第2章-水准测量.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,79,*,第二章 水准测量,2-1,高程测量概述,79,1,一、高程原点,我国采用黄海平均海水面作为全国高,程系统的基准面，在青岛设立验潮站和,“,青岛水准原点,”,其高程为,72.2604m,这个高程基准面和水准原点称为：,“,1985,国家高程基准,”,青岛观象山水准原点,79,2,79,3,二、高程测量的方法,水准测量,用水准仪进行高差测量,是高程测量的主要方法。,三角高程测,量,用经纬仪、测距仪或全站仪测定两点间的高差。,GNSS,高程测量,用,GNSS,接收机，收取卫星信号，测定点的高程。,三、地面点的高程,高程,（绝对高程、海拔）,-,地面点到大地水准面的铅垂距离,假定高程,（相对高程）,-,地面点到假定水准面的铅垂距离,79,4,高差,-,两点间的高程之差,(,无论绝对高程或相对高程,),79,5,四、水准测量的等级,分一、二、三、四等（按精度要求或控制范围）,一等水准测量,:,作为国家的高程控制,建立统一的高程基准,科学研究,(,地壳形变、地面沉降、精密测量）,二等水准测量,:,作为大城市的高程控制；地面沉降；,精密工程测量,三、四等水准测量,:,作为小地区高程控制；普通工程测量；地形测量,2-2,水准测量原理,测量,A,、,B,两点间的高差,h,，在,A,、,B,上竖立水准尺，用水准仪构成一条水平视线，该视线在两尺上取得读数,a,和,b,。则,A,与,B,的高程之差：,h,AB,=,a,b,（,高差,h,有正有负）如已知,A,点,高程为,H,A,，则,B,点,的高程：,H,B,=,H,A,+,h,AB,79,6,79,7,水准测量原理,当,D,a,=,D,b,时,，,水准仪至两支水准尺等距,中间法水准测量,（消除水准面曲率影响）,79,8,在山坡地段进行水准测量,79,9,连续水准测量,（连续安置水准仪的测量方法）,两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若,干个,转点,，分段测量高差，取各分段高差的总和。,h,AB,=,h,1,+,h,2,+,.,+,h,n,=,(a,1,-,b,1,)+(a,2,-,b,2,)+,.,+(a,n,-,b,n,),=,a,-,b,一,.,水准测量的仪器与工具,79,10,2-3,水准尺和水准仪,水准尺和尺垫,单面尺,水准尺仅一面有分划,双面尺,(,黑面,红面，尺常数,4.687m,或,4.787m,）,用于三等以下水准测量。,塔尺,可伸缩，总长为,3,米、,5,米，用于一般工程测量。,尺垫,在,转点上立尺用。,尺垫,转点处立水准尺，用生铁铸成中间突起的三角形基座，防止立尺沉降和高程变动,79,11,2.,水准仪,79,12,二、水准仪,水准仪等级,(,精度系列,),：,S05 S1 S3 S10,型号下标：毫米数，表示,1,公里往、返测量的高差平,均值的中误差。,水准仪构造,(,主要部分,),：,望远镜,水准器,支架,基座,S3,水准仪外型,S3,水准仪,主要用于地形测量和普通工程测量,79,13,S3,水准仪属于微倾式水准仪,按圆水准器初步置平仪器,旋转,微倾螺旋,管水准器气泡居中视线水平,79,14,微倾置平系统：,微倾螺旋,管水准器,符合棱镜,水准气泡观察镜,79,15,15,水准管及符合棱镜结构图,符合棱镜系统使水准气泡两端成象在一起便于观察。,若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差，并要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中。,用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断,“,气泡居中,”,的精度约可提高一倍。,79,16,符合棱镜的设置,符合棱镜的观察窗口,气泡居中,气泡未居中,三、水准仪的使用,安置水准仪,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上。,（一）,粗平,根据圆水准器气泡，用脚螺旋粗略置平仪器；,（二）,瞄准,将望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦，,使十字丝和尺像清晰；,（三）,精平,旋转微倾螺旋，使水准管气泡严格居中；,（四）,读数,按十字丝的中横丝在水准尺上读数。,79,17,水准尺读数方法：,用十字丝的横丝在,水准尺上读数：,米,分米,厘米,毫米,每次读四位数,首位,米数是,“,0,”,也必须,读数和记录，例如：,0875,表示是,0.875,米，或,875,毫米。,79,18,尺上读数,1575,水准管的校正螺丝像片,79,19,圆水准器,脚螺旋,（一）,粗平,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个架腿，动第三个架腿，使三脚架架头大致水平；转动脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。,79,20,根据圆水准器用脚螺旋整平仪器,（,左手拇指法则,）,1,2,3,3,2,1,使气泡向右移动,使气泡向前移动,（二）,瞄准,物镜的作用：使目标成象。,目镜的作用：使十字丝和目标象放大。,十字丝固定。为了使仪器适用于不同视力的人旋转目镜可以使其前后移动，称为,目镜调焦,。,转动物镜调焦螺旋，使远近不同的目标都能成象于十字丝平面上，称为,物镜调焦,。,视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差，视差影响瞄准的精度。重新进行目镜调焦和物镜调焦，使其都十分清晰，可以,消除视差,。,79,21,水准管的校正螺丝像片,79,22,目镜调焦环,缺口和准星,物镜调焦螺旋,水平方向微动螺旋,圆水准器,水准管,微倾螺旋,脚螺旋,气泡符合观察镜,视差,79,23,视差现象：,改变眼睛与目镜的相对位置，,十字丝与目标的像有相对移动,视差产生原因：,望远镜内目标像与十字丝,分划板未重合。,消除视差的步骤：,目镜调焦，使十字丝最清晰；,物镜调焦，使目标像最清晰，消除视差。,符合棱镜系统,把水准气泡两,端成象在一起,便于观察。,79,24,（三）,精平,（用微倾螺旋使水准管气泡符合）,气泡居中,气泡未居中,微倾螺旋转动方向,用符合棱镜系统观察，判断,“,气泡居中,”,的精度,可以提高,。,（,用区格式水准尺,）,79,25,（四）读数,水准尺的分划不是线划式而是区格式的。,区格的边缘是分划的位置，区格内的毫米数用,“,估读,”,方法,。,水准尺读数,：,1.575,（,1575,）,瞄准与读数,79,26,b,c,对水准尺的瞄准与读数,（望远镜正像）,a,读数,0745,读数,6254,读数,1535,读数：,正像望远镜，在水准尺上,“,从下往上,”,读；,倒像望远镜，,“,从上向下,”,读：,米,(m),位与分米位,(dm),位直读标尺上的数字，,厘米位,(cm),为数格子，毫米,(mm),位为估读。,而,水准尺读数精度关键在毫米位！,双面尺红黑面读数差为,6295,-1608,=,4687,，,称为,“,尺常数,”,。,79,27,倒像望远镜,对,双面尺读数,79,28,在区格式水准尺上的各种读数,（倒像双面尺配合水准仪倒像望远镜）,79,29,四,、,自动安平水准仪,（一）,自动安平水准仪的特点,没有水准管和微倾螺旋，望远镜和支,架连成一体；,2.,测量时，只需根据圆水准器粗平仪器，,视线的精平由补偿器完成。,79,30,（二）,自动安平水准仪基本原理,（利用重力的补偿器使视线精平）,补偿条件：,DSZ2,自动安平水准仪,79,31,79,32,Zeiss,Koni007,自动安平水准仪,补偿器结构,Zeiss,Reni 002A,精密自动安平水准仪,79,33,002A,自动安平水准仪内部结构,（,光学部件的光路和补偿器）,79,34,目镜,物镜,重力,补偿器,圆水准器,79,35,用自动安平水准仪,沿山区道路进行精密水准测量,2-4,水准测量的方法及成果处理,一、水准点和水准路线,（一）,水准点,永久性水准点埋设要求：,地基稳固,地点隐蔽,能长期保存,又便于观测,79,36,（二）,水准路线,1.,支水准路线,2.,闭合水准路线,3.,符合水准路线,79,37,（高程已知点和待定点的各种布置形式）,二、,水准测量方法,（一）,两次仪器高法,(,安置两次仪器，高差,10cm),已知,H,A,，求,H,B,，,两次测得高差：,79,38,a,1,b,a,b,2,h,1,=,a,1,-,b,1,h,2,=,a,2,-,b,2,h,1,-,h,2,=,f,5mm,2,1,容许高差之差：,高差取平均,两次仪器高法,每站观测两次高差，以检核观测数据的正确性,两次不同仪器高度的水平视线，对后视和前视水准尺读数。,(,改变仪器高度应在,10cm,以上,),两次高差之差应小于,5mm,，否则应重测；观测成果合格，则取两次高差之平均数，观测步骤（顺序）：,后视 前视,(,改变仪器高）,前视 后视,上述观测顺序简称为,:,“,后,前,前,后,”,79,39,79,40,测站,点号,水准尺读数,高 差,平距高差,改正后,高差,高程,后 视,前 视,1,BM.A,1134,13.428,1011,TP1,1677,-0.543,1554,-0.543,-0.543,2,TP1,1444,1624,TP2,1324,+0.120,1508,+0.116,+0.118,表,2-2,水准测量记录,(,两次仪器高法,),二、,水准测量方法,（二）,双面尺法,（用黑红双面水准尺，在尺子两面读数）,已知,H,A,，求,H,B,79,41,a,1,b,1,a,2,b,2,h,1,=,a,1,-,b,1,h,2,=,a,2,-,b,2,h,1,-,h,2,=,f,5mm,双面尺法,读取每一支水准尺的黑面和红面分划读数，,前、后视尺的黑面读数计算出一个高差，,前、后视尺的红面读数计算出另一个高差，,两次高差之差应小于,5mm,，否则应重测。,观测成果合格，则取其平均数。,观测步骤（顺序）：,瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；,瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数；,瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。,瞄准后视点水准尺红面分划精平读数；,上述观测顺序简称为：,“,后,前,前,后,”,79,42,79,43,测站,点号,水准尺读数,高 差,平均高差,改正后高差,高 程,后 视,前 视,1,BM.A,1125,3.688,5911,（,4785,）,TP1,（,4786,）,0876,+0.249,5661,+0.250,+0.250,2,TP1,1318,6103,（,4786,）,BM.B,（,4785,）,1006,+0.312,5792,+0.311,+0.312,4.253,表,2-3,水准测量记录（双面尺法）,三、水准测量成果整理,（一）,高差闭合差计算,0,（闭合水准）,H,B,H,A,=H,终,-H,始,（附合水准）,无,（支水准）,支水准路线无闭合差，所以采用往、返观测,79,44,79,45,A,1,2,3,B,+2.331m,1.6km,+2.813m,2.1km,-,2.244m,1.7km,+1.430m,2.0km,H,A,=45.286m,H,B,=49.579m,高差闭合差计算数例：,高差闭合差的允许值,（,L,以公里为单位）,79,46,（二）,高差闭合差的分配,按水准路线测段长度为比例分配,高差闭合差：,每公里分配值,测段分配值，,l,i,为测段长（,km,）,79,47,水准测量成果整理数例：,点号,距,离,（,km,）,测得高差,（,m,）,改,正,值,（,m,）,改正后高,差（,m,）,高,程,（,m,）,BM.A,45.286,1.6,+2.331,-,0.008,+2.323,BM.1,47.609,2.1,+2.813,-,0.011,+,2.802,BM.2,50.411,1.7,-,2.244,-,0.008,-,2.252,BM.3,48.159,2.0,+1.430,-,0.010,+1.420,BM.B,49.57,9,7.4,+4.330,-,0.037,+4.293,水准仪的轴线：,望远镜视准轴,水准管轴,纵轴,圆水准轴,79,48,2-5,水准仪的轴线及其应满足的条件,水准仪的轴线,:,视准轴,：十字丝分划中心,与物镜光心的连线,CC,1,水准管轴,：经过水准管,零点的切线,L,L,1,纵轴,:,仪器旋转轴,V,V,1,圆水准轴,:,经过圆水准管,零点的法线,L,L,1,79,49,水准仪轴线应满足的条件,:,（,1,）圆水准器轴平行,于仪器纵轴：,LL,1,V,V,1,（,2,）十字丝的横丝,垂直于纵轴,（,3,）水准管轴平行,于视准轴：,L,L,1,C,C,1,79,50,1,（一）精密水准尺,精密水准尺特点：,木质尺身,因瓦钢带,分划式长度刻划,左右两列注字,79,51,2-6,精密水准仪和电子水准仪,一、精密水准仪和水准尺,水准管格值小,(=,7,10),气泡长,符合精度高；,望远镜放大倍率大：,V,30,40,瞄准精度高：,（,15/,V,）,测微器精细,读数,精度高：,高倍率放大,楔形丝夹准分划,平行玻璃测微,79,52,（二）,精密水准仪,79,53,WILD N3,、精密水准尺,WILD N3,精密水准仪,精,密,水,准,尺,WILD,N3,精密水准仪的内部结构,79,54,精密水准仪和水准尺,水准尺：因瓦钢带,+,分划式刻划,读数：高倍瞄准,+,平行玻璃板测微分划尺,79,55,79,56,二、,电子水准仪和条码水准尺,（,电子水准仪,又称,数字水准仪,）,电子水准仪功能：,具有自动安平功能；,自动显示水平视线读数和视距；,通过物镜获取水准尺图象，通过,仪器的图像处理系统，将图象信息,转换成数字显示，和数据记录；,能与计算机实现数据通讯。,因此，基本避免了人为的观测误差,（视差、水准器精平误差、瞄准误,差、读数误差和记录差错）。,电子水准仪图,79,57,电子水准仪,SDL30M,条,码,尺,测量键,79,58,要求竖丝,位于条码,带上,电子水准仪对条码尺的瞄准,79,59,条码水准尺,的竖立、支,撑和尺垫放,置。,79,60,天宝,Dini12,精密电子水准仪,79,61,Dinil2,的主要特点,:,水准测量精度,0.3mm,/,km,0.7mm,/,km,；,PCMCIA,数据存贮或在线数据存贮,静态的,30cm,电子视场,;,补偿器置平精度：,0.2/,0.5,望远镜放大倍率：,32,/26,字母与数字键盘；,能进行线路平差,计算。,79,62,主要特点,:,0.4mm,1.0mm/km,PCMCIA,卡数据存贮,和内部数据存贮,1,20,的电子视场,补偿器置平精度：,0.3/0.5,放大倍率：,32,/30,字母数字输入键盘,5,m,标尺,1,20,的视场角,Topcon,DL-101/102,电子水准仪,79,63,主要特点,测量精度：,0.6mm,1.0mm/km,内部数据存贮：,2000,个点观测数据,电子视场：,1,20,补偿器置平精度：,0.3,放大倍率：,32,索佳,SDL30,电子水准仪,其改进型号为,SDL1X,SDL1X,在进行遥控观测,79,64,遥控器,79,65,电子水准仪,SDL,1,X,的测量屏幕,(,与传统的水准测量记录格式相似,),B-,后视,F-,前视,BFFB,-,后,前,前,后,2-7,水准测量的误差分析,水准测量测量误差主要有四种：,仪器轴系误差影响；仪器置平误差影响；,水准仪下沉影响；水准尺倾斜和下沉影响。,水准仪的轴系误差影响,主要是准管轴与视准轴不平行,(i,角误差,),LL,CC,观测时尽量使前后,视距相等。,79,66,水准仪置平误差的影响,设 为气泡不居中误差，引起读数误差：,79,67,必须精平仪器，使水准管气泡严格居中。对于,自动安平水准仪，必须注意补偿器的自由悬挂。,水准尺倾斜和下沉影响,水准尺必须竖直，水准尺在视线方向倾斜，观测者不会发觉。视线越高，影响越大。当观测者瞄准水准尺时，尺上的圆水准器气泡必须居中。,水准尺下沉，使尺上读数增大，产生读数误差。水准测量的转点需用尺垫，尺垫必须踩实，才能避免沉降。,79,68,外界环境对水准测量的影响,.,日光和风力的影响,日光照射到水准仪时，使仪器部件受热,不匀，产生不规则膨胀，破坏仪器轴线的,正常关系，使置平、读数产生误差。因此，,必须撑伞防晒。,.,大气折光的影响,日光照射地面，使近地空气升温产生对,流，视线通过时产生折射，使望远镜中成,像不稳定。成像晃动时，应停止观测。,79,69,总结,(,思考题）,1,、水准测量的目的,2,、水准测量原理,3,、水准仪构造,4,、水准仪操作要领,5,、视差的判断、产生的原因与消除方法,6,、水准尺读数方法,7,、双仪高法普通水准测量,8,、双面尺法普通水准测量,9,、水准测量成果整理,10,、水准测量误差,70,70,