高程测量的方法水准测量法.pptx

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1、高程测量的方法水准测量法高程测量的方法水准测量法第一节第一节 水准测量原理水准测量原理一、水准测量的原理一、水准测量的原理二、后视、前视读数和后视、前视距离二、后视、前视读数和后视、前视距离三、高差符号分析三、高差符号分析 四、高程的计算四、高程的计算 第1页/共60页一、水准测量的原理一、水准测量的原理 1.1.高程测量概念高程测量概念测测定定地地面面点点高高程程的的工工作作，称称为为高高程程测测量量。高高程程测测量量的的方方法法：水水准准测测量量法法、三三角角高高程程测测量量法法、气气压压高高程程测测量量法法、GPSGPS高高程程测测量量法法。水准测量是测出地面点高程的方法之一。水准测量是

2、测出地面点高程的方法之一。第2页/共60页2.2.水准测量原理、实质水准测量原理、实质水水准准测测量量是是利利用用一一条条水水平平视视线线，并并借借助助水水准准尺尺，来来测测定定地地面面两两点点间间的的高高差差，这这样样就就可由已知点高程推算出未知点高程。可由已知点高程推算出未知点高程。水水准准测测量量的的实实质质：确确定定地地面面两两点点间间的的高高差差,然后通过已知点的高程然后通过已知点的高程,求出未知点的高程。求出未知点的高程。第3页/共60页二、后视、前视读数和后视、前视距离二、后视、前视读数和后视、前视距离 第4页/共60页a a后视读数后视读数 A A后视点后视点(已知已知点点)b

3、 b前视读数前视读数 B B前视点前视点(未知点未知点)后视读数：已知高程点上立尺的读数。后视读数：已知高程点上立尺的读数。前视读数：未知高程点上立尺的读数。前视读数：未知高程点上立尺的读数。后视距离：仪器到后视点的距离。后视距离：仪器到后视点的距离。前视距离：仪器到前视点的距离。前视距离：仪器到前视点的距离。第5页/共60页测站和转点测站和转点解决相隔较远两点间高差的办法是：解决相隔较远两点间高差的办法是：解决相隔较远两点间高差的办法是：解决相隔较远两点间高差的办法是：在两点之间加若干个竖立尺子的点，连续地将相邻两在两点之间加若干个竖立尺子的点，连续地将相邻两在两点之间加若干个竖立尺子的点，

4、连续地将相邻两在两点之间加若干个竖立尺子的点，连续地将相邻两点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个测站测站测站测站 这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，其本身的高程可以不求出，故通常称为其本身的高程可以不求出，故通常称为其本身的高程可以不求出，故通常称为其本身的高程可以不求出，故通常称为转点转点转点转点。

5、第6页/共60页第7页/共60页三、高差符号分析高差hAB的符号：若ab，则hAB0，B点比A点高若a=b，则hAB=0，B点与A点同高若ab，则hAB0，B点比A点低第8页/共60页四、高程的计算水准测量计算高程的方法有两种：水准测量计算高程的方法有两种：高差法高差法:由高差计算高程由高差计算高程h hABAB=a-b H=a-b HB B=H=HA A+h+hABAB仪仪器器高高法法(视视线线高高法法)：由由仪仪器器的的视视线线高高程计算未知点高程程计算未知点高程H Hi i=H=HA A+a H+a HB B=H=Hi i-b-b 第9页/共60页第二节水准测量的仪器与工具一、微倾式一、

6、微倾式DS3级水准仪的构造级水准仪的构造二、水准尺和尺垫二、水准尺和尺垫三、水准仪的安置和使用三、水准仪的安置和使用第10页/共60页一、微倾式一、微倾式DSDS3 3级水准仪的构造级水准仪的构造 微微倾倾式式水水准准仪仪按按精精度度不不同同，可可分分为为DSDS0505、DSDS1 1、DSDS3 3、DSDS1010、DSDS2020五个等级。五个等级。第11页/共60页直接利用水准管来判断视准轴是否水平的水准仪称为水准管水准仪水准管水准仪第12页/共60页第13页/共60页水准仪应满足的主要条件水准仪应满足的主要条件水准仪应满足的主要条件有：水准仪应满足的主要条件有：一一是是水水准准管管

7、的的水水准准轴轴应应与与望望远远镜镜的的视视准准轴轴平行平行:LL/CC；二二是是望望远远镜镜的的视视准准轴轴不不因因调调焦焦而而变变动动位位置置（此条件是为满足第一个条件而提出）。（此条件是为满足第一个条件而提出）。第14页/共60页水准仪应满足的次要条件也有两个：水准仪应满足的次要条件也有两个：一一是是圆圆水水准准器器的的水水准准轴轴应应与与水水准准仪仪的的旋旋转转轴平行轴平行:LL/VV；二二是是十十字字丝丝的的横横丝丝应应当当垂垂直直于于仪仪器器的的旋旋转转轴轴:HH VV。第15页/共60页二、水准尺和尺垫二、水准尺和尺垫 1.1.1.1.水准尺水准尺水准尺水准尺(leveling

8、staff)leveling staff)leveling staff)leveling staff)主主要要有有直直尺尺(单单面面尺尺、双面尺双面尺)、折尺和塔尺。、折尺和塔尺。较较高高精精度度的的水水准准测测量量规规定定只只能能用用直直尺尺。水水准尺有准尺有3 3m m和和5 5m m。第16页/共60页目目前前常常用用的的水水准准尺尺以以3 3m m的的直直尺尺较较为为常常见见，两两面面均均有有分分划划，一一面面为为黑黑白白分分划划，称称为为主主尺尺，也也称称黑黑面面，一一面面为为红红白白分分划划，称称为为辅辅尺尺，也也称称红红面面。尺尺面面分分划划为为1 1cmcm，每每1010cmc

9、m处处（E E字字形形刻刻划划的的尖尖端端）注注有有阿阿拉拉伯伯数数字字，黑黑面底段以零起算，是计算高差的基本面。面底段以零起算，是计算高差的基本面。第17页/共60页水水准准测测量量时时有有前前视视和和后后视视，为为节节省省水水准准尺尺由由后后视视迁迁到到前前视视的的迁迁移移时时间间，总总是是用用两两只只尺子同时进行，常称为一对水准尺。尺子同时进行，常称为一对水准尺。两两只只尺尺子子红红面面底底部部的的常常数数并并不不相相同同，一一只只为为46874687mmmm，另另一一只只则则为为47874787mmmm，这这样样由由黑黑面面计计算算的的高高差差（后后视视-前前视视）为为基基本本高高差差

10、，而而红红面面计计算算的的高高差差将将与与基基本本高高差差相相差差100100mmmm，目的也是为了检查读数或计算有无错误。目的也是为了检查读数或计算有无错误。第18页/共60页2.尺垫(staff plate)尺垫有三角形、圆形等，放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。第19页/共60页三、水准仪的安置和使用安置水准仪的目的是将仪器设置在测站上并用脚螺旋使圆水准器气泡居中。第20页/共60页2.2.水准仪的使用水准仪的使用操作程序：粗平瞄准精平读数粗粗平平调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至1、2方向的中间转动脚螺旋3，使气泡居中。规律：气泡移动方向与左手大

11、拇指运动的方向一致。第21页/共60页第22页/共60页瞄准水准尺瞄准水准尺（a）方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。目镜对光，使十字丝清晰物镜对光，使目标清晰消除视差。（b）视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。第23页/共60页精平精平方法：微倾式水准仪(tilt level)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。说 明：若 使 用 自 动 安 平 水 准 仪（compensator level），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。第24页/共60页读读数数精平后，用十字

12、丝的中丝在水准尺上读数。方方法法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。读读数数记记录录一一般般均均不不加加小小数数点点，读读记记四四位位数数，以以毫毫米米为为单单位位。第25页/共60页黑面读数黑面读数a=1274（mm）红面读数红面读数 b=5958（mm）第26页/共60页思思考考题题：水准测量是沿水准路线一个测站一个测站进行的，每个测站水准仪的位置通常是安置在后视点和前视点之间，但并不一定要在后视点和前视点连接的直线上。第27页/共60页说说明明：安置好水准仪之后，即开始照准水准尺读数，对于水准管水准仪应先使水准管气泡居中，之后再读数。通常的顺序是先读后视，后读前视。对

13、于黑红面的双面水准尺，通常是先读黑面后读红面。第28页/共60页第三节水准测量的方法与校核一、水准点一、水准点 二、水准路线二、水准路线 三、普通水准测量的方法三、普通水准测量的方法四、水准测量的校核四、水准测量的校核第29页/共60页一、水准点通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点BM，一般用表示。水准点是固定的、已知高程的点。记作：BenchMark简称BM。有永久性和临时性两种。永永久久性性水水准准点点：国家级水准点或建筑工地基准点。临时性水准点临时性水准点：不需要长期保存的水准点。第30页/共60页二、水准路线水水准准路路线线的的布布设设有有单单一一水水准准路路线线和和水水

14、准准网网两两种种形形式式。根根据据依依据据工工程程的的性性质质和和测测区区情情况况，单单一一水水准准路路线线有有三三种种布布设设形形式。式。1 1 1 1附合水准路线附合水准路线附合水准路线附合水准路线(annexedlevelingline)annexedlevelingline)从从一一个个已已知知高高程程的的水水准准点点起起，沿沿一一条条路路线线进进行行水水准准测测量量，以以测测定定另另外外一一些些水水准准点点的的高高程程，最最后后连连测测到到另另外外一一个个已已知知的水准点，称为附合水准路线。的水准点，称为附合水准路线。第31页/共60页2.2.闭合水准路线闭合水准路线(closed

15、leveling line)从一个已知高程的水准点BM1起，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到水准点BM1，称为闭合水准路线。第32页/共60页第33页/共60页3.3.支水准路线支水准路线(spurlevelingline)从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，如果最后没有连测到已知高程的水准点，则这样的水准路线称为支水准路线。第34页/共60页三、普通水准测量的方法普通水准测量的施测程序：将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，水准仪置于施测路线附近合适的位置，在施测路线的前进方向上取仪器后视大致相等的距离放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视。观测

16、员将仪器用圆水准器粗平之后瞄准后视标尺，用微倾螺旋将水准管气泡居中，用中丝读后视读数至毫米。掉转望远镜瞄准前视标尺，此时水准管气泡一般将会偏离少许，将气泡居中，用中丝读前视读数。第35页/共60页记录员根据观测员的读数在手簿中记下相应的数字，并立即计算高差。第一站结束之后，记录员招呼后标尺员向前转移，并将仪器迁至第二测站。此时，第一测站的前视点便成为第二测站的后视点。依第一站相同的工作程序进行第二站的工作。依次沿水准路线方向施测直至全部路线观测完为止。第36页/共60页四、水准测量的校核主要有主要有测站校核测站校核测站校核测站校核和和路线校核路线校核路线校核路线校核。1.1.1.1.测站检核测

17、站检核测站检核测站检核变仪器高法或两次仪器高法变仪器高法或两次仪器高法变仪器高法或两次仪器高法变仪器高法或两次仪器高法（适合单面尺法）。（适合单面尺法）。两两两两台台台台仪仪仪仪器器器器同同同同时时时时观观观观测测测测。适适合合单单面面尺尺法法。两两台台仪仪器器所所测测两两点点间的高差不符值最大不超过间的高差不符值最大不超过5 5mmmm。双面尺法双面尺法双面尺法双面尺法。红、黑两面读数之差红、黑两面读数之差3 3mmmm以及由红、黑以及由红、黑面测得高差之较差：面测得高差之较差：h h黑黑-h h红红5 5mmmm。第37页/共60页2.路线校核闭合差：闭合差：闭合差：闭合差：即观测高差与理

18、论高差之差，用即观测高差与理论高差之差，用f fh h表示。表示。闭闭闭闭合合合合差差差差限限限限差差差差：高高差差闭闭合合差差允允许许的的最最大大值值，亦亦称称允允许许闭闭合差，用合差，用f fh h容容表示。表示。L L为水准路线长度（单位以为水准路线长度（单位以KmKm计）；计）；n n为测站数。为测站数。检核：若检核：若|fh|fhfh|fh容容|则成果合格，否则应检查原则成果合格，否则应检查原因，必要时重测。因，必要时重测。第38页/共60页第四节水准测量的内业计算*一、高差闭合差的计算一、高差闭合差的计算 1.1.闭合水准路线高差闭合差的计算闭合水准路线高差闭合差的计算 2.2.附

19、合水准路线高差闭合差的计算附合水准路线高差闭合差的计算 3.3.支水准路线高差闭合的计算支水准路线高差闭合的计算取取往往测测和和返返测测高高差差绝绝对对值值的的平平均均值值作作为为两两点点间间的的高高差差值值，其其符符号号与与往往测测同同；然然后后根根据据起起点点高高程程以以各各段段平平均均高高差差推推算算各各测测点点的的高高程程，这这样样高高差差闭闭合合差差得得以以改改正正，往往返返高高差差代代数数和为零。和为零。第39页/共60页二、高差闭合差的调整如果高差闭合差在允许范围内，说明测量成果符合要求，这时应将闭合差进行合理分配，使调整后的闭合差为零，并据此推算各未知点的高程。即即分分配配高高

20、差差闭闭合合差差分分配配原原则则：按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。第40页/共60页第41页/共60页 在进行高差闭合差的调整时，应注意凑整误差，即各测站的改正值相加之和应和高差闭合差相等。第42页/共60页三、计算各待定点高程用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。第43页/共60页【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B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(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。第44页/共6

21、0页第45页/共60页第46页/共60页第47页/共60页等外水准测量测站点号水准尺读数高差高程备注后视前视+-1BM.A1.4670.34327.354m已知TP.11.1242TP.11.8850.211TP.21.6743TP.21.8690.926TP.30.9434TP.31.3670.365B1.73228.469m计算检核a6.588-5.4731.115b5.4731.480-0.3651.1150.36528.469-27.3541.115第48页/共60页注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。（2）检核只表明计算无误，不表明观测

22、和记录无误。（3）要注意对表格中的三项进行检核，确保计算无误。第49页/共60页例：附合水准测量内业计算例：附合水准测量内业计算第50页/共60页第五节数字水准仪简介当当视视准准轴轴有有微微小小的的倾倾斜斜，利利用用一一个个称称为为补补偿偿器器的的器器件件而而能能获获得得水水平平视视线线的的水水准准仪仪称称为为补补补补偿偿偿偿器器器器水水水水准准准准仪仪仪仪（也也称称自自自自动动动动安安安安平平平平水水水水准准准准仪仪仪仪）。无无需需人人工工读读取取水水准准尺尺上上数数值值，而而由由电电子子设设备备自自动动获获得得数数值值的的水水准准仪仪称称为为电电电电子子子子水水水水准准准准仪仪仪仪（也也称

23、称为为数数数数字字字字水水水水准准准准仪仪仪仪）。水准仪望远镜的放大倍率与视准轴水平的准确度对测得高水准仪望远镜的放大倍率与视准轴水平的准确度对测得高差的准确度直接有关，测得的高差准确度低的水准仪称为差的准确度直接有关，测得的高差准确度低的水准仪称为普通水准仪，准确度高的水准仪称为普通水准仪，准确度高的水准仪称为精密水准仪精密水准仪精密水准仪精密水准仪。第51页/共60页自动安平水准仪的构造和微倾式水准仪大致相同，其基本自动安平水准仪的构造和微倾式水准仪大致相同，其基本操作也大致一样，主要包括安置、粗平、照准和读数，不操作也大致一样，主要包括安置、粗平、照准和读数，不同的是不需要认为精平，由仪

24、器自动补偿。搬运和使用时同的是不需要认为精平，由仪器自动补偿。搬运和使用时要防止剧烈震动，以免损坏。要防止剧烈震动，以免损坏。自动安平水准仪解决的是微倾式水准仪的自动精平问题，自动安平水准仪解决的是微倾式水准仪的自动精平问题，数字水准仪解决了自动读数问题。数字水准仪解决了自动读数问题。第52页/共60页自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种“补偿器补偿器”的特别装置，使视线的特别装置，使视线自动处于水平状态。自动处于水平状态。

25、自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪第53页/共60页自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面第54页/共60页数字水准仪采用条纹编码标尺和电子影像处理原理，用线性CCD替代观测员的肉眼，直接获取标尺读数和视距。数字水准仪操作简便，自动读数，作业效率高；自动观测和记录，避免人为因素影响，测量精度较高，直接以数字形式存储显示，可直接与计算机进行数据通讯。第55页/共60页二、数字水准仪二、数字水准仪第56页/共60页第六节水准测量误差分析及减弱措施一、水准测

26、量误差来源 水准测量误差来源于：仪器误差、观测误差、外界条件影响。仪仪器器误误差差主要是由于仪器校正不完善，仍存在部分误差，有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差、调焦误差。第57页/共60页观观测测误误差差主要有：水准气泡未严格居中即整平误差、照准误差即视差、估读误差、水准尺未竖直。外外界界条条件件影影响响的的误误差差主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。第58页/共60页二、水准测量注意事项水准仪和水准尺必须经过检验校正后才能使用；仪器安置时应踩实脚架，并尽可能使前后视距离相等，操作时身体不能碰到仪器，水准尺要立直，尺垫要踩实。读数前要使水准气泡严格符合。记录时要回报，边记录边计算检核看是否符合要求。第59页/共60页感谢您的观看。感谢您的观看。第60页/共60页