测量学-水准测量.pptx

2-1 2-1 水准测量原理水准测量原理 水准测量是利用水准仪提供一条水平视线，配合水准尺，水准测量是利用水准仪提供一条水平视线，配合水准尺，测得两点间高差。根据已知点高程，测得两点间高差。根据已知点高程，计算待定点高程的方法计算待定点高程的方法。两点的高差两点的高差 待求点的高程待求点的高程 ABab bhABABHBHA大地水准面已知点高程已知点高程 ，欲求点高程，欲求点高程确定观测方向：确定观测方向：已知点已知点 A A 为后视点，待定点为后视点，待定点 B B 为为前视点。前视点。第二章第二章水准测量水准测量2.2.1 2.2.1 水准仪的类型水准仪的类型种类：光学水准仪，电子水准仪，自动安平水准仪。种类：光学水准仪，电子水准仪，自动安平水准仪。型号：型号：DSDS05 05 DS DS1 1 DS DS3 3 DS DS1010 DS DS2020水准仪型号S05S1S3S10S20每公里往返测高差中误差0.5mm1mm3mm10mm20mm主要用途国家一等水准测量及科学研究工作国家二等水准测量及其它精密水准测量国家三、四等水准及一般工程水准测量一般工程水准测量建筑和简易农田水准测量2-22-2水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具一、一、DS3DS3水准仪结构水准仪结构 2.2.1 2.2.1 水准仪的类型水准仪的类型（一）望远镜（一）望远镜视准轴视准轴(二二)水准器水准器2、管水准器管水准器1、圆水准器圆水准器2.2.1 2.2.1 水准仪的类型水准仪的类型2.2.1 2.2.1 水准仪的类型水准仪的类型二二.自动安平水准仪自动安平水准仪三三.数字水准仪数字水准仪2.2.22.2.2水准尺和尺垫水准尺和尺垫（一）安置仪器（一）安置仪器 首首先先将将仪仪器器箱箱平平放放在在地地上上，松松开开三三脚脚架架螺螺旋旋，将将三三脚脚架架伸伸至至适适当当高高度度，拧拧紧紧螺螺旋旋。打打开开三三脚脚架架，架架头头大大致致水水平平。开开箱箱，认认清清仪仪器器在在箱箱中中放放置置的的位位置置。松松开开制制动动螺螺丝丝，双双手手握握住住仪仪器器，取取出出，安安放放在在架架头头上上，旋旋紧紧连连接接螺螺旋旋。在在斜斜坡坡上上安安置置仪仪器器时时，一个架腿要放在上坡方向，另两个架腿放在下坡方向。一个架腿要放在上坡方向，另两个架腿放在下坡方向。2-32-3水准仪的使用水准仪的使用2.3.1 2.3.1 微倾水准仪的安置与使用微倾水准仪的安置与使用 1 1、圆气泡大致居中、圆气泡大致居中 将脚螺旋、微倾螺旋调至螺丝中间位置，圆水准器置于任意将脚螺旋、微倾螺旋调至螺丝中间位置，圆水准器置于任意两个脚螺旋之间（如图两个脚螺旋之间（如图、脚螺旋之间），与第三个脚螺旋的脚螺旋之间），与第三个脚螺旋的连线垂直于那两个脚螺旋（连线垂直于那两个脚螺旋（、脚螺旋）的连线。固定两个架脚螺旋）的连线。固定两个架腿，移动一条架腿使圆气泡大致居中，气泡随架腿的移动方向而腿，移动一条架腿使圆气泡大致居中，气泡随架腿的移动方向而运动。运动。(二)粗粗平2.3.1 2.3.1 微倾水准仪的安置与使用微倾水准仪的安置与使用 2 2、圆气泡居中、圆气泡居中 如图，相对旋转如图，相对旋转、脚螺旋，使圆气泡移到过圆水准器中心脚螺旋，使圆气泡移到过圆水准器中心并并垂直于垂直于、的连线上，如图所示气泡由的连线上，如图所示气泡由abab，再旋转脚螺旋，再旋转脚螺旋，使气泡居中。当两手同时旋转两个脚螺旋时，应，使气泡居中。当两手同时旋转两个脚螺旋时，应等速相对转等速相对转动动，这样气泡会迅速沿平行于两个脚螺旋的方向移动。，这样气泡会迅速沿平行于两个脚螺旋的方向移动。利用脚螺使圆水准气泡居中的规律：利用脚螺使圆水准气泡居中的规律：气泡移动的方向与左手大拇指转动气泡移动的方向与左手大拇指转动方向一致方向一致。2.3.1 2.3.1 微倾水准仪的安置与使用微倾水准仪的安置与使用(三三)照准目标照准目标 1 1、目镜调焦：、目镜调焦：2 2、瞄准：、瞄准：3 3、准确对光，消除视差、准确对光，消除视差 由于由于物像平面物像平面与与十字丝平面十字丝平面不重合不重合而产生的视像错动现象，而产生的视像错动现象，叫十字丝视差，简称视差。叫十字丝视差，简称视差。测量上不容许视差存在测量上不容许视差存在消除视差的方法消除视差的方法：重新调节目镜、物镜焦距，使物像成像：重新调节目镜、物镜焦距，使物像成像 在十字丝平面上，自然就消除了视差。在十字丝平面上，自然就消除了视差。将望远镜对向背景较亮处将望远镜对向背景较亮处(如白墙，远处天空如白墙，远处天空)，转，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。利用望远镜筒上的照门和准星对准目标利用望远镜筒上的照门和准星对准目标 2.3.1 2.3.1 微倾水准仪的安置与使用微倾水准仪的安置与使用(四四)精平精平 方法：转动微倾螺旋，使符合水准气泡影像完全符合。方法：转动微倾螺旋，使符合水准气泡影像完全符合。符符合合气气泡泡调调节节规规律律：符符合合气气泡泡左左半半部部的的影影像像移移动动方方向向与与右右手手大大拇拇指指转转动动微微倾螺旋方向相同。倾螺旋方向相同。（五）读数（五）读数 1.278m 2.566 m0.880 m读数时为求准确，应读数时为求准确，应先估读毫米数，然后依次读出米、分米、厘米先估读毫米数，然后依次读出米、分米、厘米。2.3.1 2.3.1 微倾水准仪的安置与使用微倾水准仪的安置与使用2.3.2 2.3.2 自动安平水准仪的使用自动安平水准仪的使用 自动安平水准仪是一种新型仪器，使用与微倾水准仪自动安平水准仪是一种新型仪器，使用与微倾水准仪的基本操作大致相同，但要避开高压电线，铁矿等磁力异的基本操作大致相同，但要避开高压电线，铁矿等磁力异常区，且防止剧烈震动以免损坏。为确保水准装置工作正常区，且防止剧烈震动以免损坏。为确保水准装置工作正常，有的自动安平水准仪设有补偿器控制按纽，可采用两常，有的自动安平水准仪设有补偿器控制按纽，可采用两次按动按纽两次读数的方法进行校核有的仪器设有警告指次按动按纽两次读数的方法进行校核有的仪器设有警告指示窗，当窗内显示绿色，表明补偿器工作正常；当窗内一示窗，当窗内显示绿色，表明补偿器工作正常；当窗内一端出现红色，则表明整平精度不足，需重新整平端出现红色，则表明整平精度不足，需重新整平。2.3.3 2.3.3 电子水准仪的使用电子水准仪的使用 电子水准仪的操作步骤为安置仪器、粗平、照准目标、电子水准仪的操作步骤为安置仪器、粗平、照准目标、调焦、按动测量键即可，观测的读数自动记录并显示在屏幕上。调焦、按动测量键即可，观测的读数自动记录并显示在屏幕上。2-4 2-4 水准测量的方法水准测量的方法 2.4.1 2.4.1 水准点水准点（a a）金属水准标志）金属水准标志 （b b）墙上水准标志）墙上水准标志（c）混凝土基本水准标石（e e）临时性木桩）临时性木桩（d d）混凝土永久性水准标石）混凝土永久性水准标石水准点记为水准点记为BMBM2.4.2 2.4.2 水准测量的实施水准测量的实施转点（转点（TPTP）：）：当两点间距离过长或高差过大时，在两点间设当两点间距离过长或高差过大时，在两点间设 置的临时点。置的临时点。ABTP1 1TP2 2TP3 3hABHA A以上各式相加以上各式相加B点高程点高程转点的作用：转点的作用：传递高程传递高程大地水准面1.1.水准测量方法水准测量方法2 2、水准测量记录和计算水准测量记录和计算水准测量记录手簿水准测量记录手簿 2.4.3 2.4.3 水准测量的校核方法水准测量的校核方法（一）测站检核（一）测站检核 原理原理：在同一测站两次测量高差，比较测量结果，以判断测量精度。在同一测站两次测量高差，比较测量结果，以判断测量精度。方法方法：1、改变仪器高法改变仪器高法2、双面尺法双面尺法a1 1b1b1a2b2b2理论上由于两次所求的高差，总是存在误差由于两次所求的高差，总是存在误差 实际上当当则时认为测量结果合格否则重测时认为测量结果合格否则重测取平均值作为最后结果取平均值作为最后结果（二）路线校核（二）路线校核 1 1、附合水准路线、附合水准路线 从某从某一高级水准点一高级水准点开始，沿待定高程点、诸点开始，沿待定高程点、诸点进行水准测量，最后进行水准测量，最后附合到另一个高级水准点附合到另一个高级水准点所构成的水所构成的水准路线，称为附合水准路线准路线，称为附合水准路线。2.4.3 2.4.3 水准测量的校核方法水准测量的校核方法 2 2、闭合水准路线、闭合水准路线 从某从某一高级水准点一高级水准点出发，沿待出发，沿待定高程点、诸点进行水准定高程点、诸点进行水准测量，最后测量，最后回到该回到该水准点的环形水准点的环形路线，称为闭合水准路线。从理论上讲路线，称为闭合水准路线。从理论上讲，路线上各点之间的，路线上各点之间的高差代数和应等于高差代数和应等于零零。3 3、支水准路线、支水准路线 A AP P往往返返 既不闭合又不附合的水准路线，称既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。为支水准路线。2.4.3 2.4.3 水准测量的校核方法水准测量的校核方法2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算一、高差闭合差的计算一、高差闭合差的计算闭合差闭合差 =观测值观测值 -理论值理论值附合水准路线附合水准路线 理论上应满足：理论上应满足：因实测高差与理论值并不符合，即产生高差闭合差因实测高差与理论值并不符合，即产生高差闭合差 闭合水准路线闭合水准路线理论上应满足：理论上应满足：实测高差之和多不为零，即产生高差闭合差：实测高差之和多不为零，即产生高差闭合差：二、高差闭合差容许值的计算二、高差闭合差容许值的计算（山地）（山地）（平地）（平地）n测站总数测站总数L路线全长，以公里计路线全长，以公里计当当时为平地，时为平地，否则为山地否则为山地时外业测量成果满足精度要求；时外业测量成果满足精度要求；否则，需重测。否则，需重测。支水准路线支水准路线 支水准路线往返测所得高差，理论上应是支水准路线往返测所得高差，理论上应是绝对值相等符号绝对值相等符号相反相反，所以其闭合差即是，所以其闭合差即是 或或2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算三、高差闭合差的调整三、高差闭合差的调整 同精度观测时同精度观测时闭合差的调整原则是将闭合差反号，按闭合差的调整原则是将闭合差反号，按测测站数或距离站数或距离平均分配平均分配于各测站于各测站。按测站数分配按测站数分配 按距离分配按距离分配 计算检核计算检核 2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算四四 、计算改正高差和待定点高程、计算改正高差和待定点高程 1、改正后高差改正后高差 计算检核计算检核 2、待定点高程、待定点高程 闭合水准路线闭合水准路线附和水准路线附和水准路线计算检核计算检核【例1】如图所示布设一条闭合水准路线，列表计算各点高程。如图所示布设一条闭合水准路线，列表计算各点高程。闭闭 合合 水水 准准 路路 线线 成成 果果 计计 算算 表表2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算AP往返【解】因因则外业测量数据符合精度要求则外业测量数据符合精度要求【例2】图为一段图为一段0.9 km0.9 km长的支水准路线，判断测量成果是否长的支水准路线，判断测量成果是否符合精度，并求计算符合精度，并求计算P P点高程。点高程。2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算【例3】下图为一附和水准路线，数据如图所示，计算见表下图为一附和水准路线，数据如图所示，计算见表2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算附附 合合 水水 准准 路路 线线 成成 果果 计计 算算 表表 2-5 2-5 水准测量成果计算水准测量成果计算whwh容2-6 2-6 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 微倾水准仪应满足的主要条件是微倾水准仪应满足的主要条件是：1、圆水准器轴平行于竖轴；圆水准器轴平行于竖轴；2、十字丝横丝垂直于竖轴；十字丝横丝垂直于竖轴；3、水准管轴平行于视准轴。水准管轴平行于视准轴。检验方法检验方法 ：当圆水准器轴与竖轴不平行时，它们相差一个：当圆水准器轴与竖轴不平行时，它们相差一个 角。首先转动脚螺旋使圆气泡居中，如图角。首先转动脚螺旋使圆气泡居中，如图a)a)这时圆水准器轴这时圆水准器轴处于铅垂位置，但竖轴与铅垂方向偏离一个处于铅垂位置，但竖轴与铅垂方向偏离一个 角。将圆水准角。将圆水准器绕仪器轴旋转器绕仪器轴旋转，此时圆气泡偏离中心，如图，此时圆气泡偏离中心，如图 (b)(b)，其偏离的值为其偏离的值为。一、圆水准器轴平行竖轴一、圆水准器轴平行竖轴 2-6 2-6 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 二、十字丝横丝垂直于竖轴二、十字丝横丝垂直于竖轴 检验方法：整平仪器后，瞄准墙上一固定点，拧紧水平制检验方法：整平仪器后，瞄准墙上一固定点，拧紧水平制动螺旋，转动水平微动螺旋，如点始终在十字丝横丝上移动螺旋，转动水平微动螺旋，如点始终在十字丝横丝上移动，则说明十字丝横丝垂直于竖轴。若动，则说明十字丝横丝垂直于竖轴。若 M M 点偏移十字丝横丝点偏移十字丝横丝如图如图 (d)(d)，则十字丝横丝不垂直于竖轴，那么必须进行校正。，则十字丝横丝不垂直于竖轴，那么必须进行校正。2-6 2-6 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 三、水准管轴应平行于视准轴三、水准管轴应平行于视准轴当水准管轴和视准轴不平行时，它们之间形成一个当水准管轴和视准轴不平行时，它们之间形成一个 i i角。角。水准尺离水准仪距离越远，读数误差也越大。当仪器的前视距离与后视水准尺离水准仪距离越远，读数误差也越大。当仪器的前视距离与后视距离相等时，则根据后视读数减前视读数求得高差不受影响。距离相等时，则根据后视读数减前视读数求得高差不受影响。检验方法：在平坦地面上选择、两点（检验方法：在平坦地面上选择、两点（米），安置仪器于米），安置仪器于中点，测出、两点间的正确高差中点，测出、两点间的正确高差h h。然后将仪器搬到距离点米处，。然后将仪器搬到距离点米处，当气泡居中时读取尺读数为当气泡居中时读取尺读数为，这时由于水准仪距尺很近，因此忽略角，这时由于水准仪距尺很近，因此忽略角的影响，即将的影响，即将当作视线水平时的读数，如视准轴与水准管轴平行，则尺当作视线水平时的读数，如视准轴与水准管轴平行，则尺上读数应为上读数应为 如果实际尺上的读数不与上式求得的如果实际尺上的读数不与上式求得的b b应应值相等，则说值相等，则说明视准轴不平行于水准管轴。明视准轴不平行于水准管轴。那么那么当当 时必须进行校正。时必须进行校正。三、水准管轴应平行于视准轴三、水准管轴应平行于视准轴2-6 2-6 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 2-6 2-6 水准测量误差来源水准测量误差来源 一、仪器误差一、仪器误差1 1、仪器校正后残差、仪器校正后残差 2 2、调焦误差、调焦误差 3 3、水准尺误差、水准尺误差二、观测误差二、观测误差1 1、整平误差、整平误差 2 2、照准误差、照准误差 3 3、估读误差、估读误差 4 4、水准尺竖立不直误差、水准尺竖立不直误差三、外界条件影响三、外界条件影响1 1、仪器、水准尺下沉误差、仪器、水准尺下沉误差 2 2、地球曲率、大气折光影响、地球曲率、大气折光影响3 3、温度、风力影响、温度、风力影响 水准测量成果不合要求多数是由于测量人员疏忽大意造成的，为水准测量成果不合要求多数是由于测量人员疏忽大意造成的，为此除要求测量人员对工作认真负责外，在测量时注意以下事项，可此除要求测量人员对工作认真负责外，在测量时注意以下事项，可以减少不必要的返工重测。以减少不必要的返工重测。一、扶尺应注意的事项：一、扶尺应注意的事项：1 1、尺尺子子要要检检查查：测测量量前前检检查查标标尺尺，刻刻划划是是否否准准，塔塔尺尺衔衔接接处处是是否严密，尺底和尺垫顶不要有泥土。否严密，尺底和尺垫顶不要有泥土。2 2、转转点点要要牢牢靠靠：转转点点最最好好用用尺尺垫垫。如如在在硬硬化化的的地地面面上上（如如水水泥泥、片片石石路路肩肩）或或多多石石地地区区，也也可可不不用用尺尺垫垫，但但转转点点要要在在坚坚实实稳稳固固而而有凸棱的地点。有凸棱的地点。3 3、扶尺要直立扶尺要直立：标尺的横向倾斜由观测纠正，若有前后倾斜：标尺的横向倾斜由观测纠正，若有前后倾斜则不易发现，造成读数偏大。尺上有水准器时，可使气泡居中。则不易发现，造成读数偏大。尺上有水准器时，可使气泡居中。2.7.2 2.7.2 水准测量时应注意的事项水准测量时应注意的事项4 4、消除尺的零点误差消除尺的零点误差：由于标尺的零点位置不准，为了消除：由于标尺的零点位置不准，为了消除其影响，在同一测段内要用同一尺，或测设偶数个测站。其影响，在同一测段内要用同一尺，或测设偶数个测站。2.7.2 2.7.2 水准测量时应注意的事项水准测量时应注意的事项二、观测应注意的事项：二、观测应注意的事项：1 1、仪器要检校：测量前要把仪器校正好，使各轴线间满足应、仪器要检校：测量前要把仪器校正好，使各轴线间满足应有的几何条件有的几何条件。2 2、仪器要安稳：中心螺旋连接要稳妥可靠，观测时不得扶压、仪器要安稳：中心螺旋连接要稳妥可靠，观测时不得扶压和骑跨脚架。和骑跨脚架。3 3、前后视距要等长：可消除、前后视距要等长：可消除i i角误差以及地球曲率的影响。角误差以及地球曲率的影响。4 4、视线要水平：读数前观察符合水准器泡居中后方可读数，读数后、视线要水平：读数前观察符合水准器泡居中后方可读数，读数后检查符合水准器气泡是否居中。检查符合水准器气泡是否居中。5 5、读数要准确：精心对光，消除视差。不能误读整米数，把十字、读数要准确：精心对光，消除视差。不能误读整米数，把十字丝的上、下丝读数当作中丝读数。丝的上、下丝读数当作中丝读数。6 6、迁站要慎重、迁站要慎重：未读前视时，不得匆忙搬动仪器；中途停测时，应：未读前视时，不得匆忙搬动仪器；中途停测时，应将前视点选在容易寻找的固定点上，并做好标记，列入记录。将前视点选在容易寻找的固定点上，并做好标记，列入记录。2.7.2 2.7.2 水准测量时应注意的事项水准测量时应注意的事项三、记录应注意的事项：三、记录应注意的事项：1 1、要、要复诵复诵：读数列入记录时，边记录边复诵。：读数列入记录时，边记录边复诵。2 2、记录要清楚记录要清楚：按规定格式填写，字迹清晰端正。：按规定格式填写，字迹清晰端正。3 3、要、要原始记录原始记录：用铅笔当场填写在记录簿中，不得誊抄，：用铅笔当场填写在记录簿中，不得誊抄，不得用橡皮擦改。记录错误应在错字处划一横线，将正确不得用橡皮擦改。记录错误应在错字处划一横线，将正确数字写在上方。同一记录划改不得超过两次，且不容许连数字写在上方。同一记录划改不得超过两次，且不容许连环涂改（即改后视又改前视）。环涂改（即改后视又改前视）。4 4、计算要复核计算要复核：记录者及时根据读数算出高差，记入记：记录者及时根据读数算出高差，记入记录簿并作计算的验算，再由另一人复核。录簿并作计算的验算，再由另一人复核。2.7.2 2.7.2 水准测量时应注意的事项水准测量时应注意的事项