水准测量外业.ppt

1、第二章 水准测量,2.1 水准测量原理 2.2 DS3水准仪及其操作 2.3 普通水准测量及成果整理 2.4 DS3水准仪的检验与校正 2.5 水准测量误差分析及注意事项 2.6 自动安平水准仪 2.7 精密水准仪简介,高程的概念,绝对高程,相对高程,高差,2.1 水准测量的基本原理,HB=？,hAB = HB= HA+ hAB,连续水准测量,H1HA+h1 H2H1+h2 H3H2+h3 HBH3+h4 H2+h3+h4 H1+h2 +h3+h4 HA+h1+ h2 +h3+h4 HA+ h = HA+ (a1 b1)+(a2 b2 )+ = HA+ ab,hAB= h =h1+h2 + =

2、(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab,H1HA+h1 H2H1+h2 H3H2+h3 HBH3+h4 H2+h3+h4 H1+h2 +h3+h4 HA+h1+ h2 +h3+h4 HA+ h = HA+ (a1 b1)+(a2 b2 )+ = HA+ ab,而按照定义：hAB=HB-HA 即HBHA+hAB 所以有（）：,水 准 仪 与 水 准 尺,水准仪： 提供一条水平视线，并能照准水准尺、读数 水准尺：用于读取刻度 一般使用黑红双面水准尺；尺底端常数为4.687、4.787； 水准尺一般成对使用， 尺垫：防止水准尺下沉和变位 顶端球面的切面放置水准尺,水准测量的仪器和工具,为水准测

3、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 、DS10,一、水准仪,D大地测量仪器； S水准仪；,XX精度。即：一公里往返测高差中数中误差（毫米）。,水准仪结构：,水准仪结构,1、望 远 镜,2、水准器,是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。,圆水准器,分划值：830/2mm,长 水 准 管,长水准管的作用：精确整平,分划值：20/2mm,长水准管轴,符合水准器,二、水准尺,黑面起点 0.000和0.000米 红面起点 4.687和4.787米,实际的标尺,观测的标尺,三、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：

4、粗瞄和精瞄 精平：使长水准管气泡居中 读数：用中丝读数,水准仪的使用,安置：安置三脚架和水准仪,水准仪的使用,2、粗平：使圆水准器气泡居中,气泡移动方向与左手大拇指移动方向相同,水准仪的使用,3、照准：粗瞄、对光、精瞄和消除视差,对光螺旋,水准仪的使用,4、精平：使长水准管气泡居中,水准仪的使用,5、读数：用中丝读数,1.272,0.712,1.197,12,0.726,读数练习,f - 组合焦距 s - 补偿器到分 划板的距离 - 倾斜视线 - 水平视线偏转角 n - 补偿系数,四、DSZ3型自动安平水准仪,安置一“补偿器”实现自动安平的。,K(十字丝交点）,水准尺,水平光线,倾斜视线,物镜

5、,即：,K,A,A,GS1型铟钢尺,索佳C330型自动安平水准仪,索佳B20型自动安平水准仪,索佳B1C型自动安平水准仪,RAB码水准尺,索佳SDL30数码水准仪,五、水准仪认识与实习（实验一）,实验目的 （1）了解DS3型水准仪的基本构造，认清主要部 件的名称、性能和作用。 （2）练习水准仪的正确安置、照准和读数。 方法和步骤： （1）安置仪器 （2）认识仪器部件 （3）粗略整平 （4）水准仪操作 （5）观测练习,第二章 水准测量,2.1水准测量原理 2.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准测量高程计算 2.5水准仪的检查和校正 2.6水准测量误差分析,水准测量测出一系列的高程点

6、。 基本概念：测站、转点,连续水准测量,hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab,HB=A + hAB,h hAB,水准测量校核及精度,1、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。,水准路线布设形式,高差闭合差：实测高差与其理论值之差应该为0，但由于测量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等，其差值称为高差闭合差.,水准路线布设形式,附合水准路线,BM1,h= h测 -（H终-H始),1,2,水准路线布设形式,2、闭合水准路线,h= h测,水准路线布设形式,3、支水准路线,BM0,h=

7、 h往+ h返,1,2,水准路线布设形式,4、水准网,BM1,1,2,3,4,普通水准测量线路闭合差允许值：,h允=40L mm （平坦地区） L路线长度，km h允=10n mm（丘陵地区） n测站数,水准测量的外业实施,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,水准测量的外业实施,4,1.632,H BM1=19.431; H BM2 = 21.121,第二章 水准测量,2.1水准测量原理 2.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准测量高程计算

8、 2.5水准仪的检查和校正 2.6水准测量误差分析,1、计算高差闭合差和允许闭合差 闭合路线 fh= h 测 ； 支水准路线 fh= h 往+h 返； 附合路线 fh= h 测（H终 H始） 闭合差允许值： h允=40 mm （平坦地区） h允=10 mm （丘陵地区）,一、水准测量的内业计算步骤,水准测量的内业计算步骤,3、计算改正后高差 hi i+1 = hi i+1 + i,4、计算各点的高程 H i+1=Hi+ hi i+1,i = - f h L i / L,i = - f h n i / n,L 线路总长；,L i 第 i 段长度（i=1、2、3、）,n 测站总数；,n i 为第

9、i 测段测站数。, i 各测段高差改正,2、满足 h f h允计算高差改正数,注： v与 h 大小相等，符号相反。,例1：支水准的内业计算,C,A,B,+0.511,+2.791,1.632,解：,已知：,例2：闭合水准的内业计算,BM1,A,B,2,+0.511,4,+2.791,1.632,0.004 0.008 0.008,0.515 2.799 1.624,19.431,19.946,22.745,21.121,BM1,A,B,BM2,244,0.511 2.791 1.632,10,1.670,0.020,1.690,fh=1.670(21.12119.431)=20(mm) fh允

10、=31(mm),例：已知水准点IV1的高程H始 = 21.453 m，IV2点的高程H终 = 25.006m，求各点平差后高程。,例2：水准测量的内业计算,（1）高差闭合差的计算,f h= h测 -（H终-H始） = 3.528 -（25.006 -21.453）= - 0.025 m,（2）高差闭合差的调整,例2：,（3）计算各点改正后的高差,h1= h1 + 1 h2= h2 + 2 h3= h3 + 3 h4 = h4 + 4,（4）计算各点的高程,例2：,BM.A,1,4,3,结构实验室,机电实验室,二、普通水准测量实习（实验二）,2,普通水准测量闭合路线图,已知：, 分别测定1、2、

11、3、4四点的高程。,外业注意几点：,架仪器要注意前后视距大致相等 尺垫只在转点处使用 读数前要精平 后视完毕转向前视，一定要重新精平再读数，（切记不能动脚螺旋） 视线要小于100米,水准测量实习外业记录,1,2,A,3.325,2.814,+0.511,+0.511,水准测量的内业计算,0.004 0.008 0.008,0.515 2.799 1.624,19.431,19.946,22.745,21.121,BM1,A,B,BM2,244,0.511 2.791 1.632,10,1.670,0.020,1.690,fh=1.670(21.12119.431)=20(mm) f h允=31

12、(mm),第二章 水准测量,2.1水准测量原理 2.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准测量高程计算 2.5水准仪的检查和校正 2.6水准测量误差分析,水准仪的几何轴线有：,圆水准轴 L0 L0 长水准管轴L L 视准轴 C C 竖轴 V V,水准仪的检验和校正,水准仪满足的轴线条件 圆水准器轴仪器的竖轴，即L0L0 VV 。 水准管轴视准轴，即LLCC 。(主要条件) 十字丝横丝 竖轴VV 。,检校目的： 使仪器的各轴系满足应有的几何条件。,一、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。 L0L0 VV ?,检验方法： 转动三个脚螺旋使圆水

13、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。 校正方法： 转动脚螺旋，使气泡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。,检校原理,二、望远镜十字丝横丝的检校,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。 校正方法： 拨正十字丝环。,三、长水准管的检校,检验方法： （1）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

14、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）,（2）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，则水准管轴不平行于视准轴， h2与h1的差值大于3mm，需要校正。,检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。 LL CC ？, =1803.14159266060206265,检验原理,校正方法: 算出远尺的正确读数a2， a2=h1+b2。 转动微

15、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。,校正方法,松上紧下 松下紧上,第二章 水准测量,2.1水准测量原理 2.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准测量高程计算 2.5水准仪的检查和校正 2.6水准测量误差分析,水准测量的误差来源及注意事项,仪器误差 观测误差 外界条件的影响,1、仪器误差,仪器校正不完善的误差 例如残留i角误差，测量时使仪器的前后视距相等，即可消除这项误差。实际工作中要求前后视距差总和尽量的小。,调焦误差 当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只需做少量调焦，即可

16、减小该误差.,水准标尺零点不等的误差 水准尺由于长期使用,其底部受到磨损，产生零点误差。两根标尺的零点误差之差，称为一对标尺的零点差。 在两个测站的观测高差之和中，这种误差的影响就抵消了。所以，水准路线的每个测段应尽量安排成偶数站，以减小一对标尺零点差的影响。,2、 观测误差,整平误差 一般认为,利用符合水准器整平仪器的误差约为 ，所以整平误差引起的读数误差为：,D为水准仪到标尺的距离,所以，观测时应控制视距的长度小于100m，同时应注意整平仪器。,照准误差 设人眼的分辨率为60秒，望远镜的放大倍率为V，视距长度为D，则照准误差为:,所以测量时应注意控制视距长度，减小该误差的影响.,水准尺倾斜

17、的误差 当水准尺倾斜时,其读数比垂直竖立时大，且视线越高误差越大。,估读误差 其大小与厘米分格的宽度，十字丝的粗细，望远镜的放大倍率和视距长度等有关。所以各等级水准测量对上述方面各有要求,3、外界条件的影响,仪器垂直位移的影响,后前前后法 取平均,尺垫垂直位移的影响 发生在迁站过程中，用往返测取平均可减弱该误差。 地球曲率的影响,仪器安置在AB中点时,可消除该项误差的影响,大气垂直折光的影响,所以，为了减弱大气垂直折光差对高差的影响，应使视线离开地面一定高度，并使前后视距尽量相等,坡度较大时，应缩短视距。,光线经过大气层时,由疏媒质折向密媒质，一般情况下，大气层的密度上疏下密，视线成一条弯向下

18、方的曲线，且离地面越近，弯曲的程度越大。,在平坦地区，当前后视距基本相等时，前后折光差方向相同，大小基本相等，影响得到抵消；在上坡或下坡时，由于前后视线高度相差较大，折光差的影响增大。,一、名词解释 1水准点(P20):用水准测量的方法测定的高程控制点。 2水准测量 (P13):利用水准仪提供一条水平视线，在水准尺上读 数，求得两点间高差，从而推求未知点高程的一种方法。 3水准路线(P21):就是由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线，一般有支水准、闭合水准、附合水准和水准网。 4转点(P14):在连续水准测量中，在A点至B点的水准路线中间增设若干个临时立尺点，用来传递高程，一般应安放尺垫。 5视准轴(P16) :通过物镜光心与十字丝交点的连线CC。 6水准管轴(P17):通过长水准管圆弧中点O（水准管零点）的圆弧切线LL。 7水准管分划值(P17) :水准管上两相邻分划线间的圆弧（弧长为2mm）所对的圆心角。 8视差(P17):由于物镜调焦不完善造成物体成像不在十字丝分划板上。,9高程测量(P13):测定地面点高程的工作。 10圆水