测量学第二章 水准测量.ppt

1、上一章主要内容,测量学的概念及其任务 基准面和基准线 高斯投影 投影带的划分 测量的基本任务,水准测量,本章主要内容,绝对高程,相对高程,高差,高程的概念,高程测量,高程测量是测量工作的三项基本任务之一，通常确定点地面高程的方法有：水准测量和三角高程测量。 水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。 三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。 GPS测高,水准测量的原理,水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直

2、接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。,a,b,前进方向,后视,前视,水准测量的原理,A、B两点间高差hAB为：,A点为后视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。,高差等于后视读数减去前视读数。,水准测量的原理计算未知点高程,高差法 视线高法,水准测量的原理连续水准测量,hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab,水准仪,为水准测量提供水平视线的仪器。 常用的水准仪 精密水准仪 DS05 、 DS1 普通水准仪 DS3 、DS10,水准仪水准仪结构,水准仪水准仪结构,水准仪望远镜,

3、望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。 它主要由: 物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。,水准仪水准器,是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。 水准器又分为圆水准器和管水准器。,水准仪水准器圆水准器,用以粗平仪器。 过零点的球面法线LL，称为圆水准器轴。 圆水准器轴LL平行于仪器竖轴VV。 分气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值。,水准仪水准器管水准器,管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。 水准管上2mm圆弧所对的圆心角，称为水准管的分划值，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20，记作20/

4、2mm。,水准仪水准器管水准器,为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。,水准仪基座,基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。 改革基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。 方法转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。,水准尺和尺垫,尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。 尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称辅尺）。,水准仪的使用,安置：安置三脚架和水准仪； 粗平：使圆水准器气泡居中； 瞄准：粗瞄和精瞄； 精平：使长水准管气泡居中； 读数：用中丝读

5、数；,水准仪的使用安置仪器,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。 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。,水准仪的使用粗平,使圆水准器气泡居中,气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。,水准仪的使用瞄准目标,粗瞄、对光、精瞄和消除视差,消除视差,水准仪的使用精平,使长水准管气泡居中,水准仪的使用读数,用中横丝读数,1.251m,0.712m,普通水准测量及其成果整理,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 (Bench Mark)。 水准点有永久性水准

6、点和临时性水准点两种。,国家等级永久性水准点,水准点,建筑工程水准点,临时性水准点,水准路线,水准网,水准路线附和水准路线,从已知高程的水准点BM1出发，沿待定高程的水准点1、2、进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点BM2所构成的水准路线，称为附合水准路线。,h= h测 -（H终-H始),水准路线闭和水准路线,从已知高程的水准点BM1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BM1的环形路线，称为闭合水准 路线。,h= h测,水准路线支水准路线,从已知高程的水准点BM0出发，沿待定高程的水准点1，2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

7、线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。,h= h往+ h返,水准路线水准网,若干条单一水准路线相互连接构成网形。,结点,通过平差方法求得各待定点的高程,水准测量的外业,水准测量的外业,水准测量的外业,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。 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（Turning Point）表示。,水准测量的外业,已知水准点BMA的高程 HA19.153m，现欲测定B点的高程HB，由于A、B两点相距较远，需分段设站进行测量，具体

8、施测步骤如下。,水准测量的外业,表2.2 普通水准测量记录手簿 测区 仪器型号 观测者 时间 年 月 日 天 气 记录者,水准测量的外业,1,BMA,TP1,1.632,1.271,0.361,19.514,水准测量的外业,水准测量的外业,水准测量外业,水准测量外业,1,BM1,TP1,1.563,0.986,+0.577,19.431,2,TP1,A,A,1.762,1.828,0.066,3.325,2.814,+0.511,+0.511,水准测量外业,注意事项： 架仪器要注意前后视距大致相等； 仪器不能架在路中央； 尺垫只在转点处使用； 读数前要精平； 后视完毕转向前视，一定要重新精平再

9、读数，（但切记不能动脚螺旋）； 视线要小于100米。,水准测量的内业计算,测站校核： 在一个测站上观测两次高差，两次高差不符值应在允许范围内。 方法有变仪器高法和双面尺法。 线路校核： 把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。 线路方式主要有闭合水准路线 、附合水准路线 、往返水准路线,水准测量的内业计算,计算高差闭合差(closing error),公式：,故对于闭合水准路线，有：,故对于闭合水准路线，有：,故对于闭合水准路线，有：,水准测量的内业计算,高差闭合差的容许值（tolerance）,对于普通水准测量：,式中，fh容高差闭合差限差，单位：mm；

10、L水准路线长度，单位：km ； n测站数 。,水准测量的内业计算,下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA6.543m，HB9.578m，1、2、3为待定高程的水准点。,水准测量的内业计算,原始数据填表,水准测量的内业计算,高差闭合差的计算：,高差闭合差的计算和调整,计算各点改正后的高差,计算各点改正后的高差,填表,填表,填表,填表,水准测量的内业计算,辅助计算填表,返回,水准测量的内业计算,高差改正数计算填表,返回,水准测量的内业计算,高差改正数计算填表,返回,水准测量的内业计算,高差改正数计算填表,水准测量的内业计算,Excel表格实现,水准测量的内业计算,E

11、xcel表格实现,水准仪的检验与校正,水准仪应满足的几何条件： 圆水准器轴LL应平行于仪器的竖轴VV； 十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV； 水准管轴LL 应平行于视准轴CC 。,水准仪的检验与校正圆水准器的检校,检校目的： 当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上处于铅垂位置LLVV ?,水准仪的检验与校正圆水准器的检校,检校目的： 当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上处于铅垂位置LLVV ? 检验方法： 转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远镜旋转180，如果仍然居中，说明满足此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。,水准仪的检验与校正圆水准器的检校,校正方法： 转动脚螺旋，使气泡

12、向中间移动偏离量的一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。,水准仪的检验与校正十字丝的检验,检校目的： 当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。 横丝 竖轴VV ？,水准仪的检验与校正十字丝的检验,检校目的： 当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。 横丝 竖轴VV ？ 检验方法： 整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横丝，则需校正。,水准仪的检验与校正十字丝的检验,检校目的： 当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。 横丝 竖轴VV ？ 检验方法： 整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横

13、丝，则需校正。 校正方法： 拨正十字丝环。,水准仪的检验与校正i角的检验,检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。 LL CC ？,水准仪的检验与校正i角的检验,检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。 LL CC ？ 检验方法： 在比较平坦的地面上，相距约4060m左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和B。检验时先将水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，分别读取A、B点上的水准尺的读数a1和b1，求得高差h1=a1-b1。（h1不含有该项误差的影响）,水准仪的检验与校正i角的检验,将仪器搬至B点附近（相距约3米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺A和

14、近尺B，分别读得读数a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2。若h2=h1，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若h2h1，则计算 如果i角大于20，则需要进行校正。,水准仪的检验与校正i角的检验,校正方法: 算出远尺的正确读数a2， a2=h1+b2。转动微倾螺旋，令远尺A上读数恰为a2，此时视线已水平，而符合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两校正螺丝，使气泡居中，这时水准管轴就平行于视准轴。,水准测量误差与注意事项,仪器误差：水准仪在使用前应进行严格的检验，但由于检验不完善或其他方面的影响，使仪器存在残差。例如水准管轴与视准轴不平行的残余误差，可采用等距离观测可以消除。此外水准尺

15、误差如尺长、弯曲、零点误差等，可采用采用前后视交替放置尺子，凑成偶数站等方法加以消除。 观测误差： 水准管气泡的居中误差： 水准管居中误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有 关。实践证明一般人判断气泡居中误差约为0.15，采用符合水准器后，居中精度约提高一倍即：0.15 / 2，引起的读数误差为： 例如：= 20，D = 100米时，则：,水准测量误差与注意事项,估读水准尺的误差：估读毫米数的误差与十字丝粗细、望远镜放大率、视线长度有关。一般认为在100米内。m估 = 1.2 mm。 照准误差：照准误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率、视线长度有关。 V28，D100米，则： 水准尺倾斜的影响

16、误差：由于扶尺不直引起读数变大。其误差为：b = b- b = b( 1 cos ),可见与尺上读数和倾角有关，当b= 2.5 m， 2时，b1.5mm。 视差对读数的影响：必须消除视差。 水准仪与尺垫下沉和反弹误差：可采用“后前前后”的观测顺序。,水准测量误差与注意事项,外界环境的影响,地球曲率对读数的影响,大气折光对读数的影响,地球曲率和大气折光的共同影响,水准测量误差与注意事项,观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺； 仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架； 前后视距应尽可能相等； 每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数； 注意对仪器的保护，做到“人不离仪器”； 只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固 紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。 认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄； 字体要端正、清楚、不准连环涂改，不准用橡