水准测量原理和方法.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,*,*,*,水准测量,工程测量,主讲人：项霞,四川大学水利水电学院,二零零八年八月,水准测量,第 三,讲,本 次 授 课,目的和要求,本次授课的重,点与难点分析,水准测量方法,水准成果计算,水准仪的检验与校正,水准测量误差分析,水准测量方法,水准仪满足的条件,水准测量,3.4,水准测量方法,3.4.1,水准点,为了统一全国高程系统和满足科研、测图、国家建设的需要，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为,水准点,（,Bench Mark,），常用,BM,表示水准点有,:,永久点,临时点,水准测量,3.4.2,水准测量的方法,连续水准测量原因：,当高程待定点离开已知点较远或高差较大时，仅安置一次仪器进行一个测站的工作就不能测出两点之间的高差。这时需要在两点间加设若干个临时立尺点，分段连续多次安置仪器来求得两点间的高差。这些临时加设的立尺点是作为传递高程用的，称为,转点,，一般用符号,TP,表示。,水准测量,A,P,前进方向,h,AP,=,h,1+,h,2+,h,3,H,p,H,A,h,AP,连续水准测量模拟,h,1,h,2,h,3,h,AP,水准测量,在第一测站上的观测程序为：,安置仪器，使圆水准器气泡居中；,照准后视,(A,点,),尺，并转动微倾螺旋使水准管气泡精确居中，用中丝读后视尺读数,a1=2.036,。记录员复诵后记入手簿。,照准前视（即转点,TP1,）尺，精平，读前视尺读数,b1=1.547,。记录员复诵后记入手簿，并计算出,A,点与转点,TP1,之间的高差：,h1,2.036-1.547=,0.489,填入高差栏。水准测量手薄见表,观测要求,（,1,）,水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。,（,2,）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,水准测量,水准测量,BMA,B,2.036,1.118,TP1,H,1,=+0.918,0.869,TP2,h,1,=-0.318,1.187,TP3,1.495,H,1,=+0.417,1.078,1.256,h,1,=-0.575,1.831,前进方向,测站,测点,水准尺读数,高差（,m,）,高程（,m,）,备注,后视（,a,）,前视（,b,）,-,BMATP1,2.036,1.118,0.918,27.354,TP1TP2,0.869,1.187,0.318,TP2TP3,1.495,1.078,0.417,TP3B,1.256,1.831,0.575,27.796,计算检核,5.656,5.214,5.214,1.335,0.893,0.893,27.849,27.354,0.442,0.442,0.442,水准测量,水准测量,3.4.3,水准测量注意事项,由于测量误差是不可避免的，我们无法完全消除其影响。但是可采取一定的措施减弱其影响，以提高测量成果的精度。同时应绝对避免在测量成果中存在错误，因此在进行水准测量时，应注意以下各点：,、观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正。,、在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。,、前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响。,水准测量,、前、后视距离不宜太长，一般不要超过,100m,。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。,、读完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读。,、记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字。,、在烈日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。,水准测量,3.4.4,水准测量的检核方法,1,测站检核,为了确保观测高差正确无误，须对各测站的观测高差进行检核，这种检核称为测站检核。常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种：,两次仪器高法,两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度，两次测定高差。即测得第一次高差后，改变仪器高度约,10cm,以上，再次测定高差。若两次测得的高差之差未超过,5mm,，则取其平均值作为该测站的观测高差。否则需重测。,双面尺法,双面尺法是在一测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红面两次测定高差。若两次测得高差之差未超过,5mm,，则取其平均值作为该测站的高差。否则需要重测。,水准测量,两次仪器高法：,立尺，尺中间安置水准仪，粗平,照准后视尺，精平，读数,照准前视尺，精平，读数,计算高差,变动仪器高（升或降大于,10cm,）再,观测,高差互差不大于,5mm,时，取平均值,水准测量,双面尺法（黑面、红面）：,用双面尺，每尺均读黑、红面读数,立尺，尺中间安置水准仪，粗平,瞄准,后,视尺,黑,面，精平，读数,瞄准,前,视尺,黑,面，精平，读数,瞄准,前,视尺,红,面，精平，读数,瞄准,后,视尺,红,面，精平，读数,黑面：以零开始刻划,红面：一尺从,4687,开始刻划，另一尺从,4787,开始,红黑面计算高差理论上相差,0.1m,水准测量,2.,路线检核,虽然每一测站都进行了检核，但一条水准路线是否有错还是没有保证。例如，在前、后视某一转点时，水准尺未放在同一点上，利用该转点计算的相邻两站的高差虽然精度符合要求，但这一条水准路线却含有错误，因此必须进行路线检核。水准路线检核方法一般有以下三种：,附合水准路线,水准路线从已知水准点,BM1,（起始点）出发，沿着待定点进行水准测量，最后测到已知水准点,BM2,（终点），这样的水准路线称为附合水准路线。,h,理,H,终一,H,始,(4),实测的高差与已知高差一般不可能完全相等，其差值称为高差闭合差,fh,:,(5),水准测量,闭合水准路线,由,BM5,出发，沿环线进行水准测量，最后回到原水准点,BM5,上，称为闭合水准路线。,路线上各点之间高差的代数和应等于零，即：,h,理,0 (6),如不等于零，则高差闭合差为：,(7),支水准路线,由一水准点,BM8,出发，既不附合到其他水准点上，也不自行闭合，称为支水准路线,支水准路线要进行往返观测，往测高差与返测高差观测值的代数和,h,往,+h,返理论上应为零。如不等于零，则高差闭合差为：,(8),水准测量,3.5,水准测量的成果计算,3.5.1,水准测量的精度要求,建筑工程中对水准测量的精度要求，一般规定为：,平地,(mm)(2.12),山地,(mm)(2.13),式中,f,h,容为高差闭合差的容许值；,L,为水准路线长度，以,km,为单位；,n,为水准路线测站数。当地形起伏较大，每,1km,水准路线超过,16,个测站时按山地计算容许闭合差。,水准测量,3.5.2,水准测量成果计算,计算步骤如下（以附合水准路线为例）：,计算实测高差之和,h,测与理论高差,h,理,H,终一,H,始,计算高差闭合差,计算容许闭合差,fh,容,=12n,如果,fh,=,fh,容，则其精度符合要求，可做下一步计算。,计算高差改正数高差闭合差的调整方法和原则：按,与测站数或与距离成正比,的分配原则，改正数的符号与闭合差的符号相反。每一测站的改正数为：各测段的改正数为：,检核,v=-,fh,水准测量,计算改正后高差,h,改各测段观测高差,hi,分别加上相应的改正数后,vi,，即得改正后高差：,h1,改,=h1+v1h2,改,=h2+v2,hi,改,=,hi+vi,改正后的高差代数和，应等于高差的理论值，即：,h,总,=h,理,如不相等，说明计算中有错误存在。,水准测量,待定点高程计算,测段起点高程加测段改正后高差，即得测段终点高程，以此类推。最后推出的终点高程应与该点的已知高程相等。即：,H1=HA+h1,总,H2=H1+h2,总,HA,（算）,=HA(,已知,),计算中应注意各项检核的正确性。,水准测量,对于闭合水准路线计算步骤类似于附合水准路线，以下例说明其计算步骤：,计算步骤如下：,点号,测站,ni,（站）,实测高差,hi(m,),高差改正数,vi,（,m,）,改正后高差,h,改,(m),高程,H(m,),备注,BMA,11,1.352,0.006,1.346,51.732,已知点,1,8,2.158,0.004,2.162,50.386,2,6,2.574,0.003,2.577,52.548,3,7,3.397,0.004,3393,55.125,BMA,51.732,已知点,32,0.017,0.017,0,计算实测高差之和,h,测,=-0.017m,理论高差,h,理,0,计算高差闭合差,=-,0.017m,计算容许闭合差,fh,容,=12n=1232=68mm,因为,fh,=,fh,容，故其精度符合要求，可做下一步计算。,水准测量,计算高差改正数高差闭合差的调整方法和原则与符合水准路线的方法一样。本例各测段改正数,vi,计算如下：,v1=-(fh/n),n1=-(-17/32),11=6mm,v2=-(fh/n),n2=-(-17/32),8=4mm,检核,v=-,fh,=0.017m,点号,测站,ni,（站实测高差,hi(m,),高差改正数,vi,（,m,）,改正后高差,h,改,(m),高程,H(m,),备注,BMA,11,1.352,0.006,1.346,51.732,已知点,1,8,2.158,0.004,2.162,50.386,2,6,2.574,0.003,2.577,52.548,3,7,3.397,0.004,3.393,55.125,BMA,51.732,已知点,32,0.017,0.017,0,水准测量,计算改正后高差,h,改各测段观测高差,hi,分别加上相应的改正数后,vi,，即得改正后高差：,h1,改,=h1+v1,=-1.352+0.006=-1.346m,h2,改h2+v2,=2.158+0.004=2.162m,hi,改,=,hi+vi,改正后的高差代数和，应等于高差的理论值,0,，即：,h,总,=0,如不相等，说明计算中有错误存在。,点号,测站,ni,（站）,实测高差,hi(m,),高差改正数,vi,（,m,）,改正后高差,h,改,(m),高程,H(m,),备注,BMA,11,1.352,0.006,1.346,51.732,已知点,1,8,2.158,0.004,2.162,50.386,2,6,2.574,0.003,2.577,52.548,3,7,3.397,0.004,3.393,55.125,BMA,51.732,已知点,32,0.017,0.017,0,水准测量,待定点高程计算测段起点高程加测段改正后高差，即得测段终点高程，以此类推。最后推出的终点高程应与起始点的高程相等。即：,H1=HA+h1,总,=51.732-1.346=50.386mH2=H1+h2,总,=50.386+2.162=52.548m HA,（算）,=HA(,已知,)=51.732m,计算中应注意各项检核的正确性。,点号,测站,ni,（站）,实测高差,hi(m,),高差改正数,vi,（,m,）,改正后高差,h,改,(m),高程,H(m,),备注,BMA,11,1.352,0.006,1.346,51.732,已知点,1,8,2.158,0.004,2.162,50.386,2,6,2.574,0.003,2.577,52.548,3,7,3.397,0.004,3.393,55.125,BMA,51.732,已知点,32,0.017,0.017,0,水准测量,3.6,水准仪的检验与校正,3.6.1,水准仪应满足的几何条件,为了保证仪器提供一条水平视线，水准仪的四条主要轴线：望远镜视准轴,ZZ,、水准管轴,LL,、圆水准器轴,LL,和仪器竖轴,VV,应满足以下条件：,圆水准器轴,LL,应平行于竖轴,VV,；,水准管轴,LL,应平行于视准轴,ZZ,；,十字丝横丝应垂直于仪器竖轴,VV,。,仪器出厂前都经过严格检查，均能满足条件，但经过长期使用或某些震动，轴线间的关系会受到破坏。为此，测量之前必须对仪器进行检验校正。,水准测量,3.6.2,水准仪的检验和校正,1,、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正,检验方法：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器水平旋转,180,，气泡仍居中则正常，否则需要校正（圆水准器的检验与校正）。,2,、望远镜十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验,检验方法：瞄准一固定点，转微动螺旋使仪器水平旋转，若点始终沿横丝移动，则水平；否则需校正（十字丝的检验与校正）。,水准测量,3,、水准管轴平行于望远镜视准轴的检验校正,i,角误差,(,管水准器的检验与校正,),水准测量,3.7,水准测量的误差分析,包括仪器误差、观测误差、外界环境的影响。,一、仪器误差,仪器校正后的残余,i,角误差：,原因：,i,角误差检校后的残余值,方法：观测时注意使前、后视距相等，可消除或减弱其影响。,水准尺误差：,原因：水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等。,方法：检验水准尺上真长与名义长度，加尺长改正数；,水准尺的零点差：一测段中采用偶数站到达方式予以消除。,水准测量,二、观测误差,气泡居中误差,读数误差,水准尺倾斜（尤其注意前后倾斜）,视差的影响,这些误差须严格认真操作、读数，来避免误差的影响,水准测量,三、外界环境的影响,仪器下沉：（在软土或植被上时容易发生下沉）采用“后,前,前,后”，的观测顺序，可以削弱其影响。,尺垫下沉：采用往返观测取观测高差的中数可以削弱其影响。,地球曲率和大气折光影响：,地球曲率影响：（前后视距相等来消除，即地球曲率对前后尺读数影响相同）,大气折光影响：（由于大气折光，视线会发生弯曲。越靠近地面，光线折射的影响也就越大。因此要求视线要高于地面,0.3m,以上，前后视距相等也可消减该影响,）,温度影响,：,观测时应注意撑伞遮阳。,水准测量,3.8,自动安平水准仪及数字水准仪简介,1,精密水准仪（,DS1,）,采用光学测微器读数，仪器整体结构稳定,2,自动安平水准仪,内部有自动安平补偿器，无须管水准器和微倾螺旋，提高整平效率,3,激光水准仪,安装发射激光的装置，用激光束代替望远镜水平视线。,4数字水准仪,用传感器代替人眼观测，获得水准尺的影像，对影像处理获得高差信息。,注：,这几类水准仪都必须与配套的水准尺一起使用。,水准测量,7,水准测量的方法,当高程待定点离已知点较远或高差较大时，需要加设转点，分段连续多次安置仪器来求得两点间的高差。,8,一个测站的操作程序：,安置,粗平,照准,精平,读数,记录,9,水准点 测绘部门在全国各地埋设的固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点。,10,水准测量的检核方法 有测站检核和路线检核。,测站检核：常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种。,路线检核：有闭合水准路线、符合水准路线、支水准路线三种。,小 结,水准测量,11,成果计算,高差闭合差的计算：闭合水准路线,符合水准路线,支水准路线,容许闭合差计算,测段高差改正数的计算,改正数的计算检核,改正后高差的检核,水准测量,12,水准仪应满足的几何条件,圆水准器轴,LL,应平行于竖轴,VV,；,水准管轴,LL,应平行于视准轴,ZZ,；,十字丝横丝应垂直于仪器竖轴,VV,。,水准测量,练习题,1,、高差计算（单站）,已知：,H,A,=37.624m,a=1.318m,b=2.657m,计算：,H,B,2,、高差计算（设转点）,H,A,=37.624m,观测时在,A,、,B,点之间设了两个转点，读数分别如下,a1=1.348m,b1=1.627m;,a2=1.082m,b2=2.631m;,a3=0.947m,b3=1.465m;,计算：,H,B,3,、已知,A,点高程为,46.526m,，,B,点高程为,48.934m,，求,h,AB,和,h,BA,。,