《工程测量》水准测量教案资料.ppt

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1、工程测量水准测量 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n2.1 水准测量原理水准测量原理 n水准仪水平视线，读取水平视线在标尺上的读数，n水准测量方向AB。nA尺后视尺，读数a后视读数。nB尺前视尺，读数b前视读数。nAB高差 hAB=abnA点高程HA已知，求出B点高程 HB=HA+hABn视线高程 Hi=HA+anB点高程 HB=Hi bn常用于施工测量，放样点的高程。nA，B两点相距较远时，连续水准测量。n中间设置转点(TP)，放置尺垫。nh1=a

2、1b1，h2=a2b2，h3=a3b3，hn=anbn。nhAB=h1 h2 h3 hn=hinhAB=aibin2.2 水准测量的仪器与工具水准测量的仪器与工具 n水准仪，水准尺，尺垫。n微倾式水准仪n调整微倾螺旋管水准气泡居中水平视线，n水准仪望远镜、水准器、基座。n1)望远镜望远镜n作用照准竖立水准尺并读取水准尺上的读数。n组成物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜。n倒像望远镜，正像望远镜。n视准轴CC物镜中心物镜中心与十字丝分划板中心十字丝分划板中心连线。n中丝读取视准轴CC与标尺交点的读数。n上下丝读取水准仪到标尺的距离(视距)。n十字丝分划板结构n安装在金属圆环上，n用四颗校正螺丝固

3、定在望远镜筒上。n倒像望远镜成像原理n放大倍数V=nDS3水准仪V=28n视差：标尺像没成在十字丝分划板上引起的读数误差n消除：望远镜对准天空(或明亮背景)，n旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。n望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。n望远镜对准天空(或明亮背景)n旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。n望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，n使标尺像清晰。n2)水准器水准器n分类圆水准器，管水准器。n圆水准器轴LL内圆弧中点的法法线，n气泡居中时，LL铅垂。n圆水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。nDS3的=810。n圆水准器轴LL竖轴VV，用于粗略整平仪器。n管水准器轴LL内圆

4、弧中点切切线，n气泡居中时，LL水平。n管水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。nDS3的=20。n管水准器轴LL望远镜视准轴CC，精确整平仪器。n管水准器安装。n管水准器符合棱镜系统，提高管水准气泡的居中精度。n3)水准尺与尺垫水准尺与尺垫n水准尺：2m5m，有四种类型，常用直尺。n直尺A、B尺，两把一对，n每把有黑、红两面分划与注记。nA尺黑面分划03m，红面分划4.687m7.687m。nB尺黑面分划03m，红面分划4.787m7.787m。nA、B尺黑面注记的零点差为0，n红面注记的零点差为0.1m。2.375m1.150m0.710m正像望远镜观测标尺读数n尺垫转点处放置水准尺用。n

5、生铁铸成的三角形板座。n(3)微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用n水准测量操作步骤：粗平瞄准水准尺精平读数 n粗平粗平旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。n瞄准：瞄准：先目镜对光，再物镜对光，消除视差。n粗略瞄准：粗略瞄准：松开制动螺旋，照准标尺，n使准星、照门、标尺在一直线上。n精确瞄准：精确瞄准：拧紧制动螺旋，从望远镜观察标尺像，n旋转微动螺旋，使十字丝竖丝位于标尺中央。n精平：精平：旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中。n管水准气泡偏离中点较大时，旋转微倾螺旋的同时，n从仪器侧面观测管水准气泡的移动，使其大致居中，n再从管水准器观察窗口查看符合情况。从管水准器观察窗口查看符合情况n读数：读数：倒

6、像望远镜，从上向下读。nm位与dm位直读标尺上的数字，ncm为数格子，mm位估读。n红黑面读数差为6295-1608=4687。n2.3 水准测量的方法与成果处理水准测量的方法与成果处理n(1)水准点水准点 n水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。n一、二等为精密水准测量，三四等为普通水准测量。n为统一全国高程系统和满足各种测量的需要n国家各级测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点n称水准点(BM)，分地面点与墙上点。n(2)水准路线水准路线n水准点之间进行水准测量所经过的路线。n附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。n检核条件高差闭合差fh。n附合水准路线：fh=hi(HBM2 HB

7、M1)。n闭合水准路线：fh=hi0=hi。n支水准路线：fh=h往h返。n(2)水准测量方法水准测量方法n每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。n1)两次仪器高法n两次不同仪器高度的水平视线n(改变仪器高度应在10cm以上)n测定相邻两点间的高差，n图根水准测量n两次高差之差应小于5mm，否则应重测。n2)双面尺法双面尺法 n读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，n前、后视尺的黑面读数计算出一个高差，n前后视尺的红面读数计算出另一个高差，n两次高差之差应小于5mm，否则应重测。n 瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；n 瞄准后视点水准尺红面分划精平读数；n 瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数

8、；n 瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。n上述观测顺序简称为“后后前前”。n(5)水准测量成果处理水准测量成果处理n根据已知水准点的高程，水准路线高差观测值，n分配高差闭合差，计算出未知点的高程。n附合水准路线fh=hi(H终 H起)。n闭合水准路线fh=hi0=hi。n支水准路线fh=h往h返。n图根水准高差闭合差允许值fh允n平坦地区 fh允=40L(mm)n 山地fh允=12n(mm)nfh fh允时，可以分配高差闭合差。n原则：反号，按路线长Li(平坦)或测站数ni(山地)比例分配n高差改正数 Vi公式：n例例2-1 按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果，BMA和BMB为已知高

9、程水准点，箭头为水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差，路线下方数字为该段路线的长度，试计算待定点1，2，3点的高程。n计算高差闭合差fh，限差fh允。nfh=hi(HB HA)=4.330-(49.579-45.286)=0.037m=37mmn fh允=40L=407.4=109mmnfh fh允，可以分配闭合差。n使用Excel计算n使用Excel打开光盘“Excel文件表2-3.xls”文件，n察看计算公式与结果。用fx-5800P程序PM3-6计算n2.4 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正n(1)水准仪的轴线及其应满足的条件水准仪的轴线及其应满足的条件n

10、视准轴CC、管水准器轴LL、圆水准器轴LL、竖轴VV。n应满足三个条件：n 圆水准器轴LL竖轴VV；n 十字丝分划板的横丝竖轴VV；n 管水准器轴LL视准轴CC。水准仪的主要轴线n 圆水准器轴LL竖轴VVn旋转脚螺旋圆水准气泡居中；n仪器绕竖轴旋转180，气泡中心偏离圆水准器零点时，n关系不满足，需要校正。n旋转脚螺旋调整气泡偏移量的一半。n松开圆水准器固定螺丝，n旋转圆水准器校正螺丝气泡中心移到圆水准器零点。n仪器再绕竖轴旋转180，n气泡中心与圆水准器的零点重合时，校正完毕，n否则还需要重复前面的校正工作。n勿忘拧紧固定螺丝。n 十字丝分划板横丝竖轴VVn整平仪器，十字丝横丝一端对准远处一

11、明显标志点，n旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪n标志点始终在横丝上移动横丝垂直于竖轴。n否则，需要校正。n旋下十字丝分划板护罩n用螺丝刀松开四个压环螺丝n按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再检验。n最后应拧紧四个压环螺丝。n 管水准器轴LL视准轴CCn若不平行，则有i角。n选择场地：平坦，A，B两点相距约80m，立尺。n安置水准仪于两尺中间，观测高差hAB=a1b1，不受i角影响。n安置水准仪距B点23m处，观测高差hAB=a2b2。n两次高差之差h=hABhAB。n”=206265，弧秒值。i”应小于20，否则应校正。n求出点B尺正确读数：a2=a2 h。n旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准

12、 a2 n管水准气泡必然偏离中心，n用校正针拨动管水准器一端的上、下两个校正螺丝n使气泡的两个影像符合。n2.5 水准测量的误差及其削减方法水准测量的误差及其削减方法n仪器误差、观测误差和外界环境的影响仪器误差、观测误差和外界环境的影响n(1)仪器误差仪器误差 n1)校正残余误差ni角误差(大于20才需要校正)，n保持前、后视距相等。n2)水准尺误差 n检验水准尺每米间隔平均真长与名义长之差。n区格式木质标尺，不应大于0.5mm。n否则，应在所测高差中进行米真长改正。n一对水准尺的零点差，n在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。n(2)观测误差观测误差 n1)管水准气泡居中误差n设分划值

13、=20/2mm，视线长为100m，n气泡偏离居中位置0.5格由此引起的读数误差为5mm。n每次读尺前应严格居中管水准气泡。n2)读数误差nmm位数字十字丝横丝在标尺厘米分划内位置估读n望远镜内看到的横丝宽度相对厘米分划格宽度比例n决定了估读的精度，n读数误差与望远镜的放大倍数及视线长有关，n视线愈长，读数误差愈大，n规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，n视线长80m。n3)水准尺倾斜n读数时，水准尺应竖直。n水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜视场中不会察觉，n由此引起的水准尺读数总是偏大。n视线高度愈大误差就愈大。n在水准尺上安装圆水准器保证尺子竖直。n4)视差n水准尺像没有准确成在十字

14、丝分划板上，n造成眼睛的观察位置不同时，n读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。n按操作规定进行目镜对光，物镜对光。n(3)外界环境影响外界环境影响n1)仪器下沉和尺垫下沉n仪器或水准尺安置在软土或植被上产生下沉。n“后前前后”的观测顺序，削弱仪器下沉的影响，n往返观测取观测高差的中数，削弱尺垫下沉的影响。n2)大气折光影响n晴天，日光照射下，地面温度较高，n靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。n水准仪的水平视线离地面越近，光线折射越大。n规范规定，三、四等水准测量，n应保证上、中、下三丝能读数，n二等水准测量则要求下丝读数0.3m。n3)温度影响n日光照射水准仪，n仪器各构件受热不

15、匀引起不规则膨胀，n影响仪器轴线间的正常关系观测产生误差。n观测时注意撑伞遮阳。n2.6 自动安平水准仪自动安平水准仪 n没有管水准器与微倾螺旋。n设视准轴水平时，水准尺上的正确读数为a，n圆水准器粗平，视准轴相对于水平面将有微小倾斜角。n无补偿器时水准尺上读数设为a,n物镜与目镜间的补偿器使进入十字丝分划板的光线偏转。n正确读数光线经补偿器后正好通过十字丝分划板的横丝，n读出视线水平时的正确读数a。n天津欧波公司DS30自动安平水准仪n2.7 精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺 n精密水准仪用于国家一、二等水准测量n高精度工程测量。n(1)精密水准仪的特点精密水准仪的特点n 望远镜

16、放大倍数大，分辨率高，n放大倍数，DS138倍，DS0540倍。n 管水准器分划值为10/2mm，精平精度高。n 望远镜的物镜有效孔径大，亮度好。n 望远镜外表材料一般采用受温度变化小的铟瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响。n 平板玻璃测微器读数，读数误差小。n 配备精密水准尺。n(2)精密水准尺精密水准尺(铟瓦水准尺铟瓦水准尺)n木质尺身凹槽内引张一根铟瓦合金钢带，n零点端固定在尺身，n另一端用弹簧以一定的拉力n将其引张在尺身上，n铟瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。n长度分划在铟瓦合金钢带上，n数字注记在木质尺身上。n右图为与徕卡 N3 精密水准仪配套使用的n精密水准尺。n右边为基本分划，

17、零点注记为0m，n左边为辅助分划，零点注记为3.0155m。n(3)徕卡徕卡N3正像精密水准仪及读数原理正像精密水准仪及读数原理每km往返测高差中数中误差为0.3mm。威特旧N3倒像微倾式精密水准仪n(4)国产国产DSZ2自动安平精密水准仪及其读数原理自动安平精密水准仪及其读数原理n苏州一光公司n交叉吊丝结构补偿器，其工作范围为14，n视线安平精度为0.3，安装平板玻璃测微器FS1时，n每km往返测高差中数的中误差为0.5mm，n可用于国家二等水准测量，读数原理同N3。DSZ2补偿器的结构n其它特色水准仪简介其它特色水准仪简介n国产带水平度盘水准仪DS3-Dn瑞士Kern suisse微倾式水

18、准仪n无脚螺旋，使用球形基座整平Wild N2Wild N2微倾式水准仪微倾式水准仪Wild NK2Wild NK2水准仪水准仪,1969,1969年年n2.8 电子水准仪和条码水准尺电子水准仪和条码水准尺 n世界第一台电子精密水准仪徕卡NA2002,1990年推出。n日本拓扑康日本拓扑康Topcon DL-101/102n1994年推出。年推出。n仪器望远镜光路中增加分光镜和光电探测器n采用条形码分划水准尺，图像处理电子系统n构成光、机、电及信息存储处理一体化水准测量系统。n徕卡DNA03中文电子精密水准仪，2002年推出。n徕卡DNA03/10电子水准仪模拟器n光 盘 文 件“电 子 水

19、准 仪 模 拟 器 徕 卡 DNA系 列DNASim.exe”nDNA03主要技术指标n磁性阻尼补偿器安平视线，n补偿范围为8，补偿精度为0.3，n高差观测误差为0.3mm/km(采用铟瓦水准尺)，n最小读数为0.01mm，n测距精度为1cm/20m，测距范围为1.8m60m，n内存可存储1650组测站数据或6000个测量数据，n采用6V镍氢电池供电，n一块充满电的GEB121电池可供连续测量12h。n DNA03的PDF 格式说明书参见随书光盘文件。双侧无限位微动螺旋钻石般的圆水准器(有照明)带有粗瞄器的固定提把低耗能电池字母数字键盘RS232接口PCMCIA 卡出色的光学系统可定制的显示屏

20、中轴位置中轴位置的测量按钮的测量按钮分离的分离的 DATA 和和 ESC 键键分离的开关键分离的开关键 独立的独立的的定位键的定位键内存内存:6000 测量点或测量点或1650个测站的前后视个测站的前后视杰出的杰出的设计和外型设计和外型宽大的宽大的LC显示屏显示屏可变的数据可变的数据输出格式输出格式 主要特点主要特点:0.3mm/0.7mm/kmPCMCIA 数据存贮数据存贮(DiNi12)或在线数据存贮或在线数据存贮(DiNi22)静态的静态的 30cm电子视场电子视场补偿器置平精度补偿器置平精度 0.2/0.5 放大倍率放大倍率 32x/26x字母与数字键盘字母与数字键盘线路平差线路平差不

21、足不足:笨大，稍有点重笨大，稍有点重较小的显示窗较小的显示窗(4x21字符字符)无圆水准器照明无圆水准器照明无标准电池的概念无标准电池的概念用用Trimble仪器的仪器的PCMCIA卡才能测量卡才能测量主要特点主要特点:0.6mm/1.0mm/km 内部数据存贮内部数据存贮(2000个点个点)120的电子视场的电子视场 补偿器置平精度补偿器置平精度 0.3 放大倍率放大倍率 32x 放大倍率放大倍率 测量时间短测量时间短 1.0 mm精度精度 120的视场的视场 价格低价格低不足不足:按键少按键少 无字母数字键盘无字母数字键盘 显示少（显示少（4x21个字符个字符)比较大比较大 无圆水准器照明无圆水准器照明 无标准电池概念无标准电池概念 只有内存只有内存/RS232 测一等水准较勉强测一等水准较勉强