第三章 水准仪及高程测量.ppt

1、测量学课件、主要内容水平测量原理水平测量内业水平的检查与校正、第三章水平测量及海拔测量、水平测量仪器及刀具水平的外业作业水平测量新仪器介绍三角海拔测量、第一节水平测量原理、第一、基本原理水平测量是利用水平提供的水平视线，即观测地面两个点的水平尺， 读取水平视线和水准尺相交的读取数，求出两个尺的读取值之差，就是两个点之间的台阶，如果在已知点的标高值上加上两个点的高度之差，就可以得到所希望的点的标高值。 如图所示，将已知的a点标高设为HA，将b点标高设为未定。 两个点之间的台阶是hAB=后视读-前视读，即，hAB=a-b，第一节水平测量的原理可以根据已知点a的海拔HA和测量的台阶hAB来估计b点的

2、高度。 HB=HA hAB=HA (a-b) B点海拔，也可以用机器的视线高度Hi进行修正，即，将HiHAa HBHib用视线海拔修正b点海拔的方法称为视线高度法。 当需要从一个站中的一个已知后视点测量多个前视点的标高时，使用视线高度法比较方便。 第一节水平测量原理，二、水平曲面对水平测量的影响，由于水平测量前、后视距一般较短，在介绍上述水平测量原理时，将大地水平面以及超过a点和b点的水平面视为平面。 实际上，这些水准面都不是平面而是曲面，如果水准的视线与大地水准面平行，则对应于a，b两个地面的点水准尺上的读取值应该是a和b，即，正确的阶差应该是h=ab。 但是，用水平视线读取的读取值分别为a

3、和b，a和a、b和b的差c是由地球曲率的影响造成的。 如果从水平仪到点a和b的距离相等(即，等于s )，则第一节水平测量的原理为aabbc (R表示地球的半径)，并且在校正台阶时可以抵消地球曲率的影响。 即，h=ab=(a c)(b c)=ab，第二节水平测定的机器和工具，一、水平的等级和结构(一)等级水平按照机器所示的精度分为四个等级： DS05、DS1、DS3 s水平的数字是机器的精度，即每1公里测定的台阶的中数的中误差煤矿测量中常用DS3型水平仪。第二节水平测量的仪器和工具，(2)结构下图为DS3微倾斜式水平仪的外形和各部件名称。 主要由望远镜、水平仪、基座三部分组成。 第二节水平测量仪

4、器和工具，1望远镜的作用是提供照亮目标的水平视线，主要用于照亮水平尺和读数。 2水准以上的水准是用于表示基准轴是否水平，或者机器的纵轴是否垂直的装置，水准可以分为圆形水准和管理水准两种。 3底座主要由轮毂、脚踏螺钉和连接板组成，其作用是支撑器的上部。第二节水平测量的仪器和工具、二、水平尺和尺垫1、水平尺1 )水平尺按其长度有2m、3m和5m等2 )根据其构造，有尺、塔尺、折尺。 尺有单面尺和双面尺，双面尺必须成对使用，黑面尺的零从尺的下端开始，红面尺的下端从某个数值开始(一般为4687mm或4787mm )，称为零点差。 第二节水平测量的仪器和工具，2尺垫在2点之间的台阶差大，或者距离远，或者

5、不通的情况下，一般增加几个用于在2点之间传送海拔的临时点，称为回转点。 在旋转点竖立水平尺时，在旋转点放置1尺的垫子，以免立尺点下陷或水平尺旋转而影响读数。 尺垫、第三节水平仪的使用，是打开三脚架，将架台保持在大致水平位置，将水平仪放在架台上，紧固连接螺旋。 以不足为中心进行圆形水平的气泡调整。调节脚螺旋时，气泡移动的方向与左拇指转动脚螺旋的方向一致，即遵守“左拇指原则”。 第三节水平仪的使用，二、瞄准是将望远镜对准水平尺，清晰地看目标和十字线的图像，正确地进行水平尺的读取值。 基本步骤如下：初步对准目镜调焦(清晰十字线)物镜调焦(清晰目标) (使纵线对准目标)，使用第三节水平仪，注意：对准时

6、应消除视差。 视差：目镜、物镜对光不细时，由于目标影像不在十字平面上，两者不能同时看见。 消除方法：仔细调节目镜物镜的焦点。 第三节水平仪的使用，三、精平是在读数前旋转微倾斜螺旋，使水平管气泡严格中央，达到视准轴的正确水平。 第三节水平仪的使用，四，读数用十字线横线在水平尺上从小向大读取，读取米、分米、厘米、毫米(鉴定数)四位数字。 右图所示的中线读数为1.356m。 第四节水准测量的外业工作，一、水准和水准路线(一)水准是标高的标志点，用水准测量其标高。 一般简写为“BM”。 水准测量在已知标高的水准和规定标高的水准之间进行。 水准点根据其保存时间的长短分为永久点和临时点。 第四节水准测量的

7、外业工作，水准点，临时点，永久点，第四节水准测量的外业工作，(二)水准路线在已知海拔点和保留海拔点之间进行水准测量的路线称为水准路线。 1、封闭水平路线从已知海拔的水平BMA开始，沿规定的海拔点1、2、3进行水平测量，最后返回BMA，形成封闭环路线。 封闭水平路线，第四节水平测量的外业工作，2 .安装水平路线从一个已知海拔的水准点BMA，沿着保留海拔点1，2，3进行水平测量，最后安装到另一个已知海拔的水准点BMB。附加水平路线、第四节水平测定的外业工作、3 .支线水平路线从已知海拔的水准点BMA，沿保留海拔点1、2、3进行水平测定。 不关闭原始已知点或附着到其他已知点。 分支水平路线、第四节水

8、平测定的外业工作、二、水平测定方法两点远或台阶大时，连续设置水平仪测定相邻各点间的台阶，最后取各台阶的代数和，即可得到终点的两点间的台阶。 如下图所示，在两水准点a、b之间设置几个转点，把AB分成n段。 如果分别测定各段的段差h1、h2、hn，则ab2点间的段差是在各段的段差之和、即hAB=h=h1 h2 hn、第四节水平进行测定的外业作业，如果h1=a1-b1h2=a2-b2hn且a点标高已知，则b点的标高hh 可以写成hAB=(a1-b1) (a2-b2) (an-bn)=a -b，是在第四节级别测试的外业。 在一个站观测到的台阶，为了保证其正确性，提高水平测定的精度，必须进行检查。 检查

9、站的检查如下： (1)变更修正高度法在各站用2次不同机器高度的水平视线测量相邻两点间的高度差。 从逻辑上讲，两次测定的台阶应相等，据此观察，检查第四节水平测定的外业工作、测定中是否有错误。 (二)在双面尺寸的各个站点采用2组不同的水平尺寸表面的读取值来测量邻接的2点之间的台阶差。接下来，我们来看看用两种方法进行水准测定的外业观察的记录手段很薄。 表1 :水准测量记录薄(变更机器高度法)，第四节水准测量的外业工作，第四节水准测量的外业工作，表2 :水准测量记录薄(双面尺法)，第五节水准测量内业，水准测量内业修正算法的内容，包括1 )水准路线段差封闭差的修正算法2 )段差封闭差的分配和高度修正算法

10、。 另一方面，阶梯封闭差修正计算水平的测定结果受测定误差的影响，水平路线的实测高度差值与应有的值不一致，将该差值称为阶梯封闭差。 式中： L-水准路线长，单位： Km n-站数。 第五节水准测量内业，(1)封闭水准路线段差封闭差的补正算封闭差补正算： fh fh允许的话，说明测量结果的精度满足要求。 否则，观测结果误差过大或有错误，必须检查原因，必要时重新测定。 第五节水准测定内业，(二)标准路线的阶梯封闭差，修正阶梯封闭差。 即，如果写入通式，(3)分支水平的路线段差封闭差的修正公式为，在fhh为h、第5节水平的测定内业、二、段差封闭差的分配和海拔的修正计算(1)封闭(附加)水平的路线段差封

11、闭差的分配1 )水平的路线沿着平坦区域前进时，各修正数为vi li 第五节水准测定内业，2 )水准路线沿着山间部和丘陵地带前进时，各水准点之间的台阶差大的话，站数的差也大。 在这种情况下，阶梯封闭差应按站数分配。 其修正数为vi ni式中： n级路线的总站数第ni级的站数。 关闭差额分配后，还应检查分配过程中订正的准确性。 即，vifh、第五节水准测量内业、(二)支线水准路线段差封闭分配水准路线段差封闭差的分配方法简单，以往，只要将复测量段差的绝对值平均，用以往测量方向的符号取段差的正负符号即可。 即，hi=(|hi往| | hi复| )式中： hi的第I段的台阶； 从hi到第I段的往测段差h

12、i返回第I段的测量段差。第五节水平测量内业、段差封闭差分配和检查准确，得到各测量段修正后的段差，用已知水平标高和修正后的测量段差修正各保留水平标高。 即，封闭水平路径的阶梯封闭差的分配、修正后的阶梯差的修正计算及最终推定标高与附着水平路径相同。 现在，以封闭水平路线的内业补正算为例，说明水平测定内业补正算过程。 第五节水平测量内业，【例】右图为闭水平路线，相关数据记载于图及下表。 已知a点的海拔为227.043m，我们试着求出1、2、3点的海拔。 解：按照上述步骤如表所示进行修正。 由表可知，阶梯封闭差的允许值满足该测定结果的精度要求。2、第五节水平测量内业、水平测量订正算表、第六节水平测量新

13、仪器介绍、一、自动安全水平自动安全水平的技术操作程序分四个步骤进行，即粗水平瞄准检查读数。 其中粗细、瞄准、读取方法与微倾斜式水平仪相同。 图中显示的是南方NL20-32型自动水平和苏一光NAL124型自动水平。 自动水平，第六节水平测量新仪器介绍，二、数字水平的数字水平也称为“电子水平”，是目前最先进的水平，可以视为自动水平、CCD相机、微处理器和条形码比例的几何水平自动测量系统与光学水平相比，数字水平操作简单，可自动观察记录，将测量结果显示为数字。 可大幅减少观测误差，减少观测错误，提高测量结果的精度和可靠性。图为索佳SDL50型数码水平。 数字水平，第6节水平测量新仪器介绍，三，激光水平

14、激光水平是用激光束代替人工读数的水平。 与光学水平相比，具有精度高、视线长、能够自动读取和记录等特征。 激光水平的精度主要取决于水平部分的精度。 操作内容包括瞄准、调平、读数等。 右图为DSJ2-Z激光水平。 激光水平、第7节水平的检查和校正，水平的主要几何轴线是视准轴CC、水平管轴LL、圆水平轴L0L0、机器纵轴VV。 水平仪为了提供水平视线，水平仪的各轴线之间必须有充分的几何条件： (1)圆水平轴L0L0与机器纵轴VV(L0L0VV )平行；(2)十字线的横线必须与机器的纵轴(横线VV )垂直。 (3)水平管轴LL平行于参考轴CC(LLCC )。 水平仪在使用前，必须进行检查和校准。 第七

15、节水平仪的检查和校正，一、圆形水准的检查和校正检查：将器械放在脚手架上，转动足螺旋，以圆形水准的气泡为中心，如图(a )所示。 然后，将望远镜水平旋转180度，观察气泡的位置，如果气泡还在中央，则表示圆水平仪轴与修正器纵轴平行。 如果气泡不在中央，零点偏移的话，如图(b )所示，说明圆水准直器轴与机器的纵轴不平行的话，需要补正。 第七节水平仪的检查和校正、校正：校正时，转动脚的螺旋，使气泡移动中间偏移量的一半，如图(c )所示，气泡从虚线位置移动到实线位置，然后如图(d )所示，用校正针转动水平仪下的3个校正螺钉，使气泡居中。 无论设备移动到哪个位置，圆等级的气泡始终位于中央，即划线内之前，请

16、反复进行检查和校正。 此时，满足L0L0VV的条件。 注意：在某些水平的圆形水平底部，除了三个校准螺钉外，还有一个固定螺钉。 旋转校准螺钉之前，必须拧松该固定螺钉，等校准完成后再拧紧。 第七节水平仪的检查和校准，二、十字线的检查和校准检查：调整水平仪后，在十字线横线的一端瞄准清晰的目标点p，拧紧水平制动螺旋，旋转水平微动螺旋。 p点经常在横线上移动时，表示十字线的横线与机器的纵轴垂直。 另一方面，当p点离开横线时，如图(a )所示，机器的纵轴垂直，横线不水平，说明需要修正十字线的位置。 第七节水平仪的检查和校正、校正：如图(b )所示，取下目镜的十字环校正螺钉的保护盖，用螺丝刀拧松十字环的4根固定螺钉，将十字环向与横线倾斜方向相反的方向转动，直到转动水平微动螺钉，p点总是在横线上移动，最后拧紧十字环固定螺钉注意：校准方法因十字线装置的形式而异。 第七节水平仪的检查和校准，三、水平管轴平行视准轴的检查和校准水平管轴平行视准轴不平行，两者有一个夹角，如图所示，这个误差称为水平仪的“I角误差”。 I角误差引起的水准尺的读取误差与距离成正比。 在设备的前端和后端离水平尺的距