(精品)第三测量.ppt

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1、第三章 水准测量3.1水准测量的原理3.2水准测量的仪器与工具3.3水准仪的使用3.4水准测量的外业实施3.5水准测量的内业3.6水准测量的误差分析课件制作人：樊彦国课件制作人：樊彦国地面点的位置是用平面坐标和高程来表示。测量地面各点高程的工作成为高程测量。高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量三类。水准测量是利用水准仪提供的水平视线测定两点间的高差，进而求得测点高程。是高程测量中最基本、精度最高的一种方法，在国家级高程控制、工程勘察和施工放样中得到广泛应用。三角高程测量是利用经纬仪测量倾角再按三角函数解算出测点高程。该方法精度不高，适用于在山区、井下斜巷等进行低精度的高程测量。气压

2、高程测量是根据大气压力随地面高程变化而变化的原理，用气压计测定测点高程。精度最低。3.1水准测量的原理水准测量是利用一条水平视线并借助水准尺，测定两点间的高差，由已知点高程推算未知点的高程。欲测定A、B两点间的高差hAB，可在A、B两点间安置一台能提供水平视线的水准仪，在A、B两点上分别竖立带刻画的水准尺，根据水准仪的水平视线，在A点尺上读数，记为a，在B点尺上读数，记为b，则A、B两点间的高差为：水准测量是由A到B点进行。A点为已知高程点，A点的水准尺读数a称为后视读数，B点为欲求高程的点，B点的水准尺读数b称为前视读数。高差等于后视读数减去前视读数。高差的符号有正有负。当高差为正时，表示前

3、视点B高于后视点A，当高差为负时，表示前视点B低于后视点A。计算高差时，一定要用后视读数减去前视读数，次序不能颠倒。根据A点高程和所测的A、B两点间的高差，可求得B点的高程：上式表明待定点高程测量实际上为两相邻点之间的高差测量。高程测量的实质就是高差测量。当根据一个已知高程的后视点，同时测定多个未知点高程时，可利用仪器的视线高程计算：3.2水准测量的仪器与工具水准测量所使用的仪器是水准仪，工具为水准尺和尺垫。国产水准仪按精度划分为四个等级：DS05、DS1、DS3、DS10。字母D和S分别代表“大地测量”和“水准仪”的第一个汉语拼音的第一个字母，后面数字仪器的精度。工程测量中广泛使用的是DS3

4、级水准仪。一、水准仪水准仪是指能够提供水平视线的仪器，主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。望远镜：用于瞄准目标并在水准尺上读数。由物镜、十字丝、对光透镜和目镜四部分组成。物镜和对光透镜的作用是使物体在十字丝平面上成像。十字丝的作用是照准尺子和读数。竖向的称为竖丝，横向的长丝称为横丝（中丝）。横丝上下的两条对称的短丝称为视距丝，用于测量距离。十字丝交点与物镜光心的连线称为视准轴。水准器：用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。分圆水准器和管水准器两种。圆水准器安装在基座上，供粗略整平用，管水准器安装在望远镜旁，用于精确整平视准轴。为提高目估水准管气泡居中精度，微倾式水准仪的水准管上方安

5、装有复合棱镜系统。如果气泡不居中，气泡的两个半边影象不重合。自动安平水准仪：利用水准管整平仪器费时费力，目前多采用补偿器代替复合棱镜系统，取消水准管。使用时只需用圆水准器粗略整平，补偿器可使仪器视线精确水平。二、水准尺水准尺是水准测量的标尺。地面水准测量常用的水准尺有直尺和塔尺两种。直尺长度有2m和3m，塔尺长为5m，尺上刻画一般1cm或5mm一格。塔尺多用于地形测量，双面尺多用于三、四等水准测量。双面尺的一面用黑白相间刻画，称为黑面尺或主尺，另一面用红白相间刻画称为红面尺或副尺。黑面尺起始读数为零，红面尺的起始读数分别为4.687m和4.787m。双面尺必须成对使用。直尺和塔尺三、尺垫当两个

6、水准点之间距离较远或高差较大，直接测定两点高差有困难时，应在中间设立若干个中间点（转点），以传递高差。尺垫的作用是在转点处放置水准尺，踩入土中，可防止水准尺下沉。3.3水准仪的使用水准仪的正确操作程序包括：安置仪器、粗略整平、瞄准、精确整平和读数。一、水准仪安置打开三脚架，使高度适宜，目估架头大致水平，将三脚架尖踩入土中，用中心螺旋固定水准仪于架头上。二、粗略整平：用脚螺旋使圆水准器气泡居中。三、瞄准水准尺（1）目镜对光使十字丝成像清晰。（2）松开制动螺旋瞄准水准尺，再制动。（3）物镜对光，使水准尺影象清晰；转动微动螺旋使尺子像靠近十字丝竖丝一侧，便于读数。（4）消除视差(物像平面与十字丝平面

7、不重合)。四、精确整平：用水准管，灵敏度高。转动方向后，水准管气泡会偏离中央。用微倾螺旋使气泡两端影象符合后再读数。五、读数：从小到大估读至毫米，四位数，不足补零。再检查水准管气泡是否居中。每次读数时水准仪的视线必须是严格水平的。视准轴水平与否是由水准管气泡是否居中来判断。水准仪应满足的条件：1、水准管轴平行于视准轴，2、圆水准器轴平行于仪器竖轴，3、十字丝横轴垂直于仪器竖轴。3.4水准测量的外业实施一、水准测量的实施从一个已知高程的水准点开始，按一定的水准路线引测出所需各点的高程。当两点之间距离较远或高差较大时，只安置一次仪器不能测出两点间的高差，需在两点间设立若干中间立尺点（转点），连续多

8、次安置仪器，测出每段高差，则两点间的高差等各段高差的和。水准外业施测：注意事项：选转点时，应步测使前后视距离大致相等，目的是消除因水准管轴与视准轴不平行引起的误差。立尺点与仪器间的距离约50-80m，最大不超过100m。先后视，后前视，将读数记入记录手簿。二、水准测量的外业检核目的：防止测量错误，提高测量成果精度和效率。1、变更仪器高法：在同一测站上用不同的仪器高测两次高差，相互比较进行检核。测得第一次高差后，变更仪器高度应大于10cm，重新安置仪器，再测一次高差。对于等外水准测量，两次所测高差之差应不大于6mm。符合要求后，取两次高差的平均值作为最终高差。否则，分析原因，重测。变更仪器高测站

9、检核：测站点号后视读数/m前视读数/m高差/m高程/m后视减前视平均高差+-+-IA1.8901.9920.7450.7410.743132.81511.1451.251II11.1521.64222.1132.2450.6010.6030.602合计18.80616.4282.6961.507计算检核h=(18.806-16.428)/2=+1.189+1.1892、双面尺法仪器高度保持不变，在后、前视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差相互进行检核。对等外水准测量，若同一个水准尺的红面与黑面读数（加尺常数后）之差不超过4mm，黑、红面高差之差（红面所测高差加或减100m

10、m）不超过6mm，取平均值作为该站的观测高差。否则重测。双面尺法检核示例：测站测点后视读数/m前视读数/m高差/m平均高差高程备注点号尺号IA051.400(黑)6.187(红)0.833(黑)0.932(红)+0.83205号尺的尺常数为4.787m，06号尺的尺常数为4.687m。1060.567(黑)5.255(红)II1061.924(黑)6.611(红)-0.074(黑)-0.175(红)-0.0742051.998(黑)6.786(红)III205306计算检核1、黑红面读数之差=黑面读数+尺常数 红面读数2、黑红面所测高差之差=黑面高差-（红面高差0.100m）3、平均高差=黑面

11、高差+（红面高差 0.100m）/23.5水准测量的内业水准测量外业工作结束后，先检查外业手簿，确认无误后，转入内业计算。内业计算内容包括：1、水准路线闭合差计算，2、闭合差的分配，3、水准点高程计算。一、水准路线闭合差的计算产生的原因：水准测量是在野外进行的，各种外界因素的影响，使得测量成果中不可避免地含有一定的误差甚至错误。由于误差的存在，水准测量的实测高差与其理论值往往不相符合，其差值称为水准路线闭合差。1、闭合水准路线闭合差的计算A123l1l2l3l4h1h2h3h4闭合水准路线的定义：从一个已知高程的水准点出发，经过若干待定点，又回到该起始点的水准路线。闭合水准路线高差的代数和在理

12、论上应等于零。如果实测的高差代数和不等于零，则不为零的数值称为高差闭合差。高差闭合差可用来衡量测量成果精度，有一允许值。对等外水准测量，其允许值为：2、附合水准路线闭合差的计算附合水准路线的定义：从一个已知水准点出发，经过若干个待定点，最后附合到另一个已知高程水准点的水准路线。附合水准路线闭合差的理论值为两个已知水准点的高差。即所有测段高差的代数应等于A、B两点间的已知高差，如不相等，其差值为高差闭合差。A12l1l2l3h1h2h3B3、支水准路线高差闭合差的计算水准支线的定义：从一个已知水准点A出发，经过待定点1、2到达待定高程点3的水准路线水准支线没有已知点作检核，一般需要进行往返观测。

13、A12h1h2h33理论上，水准支线往测高差代数和与返测高差代数和绝对值相等，符号相反。由此可得支水准路线往返测高差闭合差计算公式：水准支线高差闭合差允许值的计算与闭合和附合路线相同，但路线长度取单程。二、水准路线闭合差的分配当实测高差闭合差小于允许值时，应对实测高差闭合差进行合理分配。水准支线高差闭合差的分配：把各段往返测高差的绝对值取平均值，按往测方向取高差的正负号。闭合与附合水准路线高差闭合差的分配，一般按与测站数成正比或按路线长度成正比将高差闭合差反号分配到各测段高差中。设水准路线测站总数为n，水准路线总长度为L；第i测段的测站数为ni，第i测段的路线长度为li，则第i测段的改正数vi

14、：闭合差分配后，应检验计算的正确性：三、水准点高程的计算根据已知水准点的高程和改正后的高差逐一推算出各待定点的高程。A123l1l2l3l4h1h2h3h4例3-1：闭合水准路线如图，A点高程为227.043 m，各测段的实测高差、测站数与测段长度见表。测点A123A合计距离km测站数实测高差m0.55+5.6930.44+3.2650.33-2.3060.66-6.6321.818+0.020计算步骤：（1）计算闭合差：（2）计算改正数和改正后的高差：（3）计算高程：从已知点出发，逐点推算。计算成果表测点A123A合计距离km测站数实测高差m0.55+5.6930.44+3.2650.33-

15、2.3060.66-6.6321.818+0.020改正数mm改正后高差m-6+5.687-4+3.261-3-2.309-7-6.639-200.0000高程m227.043232.730235.991233.682227.0433.6水准测量的误差分析使用测绘仪器在野外条件下由人工进行的水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误差、人为的观测误差和外界条件的影响。一、仪器误差：主要包括水准仪经过检验校正后的残余误差和水准尺的误差。1、残余误差：主要表现在水准管轴与视准轴不平行。此误差与距离成正比，观测时若保证前后视距大致相等，则可消除或减弱此项误差的影响。2、水准尺误差：水准尺的刻画不准确，尺长

16、发生变化、弯曲等，影响水准测量精度。水准尺需经过检验校正，符合要求方能使用。二、观测误差1、读数误差：假设望远镜的放大倍数为V，人眼的极限分辨率为60，水准仪到水准尺的距离为D，则水准尺上估读毫米数的误差mv与人眼的分辨率、望远镜的放大倍数及视线长度存在如下关系：2、视差影响：存在视差时，由于水准尺影象与十字丝分划板平面不重合。眼睛观察的位置不同时，读出的读数不同，产生读数误差。观测时必须消除视差。3、水准管气泡居中误差设水准管分划值为，居中误差一般为0.15。采用符合水准器时气泡的居中误差可提高一倍，居中误差为：4、水准尺倾斜误差：水准尺倾斜将使尺上的读数增大：如果水准尺倾斜角，则设=303

17、0，在水准尺1m处读数时，将产生2mm的误差。视线离地面越高，读取的数据误差越大。ll 三、外界条件影响1、仪器下沉与尺垫下沉：土质松软的地面易产生下沉，影响测量精度。实际测量时应将仪器的脚架和尺垫在地面上踩实。2、地球曲率与大气折光的影响（1）、地球曲率的影响：水平面代替水准面对高差产生的误差h称为地球曲率对高程的影响。ORaDDbbh用D代替D，并考虑h远远小于2R，则D/m501002003005001000h/mm0.20.83.17.119.678.5（2）大气折光影响：水准仪水平时视线成为一条曲线。研究表明该曲线的曲率半径约为地球曲率半径的7倍，对高差的影响规律与地球曲率的影响相同。AB123rfh1水平视线2折光后曲线3大地水准面平行线C水平面代替水准面对标尺读数的影响。r大气折光对标尺读数的影响D仪器到水准尺的距离R地球的平均半径3、温度的影响温度变化不仅引起大气折光的变化，而且仪器受到烈日的照射，水准管气泡将产生偏移，影响仪器水平，产生气泡居中误差。观测时应注意撑伞遮阳，避免阳光直接照射。