动脚螺旋1、2，使气泡移至1、2方向的中间，转动脚螺旋3，使气泡居中。,目的：使圆水准气泡居中。,规律：气泡移动方向与左

10、手大拇指运动的方向一致。,33,2. 粗平,34,3. 瞄准,视差：眼睛上下移动，标尺成像与十字丝像之间相对移动的现象。,原因：目标的成像平面没有与十字丝分划板重合。,消除方法：旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。 旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。（反复对光）。,方法： 目镜调焦：十字丝清晰 粗瞄目标：拧紧止动螺旋 物镜调焦：物像清晰 精瞄目标：调微动螺旋,什么是视差？产生的原因？如何消除？,35,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。,36,望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。,37,38,4. 精平,读数之前旋转微倾螺旋使水准管气泡符合，此时视线

11、（即视准轴）精确水平。若为自动安平水准仪，此步骤省略。,注意：每次读数前必须使水准管符合,微倾螺旋,39,4. 精平,40,十字丝横丝（即中丝）在水准尺上读数。 读数按由小到大（倒像的水准仪，应由上而下进行；正像的仪器，则由下而上读），先估读mm，后m、dm、cm。 读数记录四位数，以mm为单位。,黑面读数a=1274（mm） 红面读数 b=5958（mm）,5. 读数,41,42,43,精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中； 例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。,精密水准仪,主要是指精密、自动安平、数字水

12、准仪,二、其他水准仪的简介,44,45,小 结 水准仪的操组步骤： 安置仪器 整平 瞄准 精平 读数 (脚螺旋) (消除视差) (每次读数前) (从小到大),46,5.普通水准测量,水准点和水准路线,水准测量实施 （外业）,成果数据处理（内业）,水准测量的成果实例,47,水准点请勿碰动！,水准点和水准路线,水准点分为永久性和临时性两种。,1. 水准点,水准测量通常是从水准点引测其它点的高程,48,2.水准路线,1）闭合水准路线,2）附合水准路线,2. 水准路线,4）水准网,49,设置转点（TP）：转点上放置尺垫，传递高程。,测站检核有双仪高法和双面尺法。,hAB= hi=aibi,中间法:视距

13、一般100m，最大为150m；,同一测站,不同仪高测高差两次（仪高变化应10cm) ，高差之差容许值（图根水准:6mm），取中数为该站观测结果。否则应重测。,1. 双仪器高法,水准测量实施（外业）,50,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，转点必须保持固定不变，否则重测。,TP1,TP2,TP3,1011,1554,前进方向,1134,1677,Why？,a, 置仪器于A、TP1约中间处，立尺于A、TP1点上；, 计算：h1 = ab = 1.134-1.677=-0.543m, 瞄准TP1前视尺，精平、读数b，记录1677m；, 仪器高度变化10cm，同法测得 a =

14、1.011，b =1.554 h1=-0.543, h1= h1- h1=06mm, 粗平；瞄准后视尺A，精平、读数a，记录1134；, 搬站：同法依次测出，数据记录如下表, 计算高差的平均值： h1 = -0.543m。,注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。 （2） ，只表明计算无误，不表明观测和记录无误。,123.446,124.646,53,分别读取后、前视尺黑面和红面各一次，两次高差，进行检核。,黑面读数高差： 红面读数高差： 红黑面高差之差： 最后高差中数：,等外水准的观测顺序简称为“后后前前”或“黑红黑红”。,2. 双面尺法,54,5

15、5,56,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。,成果数据处理（内业）,57,计算高差闭合差：即高差的观测值与理论值之差； 用fh表示，即 fh=h测 - h理,1）附合水准路线检核 2）闭合水准路线检核 3）支水准路线检核,单位为mm。L水准路线的长度，km。n水准路线的测站数,要求： fh fh允。否则，分析原因，重新观测,限差：,1. 成果检核的主要内容,58,2. 闭合差fh的计算,1） 附和水准路线： h测=h1+h2+h3+ + hn h理=H终 H始 fh = h测 -

16、 h理= h测-（H终 H始） 2） 闭合水准路线： h测= h1+h2+h3+ + hn h理= 0 fh = h测 - h理= h测 3） 支水准路线： h测= h往+ h返 h理= 0 fh = h测 - h理= h往+ h返,59,3. 分配高差闭合差并检验闭合差是否分配完全,高差闭合差按每一测段的测 站数或路线长成比例分配。,判断fh fh容？,hi = hi+ Vi,注意：凑整，分配完全,4. 计算各未知高程点的高程,60,1、附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

17、、测站数、距离见下图：,水准测量的成果实例,61,备注,测段,点名,距离km,测站数,实测高差m,改正数m,改正后的高差 m,高程m,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,2,3,4,A 1,2,3,B,1.0 8 +1.575,1.2 12 +2.036,1.4 14 -1.742,2.2 16 +1.446,5.8 50 +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,附合水准测量成果计算表,已知,已知,68.961,67.203,68.623,66.939,65.376,

18、62,1）. 计算闭合差： 2）. 检核：,4）. 计算改正后高差： 5）. 计算各测点高程：,闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。,3）. 计算高差改正数：,2、闭合水准路线成果计算,63,3、支水准路线成果计算,1）. 计算闭合差：,2）. 检核：,，故精度符合要求。,3）. 计算高差（取平均值，其符号与往测相同）,4）. 计算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),64,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（或零点差）、 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 水准测量的误差及消减方法,DS3水准仪误差来源： 仪器误差 + 观测误差 + 外界条件的影响,65,仪器残余误差,主要表现为水准管轴与视准轴不平行（i角误差）,当存在i角误差时，,只有前后视距相等时，a=b， i角对高差的影响为零。,中间法观测的目的： 消除水准管轴与视准轴不平行误差 消除地球曲率对高差的影响 消除大气折光的影响,66,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（严格符合后立即读数，操作中不用手扶仪器） 4. 水