工程测量水准测量.ppt

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1、第二章 水准测量,工程测量,1,2,3,第二章 水准测量,2.1 水准测量原理 2.2 水准仪测量的仪器和工具 2.3 普通水准测量及成果整理 2.4 水准仪的检验与校正 2.5 水准测量的误差及注意事项,2.1 水准测量原理,4,水准测量是测出两点间的高差。即在两个点上分别竖立水准尺，利用水准测量的仪器提供的一条水平视线，瞄准并在水准尺上读数，从而求得两点间的高差。,前进方向,水平视线,大地水准面,Hi,HA,HB,A,B,后视尺,前视尺,b,hab,2.1 水准测量原理,5,如图，已知HA，求HB？,（1）高差法：根据水准仪提供的水平视线在A点水准尺上读数为a（后视读数），B点水准尺上读数

2、为b（前视读数），则 hAB=a-b HB=HA+ hAB =HA+(a-b) 在计算高差hAB时，一定要注意hAB的下标： hAB表示A点至B点的高差。,2.1 水准测量原理,6,（2）视线高法：B点高程也可以通过水准仪视线高程Hi（也称为仪器高程）来计算 即 Hi=HA+a 则 HB =(HA+a)-b=Hi-b,前进方向,水平视线,大地水准面,Hi,HA,HB,A,B,后视尺,前视尺,b,hab,2.1 水准测量原理,7,转点：如果两点间高差较大或相距较远，仅安置一次仪器不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临时的立尺点，作为传递高程的临时点。,2.1 水准测量原理,8,连续水准测量：依

3、次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高差的代数和，即求得两点间的高差值。,hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab,TP1,TP2,TP3,2.2水准测量的仪器和工具,9,水准仪： 提供一条水平视线，并能照准水准尺、读数 水准尺：用于读取刻度 一般使用黑红双面水准尺 水准尺一般成对使用 尺垫：防止水准尺下沉和变位 顶端球面的切面放置水准尺,水准测量的仪器和工具：,10,为水准测量提供水平视线的仪器。 常用的水准仪 精密水准仪 DS05 、 DS1 普通水准仪 DS3 、DS10,一、水准仪,D大地测量仪器； S水准仪；,X

4、X精度。即：一公里往返测高差中数中误差（毫米）。,11,水准仪结构：,12,13,水准仪结构,14,Koni007自动安平水准仪,Zeiss Koni007自动安平水准仪,15,苏一光EL20电子水准仪,索佳C330型自动安平水准仪,1、望 远 镜,16,视准轴,17,视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。 物镜的作用：把目标成象（拉近）。 目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。 十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为目镜调焦。 调焦透镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为物镜调焦。 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

5、下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦可以消除视差。,2、水准器,是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。,18,圆水准器,分划值：810/2mm,19,长 水 准 管,长水准管的作用：精确整平,分划值：20/2mm,20,符合水准器,21,22,二、水准尺,黑面起点 0.000和0.000米 红面起点 4.687和4.787米,23,三、水准仪的使用,安置：安置三脚架和水准仪 粗平：使圆水准器气泡居中 瞄准：粗瞄和精瞄 精平：使长水准管气泡居中 读数：用中丝读数,24,安置：安置三脚架和水准仪,三、水准仪的使用,25,2、粗平：使圆水

6、准器气泡居中,气泡移动方向与左手大拇指移动方向一致,26,左手拇指法则,3、照准：目镜对光、粗瞄、物镜对光、精瞄和消除视差,27,28,视差：由于物镜调焦螺旋调焦不完善，使目标成像与十字丝分划板平面之间有相对移动。 消除视差的方法：先进行目镜调焦，使十字丝十分清晰；再瞄准目标进行物镜调焦，使目标十分清晰，使目标与十字丝平面之间没有相对移动。,4、精平：使长水准管气泡居中,29,5、读数：用中丝读数,0.713(m) 写作：0713(mm),30,31,水准测量的瞄准和读数,上丝：0789 中丝：0735 下丝：0682,2.3 普通水准测量及成果整理,1、水准点 水准点：用水准测量的方法测定的

7、高程控制点“BM”，分永久性和临时性。 水准测量：从某一已知高程的水准点开始，经过一定的水准路线，测定各待定点的高程。 点之记：水准点应进行编号，并绘出水准点与附近固定建筑物或其它明显地物关系的点位草图， 作为水准测量的成果一并保存。,32,33,34,35,2、水准测量的等级 一、二等水准测量科学研究、提供高程起算数据 三、四等水准测量工程建设、提供高程起算数据 等外水准测量（普通水准、图根水准测量）工程建设、测图等。 精度由高到低,水准测量测出一系列的高程点。 基本概念：测站、转点,3、水准测量的实施,连续水准测量,hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ =

8、ab,HB=HA + hAB,水准测量的外业记录,1,BM1,TP1,1.563,0.986,+0.577,19.431,2,TP1,A,A,1.762,1.828,0.066,3.325,2.814,+0.511,+0.511,19.942,39,已知HA19.153m，欲测定B点高程？步骤如下： (1)观测者在测站处安置水准仪，在BM.A和TP.1点立尺，TP.1安放尺垫，依次瞄准、精平、读数，1632和1271mm。并计算该站高差为+0.361m,40,(2)水准仪搬迁至测站2，转点TP.1上的尺垫保持不动，水准尺转向仪器方向，在转点TP.2安放尺垫并立尺，读数为1.862m和0.952

9、m，计算高差为+0.910m，按上法依次连续进行水准测量，直至测到B点为为止。,41,普通水准测量记录手簿,0.361,0.910,0.094,0.547,0.389,19.514,20.424,20.518,19.971,19.582,42,对于每一测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可采用改变仪器高的方法或双面尺法进行检核。两次测得高差的差值在5mm以内时，则取两次高差平均值作为该站测得的高差值。,h hAB,44,线路校核： 把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。 线路方式主要有闭合水准路线 、附合水准路线 、支水准路线,水准路线布设形式,高差

10、闭合差：实测高差与其理论值之差应该为0，但由于测量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等，其差值称为高差闭合差,水准路线布设形式,1、闭合水准路线,h= h测,水准路线布设形式,2、附合水准路线,h= h测 -（H终-H始),水准路线布设形式,3、支水准路线,h= h往+ h返,水准路线布设形式,4、水准网,普通水准测量线路闭合差允许值：,h允=40L mm （平坦地区） L路线长度，km h允=12n mm（丘陵地区） n测站数,51,4、水准测量成果整理 计算步骤： (1)高差闭合差的计算 (2)高差闭合差检验 (3)闭合差分配： 计算每公里（或每站）高差改正数 计算测段高差

11、改正数 (4)计算改正后高差 (5)计算各点高程,52,1.高差闭合差的计算 支水准路线 闭合水准路线 附合水准路线 2.高差闭合差的检验 闭合差允许值： h允=40L mm （平坦地区） h允=12n mm （丘陵地区）,fh= h 测,fh= h 往+h 返,fh= h 测（H终 H始）,4、计算改正后高差 hi i+1 = hi i+1 + vi,5、计算各点的高程 H i+1=Hi+ hi i+1,3、闭合差分配 满足 h f h允计算高差改正数,注： v与 h 大小相等，符号相反。,53,例1：水准测量的内业计算,0.004 0.008 0.008,0.515 2.799 1.624

12、,19.431,19.946,22.745,21.121,BM1,A,B,BM2,244,0.511 2.791 1.632,10,1.670,0.020,1.690,fh=1.670(21.12119.431)=20(mm) fh允=31(mm),54,例：已知水准点BM1的高程H始 = 21.453 m，BM2点的高程H终 = 25.006m，求各点平差后高程。,例2：水准测量的内业计算,55,（1）高差闭合差的计算,f h= h测 -（H终-H始） = 3.528 -（25.006 -21.453）= - 0.025 m,（2）高差闭合差的调整,56,（3）计算各点改正后的高差,h1=

13、h1 + 1 h2= h2 + 2 h3= h3 + 3 h4 = h4 + 4,（4）计算各点的高程,57,2.4 水准仪的检验与校正,58,1.水准仪轴线及其应满足的几何条件 (1)四条轴线 视 准 轴 CC 水准管轴 LL 圆水准轴 LL 竖 轴 VV (2)应满足的三个条件 LL/ VV 横丝VV LL / CC (主要条件),一、圆水准器的检校,检校目的： 当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上 处于铅垂位置。 LL VV ?,检验方法： 转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远镜旋转180，如果仍然居中，说明满足此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。 校正方法： 转动脚螺旋

14、，使气泡向中间移动偏离量的一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。,59,检校原理,60,二、望远镜十字丝横丝的检校,检校目的： 当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。 横丝 竖轴VV ？,检验方法： 整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横丝，则需校正。 校正方法： 拨正十字丝环。,61,三、长水准管的检校,检验方法： （1）在比较平坦的地面上，相距约4060m左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和B。检验时先将水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，分别读取A、B点上的水准尺的读数a1和b1，求得高差h1=a1-b1。（h

15、1不含有该项误差的影响）,（2）将仪器搬至B点附近（相距约3米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺A和近尺B，分别读得读数a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2。若h2=h1，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若h2h1，则水准管轴不平行于视准轴， h2与h1的差值大于3mm，需要校正。,检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。 LL CC ？,62, =1803.14159266060206265,检验原理,63,校正方法: 算出远尺的正确读数a2， a2=h1+b2。 转动微倾螺旋，令远尺A上读数恰为a2，此时视线已水平，而符合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两校正

16、螺丝，使气泡居中，这时水准管轴就平行于视准轴。,校正方法,松上紧下 松下紧上,64,65,仪器误差 观测误差 外界条件的影响,2.5 水准测量的误差及注意事项,66,1、仪器误差,仪器校正不完善的误差 例如残留i角误差，测量时使仪器的前后视距相等，即可消除这项误差。实际工作中要求前后视距差总和尽量的小。,调焦误差 当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只需做少量调焦，即可减小该误差.,67,水准标尺零点不等的误差 水准尺由于长期使用,其底部受到磨损，产生零点误差。两根标尺的零点误差之差，称为一对标尺的零点差。 在两个测站的观测高差之和中，这种误差的影响就抵消了。所以，水准路线的每个测段应尽量安排

17、成偶数站，以减小一对标尺零点差的影响。,68,2、 观测误差,整平误差 一般认为,利用符合水准器整平仪器的误差约为 ，所以整平误差引起的读数误差为：,D为水准仪到标尺的距离,所以，观测时应控制视距的长度小于100m，同时应注意整平仪器。,69,照准误差 设人眼的分辨率为60秒，望远镜的放大倍率为V，视距长度为D，则照准误差为:,所以测量时应注意控制视距长度，减小该误差的影响.,70,水准尺倾斜的误差 当水准尺倾斜时,其读数比垂直竖立时大，且视线越高误差越大。,估读误差 其大小与厘米分格的宽度，十字丝的粗细，望远镜的放大倍率和视距长度等有关。所以各等级水准测量对上述方面各有要求,71,仪器垂直位

18、移的影响,后前前后法 取平均,72,尺垫垂直位移的影响 发生在迁站过程中，用往返测取平均可减弱该误差。,仪器安置在AB中点时,可消除该项误差的影响,73,3、外界条件的影响,地球曲率的影响,大气垂直折光的影响,所以，为了减弱大气垂直折光差对高差的影响，应使视线离开地面一定高度，并使前后视距尽量相等,坡度较大时，应缩短视距。,光线经过大气层时,由疏媒质折向密媒质，一般情况下，大气层的密度上疏下密，视线成一条弯向下方的曲线，且离地面越近，弯曲的程度越大。,在平坦地区，当前后视距基本相等时，前后折光差方向相同，大小基本相等，影响得到抵消；在上坡或下坡时，由于前后视线高度相差较大，折光差的影响增大。,74,