第2水准测量.pptx

02 四月 2024 1第2章 水准测量测量三项基本工作之一：高程测量测量三项基本工作之一：高程测量高程测量高程测量：测量地面上各点高程的工作：测量地面上各点高程的工作高程测量有下列几种方法：高程测量有下列几种方法：1.1.几何水准测量几何水准测量是高程测量最主要是高程测量最主要的方法的方法 2.2.三角高程测量三角高程测量 3.3.物理高程测量物理高程测量 包括包括:气压高程测量、液体静力水气压高程测量、液体静力水准测量准测量 4.GPS4.GPS高程测量高程测量02 四月 2024 2主要内容：水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测量的施测方法、仪器的检验与校正。主要目的：使学生了解水准测量原理、测量工具，掌握地面点位高程测量过程，从而精确求出地面点高程。重点内容：水准测量原理、施测方法、成果计算。第2章 水准测量02 四月 2024 3 2.1 水准测量原理原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。1.高差法高差法:hAB=后视读数后视读数前视读数，即：前视读数，即：待定点待定点B点的高程：点的高程：2.仪高法仪高法(视线高法视线高法):02 四月 2024 4一、基本原理一、基本原理 h hABAB=后视读数后视读数 前视读数前视读数 =a=a b b1 1）高差第一个下标为后视点（起点），）高差第一个下标为后视点（起点），第二个下标为前视点（终点）；第二个下标为前视点（终点）；2 2）h hABAB=-=-h hBABA；3 3）a ab,b,h hABAB 0 0，前视点高于后视点，前视点高于后视点;a ab,b,h hABAB 0 0，前视点低于后视点。，前视点低于后视点。02 四月 2024 5 2.2 水准测量的仪器和工具水准测量所使用的仪器为水准测量所使用的仪器为水准仪水准仪，所使用，所使用的工具为的工具为水准尺水准尺和和尺垫尺垫。水准仪按其水准仪按其精度精度划分为四个等级：划分为四个等级：精密水准仪精密水准仪DS05DS05、DS1DS1；普通水准仪；普通水准仪DS3DS3、DS10DS10 D D大地测量；大地测量；S S水准仪；后面的数字代表仪器水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度。的测量精度。水准仪按其水准仪按其构造构造可分为四种：可分为四种：微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪数字水准仪目前，普通工程测量中目前，普通工程测量中最常用最常用的水准仪是：的水准仪是：DS3DS3微倾式水准仪微倾式水准仪（或（或DS3DS3自动安平水准仪）自动安平水准仪）02 四月 2024 61.1.DS3DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造 作用：作用：为测量高差提供一条水平视线为测量高差提供一条水平视线 组成：组成：望远镜、水准器、基座望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座 02 四月 2024 7(1)(1)望远镜望远镜由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成C C C C视准轴视准轴CCCC：物镜光心与十字丝交点的连线物镜光心与十字丝交点的连线视准轴在测量时必须保持水平，也就是水平视线！视准轴在测量时必须保持水平，也就是水平视线！02 四月 2024 8（2）水准器水准器分为圆水准器和管水准器两种。管水准器用来指示视准轴是否水平 0 点 2mm管水准器又称为长水管水准器又称为长水准管准管水准管分划值水准管分划值 ：是：是水准管表面水准管表面2mm圆弧圆弧所对应的圆心角所对应的圆心角水准管轴水准管轴LL：过水准过水准管零点所作圆弧面的管零点所作圆弧面的纵切线纵切线02 四月 2024 9 2mm圆水准器圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直用来指示仪器竖轴是否竖直 圆水准器分划值圆水准器分划值 ：是圆：是圆水准器表面水准器表面2mm圆弧所对应圆弧所对应的圆心角的圆心角 DS3水准仪水准器分划值水准仪水准器分划值 通常为：长水准管通常为：长水准管 圆水准器圆水准器 圆水准器轴圆水准器轴 ：过圆水过圆水准器零点所作圆球面的法线准器零点所作圆球面的法线02 四月 2024 10DS3水准仪常采用符合水准管系统目的是提高水准管气泡居中的精度 符合气泡符合尚未符合 符合气泡符合，水准管轴与视 线水平。微倾螺旋微倾螺旋02 四月 2024 11（3）基座）基座基座通过连接螺旋与三基座通过连接螺旋与三脚架相连脚架相连基座用于支承水准仪上基座用于支承水准仪上部，水准仪旋转轴插入部，水准仪旋转轴插入基座轴套可自由旋转基座轴套可自由旋转基座上的三个脚螺旋用基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准气泡于调节圆水准气泡仪器竖轴仪器竖轴VVVV：就是水准：就是水准仪的旋转轴仪的旋转轴望远镜水准器基座三脚架VV02 四月 2024 122.水准尺和尺垫水准尺和尺垫（1）水准尺有）水准尺有单面尺、双面尺、单面尺、双面尺、塔尺塔尺三种三种（2）标准水准尺为一对双面尺，）标准水准尺为一对双面尺，其中其中:A尺和尺和B尺尺黑面黑面03m;A尺红面尺红面4.6877.687m,B尺红面尺红面4.7877.787m。（3）尺垫半球形顶部用来竖立水）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志准尺，并标志转点转点位置。位置。02 四月 2024 132.3 水准仪的使用水准仪的使用为测定为测定A A、B B两点的高差，首先将水准仪安置在两点的高差，首先将水准仪安置在A A、B B两点之间，然后按以下两点之间，然后按以下四个步骤四个步骤进行操作：进行操作：（1）粗平（粗略整平）粗平（粗略整平）目的是使仪器竖轴铅直目的是使仪器竖轴铅直 调节三个脚螺旋调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中使圆水准器气泡居中，气泡移，气泡移动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。02 四月 2024 142）瞄准（瞄准水准尺）瞄准（瞄准水准尺）首先转动目镜调焦螺旋首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰使十字丝清晰，转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋螺旋使目标清晰使目标清晰。注意消除。注意消除视差视差！什么是视差？产生的原因？如何消除什么是视差？产生的原因？如何消除？02 四月 2024 15（3）精平（精确整平）精平（精确整平）在每次读数之前，都应在每次读数之前，都应注视注视符合水准气泡观符合水准气泡观测窗，转动测窗，转动微倾螺旋微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合使水准管气泡居中，即符合水准器的水准器的两端气泡影像对齐两端气泡影像对齐，只有当气泡已经稳，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，定不动而又居中的时候，水准管轴水平，视准轴水准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一条水平视线。亦水平，即提供了一条水平视线。微倾螺旋微倾螺旋02 四月 2024 16（4）读数（精确整平）读数（精确整平）仪器精确整平后，即可用仪器精确整平后，即可用十字丝横丝十字丝横丝（即中（即中丝）在水准尺上读数。丝）在水准尺上读数。读数按读数按由小到大由小到大的方向，读出米、分米、厘的方向，读出米、分米、厘米、并仔细米、并仔细估读毫米估读毫米数。数。读数记录一般均不加小数点，读数记录一般均不加小数点，读记四位数读记四位数，以毫米为单位以毫米为单位。黑面读数黑面读数a=1274（mm）红面读数红面读数 b=5958（mm）02 四月 2024 1702 四月 2024 18 2.4 水准测量的外业一、一、水准点水准点 事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点立的高程控制点(Bench Mark),常以常以BM表示。表示。水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面凸起的半球面,用于放置水准尺。用于放置水准尺。02 四月 2024 19二、二、水准测量的实施水准测量的实施已知已知HA，求高程求高程HB，中中间临时放置标尺的过度间临时放置标尺的过度点点1，2.称为称为转点转点,起起高程传递作用高程传递作用,常用常用TP表示，实测时转点上应表示，实测时转点上应使用使用尺垫尺垫。02 四月 2024 20每测站高差：每测站高差：各测站高差之和：各测站高差之和：待定点待定点B点高程：点高程：2.待定点高程的测量和计算检核待定点高程的测量和计算检核02 四月 2024 21普通水准测量记录表普通水准测量记录表0.6541.48211241385ab=7.513 6.685=+0.828h=1.482 0.654=+0.828HB HA=28.182 27.354=+0.828HB HA=h=a b (计算无误计算无误)计计算算检检核核6685751328.1821732121213671674186927.3540.3430.9260.2131467前视前视+后后 视视备备 注注高高 程程（m）高高 差差标尺读数标尺读数（m）测测点点0.2890.36502 四月 2024 22三、水准测量的检核三、水准测量的检核1 1。计算检核。计算检核各测站高差之和各测站高差之和=后视读数之和后视读数之和 -后视读数之和后视读数之和02 四月 2024 232 2.测站检核测站检核为保证每一测站的高差正确，或在误差允为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范围之内，必须进行测站检核。许范围之内，必须进行测站检核。测站检核有测站检核有双仪高法双仪高法和和双面尺法双面尺法（1）双面尺法双面尺法：黑面读数高差：黑面读数高差：红面读数高差：红面读数高差：红黑面高差之差：红黑面高差之差：最后高差中数：最后高差中数：（2）双仪高法双仪高法：改变仪器高度改变仪器高度10cm以上，以上，测出两次高差，进行检核。测出两次高差，进行检核。02 四月 2024 243.成果检核成果检核1.闭合水准路线闭合水准路线 从某已知点从某已知点BMA出发出发,经待定点经待定点1,2,3,4;再回到再回到A点。点。高差理论值：高差理论值：高差闭合差：高差闭合差：2.附合水准路线附合水准路线从已知点从已知点BMA出发到另一已知点出发到另一已知点B,高差理论值：高差理论值：高差闭合差：高差闭合差：AB2h1h3102 四月 2024 253.成果检核成果检核2.附合水准路线附合水准路线从已知点从已知点BMA出发到出发到另一已知点另一已知点B,高差理论值：高差理论值：高差闭合差：高差闭合差：3.支水准路线支水准路线AB2h1h3102 四月 2024 26 2-5 水准测量的成果计算水准测量的成果计算 按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后严格满足检核条件。正后严格满足检核条件。等外水准测量等外水准测量高差闭合差容许误差：高差闭合差容许误差：山地：山地：平地：平地：国家四等水准测量国家四等水准测量高差闭合差容许误差：高差闭合差容许误差：山地：山地：平地：平地：02 四月 2024 27 水准测量的内业计算步骤水准测量的内业计算步骤一、附合水准路线一、附合水准路线h21）计算闭合差）计算闭合差 2）判断闭合差是否超限）判断闭合差是否超限3）计算各测段观测高差的改正数）计算各测段观测高差的改正数5）计算各测段的改正后的高差）计算各测段的改正后的高差6）计算各点的高程值）计算各点的高程值4）检查闭合差是否分配完）检查闭合差是否分配完(凑整凑整)AB2附合水准路线h1h3102 四月 2024 2802 四月 2024 29二、闭合水准路线二、闭合水准路线计算步骤同附合水准路线计算步骤同附合水准路线 三、支水准路线三、支水准路线高差中数高差中数02 四月 2024 30精密水准仪（精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国）主要用于国家一、二等水准测量家一、二等水准测量(the first and second order leveling)和高精度的工程测量中；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程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。基准测量等。二、二、精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺 2.6 水准仪及其使用02 四月 2024 311.精密水准仪的特点精密水准仪的特点1)望望远远镜镜的的放放大大倍倍数数大大，分分辨辨率率高高，如如规规范范要要求求DS1不小于不小于38倍，倍，DS05不小于不小于40倍；倍；2)管水准器分划值为管水准器分划值为10/2mm，精平精度高；，精平精度高；3)望远镜的物镜有效孔径大，亮度好；望远镜的物镜有效孔径大，亮度好；4)望望远远镜镜外外表表材材料料一一般般采采用用受受温温度度变变化化小小的的因因瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响；瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响；5)采用平板玻璃测微器读数，读数误差小；采用平板玻璃测微器读数，读数误差小；6)配备精密水准尺。配备精密水准尺。02 四月 2024 322.精密水准尺精密水准尺(因瓦水准尺因瓦水准尺)精精密密水水准准尺尺：是是在在木木质质尺尺身身的的凹凹槽槽内内，引引张张一一根根因因瓦瓦合合金金钢钢带带，其其中中零零点点端端固固定定在在尺尺身身上上，另另一一端端用用弹弹簧簧以以一一定定的的拉拉力力将将其其引引张张在在尺尺身身上上，以以使使因因瓦瓦合合金金钢钢带带不不受受尺尺身身伸伸缩缩变变形的影响。形的影响。长长度度分分划划在在因因瓦瓦合合金金钢钢带带上上，数数字字注注记记在在木木质质尺尺身身上上，精精密密水水准准尺尺的的分分划划值值分分为为基基辅辅分分划划（10mm）和和奇偶分划（奇偶分划（5mm）两种。）两种。基辅分划差为：基辅分划差为：3.01550 m02 四月 2024 33CCLLVVLL2-6 水准仪的检验与校正一、水准仪的主要轴线一、水准仪的主要轴线及应满足的主要条件及应满足的主要条件 视准轴视准轴CC 水准管轴水准管轴LL 圆水准器轴圆水准器轴 仪器竖轴仪器竖轴VV必须满足的几何条件：必须满足的几何条件：VV 十字丝横丝十字丝横丝 VV LL CC02 四月 2024 34一、圆水准器的检验与校正一、圆水准器的检验与校正 检验目的是保证：检验目的是保证：圆水准器轴圆水准器轴仪器VV二、十字丝的检验与校正二、十字丝的检验与校正 检验目的是保证检验目的是保证：十字丝横丝 仪器VV三、管水准器的检验与校正 检验目的是保证：视准轴CC 水准管轴LL （水准仪的主条件）02 四月 2024 352-7 水准测量误差与注意事项一、仪器误差 1.仪器校正后的残余误差仪器校正后的残余误差 2.水准尺误差水准尺误差(包含包含:刻划、变形和零点误差等）刻划、变形和零点误差等）二、观测误差 1.水准管气泡居中误差，水准管气泡居中误差，2.估读水准尺的误差，估读水准尺的误差，3.视差影响，视差影响，4.水准尺倾斜误差水准尺倾斜误差 三、外界条件的影响 1.仪器下沉，仪器下沉，2.尺垫下沉，尺垫下沉，3.地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光的影响 4.温度的影响温度的影响02 四月 2024 36 望远镜的视准轴与水准管的水准轴望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行不平行 i i角对角对读数读数的影响的影响向上倾斜i 角的符号为正02 四月 2024 37 望远镜的视准轴与水准管的水准轴望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行不平行 i i角对角对高差高差的影响的影响向上倾斜i 角的符号为正02 四月 2024 38地球曲率和地球曲率和大气折光大气折光的影响的影响 1）视线高出地面0.3m，2）选择合适的天气（阴天、晚上、无风等）3）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等）4）最主要的是要求前后视距离应相等！在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。02 四月 2024 39水准测量注意事项水准测量注意事项 l l）观测）观测（l l）观测前应认真按要求检校水准仪，）观测前应认真按要求检校水准仪，检视水准尺；检视水准尺；（2 2）仪器应安置在土质坚实处，并踩实）仪器应安置在土质坚实处，并踩实三脚架；三脚架；（3 3）水准仪至前、后视水准尺的视距应）水准仪至前、后视水准尺的视距应尽可能相等；尽可能相等；02 四月 2024 40（4 4）每次读数前，注意消除视差，只有当符）每次读数前，注意消除视差，只有当符合水准气泡居中后，才能读数，读数应迅速、合水准气泡居中后，才能读数，读数应迅速、果断、准确，特别应认真估读毫米数；果断、准确，特别应认真估读毫米数；（5 5）晴好天气，仪器应打伞防晒，操作时应）晴好天气，仪器应打伞防晒，操作时应细心认真，做到细心认真，做到“人不离仪器人不离仪器”，使之安全；，使之安全；（6 6）只有当一个测站的记录计算合格后方能）只有当一个测站的记录计算合格后方能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手扶托仪器，一手握住脚架稳步前进。一手扶托仪器，一手握住脚架稳步前进。02 四月 2024 412 2）记录）记录（l l）认真记录，边记边复报数字，准确无）认真记录，边记边复报数字，准确无误地记入记录手簿相应栏内，严禁伪造和误地记入记录手簿相应栏内，严禁伪造和转抄；转抄；（2 2）字体要端正、清楚，不准用橡皮擦改。）字体要端正、清楚，不准用橡皮擦改。毫米位不能划改，如按规定可以划改时，毫米位不能划改，如按规定可以划改时，应在原数字上划线后再在上方重写，但不应在原数字上划线后再在上方重写，但不得连环划改；得连环划改；（3 3）每站应当场计算，检查符合要求后，）每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。才能通知观测者搬站。02 四月 2024 423 3）扶尺）扶尺（l l）扶尺员应认真竖立水准尺，注意）扶尺员应认真竖立水准尺，注意保持尺上圆气泡居中；保持尺上圆气泡居中；（2 2）转点应选择上质坚实处，并将尺）转点应选择上质坚实处，并将尺垫踩实；垫踩实；（3 3）水准仪搬站时，应注意保护好原）水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不受碰动。前视点尺垫位置不受碰动。