水准测量工程测量.ppt

1本本 章章 摘摘 要要 本章主要介绍水准测量原理、水准本章主要介绍水准测量原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量的实施仪的基本构造和使用、水准测量的实施方法和成果计算、检核等内容。方法和成果计算、检核等内容。第二章第二章 水准测量水准测量2221 1 水准测量原理水准测量原理 2 22 2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具 2 23 3 水准仪的使用水准仪的使用224 4 水准测量的方法水准测量的方法 2 25 5 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 2 26 6 水准测量误差与注意事项水准测量误差与注意事项 2 27 7 自动安平水准仪和数字水准仪自动安平水准仪和数字水准仪本章目录本章目录3水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。2.0 2.0 水准测量概述水准测量概述 高程是确定地面点位的三要素之一。因此，如何测量高程是确定地面点位的三要素之一。因此，如何测量地面上点的高程是测量的基本工作。地面上点的高程是测量的基本工作。高程测量方法：高程测量方法：452.1 2.1 水准测量原理水准测量原理问题：已知问题：已知A A点高程为点高程为H HA A，如何求得如何求得B B点高程点高程H HB B？一、水准测量原理一、水准测量原理 已知已知A A点高程点高程H HA A，利用水准仪提供的水平视线，在利用水准仪提供的水平视线，在A A、B B两水准尺读数两水准尺读数a和和b，经过计算即可得到，经过计算即可得到H HB B。水平视线水平视线6二、计算待定点高程二、计算待定点高程1 1、高差法、高差法 如图所示，如图所示，分别在分别在A A、B B点立水准尺，利用水准仪提供点立水准尺，利用水准仪提供的水平视线，在的水平视线，在A A尺上读数尺上读数 a（后视读数），在（后视读数），在B B尺上读数尺上读数 b（前视读数）（前视读数）a=b hAB 即即 hAB=a b（后前后前）待定点待定点B的高程为：的高程为：HB=HA+hAB=HA+a b【注意】【注意】高差带有高差带有正负正负号（不能省略）；脚标为前进方向；号（不能省略）；脚标为前进方向；当当 h hABAB 0 0时时 ,由由A A到到B B为上坡。为上坡。7视线高程：视线高程：Hi=HA+a待定点高程：待定点高程：Hk=Hi-bk（k1、2n）2 2、视线高法视线高法 适用于安置一次仪器测出若干个前视点待定高程的情适用于安置一次仪器测出若干个前视点待定高程的情况，在施工程测量中常用。况，在施工程测量中常用。8 若已知若已知HA=54.321m，在在A A点水准尺的读数为点水准尺的读数为1.789m，在在B B点水准尺的读数为点水准尺的读数为0.678m，求求B点高程。点高程。解：解：高差：高差：hAB=ab=1.7890.678=1.111m 高程：高程：HB=HA+hAB=54.321+（1.111）=55.432m 返回返回【例题】【例题】9一、水准仪一、水准仪:按精度分类（我国）：按精度分类（我国）：DS05、DS1、DS3、DS10 ；222 2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具 D D 大地测量仪器；大地测量仪器；S S 水准仪水准仪 数字数字表示每公里一次往返测高差平均数的中误差。表示每公里一次往返测高差平均数的中误差。10按结构分类：按结构分类：数字水准仪数字水准仪 自动安平水准仪自动安平水准仪 微倾式水准仪微倾式水准仪 水准仪的主要作用：水准仪的主要作用：为测量高差提供一条水平视线；为测量高差提供一条水平视线；1 1、望远镜、望远镜 2 2、水准器、水准器 3 3、基座、基座11DSDS3 3型微倾式水准仪型微倾式水准仪1 1物镜；物镜；2 2目镜；目镜；3 3水准管；水准管；4 4圆水准器；圆水准器；5 5水平制动；水平制动；6 6脚螺旋；脚螺旋；7 7微倾螺旋；微倾螺旋；8 8水平微动螺旋；水平微动螺旋；9 9调焦螺旋；调焦螺旋；121 1、望远镜望远镜形成视线，放大目标形成视线，放大目标（1 1）构成：）构成：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板；物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板；视准轴视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。（2 2）物镜调焦螺旋）物镜调焦螺旋使目标成像清晰；使目标成像清晰；目镜调焦螺旋目镜调焦螺旋使十字丝使十字丝成像清晰；成像清晰；13 视差现象：视差现象：产生原因：产生原因：目标像平面和十目标像平面和十字丝平面不重合；字丝平面不重合；消除方法消除方法：微调目镜和物镜微调目镜和物镜对光螺旋；对光螺旋；（3 3）照门、准星：）照门、准星：粗找目粗找目标；标；（4 4）竖轴）竖轴 VV；（5 5）水平制动、微动螺旋）水平制动、微动螺旋（6 6）望远镜放大倍率）望远镜放大倍率 v=28=2814（1 1）管水准器）管水准器(水准管水准管)u作用：作用：使视线精确水平；使视线精确水平；u构造：构造：玻璃管；玻璃管；u水准管零点：水准管零点：水准管圆弧水准管圆弧上分划的对称中心。上分划的对称中心。u水准管轴：水准管轴：通过水准管零通过水准管零点所作水准管圆弧的纵切线，点所作水准管圆弧的纵切线，称为水准管轴，用称为水准管轴，用LL表示。表示。2 2、水准器、水准器15 式中：式中：2mm所对的圆心角；所对的圆心角；=206265 R水准管圆弧半径，单位毫米；水准管圆弧半径，单位毫米；u水准管分划值水准管分划值：2 2mm弧长所对的圆心角弧长所对的圆心角称为水准管分划值称为水准管分划值即即 水准管圆弧半径愈大，分划值水准管圆弧半径愈大，分划值就愈小，则水准管灵就愈小，则水准管灵敏度就越高，也就是仪器置平的精度越高。敏度就越高，也就是仪器置平的精度越高。DS3水准仪的水准管分划值为水准仪的水准管分划值为20/2mm。16l 符合水准管符合水准管 便于观测，提高气泡居中的精度便于观测，提高气泡居中的精度17（2 2）圆水准器圆水准器u 构造：球面玻璃管构造：球面玻璃管u 圆水准轴：圆水准轴：即通过水准器零点所作球即通过水准器零点所作球面的法线。用面的法线。用LLLL表示。表示。u圆水准器的分划值圆水准器的分划值：DS3 3型水准仪圆水准器分划型水准仪圆水准器分划值为值为8/2mm。u特点：气泡居中，视线大致特点：气泡居中，视线大致水平。水平。18 调节基座上的三个脚螺旋可使圆水准器气泡居中。调节基座上的三个脚螺旋可使圆水准器气泡居中。3 3、基座基座19 水准尺是水准测量的主要工水准尺是水准测量的主要工具，有单面尺和双面尺两种。具，有单面尺和双面尺两种。1 1、水准尺的种类、水准尺的种类u单面尺：单面尺：3-53-5米，精度较低。米，精度较低。如塔尺、折尺。如塔尺、折尺。u双面尺：双面尺：2-32-3米，精度较高。米，精度较高。红黑面尺零点差为红黑面尺零点差为4.6874.687米、米、4.7874.787米米 作用：防止读数错误作用：防止读数错误2 2、尺垫：、尺垫：二、二、水准尺和尺垫水准尺和尺垫20一、安置仪器一、安置仪器前后视距离相等，目测水前后视距离相等，目测水准仪大致水平准仪大致水平;223 3 水准仪的使用水准仪的使用二、粗平二、粗平 用脚螺旋使圆水准器气泡居中用脚螺旋使圆水准器气泡居中;三、瞄准水准尺三、瞄准水准尺目镜对光目镜对光物镜对光物镜对光消除视差。消除视差。21 四、精确整平四、精确整平 用微用微倾螺旋，使水准管气泡居倾螺旋，使水准管气泡居中中;五、读数五、读数 221.1.定义：定义：事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点称为的高程控制点称为水准点水准点（Bench Mark），），常以常以BM表示。表示。224 4 水准测量方法水准测量方法一、水准点一、水准点2 2.等级：等级：一、二、三、四等，普通水准点。一、二、三、四等，普通水准点。3.3.类型类型：永久性、临时性。：永久性、临时性。23二、水准测量的实施二、水准测量的实施当当 DAB 200 200米时，观测一个测站米时，观测一个测站当当 DAB 200200 米时，分段测量，中间设置转点米时，分段测量，中间设置转点TP24 从从A A点到点到B B点逐站观测的高差：点逐站观测的高差：相加）相加）则则B B点高程为点高程为 ：25【例例21】如图如图2 21616所示，自水准点所示，自水准点BM0（高程为（高程为149.285米）米）起，利用普通水准测量方法测定起，利用普通水准测量方法测定P P点的高程，观测数据如点的高程，观测数据如图所示。试将观测数据填入水准测量记录表中，推算图所示。试将观测数据填入水准测量记录表中，推算P P点点的高程，并进行计算检核。的高程，并进行计算检核。26 测测站站点名点名水准尺读数水准尺读数高差高差h（m）高程高程H（m）备备注注后视后视a前视前视bBM02.012149.285已知点已知点11.257TP11.4720.75521.038TP21.3622.51030.299TP32.1381.06340.977P 1.161150.780待定点待定点2.5531.0386.9845.489检检核核 a=6.984 b=5.489 h=+1.495 a-b=6.984-5.489=+1.495=h普通水准测量手簿普通水准测量手簿 271 1、测站检核、测站检核 目的：保证每站高差的正确性。目的：保证每站高差的正确性。方法：方法：（1 1）双仪器高双仪器高：观测两个高差；：观测两个高差；普通水准普通水准|h-h|h-h|6 6毫米毫米 （2 2）双面尺双面尺：基本分划与辅助分划两个高差；：基本分划与辅助分划两个高差；普通水准普通水准|h h黑黑h h红红|6 6毫米毫米三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核 问题：为什么要检核问题：为什么要检核？如何检核如何检核？28目的：保证一条水准路线高差的正确性。目的：保证一条水准路线高差的正确性。方法：路线检核。方法：路线检核。（1 1）附合水准路线）附合水准路线u 定义：从一水准点定义：从一水准点BMBMA A出发，沿各待定高程点逐站进行出发，沿各待定高程点逐站进行水测量，最后附合到另一水准点水测量，最后附合到另一水准点BMBMB B上。上。u 检核方法检核方法若等号两边不相等，则附合水准路线的高差闭合差若等号两边不相等，则附合水准路线的高差闭合差fh为为u精度要求：精度要求：2 2、水准测量的成果整理水准测量的成果整理29u 定义：从水准点定义：从水准点BMBMA A出发，沿环线逐站进行水准测量，出发，沿环线逐站进行水准测量，经过各高程待定点，最后返回经过各高程待定点，最后返回BMBMA A点。点。u检核条件：检核条件：u精度要求：精度要求：（2 2）闭合水准路线）闭合水准路线30u 定义：从一水准点出发，既没有符合到另一水准点，定义：从一水准点出发，既没有符合到另一水准点，也没有闭合到原来的水准点。也没有闭合到原来的水准点。u检核方法：检核方法：u精度要求：精度要求：返回返回（3 3）支水准路线）支水准路线提示：支水准路提示：支水准路线缺乏检核，路线缺乏检核，路线不可太长。线不可太长。31u 山地：山地：u 平地：平地：(4)(4)普通（图根）水准测量限差的规定普通（图根）水准测量限差的规定其中其中 L L水准路线长度，以公里为单位水准路线长度，以公里为单位 n n水准路线测站数水准路线测站数322.4 2.4 水准测量成果计算水准测量成果计算一、附合水准路线计算一、附合水准路线计算已知：已知：H HA A65.376米，米，H HB B68.623米，各段水准路线的米，各段水准路线的高差高差hi和测站数和测站数ni以及测段距离以及测段距离Li列入表中列入表中求：求：1 1、2 2、3 3点高程点高程33【思路】【思路】高差闭合差：高差闭合差：产生原因：观测高差有误差。产生原因：观测高差有误差。消除方法：对高差加改正数消除方法：对高差加改正数Vi。分配原则：分配原则：Vi与与fh符号相反，符号相反，Vi大小与测站数成正比。大小与测站数成正比。或或34解：解：绘草图，表中填写测点、绘草图，表中填写测点、ni、hi、HA、HB点号点号距距离离/km测站数测站数n实测高差实测高差/m改正数改正数/mm改正后高改正后高差差/m高高程程/m备注备注1234567BMA1.01.08 81.5751.57512121.5631.56365.37665.376166.93966.9391.21.212122.0362.03614142.0222.022268.96168.9611.41.414141.7421.74216161.7581.758367.20367.2032.22.216161.4461.44626261.4201.420BMB68.62368.6235.85.850503.3153.31568683.2473.247辅助辅助计算计算|fh|fh允允|351.1.计算计算 fh，fh容容合格。合格。普通水准容许误差（限差）：普通水准容许误差（限差）：362.2.闭合差闭合差fh的调整的调整u 计算检核计算检核1 1：v68mm，vfh u 计算改正后的高差：计算改正后的高差：u 计算检核计算检核2 2：高差改正数：高差改正数：37一、水准仪应满足的几何条件一、水准仪应满足的几何条件1 1、四条主要轴线、四条主要轴线:视准轴视准轴CC 水准管轴水准管轴LL、圆水准器轴圆水准器轴LL 仪器竖轴仪器竖轴VV2.5 2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2 2、条件、条件（1 1）圆水准器轴平行于竖）圆水准器轴平行于竖轴轴LLVV;（2 2）十字丝横轴垂直于竖）十字丝横轴垂直于竖轴轴（3 3）水准管轴平行于视准）水准管轴平行于视准轴轴CC LL;其中其中(3)(3)为主要条件。为主要条件。381.1.目的目的 保证圆水准器轴保证圆水准器轴LL平行于仪器竖轴平行于仪器竖轴VV。若不平行，所夹小角若不平行，所夹小角为为。一、圆水准器的检验与校正一、圆水准器的检验与校正393.3.校正（校正（1 1）用脚螺旋调正气泡偏离的一半）用脚螺旋调正气泡偏离的一半 （2 2）用圆水准器校正螺旋再调一半）用圆水准器校正螺旋再调一半2.2.检验（检验（1 1）用脚螺旋使圆水准器气泡居中）用脚螺旋使圆水准器气泡居中 （2 2）望远镜旋转）望远镜旋转180180 若气泡居中，则若气泡居中，则 L LL L/VV/VV 若气泡不居中，则若气泡不居中，则 L LL L偏离偏离2 2 401.1.目的目的 保证十字丝横丝垂直于仪器竖轴保证十字丝横丝垂直于仪器竖轴VVVV。二、十字丝的检验与校正二、十字丝的检验与校正412.2.检验检验（1 1）水准仪精平后，在墙上画水准仪精平后，在墙上画P P点，点，P P点在横丝上点在横丝上（2 2）微动望远镜）微动望远镜 若若P P点在横丝上移动，则条件满足点在横丝上移动，则条件满足 若若P P点偏离横丝，则条件不满足点偏离横丝，则条件不满足3.3.校正校正 用十字丝的校正螺用十字丝的校正螺旋调正旋调正421.1.目的：保证望远镜视准轴目的：保证望远镜视准轴CC平行于水准管轴平行于水准管轴LL。若不平行，其夹角为若不平行，其夹角为i角角三、水准管的检验与校正三、水准管的检验与校正432.2.检校方法一检校方法一（1 1）检验）检验 平地上选平地上选ABAB两点，距离为两点，距离为8080m m左右。水准仪置中间。左右。水准仪置中间。变动仪器高，测两次高差，高差之差变动仪器高，测两次高差，高差之差 3 3mmmm，取平均取平均值为值为h1。仪器搬到仪器搬到A A点外侧点外侧3 3米左右处，再测一次高差米左右处，再测一次高差 h2a2 b2 若若 h1h2，则则 CC/LL；若若 h1h2，则存在则存在 i 角；角；4445 计算公式计算公式其中，其中，b2b2是正确读数，是正确读数，b2a2h1 a2h1 i i角为正值，气泡居中时，视线向上倾斜角为正值，气泡居中时，视线向上倾斜 对于对于DSDS3 3，要求要求|i|20 20 i i角计算的第二个公式为：角计算的第二个公式为：（1 1）（2 2）46 用微倾螺旋使用微倾螺旋使b2 b2 用水准管校正螺旋，使水准管气泡居中。用水准管校正螺旋，使水准管气泡居中。（2 2）校正）校正472-6 2-6 水准测量误差及注意事项水准测量误差及注意事项 水准测量误差包括水准测量误差包括仪器误差仪器误差、观测误差观测误差和和外界环境影外界环境影响响三个方面三个方面:48 1、水准管轴与视准轴不平行误差、水准管轴与视准轴不平行误差(i角误差角误差)水准管轴与视准轴不平行，虽然经过校正，仍然可存在水准管轴与视准轴不平行，虽然经过校正，仍然可存在少量的残余误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观少量的残余误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观测时注意使前、后视距离相等，便可消除此项误差对测量测时注意使前、后视距离相等，便可消除此项误差对测量结果的影响。结果的影响。2、水准尺误差、水准尺误差 由于水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等原因，会影由于水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等原因，会影响水准测量的精度。因此，水准尺要经过检核才能使用。响水准测量的精度。因此，水准尺要经过检核才能使用。一、仪器误差一、仪器误差49 1 1、水准管气泡的居中误差、水准管气泡的居中误差 2 2、估读水准尺的误差、估读水准尺的误差 3 3、视差的影响误差、视差的影响误差 观测时要仔细调焦，严格消除视差。观测时要仔细调焦，严格消除视差。4 4水准尺倾斜的影响误差水准尺倾斜的影响误差 水准尺倾斜，使尺上读数增大。水准尺倾斜，使尺上读数增大。水准尺必须扶直水准尺必须扶直。二、观测误差二、观测误差50三、外界条件的影响误差三、外界条件的影响误差 1 1水准仪下沉误差水准仪下沉误差 2 2尺垫下沉误差尺垫下沉误差 3 3地球曲率及大气折光的影响（球气差影响）地球曲率及大气折光的影响（球气差影响）可采用使前、后视距离相等的方法来消除。可采用使前、后视距离相等的方法来消除。4 4、温度的影响误差、温度的影响误差51一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于，自动安平水自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于，自动安平水准仪准仪没有水准管和微倾螺旋没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。装置了补偿器。227 7 自动安平水准仪和数字水准仪自动安平水准仪和数字水准仪52 若视准轴水平，正确读数若视准轴水平，正确读数a，在十字丝的交点上；在十字丝的交点上；若视准轴倾斜若视准轴倾斜角，不正确读数角，不正确读数a，在十字丝交点上在十字丝交点上为了使正确读数为了使正确读数a能到达十字丝交点，在光路上安装自动能到达十字丝交点，在光路上安装自动补偿器，使光线偏转补偿器，使光线偏转角，从而使正确读数到十字丝。角，从而使正确读数到十字丝。视线自动安平的原理视线自动安平的原理53二、数字水准仪简介二、数字水准仪简介 数字水准仪（亦称电子水准仪）是在仪器望远镜光路数字水准仪（亦称电子水准仪）是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器（中增加了分光镜和光电探测器（CCDCCD阵列）等部件，采用阵列）等部件，采用条形码分划水准尺和图像处理系统，构成光、机、电及信条形码分划水准尺和图像处理系统，构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。息存储与处理的一体化水准测量系统。Leica数字水准数字水准 Zeiss数字水准仪数字水准仪 Topcon数字水准仪数字水准仪 5455u望远镜有良好的光学望远镜有良好的光学在性能，在性能，v 40 40倍，有倍，有锲形横丝，可精确对准锲形横丝，可精确对准分划线。分划线。u水准管分划值小。水准管分划值小。6 61010/2/2mmmm，灵灵敏度高。敏度高。u仪器结构稳定，视准仪器结构稳定，视准轴和水准管轴关系稳定轴和水准管轴关系稳定用光学测微器读数。用光学测微器读数。u直读直读0.10.10.050.05毫米毫米 三、三、精密水准仪和水准尺精密水准仪和水准尺56