大地测量学基础15控制.ppt

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1、南京工业大学土木学院,1,第五章 高程控制测量,5.1国家高程基准 5.1.1高程基准面 高程基准面就是地面点高程的统一起算 面，由于大地水准面所形成的体形大地 体是与整个地球最为接近的体形，因此通常 采用大地水准面作为高程基准面。,南京工业大学土木学院,2,但是可以在海洋近岸的一点处竖立水位标尺，成年累月地观测海水面的水位升降，根据长期观测的结果可以求出该点处海洋水面的平均位置，人们假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。 根据基本验潮站应具备的条件，1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站。 “1956年黄海高程系统”：1950年至1956年7年间青岛验潮站的潮汐资料推求的平均海水面

2、作为我国的高程基准面。 ,南京工业大学土木学院,3,“1985国家高程基准”：根据青岛验潮站 19521979年中取19年的验潮资料计算确定，并从1988年1月1日开始启用。,南京工业大学土木学院,4,5.1.2 水准原点 为了长期、牢固地表示出 高程基准面的位置，作为 传递高程的起算点，必须 建立稳固的水准原点，用 精密水准测量方法将它与 验潮站的水准标尺进行联 测，以高程基准面为零推 求水准原点的高程。,南京工业大学土木学院,5,“1956年黄海高程系统”中，我国水准原点的高程为72.289m ； 在“1985国家高程基准”系统中，我国水准原点的高程为72.260m。 地面上的点相对于高程

3、基准面的高度，通常称为绝对高程或海拔高程，也简称为标高或高程。海洋的深度也是相对于高程基准面而言的，例如太平洋的平均深度为4000m，就是说在高程基准面以下4000m。,南京工业大学土木学院,6,5.2 国家高程控制网的布设原则 国家高程控制网布设的目的和任务有两 个：一是在全国领土上建立统一的高程控制 网，为地形测图和各项建设提供必要的高程 控制基础；二是为地壳垂直运动、平均海面 倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学 研究提供精确的高程数据。,南京工业大学土木学院,7,5.2.1 从高到低、逐级控制 一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同 时也为相关地球科学研究提供高程数据；二 等水准测量

4、是国家高程控制网的全面基础； 三、四等水准测量是直接为地形测图和其他 工程建设提供高程控制点。,南京工业大学土木学院,8,5.2.2 水准点满足一定的密度,南京工业大学土木学院,9,5.2.3 水准测量达到足够的精度 各等级水准测量的精度，是用每公里高差 中数的偶然中误差 和每公里高差中数的全中 误差来表示的。,南京工业大学土木学院,10,5.2.4 一等水准网应定期复测 我国的水准测量分为四等，各等级水准测量路线必须自行闭合或闭合于高等级的水准路线上，与其构成环形或附合路线，以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。 一等闭合环线周长，在平原和丘陵地区为1

5、0001 500km，一般山区为2 000km左右。 二等闭合环线周长，在平原地区为500750km,山区一般不超过1 000km。,南京工业大学土木学院,11,三、四等水准在一、二等水准环中加密，根据高等级水准环的大小和实际需要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度，三等水准分别为200km、150km和70km；四等分别为100km、80km和30km。 5.2.5水准路线的设计、选点和埋石 1 技术设计 技术设计是根据任务要求和测区情况，在 小比例尺地图上，拟定最合理的水准网或水 准路线的布设方案。,南京工业大学土木学院,12,一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不 太繁忙的交通

6、路线布设，二等水准路线尽量 沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方 便。水准路线应避开土质松软的地段和磁场 甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、 湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。,南京工业大学土木学院,13,2 选 点 图上设计完成后，须进行实地选线，其目的 在于使设计方案能符合实际情况，以确定切 实可行的水准路线和水准点的具体位置。选 定水准点时，必须能保证点位地基稳定、安 全僻静，并利于标石长期保存与观测使用。 水准点应尽可能选在路线附近的机关、学 校、公园内。不宜在易于淹没和土质松软的 地域埋设水准标石，也不宜在易受震动和地 势隐蔽而不易观测的地方埋石。,南京工业大学土木学院,14,水准点点

7、位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。 3 埋 石 按用途区分，水准标石有基岩水准标石、 基本水准标石和普通水准标石三种类型。 各类水准标石的制作材料和埋设规格及其 埋设方法等，在国家一、二等水准测量规 范都有具体的规定和说明。,南京工业大学土木学院,15,我国国家水准网的布设，按照布测目的、 完成年代、采用技术标准和高程基准等，基 本上可分为三期： 第一期主要是1976年以前完成的，以1956年黄海高程基准起算的各等级水准网； 第二期主要是1976年至1990年完成的，以“1985国家高程基准”起算的国家一、二等水准网； 第三期是1990年以后进行的国家一等水准网的复测和局部地

8、区二等水准网的复测，现已完成外业观测和内业平差计算工作，成果已提供使用。,南京工业大学土木学院,16,5.3 精密水准仪和水准尺 气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水 准仪、数字水准仪以及相应的因瓦合金水准 尺 1、WildN3精密水准仪简介： 望远镜物镜的有效孔径为50mm，放大倍率 为40倍，管状水准器格值为10/2mm。N3精 密水准仪与分格值为10mm的精密因瓦水准标 尺配套使用，标尺的基辅差为301.55cm。在 望远镜目镜的左边上下有两个小目镜，它们 是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜,南京工业大学土木学院,17,主要特征：倾斜螺旋，平行玻璃板测微器,1望远镜目镜 2水准气泡反光镜

9、 3倾斜螺旋 4调焦螺旋 5平行玻璃板测微螺旋 6平行玻璃板旋转轴 7水平微动螺旋 8水平制动螺旋 9脚螺旋 10脚架,南京工业大学土木学院,18,转动倾斜螺旋，使符合气 泡观察目镜的水准气泡 两端符合，则视线精确水 平，此时可转动测微螺 旋使望远镜目镜中看到的 楔形丝夹准水准标尺上的 148分划线，也就是使148 分划线平分楔角，再在 测微器目镜中读出测微 器读数653(即6.53mm)， 故水平视线在水准标 尺上的全部读数为 148.653cm。,南京工业大学土木学院,19,2.自动安平水准仪简介,1测微器 2圆水准器 3脚螺旋； 4保护玻璃 5调焦螺旋 6制动扳把 7微动螺旋 8望远镜目

10、镜 9水平度盘读数目镜,南京工业大学土木学院,20,光学补偿器 光学补偿器6是一块等 腰直角棱镜，用弹性 薄簧片悬挂形成重力 摆，以摆轴为中心可 以自由摆动，在重力 作用下，最后静止在 与重力方向一致的位 置上 。,南京工业大学土木学院,21,3.电子数字水准仪简介 主要特征：由传感器识别条形码水准标尺上的条形码分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。,南京工业大学土木学院,22,观测时，经自动调焦和自动置平后，水 准标尺条形码分划影像射到分光镜上，并将 其分为两部分：其一是可见光，通过十字丝 和目镜，供照准用；其二是红外光射向探测 器，它将望远镜接收到的光图像信息转

11、换成 电影像信号，并传输给信息处理机，与机内 原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行 相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的 读数。,南京工业大学土木学院,23,4.精密水准仪和水准尺的主要特点 精密水准仪的主要特点 高质量的望远镜光学系统 坚固稳定的仪器结构 高精度的测微器装置 高灵敏的管水准器 高性能的补偿器装置,南京工业大学土木学院,24,精密水准尺的主要特点 当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定； 水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小； 水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形 ； 在精密水准标尺的尺身上应

12、附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置；,南京工业大学土木学院,25,5.4 精密水准仪和水准尺的检验,5.4.1.精密水准仪的检验 按水准规范规定,作业前应检验的项目为: (1)水准仪的检视; (2)概略水准器(圆水准器)的检验; (3)光学测微器隙动差和分划值的测定; (4)水泡式水准仪交叉误差的检验； (5)i角检验; (6)双摆位自动安平水准仪摆差2C测定。,南京工业大学土木学院,26,1.光学测微器隙动差和分划值的测定 光学测微器是精确测定小于水准尺上分划 间隔尾数的设备,测微器本身效用是否正确， 测微器分划尺的分划值是否正确都会直接影 响到读数的精度，因此作业前

13、应进行此项检 验和测定。 测微器分划值测定基本思想是：利用一根 分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器 分划尺进行比较求得。将特制分划尺竖立在 与仪器同高的一定距离处，旋转测微螺旋，,南京工业大学土木学院,27,使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻 的分划线，这是测微器分划尺移动了L 格。现设特制分划尺上两相邻的分划线 间隔为d，测微器分划尺一个分格的格 值为g，则： 特制分划尺上分划线宽度约为1mm， 分划线间隔为8mm或4mm，每一分划线依 次编号。,南京工业大学土木学院,28,一测回的具体操作步骤为： （1）整置仪器，对准水准尺，使用微倾螺旋 使水准器泡影象精密符合，在一测回中应严 格保持

14、微倾螺旋的位置不变。 （2）旋转测微螺旋，使测微器读数在10小格 附近，指挥扶尺者将特制分划尺作上下移 动，直到特制分划尺上某一分划线被楔形丝 平分，然后将特制分划尺固定，并在一测回 中保持此位置不变。 （3）进行往测，旋进测微螺旋用楔形丝先后,南京工业大学土木学院,29,夹准特制分划尺上两相邻的分划线，读取并 记录分划线编号和相应的测微器读数。 （4）进行返测：返测应在往测结束后立即进 行。按相反的次序旋出测微螺旋使楔形丝夹 准返测时所用的两相邻分划线，读取并记录 分划线编号和相应的测微器读数。 每完成两测回后，应将特制分划尺稍加移 动或变更仪器高，以使每两测回各观测特制 分划尺上不同的分划

15、间隔，从而减弱特制分 划尺分划线的系统误差影响。,南京工业大学土木学院,30,由各观测组所测定的格值取平均值作为测 微器分划尺的实测格值,按水准规范规定,实 测格值与名义格值之差,即微器分划线偏差应 小于0.001mm,否则应送厂修理。 光学测微器隙动差的测定，主要是比较旋 进和旋出测微螺旋，照准同一个分划线时测 微器分划尺上的读数之差。如果读数差 超 过2格时，表明测微器效用不正确，为了避免 这种误差的影响，一般规定在作业时只采用 旋进测微螺旋进行读数， 过大时应送厂修 理。,南京工业大学土木学院,31,2.视准轴与水准轴相互关系的检验与校正 角误差的检验与校正,南京工业大学土木学院,32,

16、如不顾及其它误差的影响，则 式中 和 是仪器存在 角 误差时，分别在 和 测得 、 两 点间的观测高差，以 和 表示，则：,南京工业大学土木学院,33,由图可知： 故： 水准规范规定：用于精密水准测量的仪 器，如果 角大于 ，则需要进行校正。 校正在 点上进行，先求出 上水准尺的 正确读数,南京工业大学土木学院,34,先转动测微螺旋，使测微器读数为 的毫 米读数，再转动微倾螺旋，使楔形丝夹准 的厘米分划，此时水准器气泡影象分离，但 视线已水平，只要转动水准器校正螺丝，将 分离的气泡影象符合，说明水准轴也已水平 校正时先稍松开左右两个校正螺丝，在校 上下两个校正螺丝使气泡两端影象恢复符合 为止，

17、然后检查另一点（ ）上水准尺的 读数是否正确（其正确读数为 ） 否则还应反复进行检查校正。最后稍紧左右 两个校正螺丝，校正结束。,南京工业大学土木学院,35,气泡式水准仪交叉误差的测定 水准仪经过 角的检校，视准轴和水准轴在 垂直面上的投影已保持平行关系（严格讲， 只能说基本平行）但还不能保持在水平面上 的投影也保持平行关系，也就是说，存在交 叉误差。检验步骤如下： （1）将仪器置于距水准尺约50m处，并使 其中两个脚螺旋在望远镜照准标尺的垂直方 向上。,南京工业大学土木学院,36,（2）将仪器整平，旋转倾斜螺旋使气泡精密 符合。用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上 的一条分划线，并记录水准标尺和

18、测微器分 划尺上读数。在整个检验过程中须保持水准 标尺和测微器分划尺上读数不变，也就是在 检验过程中应保持视准轴方向不变。,1,3,2,南京工业大学土木学院,37,（3）将照准方向一侧的脚螺旋1升高两周，为了 不改变视准轴方向，应将另一侧的脚螺旋2作等量 降低，保持楔形丝仍夹准水准标尺上原来的分划 线。此时仪器垂直轴倾斜，注意观察并记录水准 器泡的偏离方向和大小。 （4）旋转脚螺旋1，2回到原来位置，使楔形丝夹 准水准标尺上原来分划线的条件下，水准器泡两 端恢复符合的位置。 （5）将脚螺旋2升高两周，脚螺旋1作等量降低楔 形丝仍夹准水准标尺上原来的分划线，此时仪器 相对于步骤（3）向另一侧倾斜

19、。注意观察并记录 水准器泡的偏离方向和大小。,南京工业大学土木学院,38,根据仪器先后两侧倾斜时水准器泡的 偏移方向和大小来判断视准轴和水准轴 的相互关系。可能出现下列不同情况： （1）当垂直轴向两侧倾斜时，水准器 泡的影象仍保持符合，则仪器不存在 角误差和交叉误差； （2）若气泡同向等量偏移，则仅有 角误差，而没有交叉误差；,南京工业大学土木学院,39,（3）若气泡同向偏移但偏移量不等， 则 角误差大于交叉误差； （4）若气泡异向偏移且偏移量不等， 则交叉误差大于 角误差； （5）若气泡异向等量偏移，则仅有交 叉误差，而没有 角误差。 根据上面的分析，当垂直轴向两侧倾 斜时，水准器泡有异向偏

20、移情况，则有 交叉误差存在，水准规范规定偏移量大于,南京工业大学土木学院,40,2mm时，须进行交叉误差的检校。 校正的方法是：先将水准器侧方的一个改 正螺丝松开，再拧紧另一侧改正螺丝，使水 准器泡向左右移动，直至气泡影象符合为 止。 必须指出的是：当同时存在交叉误差和 角误差时，为了便于校正交叉误差，应先将 角误差校正好。,南京工业大学土木学院,41,3.调焦透镜运行正确性的测定 布置如下场地：,0,1,3,2,5,4,10m,20m,30m,40m,50m,30m,南京工业大学土木学院,42,选择平坦场地，以 为圆心作半径为30m 的圆弧，在圆弧上依次布设0，1，2，3，4，5号点，并使各

21、点至0点的弦长分别为 10m，20m，30m，40m，50m。在各点 打入尺桩，装顶钉上铆钉，以便于立尺，如 上图。 观测方法： （1）在 整置水准仪，观测各点以求取 各点对于0点的高差。先进行往测，即按0， 1，2，3，4，5的顺序对各点上的同一水,南京工业大学土木学院,43,准尺精密照准并读数。再依相反的顺序照准 各点进行返测。往返构成一测回。要求观测4 测回，各测回间应用脚螺旋变更仪器高。观 测前仔细调焦，4测回中不能变动焦距。 （2）在0点上整置仪器，按1，2，3，4，5 的顺序对各点上的同一水准标尺照准并读 数。由于照准各点的视距不等，每次都要仔 细调焦，再依相反的顺序照准各点进行返

22、 测，往返构成一测回。也要求观测4测回，各 测回间应用脚螺旋变更仪器高。,南京工业大学土木学院,44,计算方法： (1)计算各点(1,2,3,4,5)对于0点的高差 式中 和 是仪器在 点时照准0点 和其余各点4测回读数(共8个读数)的中数。 （2）计算0点的视线高度 根据各点（1，2，3，4，5）的读数可以 计算视线的高度,南京工业大学土木学院,45,有图可知： 式中 为仪器在0点时，照准各点4测回 读数(共8个读数)的中数。 （3）计算0点仪器视线的平均高度 ，并看 作是最可靠的视线高度：,南京工业大学土木学院,46,如果调焦时，视准轴方向保持不变且与水 平轴平行，则： 如果视准轴与水准轴

23、不平行，而存在 角 误差，则各 与 不等，其差数 如果调焦透镜运行正确，则差数 将有两部 分组成：一是 角的影响，当距离为 时，其误差为 或 ，另一部分是观 测误差和其他误差的影响，其误差设为 ， 于是对各点可列出下列误差方程式,南京工业大学土木学院,47,式中： 和 均为已知值， 和 为未 知数。按测量平差基础理论由上式组成法方 程式,南京工业大学土木学院,48,根据 的定义，可知 由上式解得,南京工业大学土木学院,49,将求得的 和 代入各方程式，得 而 就是调焦透镜运行不正确而产 生的误差影响，由此得： 国家水准测量规范规定：用于一、二等水 准测量的仪器，任一 值都应小于0.5mm； 用

24、于三、四等水准测量的仪器应小于1mm。,南京工业大学土木学院,50,5.4.2.精密水准标尺的检验 按水准规范规定,作业前应检验的项目为: (1)水准标尺的检视; (2)标尺上圆水准器的检校; (3)标尺分划面弯曲差的测定; (4)标尺名义米长及分划偶然误差的测定; (5)标尺尺带拉力的测定； (6)一对水准标尺零点不等差基辅分划读数差的测定。,南京工业大学土木学院,51,1.水准标尺上圆水准器安置正确性的检校 在距水准标尺50m处安置仪器,置平后用垂 直丝对准水准标尺的边缘,并指挥水准标尺作 左右摇摆,直到水准标尺的边缘与仪器的垂直 丝重合,如果圆水准器泡有左右偏离情况,可 校正圆水准器底部

25、的校正螺丝;然后将水准 标尺旋转90,用上述同样的方法进行检校。 2.水准标尺分划线每米分划间隔真长的测定 用标准尺来测定，我国目前采用的标准尺 叫一级线纹米尺（旧称日内瓦尺），其长度,南京工业大学土木学院,52,略大于长于1m，尺的两边都有刻划，一边分 划间隔为1mm，另一边分划间隔为0.2mm，尺 上配有放大镜（可移动），用以观察尺面的 细小分划，尺面中央还装有温度计，以便在 测定水准标尺长度时读记温度，改正标尺长 度。 一对水准标尺1m间隔的平均真长与名义长 度1m之差，叫1m间隔平均真长误差以 表 示，即：,南京工业大学土木学院,53,当 大于0.02mm时,应对水准测量的高差 施加改

26、正 ,从而得到正确的高差 3.一对水准标尺零点不等差基辅分划读数差的测定 水准标尺注记是从底面起算的,若从底面至 第一条分划线中线的距离不是1dm,其差数叫,南京工业大学土木学院,54,做零点误差，两支水准标尺的零点误差之 差，叫做一对水准标尺的零点差。 在同一视线高度时，同一水准标尺上的 基本分划与辅助分划的读数差称基辅差。 检定方法：在距仪器2030m打三个木桩（不 等高）并钉上铆钉，便于立尺。仪器整平 后，分别对水准标尺的基本分划和辅助分划 各读数三次，再换另一水准标尺，读数如 前。需观测三个测回，每测回都要将水准标 尺分别立在三个木桩上进行读数。,南京工业大学土木学院,55,5.5 精

27、密水准测量的误差 来源及影响,1. 仪器误差 i角的误差影响 ,南京工业大学土木学院,56,二等水准测量：前后视距差应1 m。前后视距累积差，应3m。 设 要求 对高差的影响小到可以 忽略不计的程度,如 ,那么前后 视距之差: 为了顾及观测时各种外界因素影响,所以规 范规定前后视距差应1 m。,南京工业大学土木学院,57,角误差的影响,当仪器的垂直轴倾斜时，如与视准轴正交的方向倾斜一个角度，那么这时视准轴虽然仍在水平位置，但水准轴两端却产生倾斜，从而水准气泡偏离居中位置。这时，仪器在水平方向转动，水准气泡将移动。当重新调整水准气泡居中进行观测时，视准轴就会偏离水平位置而倾斜，显然它将影响在水准

28、标尺上的读数。 水准标尺每米长度误差的影响 在精密水准测量作业中必须使用经过检验的水准标尺。,南京工业大学土木学院,58,设 为水准标尺每米间隔平均真长误差， 则对一个测站的观测高差 应加的改正数为 一个测段应加的改正数为：,南京工业大学土木学院,59,两水准标尺零点差的影响 两水准标尺的零点误差不等，设 ，为水准 标尺的零点误差分别为 和 ，它们都会 在水准标尺上产生误差。 水准测量作业中各测段的测站数目应安 排成偶数，且在相邻测站上使两水准标尺轮 流作为前视尺和后视尺。,南京工业大学土木学院,60,2.外界因素引起的误差 1）温度变化对 角的影响 角与时间成比例地均匀变化，则可以采 取改变

29、观测程序的方法在一定程度上来消除 或削弱这种误差对观测高差的影响。在相邻 两个测站上，对于基本分划和辅助分划的观 测程序可以归纳为： 奇数站的观测程序 后(基)前(基)前(辅)后(辅) 偶数站的观测程序 前(基)后(基)后(辅)前(辅),南京工业大学土木学院,61,以往测奇数站为例:(假设 角随时间均匀变大) 基本分划对高差影响: 辅助分划对高差影响:,南京工业大学土木学院,62,假设前后视等距，则 故： 由于假设 角随时间均匀变大，所以 故： 显然；按此操作程序，取基辅读数中数时，正好将温度变化对 角的影响抵消。,南京工业大学土木学院,63,2）仪器和水准标尺(尺台或尺桩)垂直位移的影响,仪

30、器下沉： 由图可知： 对基本分划影响 对辅助分划影响,南京工业大学土木学院,64,条件： 1.尺子不升沉，仪器下沉 2.和时间成比例 3.观测速度均匀 按后、前、前、后观测程序作业、作业熟练、硬路面观测可减小误差,南京工业大学土木学院,65,水准尺下沉：,往返观测取平均可减小尺子的下沉误差,南京工业大学土木学院,66,3）大气折光的影响,在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。,1、视线高出地面0.3m， 2、选择合适的天气（阴天、晚上、无风等） 3、避开不利的环境（日出后、日落前半小时、 中午、大风等）,南京工业大学土木学院,67,3.观测误差 精密水准测量的观测误差，主要有

31、水准器 气泡居中的误差，照准水准标尺上分划的照 准误差和读数估读误差 。,南京工业大学土木学院,68,5.6 精密水准测量的实施 5.6.1 精密水准测量作业的一般规定 1.仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等，其差应小于规定的限值：二等水准测量中规定，一测站前、后视距差应小于1.0m，前、后视距累积差应小于3m。(这样, 可以或削弱与距离有关的各种误差对观测高差的影响,如 角误差和垂直折光等影响)。,南京工业大学土木学院,69,2.在两相邻测站上，应按奇、偶数测站的观测程序进行观测。对于往测奇数测站按“后前前后”，偶数测站按“前后后前”的观测程 序在相邻测站上交替进行。 返测时，奇数测站与

32、偶数测站的观测程序与往测时相反，即奇数测站由前视开始，偶数测站由后视开始 (这样的观测程序, 可以消除或削弱与时间成比例均匀变化误差对观测高差的影响,如 角误差和仪器的垂直下沉等影响)。,南京工业大学土木学院,70,3.每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数，由往测转向返测时，两水准标尺应互换位置，并应重新整置仪器(这样，可以消除两水准标尺零点差和交叉误差在仪器倾斜时对观测高差的影响)。 4.每一测段的水准测量路线应进行往测和返测(这样可以消除或削弱与性质相同、正负号也相同误差对观测高差的影响,如水准标尺的垂直下沉的误差影响)。,南京工业大学土木学院,71,5.一个测段的水准测量路线的往测和

33、返测应在不同的气象条件下进行，如分别在上午和下午观测(这样可以消除或削弱复杂的大气折光对观测高差的影响)。,南京工业大学土木学院,72,5.6.2 精密水准测量观测 1.测站观测程序 往测时，奇数测站照准水准标尺分划的顺序为 后视标尺的基本分划;前视标尺的基本分划； 前视标尺的辅助分划;后视标尺的辅助分划； 往测时，偶数测站照准水准标尺分划的顺序为 前视标尺的基本分划;后视标尺的基本分划； 后视标尺的辅助分划;前视标尺的辅助分划。 返测时，奇、偶数测站照准标尺的顺序分别 与往测偶、奇数测站相同。,南京工业大学土木学院,73,(9)=(1)-(2) (10)=(5)-(6) (11)=(9)-(

34、10) (12)=(11)+前站(12) (14)=(3)+ K -(8) (13)=(4)+ K -(7) (15)=(3)-(4) (16)=(8)-(7) (17)=(14)-(13) =(15)-(16) (18)=(15)+(16)/2,南京工业大学土木学院,74,2.操作步骤： (1)安置仪器,整平:要求望远镜在任何方向时,符合气泡两端影象的分离不超过1cm。 要点：学会找仪器精密水准仪的零点。 找水准仪的零点的方法： 首先将望远镜转到与两个脚螺旋连线平行 的方向，转动微倾螺旋使符合气泡精密符合。 然后，将望远镜旋转180。观察符合气 泡，若气泡影象偏离，则用脚螺旋使符合气泡 移动

35、一半，再用微倾螺旋使符合气泡精密符合。,南京工业大学土木学院,75,此时不管望远镜转到什么方向，符合气泡 都将精密符合。而这是微倾螺旋所处的位置 即为该仪器的零点。 (2)后视：在符合气泡两端的影象偏离不超过 2mm的条件下，分别用仪器的上下 丝照准水准标尺的基本分划进行 视距读数，记入（1）和（2）栏； 然后，精平后，读取基本分划，并 记入第（3）栏。,南京工业大学土木学院,76,(3)前视：精平后，读取基本分划，并记入第 （4）栏。然后读视距，记入第 （5）和（6）栏； (4)前视：辅助分划，记入第（7）栏； (5)后视：辅助分划，记入第（8）栏； 3.水准测量限差： （9）和（10）均小

36、于50m；（11）1m （12）3m ; （13）0.4mm （14）0.4mm; （17）0.6mm,南京工业大学土木学院,77,4.水准测量的精度：,南京工业大学土木学院,78,规范规定,对于二等精密水准测量,南京工业大学土木学院,79,5.7 跨河精密水准测量 5.7.1跨河水准测量的特点及跨越场地的布设 当水准测量必须跨越江河、湖泊、宽沟、 山谷等障碍物进行观测时，其视线长度要比 一般情况长得多（几百米甚至一公里以上）， 这样就产生如下三个问题： （1）前、后视不能相等，致使在由后视减前 视读数所得高差中包含有较大的 角误差 影响；,南京工业大学土木学院,80,（2）由于跨越障碍物的视

37、线大大加长，大气垂直折光影响必然增大； （3）由于视线长度的增加，水准标尺上的分划线在望远镜中观察就显得非常小，甚至无法辨认，因而也就难以照准，无法读数。 针对上述三个问题,我们可以采取如下措施: 第一个问题,可以通过适当安排测站和立 尺点来解决。,南京工业大学土木学院,81,如下图： 使 为立尺点 既是测站点也是立尺点,南京工业大学土木学院,82,观测时，仪器在 处，后视 （读数为 ） 前视 （此时 点上立尺）（读数为 ） 设水准仪的 角为正， 则对读数 的影响为： 对读数 的影响为：,仪器在 处，后视 （此时 点上立尺）（读数为 ） 前视 读数为 ） 则对读数 的影响为： 对读数 的影响为

38、：,南京工业大学土木学院,83,则由 站所得观测结果为: 取 站所得高差的平均值,即 由此可知, 角误差对水准标尺的读数影响， 在平均高差中得到抵消,这就解决了第一个问 题。,南京工业大学土木学院,84,然而： 角并不是固定不变的，只有当跨越 的视距较短（小于500m），渡河比较方便， 可在较短的时间内完成观测工作时，上述的 方式才是可行的。 另外，为了保证跨越两岸的视线 在 相对方向上具有相同的折光影响，因此对 的点位选择，应特别注意，这主要是为了解 决由于折光影响的问题 。 为了更好地消除仪器 角误差和折光影响 最好用两台同型号的仪器在两岸同时观测，,南京工业大学土木学院,85,两岸立尺点

39、 和仪器观测站应布置成如 下两种图形 (一)平行四边形,南京工业大学土木学院,86,(二)等腰梯形:,南京工业大学土木学院,87,为了尽可能使跨越障碍物的视线受着相同的 折光影响，要尽量选在两岸地形相似，高差不大，而跨越距离较短的地点，避免让视线穿过 草丛、沙滩、芦苇等地方。因为它们受阳光照射后，上面空气中的温度分布情况变化很快，产生的折光影响很复杂。两岸测站至水面的一段河滩距离应相等，并应大于2m。 实践证明，当采取上述措施后，第二个问题可以得到较好的解决。 为了反映实际布点情况以及观测时的具体条件，应在跨河水准测量手簿中绘出跨河场地的布置示意图，并在记录表格中填写观测条件。,南京工业大学土

40、木学院,88,至于第三个问题，要采用特制的觇牌，再 根据跨越障碍物宽度，采用光学测微器法或 倾斜螺旋法来解决。近几年来，不少单位也 有人用经纬仪倾角法来解决这个问题，下面 将分别讨论这几种方法。 5.7.2光学测微器法 当跨越障碍物的宽度不很长，500m以下， 则可预先制作画有一条加粗标志线的觇牌， 将水准标尺上的分划线放大，以利于对岸仪 器照准和利用测微器进行读数。,南京工业大学土木学院,89,特制觇牌: 矩形标志线宽度：,南京工业大学土木学院,90,5.7.3 倾斜螺旋法: 当跨越障碍物的宽度很长，500m以上甚至 12Km时,上述光学测微器法的照准和读数精 度就会受到限制,在这种情况下,

41、必须采用其 他方法来解决向对岸水准标尺的照准和读数 问题。目前所采用的是倾斜螺旋法。 所谓倾斜螺旋法，就是用水准仪的倾斜螺 旋使视线倾斜地照准对岸的水准标尺（一般 称远尺）上特制的觇牌的标志线（有四条标 志线），利用视线的倾角和标志线之间的已 知距离来间接求出水平视线在对岸水准标尺 上的精确读数。,南京工业大学土木学院,91,1.一般原理：（观测示意图）,南京工业大学土木学院,92,设在本岸读数为 ，对岸水准标尺上读 数为 ，则两岸的高差为： 为了求得 值，在远尺安置觇牌，以便 对岸照准，如上图。 同理：,南京工业大学土木学院,93,由示意图可知： 式中的 可在测前用一级线纹尺精确测 定； 是

42、由觇板指标线在水准标尺上读数 减去觇板标志线1，2的中线至觇板指标线的 间距求得。,南京工业大学土木学院,94,2.觇板的制作： 标志线宽度： ：以倾斜螺旋转动一周的范围（对N3而言 为100）或不大于气泡由水准管一端移到另 一端的范围（对Ni004而言为110）为准，一般取80，故：（ 以米为单位）,南京工业大学土木学院,95,2，3两条标志线的位置可适当的对称安排， 觇板的宽度可取1020cm,176,南京工业大学土木学院,96,3.观测方法： 对岸的观测工作是按前面示意图的形式， 用测微器依次照准觇板上的各标志线。为此 应整平仪器，先转动测微器，使平行玻璃板 置于垂直位置，并在观测过程中

43、保持不动。 用水平视线照准对岸的水准标尺，并指挥立 尺员上下移动觇板，使觇板指标线被望远镜 中的楔形丝平行夹注，然后将觇板固定在水 准标尺上。,南京工业大学土木学院,97,此外，为了求出 和 ，还必须测定 觇板指标线在水准标尺上的精确读数，为此 在对远尺观测完后，立即将固定有觇板的水 准标尺细心的移到仪器附近。在仪器点附近 找一低处，打下木桩（木桩的高度应使水准 标尺上的觇板指标线在仪器水平视线附近） 将上述按水平视线高度固定好觇板的水准标 尺置于木桩上。转动测微螺旋，使楔形丝分 别照准觇板的指标线和距指标线最临近的一 条水准标尺分划线，进行测微器读数。觇板,南京工业大学土木学院,98,指标线

44、在水准标尺上的精确读数，就等于水 准标尺分划线注记读数加或减照准觇板指标 线和水准标尺分划线时测微器读数之差。觇 板指标线在水准标尺上的精确读数也就是指 标线到水准标尺尺底的距离。再减去1和2标 志线中线到觇板指标线的间距，就得到了 和 。下面接着讲 一测回的观测工作和观测程序如下： 1）观测近尺 直接照准水准标尺分划，用光学测微器读数,南京工业大学土木学院,99,进行两次照准并读数。 2）观测远尺 先转动测微器，使平行玻璃板置于垂直位 置，并在观测过程中保持不动。转动倾斜螺 旋，由觇板最低的标志线开始，从下至上用 楔形丝依次精确照准标志线1，2，3，4，并 分别读取倾斜螺旋分划鼓读数，称为往

45、测。 然后，从上至下用楔形丝依次精确照准标志 线4，3，2，1，并分别读取倾斜螺旋分划鼓,南京工业大学土木学院,100,读数，称为返测。必须指出，在往、返测照 准四条标志线中间，还要旋转倾斜螺旋，使 符合气泡精确符合两次（往、返各两次）并 进行倾斜螺旋分划鼓读数，此读数就是当视 线水平时，倾斜螺旋分划鼓读数。 由往、返测合为一组观测，观测的组数随 跨河视线长度和水准测量的等级不同而异。 各组的观测方法相同。 由1）、2）的观测组成上半测回。,南京工业大学土木学院,101,3）上半测回结束后，先将水准标尺细心的 移到对岸，测定觇板指标线到水准标尺尺底 的精确距离，然后将仪器移到对岸进行下半 测回

46、观测。此时观测本岸和观测对岸水准标 尺的次序与上半测回相反，观测方法与上半 测回相同。由上、下半测回组成一测回。 注意：远尺读数中不含有平行玻璃板垂直 时的光学测微器读数C（=5mm），而近尺中有， 故：,南京工业大学土木学院,102,在 测站时，由 所得的是立尺 点 对于立尺点 的高差 ，在 测站 时，由 所得的是立尺点 对于立 尺点 的高差 。它们的正负号相反， 所以一测回的高差中数为： 用两台仪器在两岸同时观测的两个结果， 称为一个“双测回”的观测成果，双测回的高 差观测值 是取两台仪器所得高差的中数,南京工业大学土木学院,103,即： 取全部双测回的高差中数，就是最后的高差 观测值 一

47、个双测回高差中误差 ，和所有 双测回高差平均值的中误差中误差 可 按下列公式计算：,南京工业大学土木学院,104,式中 为双测回数； 按水准测量规范规定，各双测回高差之间 的差数应不大于按下式计算的限值：,南京工业大学土木学院,105,5.7.4 经纬仪倾角法: 适用范围：当跨越距离大于500m时 基本原理：用经纬仪测垂直角，间接求出视 线水平时中丝在远近水准标尺上 的读数，两者之差就是远近立尺 点间的高差。 观测近尺时：直接照准水准标尺上的分划线 观测远尺时：照准安置在水准标尺上的觇 板，用于此法的觇板只需两条标 志线。,南京工业大学土木学院,106,对近尺观测时：如图 使望远镜中丝照准 与

48、水平线最邻近的水 准标尺基本分划的分 划线 此时垂直角为 则相当于水平视线 在水准标尺上的读数 为,南京工业大学土木学院,107,对远尺观测时：如图 使觇板的两条标志线 对称于经纬仪望远镜 的水平线，并将其固定 在水准标尺上，将望 远镜中丝分别照准觇板 上的两条标志线，则：,1,2,南京工业大学土木学院,108,用此法观测时，应选用指标差较为稳定而 无突变的经纬仪，并且在观测前，应对仪器 进行下列两项检验与校正： 1）测定垂直度盘行差； 2）测定垂直度盘指标差。 有关此法的观测程序、限差要求等，在国 家水准测量规范中均有规定。,南京工业大学土木学院,109,5.8 正常水准面不平行性 及其改正数计算 5.8.1水准面不平行性 我们知道,在同一 水准面上的不同点重 力加速度 值不相等, 故 和 必定不 相等的,也就是说,任 何两相邻的水准面之间,南京工业大学土木学院,110,的距离在不同的点上是不相等的，并且与过 该点的重力成反比，以上分析说明水准面不 是相互平行的，这是水准面的一个重要特征， 称为水准面的不平行性