第四章 高程测量水准优秀课件.ppt

第四章第四章 高程测量水高程测量水准准第1页，本讲稿共45页u高程测量概念高程测量概念（Height Measurement）根据已知点高程，测定该点与未知点的根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。高差，然后计算出未知点的高程的方法。第2页，本讲稿共45页u高程测量的方法分类高程测量的方法分类1、水准测量、水准测量(leveling)2、三角高程测量、三角高程测量(trigonometric leveling)3、气压高程测量、气压高程测量(air pressure leveling)4、GPS测量。测量。(GPS leveling)第3页，本讲稿共45页基本原理基本原理:利用水准仪提供利用水准仪提供的的“水平视线水平视线”，测量两点间高差，测量两点间高差，从而由已知点高程从而由已知点高程推算出未知点高程。推算出未知点高程。大地水准面大地水准面 hABABHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向5.1 水准测量原理水准测量原理第4页，本讲稿共45页A后视点后视点 a后视读数后视读数B前视点前视点 b前视读数前视读数1 1、A A、B B两点间高差两点间高差2.B2.B点的高程点的高程3.3.视线高程视线高程大地水准面大地水准面 hABABHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向第5页，本讲稿共45页hAB=h1+h2+hn=(a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n)=a-a-b bH HB B=H=HA A+h+hABAB4.转点TP(turning point)的概念 若若A A、B B 两点间布设一些过渡点（转两点间布设一些过渡点（转点）点）1 1、2 2、3 3，将其分为，将其分为n n段，则用水段，则用水准仪分别测得各段高差为准仪分别测得各段高差为h h1 1，h h2 2 h hn n，则有：，则有：第6页，本讲稿共45页水准仪的等级水准仪的等级 DS05DS05、DS1DS1、DS3DS3、DS10DS10、DS20DS20 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 表示仪器的精度，即每千米往、返表示仪器的精度，即每千米往、返 测得高差中数的中误差（测得高差中数的中误差（mmmm）。）。水准仪的作用是提供一条水平视线；水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用工程测量中常使用DS3DS3型水准仪，该仪器精度为型水准仪，该仪器精度为3mm/km3mm/km。5.2水准仪的构造和使用水准仪的构造和使用第7页，本讲稿共45页一、DS3型水准仪的构造主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器圆水准器三脚架脚螺旋微倾螺旋微倾螺旋目镜目镜水准管水准管目镜目镜第8页，本讲稿共45页n n1、望远镜、望远镜(telescope)n n物镜物镜n n目镜目镜n n十字丝（上、中、下丝）十字丝（上、中、下丝）三个部分组成。三个部分组成。第9页，本讲稿共45页uu圆水准器圆水准器(circular bubble)：用于整平。：用于整平。uu水准管水准管(bubble tube)：用于精平。用于精平。特性：气泡始终向高处移动。特性：气泡始终向高处移动。3、基座、基座(tribrach)2、水准器、水准器(bubble)第10页，本讲稿共45页操作程序：操作程序：安置水准仪安置水准仪粗平粗平瞄准瞄准精平精平读读数数（一）安置水准仪（一）安置水准仪（一）安置水准仪（一）安置水准仪（二）粗平（二）粗平（二）粗平（二）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1方法：方法：对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋1 1 1 1、2 2 2 2使气泡移至使气泡移至使气泡移至使气泡移至1 1 1 1、2 2 2 2方向中间方向中间方向中间方向中间转动转动转动转动脚螺旋脚螺旋脚螺旋脚螺旋3 3 3 3，使气泡居中。，使气泡居中。，使气泡居中。，使气泡居中。二、水准仪的使用二、水准仪的使用第11页，本讲稿共45页图形：粗平的操作方法示意图图形：粗平的操作方法示意图 a a123b b312c c3122 2规律：规律：气泡移动方向与气泡移动方向与左手大拇指左手大拇指运动的方向一致。运动的方向一致。第12页，本讲稿共45页（三）（三）瞄准水准尺瞄准水准尺1 1方法：方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2 2视差：视差：n n概念：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。像有相对运动。n n产生原因：产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合目标像平面与十字丝平面不重合。n n消除方法：消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。第13页，本讲稿共45页（四）精平（四）精平1、方法：、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准管如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。气泡成像抛物线符合。2、说明：、说明：自动安平水准仪（自动安平水准仪（compensator compensator levellevel），不需进行精平。），不需进行精平。第14页，本讲稿共45页（五）读数（五）读数 精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1 1方法：方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。面上的格数，毫米估读。2 2规律：规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。从下往上读。水准仪操作水准仪操作第15页，本讲稿共45页第16页，本讲稿共45页5.3 水准尺(leveling staff)及其读法及其读法主要有单面尺、双面尺和塔尺。1 1、尺面分划为尺面分划为1cm1cm，每，每10cm10cm处（处（E E字形刻划的尖端）注有字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。阿拉伯数字。2 2、双面尺的红面尺底刻划：一把为双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm4687mm，另一把，另一把为为4787mm4787mm。3 3、读法、读法 ：用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方：用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。数字。第17页，本讲稿共45页4.水准尺读数实例水准尺读数实例第18页，本讲稿共45页5、尺垫尺垫(staff plate)(staff plate)n n作用：放在转点上，以防水准尺下沉。作用：放在转点上，以防水准尺下沉。第19页，本讲稿共45页5.4 水准测量水准测量一、水准测量的外业（一）水准点(Bench Mark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用点，一般用点，一般用点，一般用BMBM表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。第20页，本讲稿共45页水准点示意图水准点示意图第21页，本讲稿共45页（二）水准路线的布设形式（二）水准路线的布设形式1 1闭合水准路线闭合水准路线(closed leveling line)(closed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM1BM12 2附合水准路线附合水准路线(annexed leveling line)(annexed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM2BM23 3支水准路线支水准路线(spur leveling line)(spur leveling line)由已知点由已知点BM1BM1某一待定水准点某一待定水准点A A。第22页，本讲稿共45页图形：水准路线布设形式图形：水准路线布设形式3.3.支水准路支水准路线线BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.闭闭合水准路合水准路线线2.2.附合水准路附合水准路线线BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3第23页，本讲稿共45页第四节 普通水准测量一、水准点和水准路线一、水准点和水准路线 1.水水准准点点是是测测区区的的高高程程控控制制点点，一一般般缩缩写写为为“BM”，用，用“”符符号表示。号表示。第24页，本讲稿共45页第四节 普通水准测量二、施测方法（动画）二、施测方法（动画）(1)将水准尺置于已知后视高程点将水准尺置于已知后视高程点A和前视转点和前视转点ZD1中间的中间的站。站。第25页，本讲稿共45页(2)先瞄准后视尺，读取后视读数值先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入，并记入五等水五等水准测量记录表中准测量记录表中。再照准前视尺，读取前视读数值再照准前视尺，读取前视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量一个测站一个测站的的观测任务。观测任务。(3)将将仪仪器器搬搬迁迁到到第第站站，把把第第站站的的后后视视尺尺移移到到第第站站的的转转点点ZD2上上，把把原原第第站站前前视视变变成成第第站站的的后后视视。按按(2)步步骤测出第骤测出第站的后、前视读数值站的后、前视读数值a2、b2，并记入记录表中。，并记入记录表中。(4)重复上述步骤测至终点重复上述步骤测至终点B为止。为止。第26页，本讲稿共45页普通水准测量记录表普通水准测量记录表0.7180.7182.2092.20950.58350.5831.2681.2681.4251.425ZDZD1 1 a a b b=5.358=5.358 3.867=1.491 3.867=1.491 h h=2.209=2.209 0.718=1.491 0.718=1.491HHB B HHA A=51.491=51.491 50.000=1.491 50.000=1.491HHB B HHA A=h h=a a b b (计算无误计算无误计算无误计算无误)计算计算计算计算检核检核检核检核3.8673.8675.3585.358 51.49151.4910.3460.346B B50.61850.6181.5811.5811.2191.219ZDZD3 351.33651.3360.6720.6720.8630.863ZDZD2 2HHA A=50.000m=50.000m 50.00050.0000.5830.5830.7530.7530.8730.8731.8511.851A A+前视前视前视前视后后后后 视视视视备备备备 注注注注高高高高 程程程程（mm）高高高高 差差差差标尺读数（标尺读数（标尺读数（标尺读数（mm）测点测点测点测点0.718第27页，本讲稿共45页第四节 普通水准测量三、校核方法三、校核方法 1计算校核计算校核即：即：h=a bHBHA说明高差和各转点高程的计算是正确的。说明高差和各转点高程的计算是正确的。2测站校核测站校核既：变更仪器高法；既：变更仪器高法；双面尺法。双面尺法。第28页，本讲稿共45页 3.成果校核成果校核既：检核水准路线的高差闭合差既：检核水准路线的高差闭合差fh是否超限。是否超限。校核方法：如果校核方法：如果fhfh容容，说明外业观测成果合格，否则须进行，说明外业观测成果合格，否则须进行重测。重测。(3)支水准路线支水准路线：fhh往往h返返(2)闭合水准路线闭合水准路线：fh=h(1)附合水准路线附合水准路线：fh=h （H终终H始始）高差闭合差的计算公式：高差闭合差的计算公式：第29页，本讲稿共45页第四节 普通水准测量 高差闭合差高差闭合差调整原则是以水准路线的调整原则是以水准路线的测段站数测段站数或或测段长度测段长度成正比，将闭合差反号分配到各测段上，成正比，将闭合差反号分配到各测段上，并进行实测高差的改正计算。并进行实测高差的改正计算。四、成果处理四、成果处理普普通通水水准准测测量量的的成成果果处处理理就就是是当当外外业业观观测测的的高高差差闭闭合合差差在在容容许许范范围围内内时时，所所进进行行的的高高差差闭闭合合差差调整。调整。第30页，本讲稿共45页 1.按按测测站站数数进进行行高高差差闭闭合合差差的的调调整整，测测段段高高差差的改正数的改正数Vi为：为：Vi=ni式中：式中：n水准路线各测段的测站数总和。水准路线各测段的测站数总和。ni某一测段的测站数。某一测段的测站数。2.按按测测段段长长度度进进行行高高差差闭闭合合差差调调整整，测测段段高高差差改正数改正数i为为ViLi式中式中：L水准路线各测段的总长度水准路线各测段的总长度,单位为单位为km;L某一测段的长度某一测段的长度,单位为单位为km。第31页，本讲稿共45页第四节 普通水准测量五、例题五、例题按按测站数调整测站数调整高差闭合差和高程计算示例见下表。高差闭合差和高程计算示例见下表。如图如图第32页，本讲稿共45页备备备备 注注注注+2.694+2.694 0.047 0.047+2.741+2.7415454+2.335+2.335 0.010 0.010+2.345+2.34511114 4+1.969+1.969 0.011 0.011+1.980+1.98013133 3 4.385 4.385 0.016 0.016 4.369 4.36918182 236.34536.34539.12039.12034.74534.74536.70436.70439.03939.039+2.775+2.775 0.010 0.010+2.785+2.7851212BMBMA ABMBM1 1BMBM2 2BMBM3 3BMBMB B1 1高程（高程（高程（高程（mm）改正后的高改正后的高改正后的高改正后的高差（差（差（差（mm）改正数改正数改正数改正数(m)(m)实测高差实测高差实测高差实测高差(m)(m)测站数测站数测站数测站数（个）（个）（个）（个）测点测点测点测点测段测段测段测段编号编号编号编号B B HHA A=2.694=2.694f fh h=h h (HHB B HHA A)=2.741)=2.741 2.694=+0.047 2.694=+0.047 n n=54 =54 H第33页，本讲稿共45页第四节 普通水准测量五、例题五、例题 如果把上图中的测站数改为测段长度（以公里为单位，如果把上图中的测站数改为测段长度（以公里为单位，见下表第见下表第3列），则列），则按按测段长度调整测段长度调整高差闭合差和高程高差闭合差和高程计算示例见下表计算示例见下表。如图如图第34页，本讲稿共45页f fh h=h h (HHB B HHA A)=2.741)=2.741 2.694=+0.047 2.694=+0.047 L L=9.1=9.1V Vi i=-=-L Li i 备备备备 注注注注+2.694+2.694 0.047 0.047+2.741+2.7419.19.1+2.335+2.335 0.010 0.010+2.345+2.3451.91.94 4+1.968+1.968 0.012 0.012+1.980+1.9802.32.33 3 4.383 4.383 0.014 0.014 4.369 4.3692.82.82 236.34536.34539.11939.11934.73634.73636.70436.70439.03939.039+2.774+2.774 0.011 0.011+2.785+2.7852.12.1BMBMA ABMBM1 1BMBM2 2BMBM3 3BMBMB B1 1高程（高程（高程（高程（mm）改正后的高改正后的高改正后的高改正后的高差（差（差（差（mm）改正数改正数改正数改正数(m)(m)实测高差实测高差实测高差实测高差(m)(m)测段长度测段长度测段长度测段长度（kmkm）测点测点测点测点测段测段测段测段编号编号编号编号第35页，本讲稿共45页（二）（二）.水准测量内业计算举例水准测量内业计算举例【例】如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略图。图。BM-ABM-A和和BM-BBM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以以m m为单位为单位)，路线下方数字为该段路线的长度路线下方数字为该段路线的长度(以以kmkm为单位为单位)，试计算待定，试计算待定点点1 1、2 2、3 3点的高程。点的高程。第36页，本讲稿共45页第一步计算高差闭合差：第一步计算高差闭合差：第二步计算限差：第二步计算限差：故可进行闭合差分配例题解算（例题解算（Page1）第三步计算每第三步计算每km改正数：改正数：丘陵地区第37页，本讲稿共45页例题解算（例题解算（Page2）第四步计算各段高差改正数：第四步计算各段高差改正数：。第五步计算各段改正后高差后，计算第五步计算各段改正后高差后，计算1 1、2 2、3 3各点的高程。各点的高程。改正后高差改正后高差=改正前高差改正前高差+改正数改正数V Vi i 四舍五入后，使：四舍五入后，使：故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。第38页，本讲稿共45页例题解算（例题解算（Page3）故可得：故可得：H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m)H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m)第39页，本讲稿共45页第四节 三、四等水准测量 三三、四四等等水水准准测测量量主主要要使使用用DS3水水准准仪仪进进行行观观测测，水水准准尺尺采采用用双双面面水水准准尺尺，观观测测前前必必须须对对水水准准仪仪进进行行检检校校。测测量量时时水水准准尺尺应应安安置置在在尺尺垫垫上上扶扶立立铅铅直直。根根据据双双面面水水准准尺尺的的尺尺常常数数即即K1=4687和和K2=4787，成对使用水准尺。，成对使用水准尺。第40页，本讲稿共45页具体记录与计算方法具体记录与计算方法参见参见三、四等水准测量记录表三、四等水准测量记录表。每一测站的观测程序：每一测站的观测程序：后视黑面尺，读取上、下、中丝读数，即后视黑面尺，读取上、下、中丝读数，即(1)、(2)、(3)；前视黑面尺，读取下、上、中丝读数，即前视黑面尺，读取下、上、中丝读数，即(4)、(5)、(6)；前视红面尺，读取中丝读数，即前视红面尺，读取中丝读数，即(7);后视红面尺，读取中丝读数，即后视红面尺，读取中丝读数，即(8)。以上（以上（）内之号码，表示观测与记录的顺序。）内之号码，表示观测与记录的顺序。第41页，本讲稿共45页n n黑面读数+常数与红面读数之差（9）（10）不超过3mmn n后、前两尺黑面读数算出的高差与红面尺读数算出的高差之差（13）不得超过5mm。平坦地区丘陵地区第42页，本讲稿共45页第43页，本讲稿共45页第44页，本讲稿共45页实习实习:等外闭合水准路线测量等外闭合水准路线测量uu实习目的实习目的:使学生掌握等外闭合水准路线的测量使学生掌握等外闭合水准路线的测量使学生掌握等外闭合水准路线的测量使学生掌握等外闭合水准路线的测量方法。方法。方法。方法。uu仪器设备仪器设备:每组每组每组每组DS3DS3DS3DS3型水准仪型水准仪型水准仪型水准仪1 1 1 1台、水准尺台、水准尺台、水准尺台、水准尺2 2 2 2把、把、把、把、记录板记录板记录板记录板1 1 1 1个。个。个。个。uu实习任务实习任务实习任务实习任务:已知已知已知已知H H H HBMBMBMBM=100.000m=100.000m=100.000m=100.000m，按等外水准精度，按等外水准精度，按等外水准精度，按等外水准精度要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭合差合差合差合差f f f fh h h h。第45页，本讲稿共45页