水准测量1.pptx

青岛观象山水准原点771第1页/共76页772二、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。第2页/共76页三、地面点的高程高程高程高程高程（绝对高程、海拔）（绝对高程、海拔）-地面点到大地水准面的铅垂距离地面点到大地水准面的铅垂距离假定高程假定高程假定高程假定高程（相对高程（相对高程 ）-地面点到假定水准面的铅垂距离地面点到假定水准面的铅垂距离773高差高差 -两点间的高程之差(无论绝对高程或相对高程无论绝对高程或相对高程)第3页/共76页774四、水准测量的等级 分一、二、三、四等（按精度要求或控制范围）一等水准测量一等水准测量:作为国家的高程控制作为国家的高程控制,建立统一的高程基准建立统一的高程基准,科学研究科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量精密工程测量三、四等水准测量三、四等水准测量:作为小地区高程控制；普通工程测量；地形测量作为小地区高程控制；普通工程测量；地形测量第4页/共76页 2-2 水准测量原理 测量测量A A、B B 两点间的高差两点间的高差h h，在，在A A、B B 上竖立水准尺，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用水准仪构成一条水平视线，该视线在两尺上取得读数 a a 和和 b b 。则。则 A A与与 B B 的高程之差：的高程之差：h hABAB =a a b b（高差高差 h h 有正有负）如已知有正有负）如已知A A点点 高程为高程为 HHA A ，则，则B B点点 的高程：的高程：HB=HA+hAB775第5页/共76页776水准测量原理当 Da=Db时，水准仪至两支水准尺等距水准仪至两支水准尺等距 中间法水准测量中间法水准测量（消除水准面曲率影响）第6页/共76页777在山坡地段进行水准测量第7页/共76页778连续水准测量（连续安置水准仪的测量方法）（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，在两点间设若两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干个干个转点转点转点转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+h2+.+hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn)=a-bh1h2h3h4h5hAB第8页/共76页一一.水准测量的仪器与水准测量的仪器与工具工具7792-3 水准尺和水准仪一、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，伸足为3米、5米，用于一般工程测量。尺垫在转点上立尺用。第9页/共76页 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，引起高程变动。7710第10页/共76页2.水准仪水准仪7711二、水准仪二、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 水准仪外型第11页/共76页 S3水准仪 主要用于地形测量和普通工程测量 7712望远镜望远镜望远镜望远镜水准管支架支架基座基座圆水准第12页/共76页水准管的校水准管的校正螺丝像片正螺丝像片7713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校正螺丝微倾螺旋脚螺旋气泡符合观察镜第13页/共76页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7714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圆水准器微倾螺旋微倾螺旋管水准器管水准器符合棱镜气泡观察镜第14页/共76页7715水准管及符合棱镜结构图符合棱镜水准管水准管水准气泡观察镜圆水准器微倾螺旋微倾螺旋第15页/共76页 符合棱镜系统使水准气符合棱镜系统使水准气泡两端成象在一起，便泡两端成象在一起，便于观察。于观察。若直接用肉眼观察则因若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度，斜视时为玻璃有厚度，斜视时会产生视差，并要同时会产生视差，并要同时观察气泡的两端才能判观察气泡的两端才能判断气泡是否居中。断气泡是否居中。用符合棱镜系统观察，用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判可以避免上述缺点。判断断“气泡居中气泡居中”的精度的精度约可提高一倍。约可提高一倍。7716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第16页/共76页三、水准仪的使用安置水准仪安置水准仪,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上。用连接螺旋把仪器固定在三脚架上。（一）（一）粗平 根据圆水准器气泡，用脚螺旋粗略置平仪器；根据圆水准器气泡，用脚螺旋粗略置平仪器；（二）（二）瞄准 将望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦，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；使十字丝和尺像清晰；（三）（三）精平 旋转微倾螺旋，使水准管气泡严格居中；旋转微倾螺旋，使水准管气泡严格居中；（四）（四）读数 按十字丝的中横丝在水准尺上读数。按十字丝的中横丝在水准尺上读数。7717第17页/共76页水准尺读数方法：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。7718尺上读数 1575第18页/共76页水准管的校水准管的校正螺丝像片正螺丝像片7719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。第19页/共76页7720根据圆水准器用脚螺旋整平仪器（左手拇指法则）123321相对转动脚螺旋1、2使气泡向右移动转动脚螺旋3使气泡向前移动第20页/共76页（二）瞄准物镜的作用：使目标成象。7721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移动。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。第21页/共76页视差视差7722视差现象：眼睛在目镜前上下左右微动时，十字丝与目标的像也有相对移动。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，可以消除视差。十字丝与目标像重合十字丝与目标像重合十字丝与目标像未重合十字丝与目标像未重合第22页/共76页符合棱镜系统 把水准气泡两 端成象在一起 便于观察。7723（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,能精确判断“气泡居中”。第23页/共76页 （用区格式水准尺）7724（四）读数水准尺的分划不是线划式而是区格式(1cm为一区格)。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）第24页/共76页瞄准与读瞄准与读数数7725 bc对水准尺的瞄准与读数 纵丝瞄准尺子中线纵丝瞄准尺子中线（望远镜正像）a读数读数 07470747读数读数 62546254读数读数 15351535第25页/共76页 正像望远镜，在水准尺上“从下往上”读；倒像望远镜，“从上往下”读。米(m)位与分米(dm)位直读标尺上的数字，厘米位(cm)为数格子而得，毫米(mm)位为估读。水准尺读数精度关键在估读的毫米位！7726倒像望远镜 对双面尺读数 双面尺红黑面读数差为 6295-1608=4687，称为“尺常数”第26页/共76页7727倒像望远镜在区格式水准尺上的各种读数：第27页/共76页7728四、自动安平水准仪（一）（一）自动安平水准仪的特点1.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。3.操作方便，有利于观测得的速度和精度。第28页/共76页DSZ2自动安平水准仪7729目镜目镜物镜测微螺旋物镜调焦螺旋水平方向微动螺旋测微平行测微平行玻璃板玻璃板物镜调焦螺旋圆水准器DSZ2水准仪DSZ2加装测微器第29页/共76页7730（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：视准轴水平视准轴水平视准轴倾斜视准轴倾斜使水平视线经补偿器仍到达十字丝中心水平视线第30页/共76页Zeiss Reni 002A 精密自动安平水准仪7731物镜物镜调焦螺旋测微螺旋操作按钮圆水准器观察镜水平方向微动螺旋脚螺旋目镜调焦螺旋第31页/共76页 002A自动安平水准仪内部结构 （光学部件的光路和补偿器）7732目镜目镜物镜物镜 重力重力补偿器补偿器圆水准器测微系统反射镜电池第32页/共76页7733用自动安平水准仪沿山区道路进行精密水准测量第33页/共76页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 便于观测7734代表高程的球面标志第34页/共76页（二）水准路线1.支水准路线2.闭合水准路线3.附合水准路线7735高程已知点 和待定点 的各种布置形式:第35页/共76页二、水准测量方法（一）两次仪器高法(安置两次仪器，高差 10cm)已知已知 H HA A，求，求 H HB B，两次测得高差：两次测得高差：7736a1ba2b2h1=a1-b1 h2=a2-b2h1-h2=f 5mm1容许高差之差：两次高差取平均ABh第36页/共76页 两次仪器高操作方法 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“后后前前前前后后”7737第37页/共76页7738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1BM.A113413.4281011TP11677-0.5431554-0.543-0.5432TP114441624TP21324+0.1201508+0.116+0.118表2-2 水准测量记录(两次仪器高法)一站的操作程序:后视读数前视读数计算第一次高差计算第二次高差计算平均高差前视读数后视读数第38页/共76页二、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HA,求HB7739a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f 5mmABh第39页/共76页 双面尺法操作方法 读取每一支水准尺的黑面和红面分划读数，前、后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黑面高差；前、后视尺的红面读视尺的黑面读数计算出黑面高差；前、后视尺的红面读数计算出红面高差，数计算出红面高差，两次高差之差应小于两次高差之差应小于5mm5mm；同一尺的红黑面读数之同一尺的红黑面读数之差应小于尺常数差应小于尺常数3mm3mm；否则，该测站读数应重测。；否则，该测站读数应重测。观测成果合格，则取红、黑面高差的平均数。观测成果合格，则取红、黑面高差的平均数。7740 观测步骤（顺序）：观测步骤（顺序）：瞄准后视点水准尺黑面分划瞄准后视点水准尺黑面分划精平精平读数；读数；瞄准前视点水准尺黑面分划瞄准前视点水准尺黑面分划精平精平读数；读数；瞄准前视点水准尺红面分划瞄准前视点水准尺红面分划精平精平读数。读数。瞄准后视点水准尺红面分划瞄准后视点水准尺红面分划精平精平读数；读数；上述观测顺序简称为：上述观测顺序简称为：“后后后后前前前前前前前前后后后后”第40页/共76页7741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1BM.A11253.6885911（4785）TP1（4786）0876+0.2495661+0.250+0.2502TP113186103（4786）BM.B（4785）1006+0.3125792+0.311+0.3124.253 表2-3 水准测量记录（双面尺法）一站的操作程序:后视黑面尺前视黑面尺计算黑面高差计算红面高差计算平均高差前视红面尺后视红面尺计算尺常数计算尺常数第41页/共76页三、水准测量成果整理（一）高差闭合差计算0（闭合水准线路）HB HA=H终H始（附合水准线路）无（支水准）支水准路线无闭合差，所以应采用往、返观测计算闭合差：7742第42页/共76页7743A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m高差闭合差计算数例:（图2-25）高差闭合差的允许值：（L以公里为单位）第43页/共76页7744（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(改正每测段的高差观测值)：每公里改正值(L为路线总长)测段改正值（l i为测段长(km)第44页/共76页7745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 表2-4第45页/共76页2-5 水准仪的检验和校正水准仪的轴线：望远镜视准轴水准管轴纵轴圆水准轴7746一、水准仪的轴线及其应满足的条件：第46页/共76页水准仪轴线的定义:视准轴视准轴：十字丝中心与物镜光心的连线CC1 水准管轴水准管轴：经过水准管零点的切线 L L1 纵轴纵轴:仪器旋转轴 V V1 圆水准轴圆水准轴:经过圆 水准管球面中 心的法线 L L17747第47页/共76页 水准仪轴线应满足的条件:（1）圆水准器轴平行 于仪器纵轴：LL1 V V1（2）十字丝的横丝 垂直于纵轴（3）水准管轴平行 于视准轴：L L1 C C177481第48页/共76页二、水准仪检验和校正（一）圆水准器的检验与校正（一）圆水准器的检验与校正 1.1.圆水准器检验：圆水准器检验：（如何发现误差？）（如何发现误差？）（a a）将圆水准器气泡居中；（）将圆水准器气泡居中；（b b）将仪器绕纵轴旋转）将仪器绕纵轴旋转180180度。如果气泡仍然居中，则圆水准器轴平行仪器度。如果气泡仍然居中，则圆水准器轴平行仪器纵轴。否则，圆水准器轴不平行仪器纵轴。纵轴。否则，圆水准器轴不平行仪器纵轴。7749第49页/共76页 2.圆水准器校正 先略松固定螺丝，然后 转动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。（气泡移动量一半代表纵轴的倾斜度。）重复上述检验和校正一 二次，使误差尽可能小，最后转紧固定螺丝。7750圆水准器校正螺丝(4)圆水准器固定螺丝(3)第50页/共76页（二）十字丝的检验和校正 1.检验检验用圆水准器使纵轴垂直后，用十字丝的横丝照准某一清晰目标P。用微动螺旋左右转动望远镜,如果十字丝的横丝一直不离开目标，则横丝水平。否则需要校正。2.校正校正松开十字丝环的固定螺丝，转动十字丝环，使横丝水平，转紧固定螺丝。7751第51页/共76页水准管的校水准管的校正螺丝像片正螺丝像片7752需要校正十字丝时，逆时针转动而卸下望远镜目镜罩，即可看到十字丝校正螺丝。十字丝的校正第52页/共76页（三）水准管轴平行于视准轴的检验和校正检验检验：在相距6080m的A、B两点上竖立水准尺，水准仪架于中点C，两次测量两点的高差作为标准值h1，把仪器移至一个端点B，再测量两端点的高差h2。7753第53页/共76页水准管轴不平行视准轴的校正 如果如果 h h2 2h h 表明水准管轴不平行视准轴，引起远尺表明水准管轴不平行视准轴，引起远尺读数读数 h h2 2 有误差。而近尺上的读数受视准轴误差的影响有误差。而近尺上的读数受视准轴误差的影响很小，因此很小，因此h h1 1是正确的是正确的。校正方法有二：7754这时水准管轴随着倾斜，这时水准管轴随着倾斜，用水准管的上下校正螺丝用水准管的上下校正螺丝(图中图中4,5)4,5)使气泡重新居中。使气泡重新居中。11.1.校正水准管校正水准管(方法一方法一)转动微倾螺旋，使转动微倾螺旋，使望远镜中横丝对准远尺望远镜中横丝对准远尺的正确读数：的正确读数：2.2.校正十字丝校正十字丝(方法二方法二)拨动十字丝上下校正螺丝使横丝对准正确读数。拨动十字丝上下校正螺丝使横丝对准正确读数。第54页/共76页水准管的校水准管的校正螺丝像片正螺丝像片7755用校正针拨动上下一对水准管的校正螺丝校正水准管 (方法一)水准管的校正端第55页/共76页77562134十字丝下十字丝下校正螺丝校正螺丝十字丝上十字丝上校正螺丝校正螺丝校正十字丝(方法二)调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准读数 a2,使 CC水平,从而使 LL/CC。保持水准管气泡居中,即 LL水平；卸下望远镜目镜罩；十字丝环十字丝环第56页/共76页（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77572-6 精密水准仪和电子水准仪一、精密水准仪和水准尺第57页/共76页特点:水准管格值小(=10),气泡符合精度高；望远镜放大倍率大：V 3040瞄准精度高：（15/V）测微器精细,读数精度高：高倍放大 楔形丝夹准分划 平行玻璃测微7758（二）精密水准仪第58页/共76页7759WILD N3、精、精密水准尺密水准尺WILD N3 精密水准仪精密水准尺第59页/共76页WILD N3 水准仪的内部结构7760第60页/共76页精密水准仪的水准尺读数水准尺：因瓦钢带上印制分划式刻划水准仪读数：高倍瞄准，平行玻璃板测微7761精密水准尺测微平行玻璃测微螺旋测微尺第61页/共76页7762N3精密水准仪读数示例:用测微螺旋使楔形丝夹准尺上某一分划望远镜视场读数1.94m测微器视场读数0.00368m水准尺完整读数1.94368m第62页/共76页7763二、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）。第63页/共76页电子水准仪图电子水准仪图7764电子水准仪 SDL30M条码水准尺测量键显示屏目镜操作按钮第64页/共76页7765瞄准时瞄准时要求十要求十字丝纵字丝纵丝位于丝位于条码带条码带上上电子水准仪对条码尺的瞄准第65页/共76页7766条码水准尺的竖立、支撑和尺垫放置。第66页/共76页7767天宝 Dini12 精密电子水准仪第67页/共76页7768 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。第68页/共76页7769主要特点主要特点测量精度：0.6mm 1.0mm/km 内部数据存贮：2000个点观测数据电子视场：120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第69页/共76页电子水准仪SDL1X在进行遥控观测7770遥控器观测视线第70页/共76页7771电子水准仪SDL1X的测量屏幕(与传统的水准测量记录格式相似)B-后视后视 (Back)F-前视前视(Forward)BFFB观测次序为观测次序为 后后,前前,前前,后后后视屏幕后视屏幕前视屏幕前视屏幕自动计算屏幕自动计算屏幕(1)(1)自动计算屏幕自动计算屏幕(2)(2)第71页/共76页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7772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，以抵消轴系误差。第72页/共76页水准仪置平误差的影响 设水准管分划值 202mm，水准气泡偏离居中0.5格,则100m的视距引起读数误差：1000.520/2062650.005m5mm 7773 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。第73页/共76页 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。7774第74页/共76页外界环境对水准测量的影响1.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。2.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；视线必须高出地面0.2m以上。7775第75页/共76页测量学第二章 水准测量与水准仪7676放映结束第76页/共76页