土木工程测量学课件第二章[1]1.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,第二章 水准测量,高程测量概念,（,Height Measurement,）,根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。,高程测量的方法分类,1,、水准测量,(leveling),2,、,三角高程测量,(trigonometric leveling),3,、,气压高程测量,(air pressure leveling),4,、,GPS,测量。,(GPS leveling),水准测量,是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。,三角高程测量,是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角,(,即倾斜角,),，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。,高程基准面,:,通常采用大地水准面即平均海水面作为高程基准面。,“,1956,黄海高程系,”,:,解放后我国采用青岛验潮站,1950,1956,年观测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面。,-,72.289m:,水准原点作为全国高程测量的基准点。,“,1985,国家高程基准,”,:1952,1979,年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面。,-,72.260m,。,高程控制点称,水准点,BM(Bench,Mark),。标石水准点、墙脚水准点、简易标志水准点。,2.1,水准测量的原理,水准测量,是利用水平视线来求得两点的高差。,水准尺、水准仪,高程,：,地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之取负值。,高差具有方向性，其值可正可负。,A,后视点,a,后视读数,B,前视点,b,前视读数,1,、,A,、,B,两点间高差,2.B,点的高程,3.,视线高程,大地水准面,h,AB,A,B,H,A,H,B,=,H,A,+h,AB,水平视线,水准尺,水准尺,a,b,前进方向,2.2,水准仪和水准尺,微倾式水准仪,自动安平水准仪,数字,(,电子,),水准仪,我国的水准仪系列标准分为：,DS05,、,DS1,、,DS3,和,DS20,水准尺：,尺垫：,一、,DS3,微倾式水准仪的构造,在一般水准测量中使用较广的,DS3,型微倾式水准仪由下列三个主要部分组成：,望远镜,它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数。,水准器,用于指示仪器或视线是否处于水平位置。,基座,用于置平仪器，它支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动。,1.,望远镜 十字丝分划板,视准轴,视线,十字丝分划板,视准轴,视线,2.,水准器,(1),管水准器,又称,水准管,用于精平,(2),圆水准器,圆水准器的分划值，是顶盖球面上,2mm,弧长所对应的圆心角值，水准仪上圆水准器的角值为,8,至,15(R=0.46,0.86m),。,用于粗平,特性：气泡始终向高处移动。,二、水准尺,(leveling staff),与,尺垫,(staff plate),主要有单面尺、双面尺和塔尺,1,、尺面分划为,1cm,，每,10cm,处（,E,字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。,2,、双面尺的红面尺底刻划：一把为,4687mm,，,另一把为,4787mm,。,尺垫,(staff plate),放在转点上，以防水准尺下沉。,三、,DS3,微倾式水准仪的使用,操作程序：,粗平,瞄准,精平,读数,1.,安置水准仪,首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚在坡下一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。,2.,仪器的粗略整平,-,圆水准气泡居中,左手拇指法则，或右手食指法则：,(1),先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；,(2),旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。,(3),气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。,图形：粗平的操作方法示意图,a,1,2,3,b,3,1,2,c,3,1,2,规律：,气泡移动方向与,左手大拇指,运动的方向一致。,3.,照准目标,准星瞄准,目镜调焦、物镜调焦,使十字丝竖丝照准水准尺,视差,：,当观测时把眼睛稍作上下移动，如果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有改变，这一现象叫视差。其原因是尺像没有落在十字丝平面上。消除视差的方法是先调目镜调调焦螺旋使十字丝清晰，然后一面调节物镜调焦螺旋一面仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面上。,4.,视线的精确整平,粗平 精平,每次读数前都需要重新使气泡符合,5.,读数,用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。从尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数，所以每个读数必须有四位数。,图形：水准仪读数实例,水准仪读数实例,6252,1478,0721,b,c,a,1.,扶尺,目的 将水准尺立于测点上，并处于铅垂线位置。,操作 扶尺员应站在尺后，双手握住把手，两臂紧贴身躯，借助尺上水准器将尺铅直立在测点上。,五、扶尺和搬站,2.,搬站,目的 将仪器顺利、安全地转移到下一测站。,操作 严禁将仪器扛在肩上搬站，防止发生仪器事故。,2.3,水准测量的实施,一、水准点,(Bench Mark),通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用,BM,表示。有永久性和临时性两种。,水准点示意图,二、水准路线,(leveling line),1,闭合水准路线,(closed leveling,line),由已知点,BM,已知点,BM,1,BM,2,3,4,前进方向,2,附合水准路线,(annexed leveling line),由已知点BM1,另一已知点,BM2,BM1,BM2,1,2,3,前进方向,3,支水准路线,(spur leveling line),由已知点,BM,某一待定水准点,2,。,BM,1,2,前进方向,三、水准测量的实施（外业）,BMA,BMB,1.444,1.324,TP2,h,2,=+0.120,1.822,0.876,TP3,h,3,=+0.946,1.820,1.435,TP4,h,4,=+0.385,1.422,1.304,h,5,=+0.118,前进方向,1.134,1.677,TP1,h,1,=-0.543,1,若,A,、,B,两点间布设一些过渡点（转点）,TP1,、,TP2,、,TP3,，将其分为,n,段，则用水准仪分别测得各段高差为,h1,，,h2 hn;,2,水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。,3,为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。,两次仪器高法：高差之差,h,-h,5mm,h,AB,=h,1,+h,2,+,+,h,n,=(,a,1,-b,1,)+(a,2,-b,2,)+,+(a,n,-b,n,),=,a-,b,当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图中可得：,测站,:,架设仪器的点位,转点：转点起传递高程的作用,。,BMA,BMB,1.444,1.324,TP2,h,2,=+0.120,1.822,0.876,TP3,h,3,=+0.946,1.820,1.435,TP4,h,4,=+0.385,1.422,1.304,h,5,=+0.118,前进方向,1.134,1.677,TP1,h,1,=-0.543,4,水准测量实施与记录对照图,1,2,3,BMA,TP1,TP1,TP2,TP2,TP3,1134,1677,1444,1324,1822,0876,-0.543,+0.120,+0.946,水准测量外业的操作演示,四、水准测量成果的检核,(,一,),测站检核,1.,两次仪器高法,2,.,双面尺法,同一测站，不同仪器高。,H,10cm,h,高差之差,6mm,同一测站，同一仪器高。,检核：,h,同一点,3mm,h 5mm二,),计算检核,h=a-b,(,三,),水准路线的检核,1.,附合水准路线,附合水准路线的,高程闭合差,为：,高程闭合差的大小在一定程度上反映了测量成果的质量。,2.,闭合水准路线,3.,水准支线,理论上有：,一般水准测量的容许高程闭合差为：,铁路线路水准测量的容许高程闭合差则为：,五、,水准测量成果整理步骤,（一）、计算高差闭合差,(closing error),公式：,故对于闭合水准路线，有：,对于附合水准路线，有：,（二）分配高差闭合差,1,、计算高差闭合差的容许值（,tolerance,）,对于普通水准测量：,式中，,f,h,容,高差闭合差限差，单位：,mm,；,L,水准路线长度，单位：,km,；,n,测站数,。,判断：,？,2,、分配原则,按与距离,L,或测站数,n,成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。,或,（三）计算各待定点高程,用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。,改正后的高差：,待定点的高程,（递推公式）：,六,.,水准测量成果整理实例,【,例,】,如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略图。,BM-A,和,BM-B,为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线下方的数字为测得的两点间的高差,(,以,m,为单位,),，,n,为测站数，试计算待定点,1,、,2,、,3,点的高程。,1,3,4,2,首先：将检查无误的野外观测成果（即各测段的测站数,n,i,和高差值,h,i,）,以及已知数据填入计算表；,A,1,2,3,B,7,3,4,6,20,+4.363,+1.263,-3.121,+2.413,+4.918,第一步：高差闭合差的计算,f,h,=+24mm,第二步：高差闭合差的调整,-8,-5,-4,-7,-24,第三步：待定点高程的计算,根据改正后的高差,hi,，,由起始点,A,开始，逐点推算出各点的高程，列入表中。,如：,H,1,=H,A,+h,1,=58.012+4.355=62.367m,+1.256,-3.126,+4.894,+2.409,+4.355,62.906,61.650,64.776,62.367,58.012,各测段实测高差加改正数，得改正后的高差,h,i,2.5,水准仪的检验和校正,一、水准仪轴线应满足的几何关系,水准管轴,LL,视准轴,CC,圆水准轴,LL,竖轴,VV,横丝要水平（即：,VV,）,C,C,L,L,V,V,L,L,水准仪轴线的的几何关系操演示,二,.,水准仪的检验与校正,（一）圆水准器的检验与校正,1,、检验：,气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转,180,，看气泡是否居中。,2,、校正：,用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用三个“校正螺旋”，使气泡居中。,圆水准器的检验和校正的原理,圆水准器检校的操作演示,（二）十字丝横丝的检验与校正,1,、检验：,整平后用横丝的一端对准一固定点,P,，,转动微动螺旋，看,P,点是否沿着横丝移动。,2,、校正：,旋下目镜处十字丝环外罩，转动左右,2,个“校正螺丝”。,十字丝横丝检校的操作演示,（三）水准管轴,视准轴（,i,角）的检校,1,、检验：,（,1,）平坦地上选,A,、,B,两点，约,100m,。,（,2,）,在中点,C,架仪器，读取,a,1,、,b,1,（,3,）在距,B,点约,23m,处架仪，读取,a2,、,b2,，得,h2=a2-b2,。,若,h2h1,则水准管轴不平行视准轴。,h,1,无误差 ,b2,的误差可忽略不计。,说明：对,S3,水准仪，若,i,20,，,需校正。,（,4,）按下式，可计算出,i,角：,原因？,2,、校正,校正水准管,旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准,(a,2,=h,1,+b,2,),，,拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。,水准管检校的操作演示,2.5,水准测量的误差及其消减方法,一、仪器误差,(,一,),视准轴与水准管轴不平行引起的误差,(,二,),调焦引起的误差,(,三,),水准尺的误差,二、观测误差,(,一,),气泡居中误差,(,二,),估读水准尺分划的误差,(,三,),扶水准尺不直的误差,三、外界环境的影响,(,一,),仪器下沉和水准尺下沉的误差,1.,仪器下沉的误差,2.,水准尺下沉的误差,(,二,),地球曲率和大气折光的误差,1.,地球曲率引起的误差,2.,大气折光引起的误差,(,三,),气候的影响,2.6,三、四等水准测量,(leveling surveying),一、三、四等水准测量要求,（一）适用：平坦地区的高程控制测量。,（二）精度技术要求：,表一：三、四等水准测量测站技术要求,等 级,视线长度,(m),前、后视,距离差,(m),前、后视,距离累积差,(m),红、黑面,读 数 差,(mm),红、黑面,高差之差,(mm),三 等,65 3 6 2 3,四 等,80 5 10 3 5,表二：三、四等水准测量,主要,技术要求,等级 每公里高 附合路 水准仪 往返测高 附合路线或,差中误差 线长度 级别 差不符值 环线闭合差,(mm)(km)(mm)(mm),三等,6 45 S1,或,S3,12,R,12,L,或,4,n,四等,10 15 S1,或,S3,20,R,20,L,或,6,n,注：,R,为测段的长度；,L,为附合路线的长度，均以,km,为单位。,二、每站观测程序,（,1,）顺序：,“,后前前后（黑黑红红）”；一般一对尺子交替使用。,（,2,）读数：,黑面“三丝法”（上、下、中丝）读数，红面仅读中丝。,后视,(,黑面,),上丝读数，下丝读数，中丝读数,前视,(,黑面,),上丝读数，下丝读数，中丝读数,前视,(,红面,),中丝读数,后视,(,红面,),中丝读数,后视尺,前视尺,三、计算与记录格式（见表）,（,1,）视距,=100|,上丝,-,下丝,|,（,2,）前后视距差,d,i,=,后视距,-,前视距,d,i,要求,:,等,3m,等,5,m,（,3,）视距差累积值,d,i,=,前站的视距差累积值,d,i-1,+,本站的前后视距差,d,i,d,i,要求,:,等,6,m,等,10m,（,4,）,黑红面读数差,=,黑面中丝,+K-,红面中丝。（,K=4787mm,或,4687mm,）,要求,:,等,2,mm,等,3mm,（,5,）,黑面高差,h,黑,=,黑面后视中丝,-,黑面前视中丝,（,6,）红面高差,h,红,=,红面后视中丝,-,红面前视中丝,（,7,）黑红面高差之差,=h,黑,-,（,h,红,0.100m,）,要求,:,等,3,mm,等,5mm,（,8,）,高差中数,=h,黑,+,（,h,红,0.100m,）,/2,（,9,）,水准路线总长,L=,后视距,+,前视距,图表：四等水准测量记录表,四、水准测量的检核,1,、计算检核,2,、测站检核：黑、红面高差之差的计算,3,、路线检核：水准路线闭合差的计算,五、水准测量成果处理,详见第,3,节,