第2章-水准测量课件.pptx

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1、第二章第二章 水准测量水准测量2-1 水准测量原理水准测量原理2-2 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具2-3 水准测量基本方法水准测量基本方法2-4 精度要求及内业计算精度要求及内业计算2-5 水准仪的检验水准仪的检验2-6 水准测量误差分析水准测量误差分析2-7 地球曲率和大气折光影响的消除地球曲率和大气折光影响的消除n2023/1/20n12.1 水准测量原理水准测量原理 一、高程测量及原理一、高程测量及原理 1高程测量高程测量(height leveling)测测定定地地面面点点高高程程的的工工作作。测测定定待待测测点点和和已已知知点点间间的的高差。根据已知点高程，计算出另一点的高程

2、。高差。根据已知点高程，计算出另一点的高程。2高程测量常用方法高程测量常用方法水准测量水准测量(leveling)三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling)气压高程测量气压高程测量(air pressure leveling)GPS高程测量高程测量(GPS leveling)n2023/1/20n23水准测量原理水准测量原理利利用用水水准准仪仪(level)所所提提供供的的水水平平视视线线(horizontal sight)，并并借借助助水水准准尺尺(level staff)测测定定地地面面上上待待测测点点与与已已知知高高程程点点的的高高差差，再再由由已已知知点点

3、高高程程和和所所测测得得的的高高差差计计算算出出待待测测点点的的高高程。程。n2023/1/20n3abh=a-bHB=HA+hgeoid二、高程计算公式二、高程计算公式1计算公式：计算公式：hAB后视读数前视读数后视读数前视读数ab（21）HBHAhAB （22）2视线高程法计算公式：视线高程法计算公式：HB（HAa）bHib （23a）Hi 称为称为视线高程视线高程(elevation of sight)HiHAa（23b）n2023/1/20n43视线高程应用视线高程应用 当当假假设设一一次次水水准准仪仪，依依次次观观测测多多个个前前视视点点B1、B2、Bn时，采用视线高程时，采用视线高

4、程Hi计算就非常方便。计算就非常方便。HiHAaHB1Hib1HB2Hib2HBnHibnn2023/1/20n54转点转点(Turning Point)传递高程的临时立尺点。记为传递高程的临时立尺点。记为TPin2023/1/20n62.2 测量仪器和工具测量仪器和工具一、水准测量的主要仪器和工具一、水准测量的主要仪器和工具（1）水准仪）水准仪(level)（2）水准尺）水准尺(level staff)（3）三脚架）三脚架(tripod)（4）尺）尺 垫垫(staff plate)n2023/1/20n71.水准仪（水准仪（Pentax 自动安平系列）自动安平系列）n2023/1/20n8n

5、2023/1/20n9水水准准仪仪的的保保管管及及标标准配件准配件2.水准尺和尺垫水准尺和尺垫n2023/1/20n10二、二、圆水准器与读数窗口圆水准器与读数窗口1.圆水准器圆水准器(circular bubble)2.目镜读数窗口目镜读数窗口n2023/1/20n11上丝上丝中丝中丝下丝下丝竖丝竖丝三、水准仪的操作步骤三、水准仪的操作步骤（1）安置）安置（2）粗平）粗平（3）瞄准）瞄准（4）读数）读数n2023/1/20n12步骤（步骤（1）：安置）：安置n2023/1/20n13步骤（步骤（2）：粗平）：粗平n2023/1/20n14步骤（步骤（3）：瞄准）：瞄准步骤（步骤（4）：读数）

6、：读数n2023/1/20n152.3 水准测量基本方法水准测量基本方法一、水准点简介一、水准点简介1.水准点（水准点（Bench Mark，记为，记为BMi）用水准测量方法测定的高程控制点。用水准测量方法测定的高程控制点。2.水准点等级水准点等级精密水准测量精密水准测量(precise leveling)：一等、二等：一等、二等普通水准测量普通水准测量(general leveling)：三等、四等：三等、四等图根水准测量图根水准测量(mapping leveling)：等外：等外/图根图根n2023/1/20n163水准路线水准路线(leveling line)（1）附合水准路线附合水准路

7、线(annexed leveling line)（2）闭合水准路线闭合水准路线(closed leveling line)（3）支水准路线支水准路线(spur leveling line)n2023/1/20n17HBHAHAHA（1）附合水准路线）附合水准路线(annexed leveling line)从从一一个个已已知知高高程程的的水水准准点点出出发发，沿沿各各高高程程待待定定点点进进行行水水准准测量，最后附合到另一个已知的水准点。测量，最后附合到另一个已知的水准点。特特点点：两两个个已已知知水水准准点点间间实实测测高高差差与与其其理理论论高高差差应应相相等等，即：即：闭合差闭合差(cl

8、osing error)fh0。n2023/1/20n18（2）闭合水准路线）闭合水准路线(closed leveling line)从从一一个个已已知知高高程程的的水水准准点点出出发发，沿沿各各高高程程待待定定点点进进行行水准测量，最后仍回到原水准点。水准测量，最后仍回到原水准点。特点：实测高差之和应为特点：实测高差之和应为0，即：，即：fh0n2023/1/20n19（3）支水准路线）支水准路线(spur leveling line)从从一一个个已已知知高高程程的的水水准准点点出出发发，沿沿各各高高程程待待定定点点进进行行水水准准测测量。支水准路线应进行往返测量。量。支水准路线应进行往返测

9、量。特特点点：往往测测高高差差总总和和与与返返测测高高差差总总和和应应大大小小相相等等，符符号号相相反反，即：即：fh=0n2023/1/20n20二、水准测量的外业工作二、水准测量的外业工作1图根水准测量图根水准测量(Mapping Leveling)常应用于建筑工程中常应用于建筑工程中2水准测量的一般方法水准测量的一般方法（1）两次仪器高法）两次仪器高法（2）双尺面法）双尺面法n2023/1/20n21（1）两次仪器高法）两次仪器高法要点：要点：a）同同一一测测站站两两次次不不同同仪仪器器高高度度的的水水平平视视线线（改改变变高高度应在度应在10cm以上）；以上）；b）理理论论上上，两两次

10、次测测量量的的高高差差应应相相等等。对对于于图图根根水水准准测量，高差的绝对值测量，高差的绝对值5mm，否则需要重测。，否则需要重测。n2023/1/20n22（2）双面尺法）双面尺法要点：要点：a）无无需需改改变变仪仪器器高高度度。只只是是读读取取水水准准尺尺的的红红、黑黑尺尺面读数。理论上，两次测量的高差应相等。面读数。理论上，两次测量的高差应相等。b）为为了了加加快快测测量量速速度度，常常采采用用“后后后后前前前前”（黑红黑红黑红黑红）读尺顺序。）读尺顺序。c）黑黑尺尺面面的的起起算算点点均均为为0，红红尺尺面面的的起起算算点点则则为为4.687和和4.787。因因此此，应应先先将将红红

11、尺尺面面计计算算出出的的高高差差100mm后才能与黑尺面的高差进行平均。后才能与黑尺面的高差进行平均。n2023/1/20n23（1）数字修约）数字修约将将测测量量数数据据有有效效位位数数舍舍去去的的过过程程。目目前前比比较较科科学学的的方方法法是是按按照照“四舍六入五成双四舍六入五成双”规则进行。规则进行。（2）“四舍六入五成双四舍六入五成双”规则规则a）有效位数的后一位有效位数的后一位 4舍去舍去 1.3423 1.342b）有效位数的后一位有效位数的后一位 6进一进一 1.6248 1.625c）有效位数的后一位有效位数的后一位=5时时：i）5后面还有数字后面还有数字进一进一 2.362

12、51 2.3634.28153 4.282 ii）5后面没有数字，最后一位保留数字为偶数后面没有数字，最后一位保留数字为偶数，则，则舍去舍去3.2385 3.238，1.5425 1.542 iii）5后面没有数字，最后一位保留数字为奇数后面没有数字，最后一位保留数字为奇数，则，则进一进一 3.2375 3.238，1.5455 1.546n2023/1/20n24【补充知识补充知识】数字修约规则：四舍六入五成双数字修约规则：四舍六入五成双三、数据记录及初步计算三、数据记录及初步计算【例题例题1】两次仪器高法两次仪器高法n2023/1/20n25【例题例题2】双面尺法双面尺法n2023/1/2

13、0n262.4 精度要求及内业计算精度要求及内业计算一、主要技术要求一、主要技术要求 依依据：工程测量规范（据：工程测量规范（GB 50026-2007）n2023/1/20n27二、水准测量校核二、水准测量校核n2023/1/20n28校核项目校核项目操作方法操作方法主要作用主要作用局限性局限性计算校核计算校核表格数据平衡计算表格数据平衡计算检查计算错误检查计算错误不不能能检检查查原原始始记记录是否有错录是否有错测站校核测站校核*两次仪器高法两次仪器高法*双面尺法双面尺法检查测站数据检查测站数据只只能能证证明明各各测测站站读数正确读数正确成果校核成果校核计算闭合差计算闭合差 fh综合检查成果

14、综合检查成果n2023/1/20n29水准路线水准路线闭合差闭合差 fh容许闭合差容许闭合差 fh闭合水准路线闭合水准路线fhh测测fh12 mmfh40 mm附合水准路线附合水准路线fhh测测h理理（h理理H终终H始始）支水准路线支水准路线fhh往往h返返三、内业成果校核及改正三、内业成果校核及改正1.闭合差校核闭合差校核2.闭合差调整闭合差调整（a）知道每测段的测站数）知道每测段的测站数ni（b）知道每测段的距离）知道每测段的距离Lin2023/1/20n30四、例四、例 题题【例题例题4】附合水准路线附合水准路线n2023/1/20n31n2023/1/20n32注意注意：（1）最终结果

15、里，改正数）最终结果里，改正数V一定等于闭合差一定等于闭合差fh；（2）如果改正数）如果改正数V不能整数分配（不能整数分配（mm为单位）到各测段，一般为单位）到各测段，一般情况将余数分配到测站最多（或者水平距离最长）的测段。情况将余数分配到测站最多（或者水平距离最长）的测段。n2023/1/20n33fh=h测测=3.708+2.456-1.947-2.980-1.195=0.0423.708+2.456-1.947-2.980-1.195=0.042h=12 12 =1212 =76mm76mm；v=-h/n=-42/40=-1.05mm 40+0.042-8-6-11-5-12-423.7

16、002.450-1.958-2.985-1.207052.37254.82252.86449.87948.672【例例题题5】闭闭合合水水准路线准路线2.5 水准仪的检验水准仪的检验一一、水水准准仪仪的的轴轴线线与与关关系系1.水准仪的主要轴线水准仪的主要轴线视准轴视准轴 CC水准管轴水准管轴LL仪器竖轴仪器竖轴VV圆水准器轴圆水准器轴LL十字丝横丝十字丝横丝注注：自自动动安安平平水水准准仪仪没没有有轴轴线线LLLL。n2023/1/20n342.水准仪轴线之间的关系水准仪轴线之间的关系水准管轴水准管轴/视准轴视准轴 LL/CC圆水准器轴圆水准器轴/竖轴竖轴 LL/VV十字丝中丝十字丝中丝 竖

17、轴竖轴 n2023/1/20n353.水准仪的检验水准仪的检验（1）圆水准器轴与仪器竖轴平行的检验）圆水准器轴与仪器竖轴平行的检验n2023/1/20n36（2）十字丝横丝与仪器竖轴垂直的检验）十字丝横丝与仪器竖轴垂直的检验n2023/1/20n37（3）水准管轴与视准轴平行的检验）水准管轴与视准轴平行的检验（自动安平水准仪不需此项）（自动安平水准仪不需此项）n2023/1/20n382.6 水准测量误差水准测量误差 1.仪器误差仪器误差（1）水准仪校正的残余误差）水准仪校正的残余误差（i角角0）前前、后后视视距距相相等等，可可消消除除或或者者减减弱弱i角角误误差差的的影影响响。（|i角角|2

18、0|20时，可以不校正仪器时，可以不校正仪器）（2）水准尺误差）水准尺误差采用符合技术要求的水准尺采用符合技术要求的水准尺n2023/1/20n392.观测误差观测误差（1）读数误差）读数误差（2）水准尺（前后）倾斜）水准尺（前后）倾斜（3）视差）视差n2023/1/20n403.外界环境的影响外界环境的影响（1）仪器下沉和尺垫下沉的误差）仪器下沉和尺垫下沉的误差（2）地球曲率的影响）地球曲率的影响（3）大气折光的影响）大气折光的影响（4）温度变化的影响）温度变化的影响n2023/1/20n412.7 地球曲率和大气折光影响的消除地球曲率和大气折光影响的消除一、地球曲率的影响及消除一、地球曲率

19、的影响及消除1.地球曲率的影响地球曲率的影响2.消除方法消除方法前、后视距相等！前、后视距相等！n2023/1/20n42二、大气折光的影响及消除二、大气折光的影响及消除1.大气折光的影响大气折光的影响在在阳阳光光直直射射下下，地地面面温温度度较较高高，靠靠近近地地面面的的空空气气温温度度也也较较高高，其其密密度度较较上上层层为为稀稀薄薄。水水准准仪仪的的水水平平视视线线离离地面越近，光线的折射就越大。地面越近，光线的折射就越大。2.消除方法消除方法（a）视线离地面的距离不小于）视线离地面的距离不小于0.2m；（b）选择大气状况比较稳定的时段观测。）选择大气状况比较稳定的时段观测。n2023/

20、1/20n43【课外思考题课外思考题】（1）pp44 题题2-2、2-4、2-5、2-6（2）完完成成课课本本表表2-2中中各各转转点点TPi的的高高程程计计算算，并并要要求求列列出出高程计算过程。高程计算过程。（3）习题）习题2-9（4）习习题题2-8中中，如如果果A点点高高程程为为16.335m，请请列列表表计计算算各各转点高程及转点高程及B点高程。点高程。（5）课课本本表表2-1中中，如如果果BM-D的的实实际际高高程程HD14.462m，各各测测段段的的水水平平距距离离Li分分别别为为150m、250m、150m、250m、200m。请完成以下问题：。请完成以下问题：1）求出转点）求出转点15的高程；的高程；2）检验测量成果是否符合要求，并进行改正计算。）检验测量成果是否符合要求，并进行改正计算。n2023/1/20n44