第二章 水准测量(0060702).ppt

1、第二章 水准测量,2-1 水准测量原理,2-2 水准测量的仪器和工具,2-3 水准测量的实施及成果整理,2-4 DS3型水准仪的检验与校正,2-5 精密水准仪和水准尺,2-6 自动安平水准仪,2-7 电子水准仪,2-8 水准测量误差及注意事项,2-1 水准测量原理,2.1.1 高程测量的概念,2.1.2 高程测量的分类,2.1.3 水准测量的原理,Home,2.1.1 高程测量的概念,概念：测定地面上各点高程的工作 根据已知的高程，测定已知点与未知点（待定点）之间的高差，求出待定点高程,待测高差,1,2,return,down,up,2.1.2 高程测量的分类,return,down,up,定

2、义：利用水准仪提供的水平视线，在已知高程点和高程待定点上分别立水准尺并读数，测定其间的高差,2.1.3 水准测量的原理,down,up,2.1.3 水准测量的原理,若高差太大或距离太远，可分站测量,return,down,up,2-2 水准测量的仪器和工具,2.2.1 水准仪的结构,2.2.2 水准尺和尺垫,2.2.3 水准仪的使用,Home,2.2.1 水准仪的结构,前常用的有以下类型： DS0.5 DS1 DS3 DS10 DS20 D 大地测量仪器的头一个字母 S 为水准仪的头一个字母 数字代表该型号水准仪的精度,down,up,2.2.1 水准仪的结构,一、望远镜 作用：瞄准远处的目标

3、和读取水准尺上的读数 结构：目镜 物镜 对光螺旋 十字丝刻划板 参数：放大率 放大倍数,物 镜,目镜,对光螺旋,十字丝刻划板,down,up,十字丝分划板,问题：视差的产生与消除,return,放大率： 放大倍数：30左右,放大率 放大倍数,return,2.2.1 水准仪的结构,二、水准器 圆水准器 作用：调节圆水准器气泡居中，使望远镜获得大致水平的视线 相关概念 零点：圆水准器球面内壁顶点 圆水准器轴：过零点的球面法线 分划值：气泡偏移零点2mm所对应的圆水准器轴倾斜的角度值,down,up,2.2.1 水准仪的结构,二、水准器 管水准器 作用：调节管水准器气泡居中，使望远镜获得严格水平的

4、视线,相关概念： 零点：管水准器球面内壁顶点 圆水准器轴：过零点的圆弧切线 分划值：水准管圆弧2mm所对应的圆心角 符合气泡：提高眼睛观察气泡居中的精度,down,up,2.2.1 水准仪的结构,三、基座 作用：连接仪器和脚架 结构组成：轴座 脚螺旋 底板 三角压板,轴座,底板,三角压板,脚螺旋,基座,return,down,up,2.2.2 水准尺和尺垫,水准尺 作用：读取读数 种类：直尺 折尺 塔尺 材质：不易变形、干燥木材 尺垫 作用：转站时放置水准尺,立 尺 点,return,down,up,2.2.3 水准仪的使用,目的：调节气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，视准轴粗略水平,第一步: 粗

5、平,down,up,2.2.3 水准仪的使用,目的：使镜筒内可清晰地看到水准尺和十字丝 视差的产生：成像平面和十字丝分划板不重合 视差的消除：重新进行目镜和物镜对光,上,中,下,第二步: 瞄准,down,up,2.2.3 水准仪的使用,目的：调节管水准器气泡居中，使视准轴严格水平,视场 气泡 符合 情况,第三步: 精平,down,up,2.2.3 水准仪的使用,由于管水准器的调平的灵敏度很高，所以读数之前一点要检查气泡是否符合，符合后才可以读数 读数是不管望远镜是成倒像还是正像，都是从小往大读,第四步: 读数,1609mm,6295mm,return,down,up,2-3 水准测量的实施及成

6、果整理,2.3.1 水准点和水准路线,2.3.2 普通水准测量的实施,2.3.3 水准测量的成果整理,2.3.4 三、四等水准测量,Home,2.3.1 水准点和水准路线,概念：通过水准测量方法获得其高程的高程控制点 类别：国家等级水准点工地一般性水准点 点之记：水准点与附近固定建构筑物的关系图，并在图上标明水准点的编号和高程,一、水准点,down,up,2.3.1 水准点和水准路线,概念：两水准点之间进行水准测量所经过的路线 布设形式：闭合水准路线 附合水准路线 支水准路线,几何条件：,适合平坦 块状地区,适合带 状地区,几何条件：,多用于加密,几何条件：,二、水准路线,return,dow

7、n,up,国家等级水准点,依照严格的尺寸标准，用石料或混凝土制成深埋地面冻结线以下，在顶面设有半球状标志,墙角水准标志埋设,混凝土水准标石,return,2.3.2 普通水准测量的实施,在处安置仪器 后视A点上的水准尺，精平并读数记录 前视B点上的水准尺，精平并读数记录 搬站，将仪器搬至下一站，按以上步骤逐站测量至BMB点,a1,a4,b2,b1,a2,a3,b3,b4,一、实施步骤,down,up,2.3.2 普通水准测量的实施,二、填表计算,5.398,down,up,2.3.2 普通水准测量的实施,计算检核：,测站检核： 仪器高法在同一测站用不同仪器高两次安置仪器，利用所测得两次高差进行

8、检核（较差 5 mm） 双面尺法仪器高度不变，分别在前后尺上读取黑、红两面读数，得黑、红两次高差进行检核（较差 5 mm）,三、检核方法,return,down,up,高差闭合差：由于测量误差的影响，水准路线的实测高差与理论高差之间的不符值（fh） fh的计算：,fh的允许值：,闭合水准路线:,符合水准路线:,支水准路线:,公里数,测站数,down,up,2.3.3 水准测量的成果整理,2.3.3 水准测量的成果整理,一、附合水准路线的成果整理,down,up,2.3.3 水准测量的成果整理,高差闭合差的计算,闭合差的调整 （同符合水准路线） 高程的计算 （同符合水准路线）,二、闭合水准路线的

9、成果整理,down,up,2.3.3 水准测量的成果整理,高差闭合差的计算,高差的计算,三、支水准路线的成果整理,return,down,up,后红中,后黑上中下,前黑上中下,前红中,2.3.4 三、四等水准测量,前视尺,后视尺,一、测站观测程序（后前前后、黑黑红红）, 后视黑面：读下、上、中丝 前视红面：读中丝 前视黑面：读下、上、中丝 后视红面：读中丝,down,up,2.3.4 三、四等水准测量,二、测站计算与检核步骤, 视距计算：,读数校核与高差计算：,计算的校核：,down,up,2.3.4 三、四等水准测量,三、填表计算例题,return,down,up,2-4 DS3级水准仪的检

10、验与校正,2.4.1 圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正,2.4.2 十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验校正,2.4.3 视准轴平行于水准管轴的检验校正,Home,检验：使圆水准器气泡居中，然后旋转180度，检查气泡是否居中 校正：旋转脚螺旋使气泡向零点移动偏距的一半，然后使用拨针拨动三个校正螺旋，使气泡移动到零点；反复进行,2.4.1 圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正,检验图,圆水准器结构图,校正图,return,down,up,2.4.2 十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验校正,检验：整平仪器后，用十字丝横丝的一端对准远处一明显标志点P，旋转微动检查点P是否始终落在中丝上,校正：旋下十字丝分划

11、板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺丝，按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件；反复进行检验校正,return,down,up,2.4.3 视准轴平行于水准管轴的检验校正,检验：分别将仪器安置在相距80米左右的两点中间和靠近其中一个点，测定两点间高差，检查两次高差较差是否超过3毫米,校正：求出A点的正确读数，调节微倾螺旋使中丝对准正确读数，此时水准气泡必偏离中心；然后调节校正螺丝使气泡的影像符合,return,down,up,2-5 精密水准仪和水准尺,2.5.1 精密水准仪,2.5.2 精密水准尺,2.5.3 读数原理,Home,2.5.1 精密水准仪,精密水准仪的构造（徕卡N3型） 精密水准仪主要用于

12、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。,return,down,up,2.5.2 精密水准尺,精密水准尺的构造（因瓦水准尺）,图为徕卡公司生产的与新N3精密水准仪配套的精密水准尺。水准尺全长约3.2m，在因瓦合金钢带上刻有两排分划，左边一排分划为基本分划，数字注记从0到300cm，右边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm到600cm，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数301.55cm，称为基辅差或尺常数。,return,down,up,2.5.3 读数原理,N3水准仪上有一个测微螺旋。当精平后，通过旋转

13、测微螺旋使平板玻璃俯仰倾斜，使得水平视线产生偏移，以对准一个整分划读数。然后在测微尺上读取小数部分。,down,up,2.5.3 读数原理,精密水准仪上设有平行玻璃板测微器,它的最大视线平移量为1 cm，对应测微尺上的100个分格，测微尺上1个分格等于0.01 cm，可估读到0.001cm。,如图所示： 水准尺读数为：148 cm 测微器读数为：0.655 cm 则读数为： 148+0.655=1.48655 m。,return,down,up,2-6 自动安平水准仪,2.6.1 概述,2.6.2 自动安平原理,Home,2.6.1 概述,水准器的缺点 1. 费时；2. 受外界条件的影响 自动

14、安平 最初设想：200年前，悬吊整个望远镜，尽管失败了，但揭示了规律：利用重力可使视线自动水平。 现在，用补偿器代替水准器，能使仪器的某一轴线，在12秒钟内自动、精确可靠地安放在水平位置。,return,down,up,2.6.2 自动安平原理,return,down,up,2-7 电子水准仪,2.7.1 电子水准仪概述,2.7.2 电子水准仪图集,Home,2.7.1 电子水准仪概述,数字水准仪是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器等部件，采用条形码分划水准尺和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。,return,down,up,2.7.2 电子水准仪图集

15、,徕卡DNA03中文精密数字水准仪,down,up,2.7.2 电子水准仪图集,down,up,2.7.2 电子水准仪图集,return,down,up,2-8 水准测量的误差及注意事项,2.8.1 水准测量误差,2.8.2 水准测量注意事项,Home,2.8.1.1 仪器误差,误差来源：视准轴与管水准器轴不平行 消减办法：前后视距相等；对仪器进行检校,i角,一、仪器校正后的残余误差,down,up,误差来源：刻划不准确；尺长变化；零点磨损等 消减办法：对水准尺进行检验（0.5mm）；在观测中安排偶数站,2.8.1.1 仪器误差,a1,b1,b2,a2,v1,v2,v1,二、水准尺误差,dow

16、n,up,2.8.1.1 仪器误差,三、尺垫误差,误差来源：尺垫高度不相等、尺垫顶点磨损等 消减办法：转点的作用只是传递高差（高程）。它是一个为观测方便而临时选择的临时性的点，它的位置选择可以任意，并不会对最终的观测高差（高程）差生影响。而尺垫是用来表明转点的具体位置，以便在观测过程中转点的位置固定和方便立尺，所以尺垫的高度、顶点磨损对不会对高差（高程）观测带来影响。,down,up,2.8.1.2 观测误差,误差来源：人眼的局限性；水准管壁与液体间的粘滞力 消减办法：严格检查气泡居中；加改正数,D,c角,v,c角,c角,c1角,一、水准管气泡居中误差,down,up,2.8.1.2 观测误差

17、,误差来源：人眼的局限性；视距的长度；望远镜的放大率 消减办法：仔细读数，多次读数取平均值；控制视距；规定望远镜的放大率,V 望远镜的放大倍率 60 人眼的最大分辩能力,二、读数误差,down,up,2.8.1.2 观测误差,误差来源：水准尺竖立不直 消减办法：水准尺上安装水准器，保证水准尺竖直；控制最大读数（小于2.7m）,a,a,三、水准尺倾斜误差,down,up,2.8.1.2 观测误差,四、视差,上,中,下,误差来源：成像平面与十字丝分化板不重合 消减办法：重新进行目镜对光和物镜对光,down,up,2.8.1.3 外界环境的影响误差,误差来源：仪器沉降 消减办法：采用后前前后的观测顺序,t 每次操作的时间 v 仪器下沉的速度,一、仪器下沉误差,down,up,2.8.1.3 外界环境的影响误差,误差来源：尺垫沉降 消减办法：采用往返观测取平均值,往 测,测 返,二、尺垫下沉误差,down,up,c,大地水准面,f,r,与大地水准面平行,水平视线,折光后的视线,2.8.1.3 外界环境的影响误差,误差来源：地球曲率；大气折光 消减办法：前后视距相等；加改正数,三、地球曲率及大气折光的影响,down,up,2.8.1.3 外界环境的影响误差,误差来源：仪器受热不均匀