测量学第二章.ppt

1、第二章 水准测量,exit,第一节 水准测量原理,第二节 水准测量的仪器和工具,第三节 水准仪的使用,第四节 水准测量的外业,第五节 水准测量的内业,第六节 精密水准仪和水准尺,第七节 自动安平水准仪,第八节 微倾式水准仪的检验与校正,第九节 水准测量的误差分析,第十节 电子水准仪简介,高程测量概述,一高程测量的定义 测量地面点高程的工作。 二高程测量的方法 1水准测量：利用水平视线来测量两点之间的高差。由于此方法施测简单，且精度较高，所以是高程测量中最主要的方法，被广泛应用于高程控制测量、工程勘测和各项施工测量中。 2三角高程测量：通过测量两点之间的水平距离或倾斜距离和倾斜角，然后利用三角公

2、式计算出两点间的高差。此方法适用于地形起伏比较大的地区，其精度低于水准测量。,第一节 水准测量原理,水准测量的基本测法是：在下图中，已知A点的高程为HA，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差hAB。则点的高程HB就可用下式计算求得：,hAB = 后视读数前视读数,HB=HA+hAB,注意事项,高差hAB的值可正可负，正值表示待测点B高于已知点A，负值表示待测点B低于已知点A； 如果由AB测高差,则用hAB表示；由BA测高差，则用hBA 表示；,有时安置一次仪器须测算出较多点的高程，可先求出水准仪的视线高程，然后再分别计算各点高程，从图中可以看出： 视线高 Hi=HA+ a 点高程 HB=H

3、i- b,要测算地面上两点间的高差，所依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。,2-2水准测量仪器及其使用,水准测量仪器叫水准仪，,工具有水准尺、尺垫。 一水准测量仪器 1、水准仪的种类 (按构造分) （1）微倾式水准仪：利用水准管来获得水平视线； （2）自动安平水准仪：利用补偿器来获得水平视线的 “自动安平水准仪”； （3）电子水准仪。 (按精度分) DS05 ； DS1 ；DS3 ；DS10 D表示大地测量仪器，汉语拼音开头的第一个字母。 S表示水准仪，汉语拼音开头的第一个字母。,一、微倾式水准仪的构造 微倾式水准仪主要

4、由望远镜、水准器和基座组成。为了能精确地提供水平视线，在仪器构造上安置了一个能使望远镜上下作微小运动的微倾螺旋，所以称微倾式水准仪 。,微倾式水准仪构造(动画),DS3水准仪,DS3水准仪,一、DS3微倾式水准仪的构造 水准仪构造:水准仪由望远镜，水准器，和基座三个主要部分组成。,水准仪结构：,水准仪结构,1、望 远 镜,2、望远镜各部分的作用：,重要概念：视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线，即视线。,物镜作用 目镜作用, 对光凹透镜 十字丝分划板 物镜对光螺旋 目镜对光螺旋,十字丝分划板,如图所示,中间一条叫中丝(水平丝)用中丝在水准尺上读取读数。 平行两个短丝为视距丝,用以测定仪器至标尺的

5、距离,分别称上、下丝，中间一根为竖丝，竖丝用来精确照准目标(平分水准尺)。,2、水准器,用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。,水准器,2、水准器,水准器用来指示仪器视线是否水平或竖轴是否竖直。有管水准器和圆水准器两种。,（1）管水准器：用于精确整平。,水准管轴：过零点与管内壁在纵向相切的直线LL。当气泡的中心点与零点重合时，称气泡居中，此水准管轴位于水平位置；若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置。,符合气泡符合， 水准管轴与视 线水平。,水准器,（2）圆水准器：用于粗略整平。 圆水准器轴：通过零点的球面法线。当圆水准器气泡居中时，竖轴竖直。,3、基座 基座支撑仪器，有三个脚螺旋起到整平仪器用

6、。,二、水 准 尺 水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具。水准尺分为直尺、折尺和塔尺。双面水准尺的分划，一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：4687mm或4787mm。使用水准尺前一定要认清刻画特点。 尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。,实际的标尺,观测的标尺,第三节 水准仪的使用,水准仪的技术操作：安置粗平照准精平读数。,一、安置仪器：脚架高度适中，目估使架头大致水平。 注意：检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧。,二、粗略整平：就是通过调整脚螺旋，将圆水准气泡居中，使仪器竖轴处于铅垂位置，视线概略水平。,三、照准：就是用望远镜照准水

7、准尺，清晰地看清目标和十字丝。 重要概念：视差：当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与尺像有相对运动，即读数有改变，则表示有视差存在。 产生视差的原因：目标成像的平面和十字丝平面不重合，即尺像没有落在十字丝平面上。 消除的方法是重新仔细地进行目镜和物镜对光。直到眼睛上下移动，读数不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。,四、精平：就是慢慢转动微倾螺旋，使符合水准气泡的影象符合。,五、读数：就是在视线水平时，用望远镜十字丝的横丝在尺上读数 。读数时应从小到大，即从上往下读，然后报出全部读数。,水准仪 技术操作 （录像）,1.197,12,0.726,读数练习,第四节 水准测

8、量的外业,一、水准点和水准路线 1.用水准测量的方法建立的高程控制点称为水准点(Bench Mark)，一般缩写为“BM”，用“ ”符 号表示。水准点分为永久性和临时性两种。,一、水准点和水准路线,2.水准路线依据测区的情况，可布设成以下几种形式：,第四节 水准测量的外业,二、施测方法（动画）,(1)将水准尺置于已知后视高程点A和前视转点ZD1中间的站。,(2) 先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入五等水准测量记录表中。 再照准前视尺，读取前视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量一个测站的观测任务。,(3)将仪器搬迁到第站，把第站的后视尺移到第站的转点ZD2上，把原第站前视变

9、成第站的后视。按(2)步骤测出第站的后、前视读数值a2、b2，并记入记录表中。,(4)重复上述步骤测至终点B为止。,普通水准测量记录表,0.718,2.209,50.583,1.268,1.425,ZD1,ab=5.358 3.867=1.491 h=2.209 0.718=1.491 HB HA=51.491 50.000=1.491 HB HA=h=a b (计算无误),计算检核,3.867,5.358,51.491,0.346,B,50.618,1.581,1.219,ZD3,51.336,0.672,0.863,ZD2,HA=50.000m,50.000,0.583 0.753 0.8

10、73,1.851,A,+,前视,后 视,备 注,高 程 （m）,高 差,标尺读数（m）,测点,0.718,三、水准测量的检核,1计算校核 即：h=a b HB HA 说明高差和各转点高程的计算是正确的。,（1）双面尺法：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： （2）双仪高法：改变仪器高度10cm以上，测出两次高差，进行检核。,2测站校核 既：变更仪器高法； 双面尺法。,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,3. 成果校核 即：检核水准路线的高差闭合差fh是否超限。,校核

11、方法：如果fhfh容，说明外业观测成果合格，否则须进行重测。,(3)支水准路线： fhh往 h返,(2)闭合水准路线： fh=h,(1)附合水准路线： fh=h （H终 H始）,高差闭合差的计算公式：,闭合差允许值： h容=40L mm （平坦地区） h容=10n mm （丘陵地区）,2-5 水准测量的内业,高差闭合差调整原则是以水准路线的测段站数或测段长度成正比，将闭合差反号分配到各测段上，并进行实测高差的改正计算。,普通水准测量的成果处理就是当外业观测的高差闭合差在容许范围内时，所进行的高差闭合差调整。,1. 按测站数进行高差闭合差的调整，测段高差的改正数Vi为： Vi= ni 式中：n水

12、准路线各测段的测站数总和。 ni某一测段的测站数。,2. 按测段长度进行高差闭合差调整，测段高差改正数i为 Vi Li 式中：L水准路线各测段的总长度,单位为km; L某一测段的长度,单位为km。,第五节 水准测量的内业,五、例题,按测站数调整高差闭合差和高程计算示例见下表。,备 注,+2.694, 0.047,+2.741,54,+2.335, 0.010,+2.345,11,4,+1.969, 0.011,+1.980,13,3, 4.385, 0.016, 4.369,18,2,36.345 39.120 34.745 36.704 39.039,+2.775, 0.010,+2.785

13、,12,BMA BM1 BM2 BM3 BMB,1,高程（m）,改正后的高差（m）,改正数 (m),实测高差 (m),测站数（个）,测点,测段编号,B HA=2.694 fh=h (HB HA)=2.741 2.694=+0.047 n=54,H,五、例题,如果把上图中的测站数改为测段长度（以公里为单位，见下表第3列），则按测段长度调整高差闭合差和高程计算示例见下表 。,fh=h (HB HA)=2.741 2.694=+0.047 L=9.1 Vi= - Li,备 注,+2.694, 0.047,+2.741,9.1,+2.335, 0.010,+2.345,1.9,4,+1.968, 0.

14、012,+1.980,2.3,3, 4.383, 0.014, 4.369,2.8,2,36.345 39.119 34.736 36.704 39.039,+2.774, 0.011,+2.785,2.1,BMA BM1 BM2 BM3 BMB,1,高程（m）,改正后的高差（m）,改正数 (m),实测高差 (m),测段长度（km）,测点,测段编号,2-6 精密水准仪和水准尺,精密水准仪(precise level)主要用于国家一、二等水准测量 (the first and second order leveling)和高精度的工程测量、 变形测量中。精密水准仪的特点是：,1. 望远镜的放大倍

15、数大，分辨率高。 2管水准器分划值为10/2mm，精平精度高。 3望远镜的物镜有效孔径大，亮度好。 4望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因瓦合金钢。 5采用平板玻璃测微器读数，读数误差小。 6配备精密水准尺。,一、精密水准仪,二、精密水准尺(因瓦水准尺) 精密水准尺(invar leveling staff)是在木质尺身的 凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固 定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引 张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变 形的影响。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注 记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm和 5mm两种。图2-15a为徕卡公司生产的与新N3

16、精 密水准仪配套的精密水准尺，,三、精密水准仪的使用,三、精密水准仪的使用,2-7 自动安平水准仪,自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。,自动安平水准仪正面,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪后面,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪正面,第八节 微倾式水准仪的检验与校正,根据水准测量原理，微倾式水准仪各轴线间应具备的几何关系是：圆水准器轴应平行于仪器竖轴(LLVV)；十字丝 的横丝应垂直于仪器竖轴；水准管轴应平行于仪器视准轴(LLCC)，如下图所示。其检验与校正的具体做法请看录像：

17、,一、圆水准器的检验与校正,二、十字丝横丝的检验与校正,三、管水准器的检验与校正,检 校 项 目,2-9 水准测量的误差分析,一、仪器误差 视准轴不平行于水准管轴的残余误差（中间法消除） 望远镜调焦镜的运行误差（中间法消除） 水准尺误差 尺长误差：加改正数消除 零点误差：偶数站消除 二、观测误差 符合气泡居中误差 读数误差 水准尺倾斜误差,三、外界条件的影响 地球曲率的影响（中间法消除） 大气折光的影响（中间法消除） 仪器下沉（改变观测程序如后前前后） 尺垫下沉（采用往返观测） 温度变化（选择观测时间，仪器打伞）,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

18、，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。