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,77,*,第二章 水准测量,2-1,高程测量概述,77,1,一、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,77,2,77,3,二、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,77,4,高差,-,两点间的高程之差,(,无论绝对高程或相对高程,),77,5,四、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,77,6,77,7,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）,77,8,在山坡地段进行水准测量,77,9,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,=,(a1,-,b,1,)+(a,2,-,b,2,)+,.,+(a,n,-,b,n,),=,a,-,b,h,1,h,2,h,3,h,4,h,5,h,AB,一,.,水准测量的仪器与工具,77,10,2-3,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。,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。,77,11,2.,水准仪,77,12,二、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,77,13,望远镜,望远镜,水准管,支架,支架,基座,基座,圆水准,水准管的校正螺丝像片,77,14,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,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,77,15,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,管水准器,符合棱镜,气泡观察镜,77,16,水准管及符合棱镜结构图,符合棱镜,水准管,水准气泡观察镜,圆水准器,微倾螺旋,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。,77,17,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。,77,18,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。,77,19,尺上读数,1575,水准管的校正螺丝像片,77,20,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。,77,21,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,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,（二）瞄准,物镜的作用：使目标成象。,77,22,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,。,视差,77,23,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,十字丝与目标像未重合,符合棱镜系统,把水准气泡两,端成象在一起,便于观察。,77,24,（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,能精确判断,“,气泡居中,”,。,（,用区格式水准尺,）,77,25,（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,）,瞄准与读数,77,26,b,c,对水准尺的瞄准与读数,纵丝瞄准尺子中线,（望远镜正像）,a,读数,0747,读数,6254,读数,1535,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！,77,27,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,”,77,28,倒像望远镜在区格式水准尺上的各种读数：,77,29,四、,自动安平水准仪,（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。,DSZ2,自动安平水准仪,77,30,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,玻璃板,物镜调焦螺旋,圆水准器,DSZ2,水准仪,DSZ2,加装测微器,77,31,（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,视准轴倾斜,使水平视线经补偿器,仍到达十字丝中心,水平视线,Zeiss,Reni 002A,精密自动安平水准仪,77,32,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,002A,自动安平水准仪内部结构,（,光学部件的光路和补偿器,）,77,33,目镜,物镜,重力,补偿器,圆水准器,测微系统,反射镜,电池,77,34,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,便于观测,77,35,代,表,高,程,的,球,面,标,志,（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,77,36,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：,77,37,a,1,b,a,2,b,2,h,1,=,a,1,-,b,1,h,2,=,a,2,-,b,2,h,1,-,h,2,=,f,5mm,1,容许高差之差：,两次高差取平均,A,B,h,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,前,前,后,”,77,38,77,39,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,),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,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,77,40,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,A,B,h,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,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，,两次高差之差应小于,5mm,；,同一尺的红黑面读数之,差应小于尺常数,3mm,；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。,77,41,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,”,77,42,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）,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,三、水准测量成果整理,（一）高差闭合差计算,0,（闭合水准线路）,H,B,H,A,=,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：,77,43,77,44,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,:图,2-25,）,高差闭合差的允许值：,（,L,以公里为单位）,77,45,（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),77,46,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.2,50.411,1.7,2.2440.008,2.252,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,2-4,2-5,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,77,47,一、,水准仪的轴线及其应满足的条件：,水准仪轴线的定义,:,视准轴,：十字丝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,水准管球面中,心的法线,L,L,1,77,48,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,1,77,49,1,二、水准仪检验和校正,（一）圆水准器的检验与校正,1.,圆水准器检验：,（如何发现误差？）,（,a,）将圆水准器气泡居中；（,b,）将仪器绕纵轴旋转,180,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。,77,50,2.,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。,77,51,圆水准器校正螺丝,(4),圆水准器固定螺丝,(3),（二）十字丝的检验和校正,1.,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,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。,77,52,水准管的校正螺丝像片,77,53,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,（三）水准管轴平行于视准轴的检验和校正,检验,：,在相距,60,80m,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,h,1,，,把仪器移至一个端点,B,，再测量两端点的高,差,h,2,。,77,54,水准管轴不平行视准轴的校正,如果,h,2,h,表明水准管轴不平行视准轴，引起远尺,读数,h,2,有误差。而近尺上的读数受视准轴误差的影响,很小，因此,h,1,是正确的,。校正方法有二,：,77,55,这时水准管轴随着倾斜，,用水准管的上下校正螺丝,(,图中,4,5),使气泡重新居中。,1,1.,校正水准管,(,方法一,),转动微倾螺旋，使,望远镜中横丝对准远尺,的正确读数：,2.,校正十字丝,(,方法二,),拨动十字丝上下校正螺丝使横丝对准正确读数。,水准管的校正螺丝像片,77,56,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,77,57,2,1,3,4,十字丝下,校正螺丝,十字丝上,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,a,2,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,（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,77,58,2-6,精密水准仪和电子水准仪,一、精密水准仪和水准尺,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,30,40,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,77,59,（二）,精密水准仪,77,60,WILD N3,、精密水准尺,WILD N3,精密水准仪,精,密,水,准,尺,WILD,N3,水准仪的内部结构,77,61,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,77,62,精密,水准尺,测微平行玻璃,测微,螺旋,测微尺,77,63,N3,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,77,64,二、,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,77,65,电子水准仪,SDL30M,条,码,水,准,尺,测量键,显示屏,目镜,操作按钮,77,66,瞄准时,要求十,字丝纵,丝位于,条码带,上,电子水准仪对条码尺的瞄准,77,67,条码水准,尺的竖立、,支撑和尺,垫放置。,77,68天宝,Dini12,精密电子水准仪,77,69,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。,77,70,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,电子水准仪,SDL1X,在进行遥控观测,77,71,遥,控,器,观测视线,77,72,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,(Back),F,-,前视,(Forward),BFFB,观测次序为,后,前,前,后,后视屏幕,前视屏幕,自动计算屏幕,(1),自动计算屏幕,(2),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,77,73,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。,水准仪置平误差的影响,设水准管分划值,20,2mm,水准气泡偏离居中,0.5,格,则,100m,的视距引起读数误差：,100,0.5,20/206265,0.005m,5mm,77,74,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。,77,75,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。,77,76,测量学,第二章,水准测量与水准仪,77,77,放映结束,