第2章 高程测量(fdm).ppt

第二章第二章 高程测量高程测量v2-1 高程测量概述高程测量概述v2-2 水准测量的原理水准测量的原理v2-3 水准仪和水准尺水准仪和水准尺v2-4 水准测量的方法水准测量的方法v2-5 水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正v2-6 水准测量的误差及其消减方法水准测量的误差及其消减方法v2-7 精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺2-1 高程测量概述高程测量概述v水准测量水准测量是利用水平视线来测量两点间的高是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。测量中最主要的方法。v三角高程测量三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角距和竖直角(即倾斜角即倾斜角)，然后利用三角公式，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。度较低，只是在适当的条件下才被采用。高程测量的任务是求出点的高程，即求出该点到某一高程测量的任务是求出点的高程，即求出该点到某一基准面的垂直距离。为了建立一个全国统一的高程系基准面的垂直距离。为了建立一个全国统一的高程系统，必须确定一个统一的统，必须确定一个统一的高程基准面高程基准面，通常采用，通常采用大地大地水准面即平均海水面水准面即平均海水面作为高程基准面。我国采用青岛作为高程基准面。我国采用青岛验潮站验潮站19501956年观测结果求得的黄海平均海水面年观测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面。根据这个基准面得出的高程称为作为高程基准面。根据这个基准面得出的高程称为“19561956黄海高程系黄海高程系”。为了确定高程基准面的位置，。为了确定高程基准面的位置，在青岛建立了一个与验潮站相联系的水准原点，并测在青岛建立了一个与验潮站相联系的水准原点，并测得其高程为得其高程为72.289m。水准原点作为全国高程测量的水准原点作为全国高程测量的基准点。从基准点。从1989年起，国家规定采用青岛验潮站年起，国家规定采用青岛验潮站19521979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面，称为的高程基准面，称为“19851985国家高程基准国家高程基准”。根据新。根据新的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为72.260m。高程控制点称水准点高程控制点称水准点BM(Bench Mark)。v标石水准点标石水准点v墙脚水准点墙脚水准点v简易标志水准点简易标志水准点2-2 水准测量的原理水准测量的原理水准测量是利用水平视线来求得两点的高差水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。水准尺、水准仪水准尺、水准仪读数读数a称为称为“后视读数后视读数”；读数；读数b称为称为“前视读数前视读数”。点名点名(点号点号)：由大写英文字母、阿拉伯数字、汉：由大写英文字母、阿拉伯数字、汉字、罗马数字等组成。字、罗马数字等组成。高程高程：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之取负值。当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之取负值。高差具有高差具有方向性方向性，记作，记作h，其值可正可负。其值可正可负。当两点相距较远或高差太大时，则可分段当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图连续进行，从图2-3中可得：中可得：转点转点：转点起传递高程的作用转点起传递高程的作用。测站、测段测站、测段2-3 水准仪和水准尺水准仪和水准尺微倾式水准仪微倾式水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪数字数字(电子电子)水准仪水准仪我国的水准仪系列标准分为：我国的水准仪系列标准分为：DS05、DS1、DS3和和DS20 水准尺：水准尺：尺垫：尺垫：一、微倾式水准仪的构造和使用一、微倾式水准仪的构造和使用(一一)DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造在一般水准测量中使用较广的在一般水准测量中使用较广的DS3型微倾型微倾式水准仪由下列三个主要部分组成：式水准仪由下列三个主要部分组成：望远镜望远镜 它可以提供视线，并可读出远处水它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数。准尺上的读数。水准器水准器 用于指示仪器或视线是否处于水平用于指示仪器或视线是否处于水平位置。位置。基座基座 用于置平仪器，它支承仪器的上部用于置平仪器，它支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动。并能使仪器的上部在水平方向转动。1.望远镜望远镜 十字丝分划板十字丝分划板 视准轴视准轴视线视线十字丝分划板十字丝分划板 视准轴视准轴视线2.水准器水准器(1)管水准器管水准器又称水准管又称水准管(2)圆水准器圆水准器 圆水准器的圆水准器的分划值，是顶盖球面上分划值，是顶盖球面上2mm弧弧长所对应的圆心角值，水准仪长所对应的圆心角值，水准仪上圆水准器的角值为上圆水准器的角值为8至至15(R=0.460.86m)。(二二)DS3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用1.安置水准仪安置水准仪首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚头大致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚在坡下一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连在坡下一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。2.仪器的粗略整平仪器的粗略整平左手拇指法则，或右手食指法则：左手拇指法则，或右手食指法则：(1)先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；(2)旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。方向应相反。(3)气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。一致。3.照准目标照准目标准星瞄准准星瞄准目镜调焦、物镜调焦目镜调焦、物镜调焦使十字丝竖丝照准水准尺使十字丝竖丝照准水准尺视差视差：当观测时把眼睛稍作上下移动，如：当观测时把眼睛稍作上下移动，如果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有改变，果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有改变，这一现象叫这一现象叫视差视差。其原因是尺像没有落在十字其原因是尺像没有落在十字丝平面上丝平面上。消除视差的方法是先调目镜调调焦。消除视差的方法是先调目镜调调焦螺旋使十字丝清晰，然后一边调节物镜调焦螺螺旋使十字丝清晰，然后一边调节物镜调焦螺旋一边仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝旋一边仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面上。上。4.视线的精确整平视线的精确整平粗平粗平 精平精平每次读数前都需要重新使气泡符合每次读数前都需要重新使气泡符合5.读数读数用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。从尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读从尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数，所以每个读数必须有四位数。出毫米数，所以每个读数必须有四位数。读数方法读数方法示例示例二、自动安平水准仪的构造和使用二、自动安平水准仪的构造和使用(一一)自动安平原理自动安平原理1.移动十字丝的方法移动十字丝的方法2.移动像点的方法移动像点的方法三、数字水准仪三、数字水准仪2-4 水准测量的方法一、水准路线的形式水准路线的形式v附合水准路线附合水准路线v闭合水准路线闭合水准路线v水准支线水准支线v水准网水准网测站、测段、路线测站、测段、路线二、水准测量的施测方法 测测站站测测点点后后视读视读数数前前视读视读数数高差高差高程高程备备注注AZ12.0731.5260.54750.118已知已知A点点高程高程=50.118Z1Z21.6241.4070.217Z2Z31.6781.3920.286Z3Z41.5951.4020.193Z4B0.9211.5030.58250.7797.8917.2301.2430.582计计算算检检核核 测测点点后后视读视读数数前前视读视读数数高差高差高程高程备备注注A2.07350.118Z11.6241.5260.547Z21.6781.4070.217Z31.5951.3920.286Z40.9211.4020.193B1.5030.58250.7797.8917.2301.2430.582计计算算检检核核三、水准测量成果的检核三、水准测量成果的检核(一一)测站检核测站检核1.两次仪器高法两次仪器高法2.双面尺法双面尺法(二二)水准路线的检核水准路线的检核1.附合水准路线附合水准路线附合水准路线的高程闭合差为：附合水准路线的高程闭合差为：高程闭合差的大小在一定程度上反映了测量成高程闭合差的大小在一定程度上反映了测量成果的质量。果的质量。2.闭合水准路线闭合水准路线3.水准支线理论上有：一般水准测量的容许高程闭合差为：铁路线路水准测量的容许高程闭合差则为：四、闭合差的分配和高程的计算四、闭合差的分配和高程的计算当实际的高程闭合差在容许值以内时，可当实际的高程闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上。显然，高程把闭合差分配到各测段的高差上。显然，高程测量的误差是随水准路线的长度或测站数的增测量的误差是随水准路线的长度或测站数的增加而增加，所以分配的原则是加而增加，所以分配的原则是把闭合差以相反把闭合差以相反的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上分配到各测段的高差上。故各测段高差的改正。故各测段高差的改正数为：数为：或或2-5 水准仪的检验和校正一、微倾式水准仪的检验和校正微倾式水准仪的主要轴线见图2-24，它们之间应满足的几何条件是：1.圆水准器轴应平行于仪器的竖轴；2.十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴；3.水准管轴应平行于视准轴。(一)圆水准器的检验和校正(二二)十字丝横丝的检验和校正十字丝横丝的检验和校正(三三)水准管的检验和校正水准管的检验和校正2-6 水准测量的误差及其消减方法一、仪器误差(一)视准轴与水准管轴不平行引起的误差(二)调焦引起的误差(三)水准尺的误差二、观测误差(一)气泡居中误差(二)估读水准尺分划的误差(三)扶水准尺不直的误差三、外界环境的影响(一)仪器下沉和水准尺下沉的误差1.仪器下沉的误差2.水准尺下沉的误差(二)地球曲率和大气折光的误差1.地球曲率引起的误差2.大气折光引起的误差(三)气候的影响2-7 精密水准仪和精密水准尺精密水准仪