水准测量.ppt

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1、,测量学 surveying,主讲教师：胡晓,第二章水准测量,第一节 水准测量的原理 第二节 水准测量的仪器与工具 第三节 水准测量的方法与校核 第四节 水准测量的成果整理,引子： 基本观测元素： 高差测量方法：,第一节 水准测量的原理,距离：D 角度：， 高差：h,水准测量水准仪 高 三角高程测量经纬仪、全站仪中 气压高程测量海拔仪低 GPS高程测量GPS接收机 中,1.1 水准测量的原理 A 原理：根据已知点高程，利用水准仪提供的水平视线，测量已知点和未知点间的高差，从而推算出未知点的高程。 测高差，算高程,B 高差测量：以图为例,后视点（尺、读数） 前视点（尺、读数） 高差h=后视读数a

2、-前视读数b,C 高程计算：,2.视线高法：,1.高差法：,1. hAB0， hAB=0， hAB0， A，B哪点高？,2. hAB与hBA的关系,2.水准仪,水准仪：建立水平视线的仪器 微倾水准仪、自动安平水准仪、数字水准仪,第二节 水准测量的仪器与工具,DS3,Zeiss Koni007自动安平水准仪,电子水准仪图,电子水准仪图,条 码 尺,测量键,2.水准仪,微倾水准仪按精度不同分为： DS05 DS1 DS3 DS10 型号下标：毫米数，表示 1公里往、返测量的高差平 均值的中误差(由于仪器引 起的) 。,构造： 望远镜 水准器 基座,S3 水准仪外型,第二节 水准测量的仪器与工具,D

3、S3水准仪,物镜,目镜,圆水准器,管水准器,水平制动螺旋,脚螺旋,准星,照门,校正螺丝,物镜调焦螺旋,脚螺旋,水平微动螺旋,目镜调焦螺旋,微倾螺旋,三脚架,DS3水准仪,望远镜与视差,（1）望远镜,目的：望远镜主要是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。 它主要由：物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成。,视差： 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。即望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。 现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置， 十字丝与目标的像有相对移动。,消除视差的步骤： 目镜调焦

4、，使十字丝最清晰； 物镜调焦，使目标像最清晰。,（2）水准器 是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。 水准器分管水准器和圆水准器两种,水准管,圆水准器,轴,DS3水准仪,圆水准器,管水准器,观察窗,为了提高气泡居中精度，在水准管上方装有一组棱镜，将水准气泡两端的影像反射到目镜旁边的气泡观察窗中。当气泡居中时，两个半泡影像就符合在一起，如图。 这种带有符合棱镜的水准器叫符合水准器,水准器,基座的作用是支撑仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接 基座主要是有轴座、脚螺旋、底板和三脚压板组成。 转到脚螺旋，可使圆水准气泡居中,（三）基座,1）作用：用于读数 2）分类：塔尺(3-5m)(木质、铝合金

5、) 直尺(3m)(木质、铟钢) 3）刻划：最小刻划为0.5cm,1cm。,2.2 水准尺,2.3 尺垫,防止尺子下沉，便于尺子转动,水准仪的使用,1 、安置： 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上 2、粗平：使三脚架架头大致水平，转动脚螺旋使圆水准器的 气泡居中 3、瞄准：通过望远镜看清楚并对准水准尺，以便正确读数。 4、精平：用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合） 5、读数：用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也是必须记录的数字。）,水准管的校正螺丝像片,1、安置,安置就是将仪器安放在测站上以便观测。首先打开三脚架，调节架脚长度使仪器高度和观测者

6、颈部齐平，目估架头大致水平，取出仪器放在架头上，用连接螺旋将其与三脚架连紧，踩实脚架。,水准管的校正螺丝像片,脚螺旋,2、粗平,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个脚架，动第三个脚架，使三脚架架头大致水平，转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中。,粗平: 左手拇指法则，即气泡移动方向始 终和左手大拇指移动方向一致。,调节目镜：照准明亮的物体（如白墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）； 粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标； 物镜调焦： 转到调焦螺旋使水准尺的像清晰的落在十字丝分划板上； 消除视差：反复的交替进行物镜和目镜调焦，直至视差消除为止。 精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象

7、清晰，检查有无“视差”（消除视差）。 用微动螺旋 慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）,3、瞄准,使管水准气泡居中，从而使视准轴精确水平 调节微倾螺旋，使两个半泡影像做相对运动，直至符合，精平完成。,观察窗,4、精平,注意：每读数之前都需要进行精平,（普通水准尺）,读数应从小到大，一般先估读出毫米数，然后报出全部四位读数。 水准尺读数0859，记为0.859m。 注意:每次读数时，要保证水准仪严格水平。,5、读数,瞄准与读数,水准测量的瞄准与读数,a,“爱护仪器就象爱护自己的眼睛一样” “抱着仪器就象抱着自己的孩子一样”,水准仪基本操作,高度、角度适中，架头大致水平，

8、仪器安全连接,1、安置,2、粗平,1）圆水准器,脚螺旋整平； 2）技巧,3、照准,1）目镜调焦；2）粗略照准；3）物镜调焦；4）精确照准；5）消除视差,4、精平,5、读数,1）管水准器；2）抛物线对齐；3）技巧,1）先小后大，读4位；2）读后检查气泡精平,水准测量注意事项 由于测量误差是不可避免的，我们无法完全消除其影响。但是可采取一定的措施减弱其影响，以提高测量成果的精度。同时应绝对避免在测量成果中存在错误，因此在进行水准测量时，应注意以下各点： 、观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正。 、在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子

9、下沉。 、前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响。,、前、后视距离不宜太长，一般不要超过100m。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响。 、水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。 、读完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读。 、记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字。 、在烈日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。,水准测量分类： 等级水准测量：一、二、三、四等

10、普通水准测量 （等外）,第三节 水准测量的方法与校核,3.1水准点与水准路线 1、 水准点：Bench Mark, 常用BM,或B.M.表示 分为： 永久性； 临时性,2、 水准路线（单一路线）分： 1）闭合水准路线； 2）附合水准路线； 3）支水准路线。,3.2普通水准测量,1.测量原理：两点高差较大或两点距离较远时，多站观测（绘图）,概念： 1)测点；2）转点；3）测站；4）测段；5)路线,hAP = h1+ h2+ h3,HpHAhAP,2. 观测程序,3、记录计算 (见教材) A：表格化，依规定表格填写； B：要求字迹清晰、工整、干净； C：边记边算、正确无误；,4.校核方法【为什么要

11、校核？】,（1） 测站校核,为了确保观测高差正确无误，须对各测站的观测高差进行检核，这种检核称为测站检核。常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种：,1）两次仪器高法 两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度，两次测定高差。即测得第一次高差后，改变仪器高度约10cm以上，再次测定高差。若两次测得的高差之差未超过6mm，则取其平均值作为该测站的观测高差。否则需重测。,两次仪器高法： 立尺，尺中间安置水准仪，粗平 照准后视尺，精平，读数 照准前视尺，精平，读数 计算高差 变动仪器高（升或降大于10cm）再观测 高差互差不大于6mm时，取平均值,双仪高法：在同一测站上变动仪器高测两次（10c

12、m） h1=a1-b1 h2=a2-b2 h=|h1-h2|6mm h=(h1+h2)/2,2）双面尺法 双面尺法是在一测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红面两次测定高差。若两次测得高差之差未超过6mm，则取其平均值作为该测站的高差。否则需要重测。,双面尺法（黑面、红面）： 用双面尺，每尺均读黑、红面读数 立尺，尺中间安置水准仪，粗平 瞄准后视尺黑面，精平，读数 瞄准前视尺黑面，精平，读数 瞄准前视尺红面，精平，读数 瞄准后视尺红面，精平，读数 黑面：以零开始刻划 红面：一尺从4687开始刻划，另一尺从4787开始 红黑面计算高差理论上相差0.1m,双面尺法：黑红尺 （4687/4

13、787） H黑=a黑-b黑 H红=a红-b红100 h=|h黑-h红|6mm h=(h黑+h红)/2,（2） 路线校核,A 高差闭合差的计算,闭合路线：,附合路线：,支路线：,B 容许闭合差的计算,多用于平坦地区,多用于丘岭山区,其中，L为路线长度(以km记)；n为测站数，支路线以单程计， 若测量结果小于限差，则合格 。,实习遇到的问题,1、水准尺黑面，00要位于地面上。 2、搬站时，搬动仪器手要握在仪器 与三脚架的连接处。 3、仪器不离人，水准尺不能随意放置。 4、水准气泡是酒精和乙醚的混合液， 哪里偏高，气泡就在哪里。 5、前后视距相等。,5、数据记录,6、后视变前视，水准尺位置不动,计算

14、步骤如下（以附合水准路线为例）：,计算实测高差之和h测与理论高差 h理H终一H始 计算高差闭合差 计算容许闭合差 如果fh=fh容 ，则其精度符合要求，可做下一步计算。,计算高差改正数高差闭合差的调整方法和原则：按与测站数或与距离成正比的分配原则，改正数的符号与闭合差的符号相反。 每一测站的改正数为： 各测段的改正数为：,检核 v=-fh,第四节水准测量的成果整理,计算改正后高差h改各测段观测高差hi分别加上相应的改正数后vi，即得改正后高差： h1改=h1+v1h2改=h2+v2 hi改=hi+vi 改正后的高差代数和，应等于高差的理论值，即：h总= h理如不相等，说明计算中有错误存在。,待

15、定点高程计算 测段起点高程加测段改正后高差，即得测段终点高程，以此类推。最后推出的终点高程应与该点的已知高程相等。即： H1=HA+h1总H2=H1+h2总 HA（算）=HA(已知) 计算中应注意各项检核的正确性。,水准测量高程计算,(一）高差闭合差计算,高差闭合差的允许值,A,1,2,3,B,+2.785m,12站,-4.369m,18站,+1.980m,13站,+2.345m,11站,BMA=56.345m,BMB=59.039m,水准测量高程计算,（二 ）高差闭合差的分配,A,1,2,3,B,+2.785m,12站,-4.369m,18站,+1.980m,13站,+2.345m,11站,

16、BMA=56.345m,BMB=59.039m,水准测量高程计算,(错误),一仪器误差,1.仪器残存误差（i角）,2.水准尺误差,消减方法： A：校核仪器，减少残差 B：采取前后视距尽可能相等,消减方法： A：检验水准尺上真长与名义长度，加尺长改正数 B：平时加强保护，注意放置方式,A.错用上下丝 B.没有精平 C.再次粗平 D.读错记错,第七节水准测量误差简析及减弱措施,二 观测误差（人差）,1.整平误差,2.读数误差,三 外界条件,1.地球曲率与大气折光 球气差：,消减措施： 我们一直在努力！,3.水准尺倾斜误差,消减措施： A：前后视距相等； B：选择观测时机,消减措施： A：提高观测速

17、度； B：选择观测时机,复 习 题,1.试绘图说明水准测量的原理。 2.简述望远镜的主要组成部件及其功能。 3.什么是视准轴、水准管轴、圆水准器轴？它们间应满足什么条件？ 4.试述水准仪的使用操作步骤。 5.什么叫视差？它是怎样产生的？如何消除？ 6.什么是精平？为什么微倾水准仪必须精平后才能读数？ 7.什么叫转点？转点在水准测量中起什么作用？ 8.水准测量中测站校核有几种方法？如何校核？ 9.试述单一水准测量路线的布设形式及其高差闭合差的计算方法。 10.题图1为闭合水准路线观测成果。试整理填表计算各点高程。 11.题图2为附合水准路线观测成果。试整理填表计算各点高程。 12.影响水准测量成果的因素有哪些？用前后视距相等的观测方法可消除哪些误差的影响？,