第二章-水准测量.ppt

,第二章 水准测量,第一节 水准测量原理,第二节,DS,3,微倾式水准仪,第三节 测量坐标系,第四节 电子水准仪,第五节 水准测量的外业施测,第六节 单一水准路线的计算,第七节 水准仪的检验与校正,第八节 水准测量的误差来源,第一节 水准测量原理,一、水准测量原理,A、B,两点间的高差为,h,AB,a,b,若水准测量前进方向是由A点测到B点，规定：,A,点为,后视点,，,A,点尺上的读数,a,为,后视读数,B,点为,前视点,，,B,点尺上的读数,b,为,前视读数,高差 后视读数前视读数,一、,水准测量原理,当,a,大于,b,时，,h,AB,值为正，,B,点高于,A,点；,当,a,小于,b,时，,h,A,B,值为负，,B,点低于,A,点。,h,AB,表示由,A,点至,B,点的高差；,h,BA,表示由,B,点至,A,点的高差，,h,AB,h,BA,一、水准测量原理,直接利用高差,h,AB,计算,B,点高程的方法称为,高差法,。,若已知A 点的高程H,A,，求未知点B 的高程H,B,H,B,H,A,h,AB,利用仪器视线高程,H,i,计算,B,点高程的方法称为,视线高法,。,H,i,H,A,a,H,B,H,A,（,a,b,）H,i,b,二、转点和测站,若A、B两点之间相距较远或高差较大时,连续设站水准测量,转点,起传递高程的作用,h,AB,h,1,h,2,h,n,第二节,DS,3,微倾式水准仪,一、水准仪的分类,1按精度划分,分为,DS,05,、,DS,1,、,DS,3,、,DS,10,等四个等级，,“,D,”和“,S,”分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，,下标,05、1、3、10,表示仪器的精度等级，即“每千米往返测高差中数的中误差（单位：,mm,）。”,DS,05,、DS,1,称为,精密水准仪,，,DS,3,、DS,10,称为,普通水准仪,。,光学水准仪 微倾式水准仪 自动安平水准仪,电子水准仪,2按结构划分,二、,DS,3,微倾式水准仪的基本构造,望远镜、水准器和基座,二、,DS,3,微倾式水准仪的基本构造,主要由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋和镜筒组成。,十字丝中心交点与物镜光心的连线称为望远镜的,视准轴。,二、,DS,3,微倾式水准仪的基本构造,2水准器,（1）圆水准器,球面中心刻有一个小圆圈，小圆圈的中心称为,圆水准器的零点,。,通过零点的球面法线，称为,圆水准器轴,。,当圆水准气泡中心与零点重合时，即,气泡居中,，说明圆水准器轴处于铅垂位置。,圆水准器,分划值,是指气泡由零点向任意方向移动,2,mm,时所对应的圆心角值。,DS,3,水准仪圆水准器分划值一般为,8/2,mm,。,二、,DS,3,微倾式水准仪的基本构造,2水准器,（,2）管水准器,又称水准管，纵向圆孤的中心O为,管水准器的零点,，,过,O,点的切线,LL,称为,水准管轴,。,当水准管气泡中心位于零点时，称为,气泡居中,，此时水准管轴处于水平位置。,水准管圆弧,2,mm,所对的圆心角,，称为,水准管分划值,。,DS,3,水准仪的水准管分划值一般为,20/2,mm,。,2水准器（2）管水准器,管水准器的灵敏度比圆水准器高得多，因此，管水准器用于水准仪的精确整平，而圆水准器只能用于粗略整平。,管水准器与符合棱镜,二、,DS,3,微倾式水准仪的基本构造,3.基座,基座的,作用,支承仪器的上部并与三脚架相接。,基座的,构成,主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板。,通过调节三个脚螺旋可使圆水准器气泡居中，供粗略整平用。,4.脚架,脚架是用于支撑和安置水准仪的。,水准仪通过中心连接螺旋与脚架相连，并可根据需要调节脚架的高度。,三、水准尺和尺垫,区格式木质双面水准尺,多用于三、四等水准测量，其长度为3m。,黑面,尺底为零，称为基本分划（或主尺）；,红面,尺底不为零，其中一根为,4687,mm,，另一根为,4787,mm,，称为辅助分划（或辅尺），,两根尺构成一对,。,1水准尺,2尺垫,尺垫用在,转点,处。,四、,DS,3,水准仪的使用,水准仪的基本操作包括以下步骤：,1.安置仪器,2.粗平,四、,DS,3,水准仪的使用,3.瞄准水淮尺,使水准尺影像位于十字丝竖丝附近,注意消除,视差,四、,DS,3,水准仪的使用,4.精平,5.读数,第三节,自动安平水准仪和精密水准仪,一、自动安平水准,仪,1自动安平原理,一、自动安平水准仪,2.自动安平水准仪的使用,与微倾式水准仪相比，使用自动安平水准仪,无需精平,，从而使操作更为简单方便。,操作步骤,为：安置、粗平、瞄准和读数。,在使用自动安平水准仪前，应对补偿器进行检验。,DZS3-1型,自动安平水准仪,一、自动安平水准仪,二、精密水准仪,精密水准仪主要用于国家一、二等水准测量，以及地震测量、大型建筑工程高程控制测量、沉降观测、精密机械设备安装等精密测量。,1.精密水准仪的构造特点与测微原理,主要特征,：,值为（810）/2,mm,，安平精度不低于0.2的符合水准器。,望远镜和水准器均套装在隔热罩内，,整体结构稳定，,受外界因素影响小。,望远镜放大倍率一般不小于40,，,配有,光学测微器,配套的,精密水准尺,。,二、精密水准仪,索佳,PL1,水准仪,-DS,1,级水准仪,苏光,DS,05,光学精密水准仪,N3,精密水准仪,1.精密水准仪的构造特点与测微原理,光学测微器,测微尺刻有,100,个分划，测微螺旋转动一周，测微尺恰好移动,100,个分划，标尺影像移,5,mm,或,10,mm,。,因而，测微尺的,分划值,为,0.05,mm,或,0.1,mm,，测微周值为,5,mm,或,10,mm,。,2精密水准尺与读数方法,精密水准尺又称铟钢水准尺，与精密水准仪配套使用。,在优质木标尺中间的尺糟内，装有,膨胀系数极小,的,铟钢合金尺带,，尺带底端固定，顶端用弹簧绷紧。,图（a）所示水准尺,分划值为,5,mm,，分别按左右分为奇数和偶数排列。由于将,5,mm,的分划间隔注记为,1,cm,，所以分划注记值比实际长度大一倍，用这种水准尺,读数应除以,2,才代表实际的视线高度。,2精密水准尺与读数方法,图（b）所示水准尺,分划值为,10,mm,，,右边为,基本分划,，,左边为,辅助分划,，,两种分划相差,常数,K,（301.55,cm,），供读数检核用。,2精密水准尺与读数方法,先直接读出楔形丝夹住的整分划读数为,1.98,m,，然后在望远镜旁测微读数显微镜中读得尾数,1.50,mm,。,全部读数为：,1.98,m+1.50mm=,1.98150,m,，,实际读数应为：,1.98150,m,/2=0.99075,m,。,S1型水准仪视场图,新N3水准仪视场图,读数为,1.48,m,+,6.55,mm,1.48655,m,。,第四节 电子水准仪,一、概述,电子水准仪是一种集电子、光学、图像处理、计算机技术于一体的智能水准仪。,可以完成普通水准仪所能进行的测量，,利用内置应用软件，进行高程连续计算、多次测量取平均值、断面计算、水准路线和水准网测量闭合差调整（平差），,实现测量数据的自动采集、储存、处理和传输等，,具有测量速度快、精度高、作业强度小、易实现内外业一体化等特点。,电子水准仪可视为,CCD,相机、自动安平水准仪、微处理器和条码水准尺组成的地面水准测量系统。,二、电子水准仪的基本构造和原理,基本构造,由基座、水准器、望远镜、自动安平补偿装置、操作面板和影像数据处理系统等组成。,徕卡,DNA03,电子水准仪,，显示界面为中文，内置适合我国测量规范的观测程序，可快速测量高程、高差和放样，用于进行线路水准测量、建筑测量、碎部测量以及一等、二等水准测量。,二、电子水准仪的基本构造和原理,电子水准仪测量的,基本原理,：,徕卡电子水准仪光路图,电子水准仪的关键技术是自动电子读数和数据处理，目前采用的,数据处理方法,有:,几何法,德国蔡司DiNi系列,DiNi10，DiNi20电子水准仪,相关法,瑞士徕卡NA系列,NA2002，NA3003电子水准仪,相位法,日本拓普康DL系列,DL-101C，DL-102C电子水准仪,三、条码水准尺,条码水准尺,是与电子水准仪配套使用的专用水准尺。,用玻璃钢、铝合金或铟钢制成，,尺长有2m、3m等几种，,尺形分直尺和折尺两种。,尺面上刻有,宽度不同、黑白相间的码条,（称为条码），该条码相当于普通水准尺上的分划和注记。,四、电子水准仪的使用,使用,DNA03,电子水准仪,，在完成照准和调焦后，打开电源开关（开机），进入“水准测量”界面，该功能用于一般水准测量并可配合“碎部测量”及“放样”。,开机后，可按,MODE,键设置测量模式；按,PROG,键，显示程序清单，可选择简单测量或线路测量；按,INT,键可进行碎部测量；按,SHIFT INT,启动,SET OUT,放样功能。,安置、粗平、照准标尺和调焦仍由人工目视进行。,四、电子水准仪的使用,注意事项,：,（1）使用电子水准仪前，应认真阅读用户操作手册。,（2）电子水准仪是精密仪器，不宜受潮，使用时勿使仪器受到大的冲击或震动。,（3）测量时，要求条码水准标尺亮度均匀适中。应在有足够亮度的地方竖立条码标尺。若标尺被障碍物（如树枝）遮挡，应使局部遮挡的总量少于30。,（4）安置电子水准仪时，须避免在强磁场内作业。,（5）使用条码尺时要防摔、防撞，勿使尺面受到污损，要保持清洁、干燥，以防变形。,（6）保持目镜、物镜清洁。装卸电池时，必须先关机。,第五节 水准测量的外业施测,一、水准点,为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在各地埋设且,用水准测量方法测定的高程控制点,，称为水准点，记为,BM,（,Bench Mark,）。,水准点是水准测量引测高程的依据。,水准点应设在土质坚实，便于保存和使用的地方，,永久性水准点,临时性水准点,二、水准路线布设,1单一水准路线,（1）,闭合水准路线,如图（,a,），从一个已知高程的水准点,BM,A,出发，沿一条环形路线进行水准测量，依次测定若干个待定高程的水准点,1、2、3、,，最后又回到水准点,BM,A,，称为闭合水准路线。,在普通水准测量中，路线长一般不超过,8km,。,二、水准路线布设,1单一水准路线,（2）,附合水准路线,如图（,b,），从一个已知高程的水准点,BM,A,出发，,沿一条路线进行水准测量，依次测定若干个待定高程的水准点,1、2、3、,，最后附合到另一个已知高程的水准点,BM,B,上，称为附合水准路线。,在普通水准测量中，路线长一般不超过,8,km,。,二、水准路线布设,1单一水准路线,（3）,支水准路线,如图（,c,），从一个已知高程的水准点,BM,A,出发，,沿一条路线进行水准测量，依次测定若干个待定高程的水准点,1、2、，最后既不回到起始水准点，也不附合到另一个已知高程的水准点上，称为支水准路线。,由于支水准路线缺乏检核，故路线一般不超过,4km,。,通常,要进行往返观测，以加强检核,。,二、水准路线布设,2水准网,（1）,附合水准网,如（,a,），从多个已知高程的水准点出发，由若干条单一水准路线相互连接而构成的网状图形。,（2）,独立水准网,如（,b,），从一个已知高程的水准点,BM,A,出发，由若干条单一水准路线相互连接而构成的网状图形。,在水准网中，至少连接三条水准路线的水准点称为,结点,。,（,a,）（,b,）,三、普通水准测量,普通水准测量常用于一般工程的高程测量和地形图测绘的图根控制点高程测量。,1施测一般要求,普通水准测量采用,DS,3,或,DS,10,级水准仪，测量前应对仪器进行检验，采用,中丝读数法,单程观测，施测中各项限差应满足相应测量规范的各项要求。,2观测、记录和计算,日期：2009.5.28 天气：晴 观测者：黄,仪器型号：DS,3,703654 成像：清晰 记录者：刘,测站,测点,水准尺读数/m,每站高差,/m,高程,/m,备注,后视（a）,前视（b）,1,A,2.138,+1.441,68.200,A点为水准点,B点为待求点,TP,1,0.697,2,TP,1,0.814,1.739,TP,2,2.553,3,TP,2,1.130,0.318,TP,3,1.448,4,TP,3,1.545,+0.887,B,0.658,68.471,计算检核,ab5.6275.356+0.271,h+0.271 H,B,H,A,+0.271,H,B,H,A,hab （说明计算无误）,3.普通水准测量的检核,（1）计算检核,H,B,H,A,h,a,b,（2）测站检核,两次仪器高法,在同一测站上用,两次不同的仪器高度,（仪器高度差在10,cm,以上），测得两次高差进行比较，若两次高差之差不超过容许值（普通水准测量容许值为,6,mm,），则取平均值作为该测站观测高差，否则，必须重测。,双面尺法,保持仪器高度不变，用双面尺的,黑、红面,两次测量高差进行比较，若两次高差之差不超过容许值，则取平均值作为该测站观测高差，否则，必须重测。,第六节 单一水准路线的计算,一、附合水准路线的计算,1高差闭合差的计算,在水准测量中，由于测量误差的影响，使水准路线的实测高差值与应有高差值不相等，其差值称为,高差闭合差,，用,f,h,表示。,f,h,h,测,h,理,h,测,（H,终,H,始,）,一、附合水准路线的计算,2高差闭合差的调整,当,f,h,f,h,容,时，即可进行高差闭合差的调整。,消除闭合差的原则,是：将,f,h,反号，按与各测段的路线长度或测站数成正比地改正各段观测高差。,或,高差改正数的,计算检核,：,V,i,f,h,一、附合水准路线的计算,3待求点高程的计算,根据各段改正后的高差和起始点的高程，分别求得各待求点的高程。,例2-1 下图为某附合水准路线，各测段的路线长、实测高差和起点高程如图所示，该附合水准路线的计算结果列于下表中。,点名,路线长,/km,实测高差,/m,高差改正数,/m,改正后高差,/m,高程,/m,BM,1,1.5,+8.200,-0.006,+8.194,68.933,P,77.127,1.3,-10.364,-0.006,-10.370,Q,66.757,0.9,-1.598,-0.004,-1.602,R,65.155,0.7,+1.648,-0.003,+1.645,BM,2,66.800,4.4,-2.114,-0.019,-2.133,辅助计算,成果符合要求,。,二、闭合水准路线的计算,高差闭合差按下式计算:,f,h,h,测,例2-2,下图为某闭合水准路线，各测段的路线长、实测高差和起点高程均注于图中，该闭合水准路线的计算结果列于表中。,BM,A,P,Q,-0.108m,+4.312m,-1.289m,-2.933m,15站,13站,19站,16站,H,A,88.342m,R,f,h,18 mm,h容,12,点 名,测站数,实测高差,/m,高差改正数,/mm,改正后高差,/m,高程,/m,备注,BM,A,15,+4.312,+4,+4.316,88.342,A为已知点，其余为待求点,P,92.658,13,-1.289,+4,-1.285,Q,91.373,19,-2.933,+5,-2.928,R,88.445,16,-0.108,+5,-0.103,BM,A,88.342,63,-0.018,+18,0,辅助计算,mm,f,h,f,h容,，成果符合要求。,三、支水准路线的计算,设,A,点为已知点，高程为,68.200,m,，,从,A,点测到,B,点，高差为,+4.385,m,，,若再从,B,点测到,A,点，高差为,4.373,m,，,此时,B,点高程的,计算方法,如下：,高差闭合差：,f,h,h,往,+,h,返,+4.3854.373,+0.012,m,高差闭合差允许值为：,则,B,点的高程为,：,H,B,H,A,+,h,AB,68.200+4.37972.579,m,。,f,h,f,h,容,，,说明观测结果符合精度要求。,第七节 水准仪的检验与校正,一、微倾式水准仪的检验与校正,1.微倾式水准仪应满足的几何条件,主要轴线,有：,圆水准轴,LL,管水准轴,LL,视准轴,CC,纵轴（竖轴）,VV,根据水准测量的原理，水准仪应满足的,主要条件是,LLCC,。,两个次要条件,：,LLVV,；,十字丝中丝,VV,。,2.微倾式水准仪的检验与校正,(1),圆水准轴平行于仪器竖轴,的检验与校正,目的 通过检校，可使仪器圆水准气泡居中时，仪器竖轴基本竖直。,检校方法,一、微倾式水准仪的检验与校正,(2),十字丝中丝垂直于仪器竖轴,的检验与校正,目的 通过检校使十字丝中丝垂直于仪器竖轴，当竖轴竖直时，中横丝 处于水平位置，即用中横丝任何位置在水准尺上截得的读数都是相同的。,检校方法,(3),水准管轴平行于视准轴,的检验与校正,目的,使水准管轴平行于视准轴，当水准管气泡居中时，视准轴处于水平位置，即获得一条水平视线。,视准轴和水准管轴在竖直面上投影是否平行的检验，称为,i,角检验,，是水准仪检校的重点。,在水平面上投影是否平行的检验，称为,交叉误差检验,。,2.微倾式水准仪的检验与校正,检验方法,当仪器安置在中点时，,h,AB,（,a,1,x,）（,b,1,x,）,a,1,b,1,无论仪器是否存在i角，,在中点上测得的高差始终是正确的,。,检验方法,将水准仪搬至距,B,点（或,A,点）,2,m,3,m,处，精平后分别读取,A,点和,B,点上水准尺的读数,a,2,和,b,2,，则,h,AB,a,2,b,2,h,h,AB,h,AB,i,角的计算公式,为：,对于,DS,3,水准仪，一般要求,i,角不得大于,20。,(3)水准管轴平行于视准轴的检验与校正,校正方法,仪器靠近,B,点处,，根据,b,2,和,h,AB,计算出,A,尺上的正确读数,为：,a,2,b,2,+,h,AB,校正,时，保持水准仪位置不动，转动微倾螺旋，使,A,尺上的读数对准正确读数,a,2,，此时视准轴处于水平位置，水准管轴倾斜。用校正针稍松水准管一端的左、右两个校正螺丝，再拔动上下两个校正螺丝，直到水准管气泡居中。,二、自动安平水准仪的检验与校正,主要项目,有：,圆水准轴平行于仪器竖轴的检验与校正；,十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正；,望远镜视准轴位置正确性的检验与校正。,在作业前，应检查补偿器是否正常，有无粘摆现象。对新购置的用于一、二等水准测量的仪器还须进行补偿器误差的测定。,第八节 水准测量的误差分析,一、仪器误差,1仪器检校后的残余误差,若保持前后视距相等，,i,角,对高差的影响可以消除或削弱。,2水准尺分划误差,3水准尺零点误差,在观测过程中，以两根标尺交替放置，并使每一测段的,测站数为偶数,，可以消除一对水准尺黑面零点差的影响。,二、观测误差,1水准管气泡居中误差,每次读数前，都应使水准管气泡严格居中。,2视差,应随时注意,消除视差,。,3读数误差,主要是估读毫米值的误差。,4标尺倾斜误差,若水准尺不竖直，始终使标尺上的实际读数大于应读数。读数时，应将标尺扶直。,三、外界条件的影响,1.仪器下沉,在一个测站观测时，采用“,后一前一前一后,”的观测顺序，可削弱仪器下沉对高差的影响。,2尺垫下沉,对同一水准路线采用,往返测高差取平均,的方法，可削弱此项误差的影响。,3地球曲率和大气折光的影响,地球曲率对高差的影响,c,=,S,2,/2,R,c,为,地球曲率差,。,当仪器距后、前标尺的距离相等时，可消除地球曲率对高差的影响。,3地球曲率和大气折光的影响,大气折光引起的读数误差称为,大气折光差,。,消除或减弱大气折光差影响的,措施,：,采用前后视距相等的方法，,选择成像清晰的时间观测，,视线离地面的高度不小于,0.3,m,。,地球曲率,c,和大气折光,r,的联合影响称为,球气差,f,，,f,c,r,4温度风力的影响,在阳光下观测时应撑伞,应选择有利的气侯条件,思考题,1微倾式水准仪上圆水准器和管水准器各有何作用？,2何谓视准轴？何谓水准管轴？它们之间应满足什么关系？,3何谓视差？产生视差的原因是什么？如何消除视差？,4水准仪的使用包括哪些基本操作？试简述其操作要点。,5转点在水准测量中起什么作用？,6在水准测量中，使保持前后视距相等，可消除哪些误差？,7设,A,点为后视点，,B,点为前视点，若后视读数为,1.358,m,，前视读数为,2.077,m,，问,A、B,两点的高差是多少？哪一点位置高？若A点的高程为,63.360,m,，试计算,B,点的高程，并绘图说明。,