第2章 水准测量.ppt

第二章 水准测量,本章主要内容：一、高程测量的概念 二、水准测量原理 三、水准仪和水准尺 四、水准测量的实施及成果整理 五、水准仪的检验和校正 六、水准测量误差及注意事项,本章重点及目的要求,本章重点：1、了解水准测量原理；2、掌握水准测量方法；3、掌握水准测量成果整理。目的与要求:1、了解水准仪的结构及使用；2、掌握水准测量的外业工作；3、掌握水准测量的内业计算工作。,高程测量的概念,高程测量就是根据一点的已知高程，测定该点与未知点的高差，从而计算未知点高程的方法。高程测量方法有：水准测量;三角高程测量;气压高程测量（通过气压变化）;GPS高程测量四种。,2-1 水准测量原理,水准测量原理是利用一条水平视线和水准尺来测定地面两点间的高差,由已知点高程推算未知点高程。如下图所示：,如图下所示：测定A、B两点之间的高差 1、安置水准仪与A、B两点之间,在A、B两点上各竖水 准尺一根；2、当仪器视线水平,分别读取a尺读数,b尺读数；,两点间高差计算：,如下图所示，由A点向B点进行测量,规定:A为后视点，a为后视读数；B为前视点，b为前视读数。两点间高差为:高差=后视读数-前视读数 则 hAB=a-b,高差正负号区分,当ab时,高差为正值,说明前视点高于后视点；当ab时,高差为负值,说明前视点低于后视点；如果由AB测高差,则用hAB表示；如果由BA测高差，则用hBA表示；如果A到B的高差为正，则B 到A的高差为负，绝对值相同，符号相反。,带有转点的高差测定,如下图所示 传递高程的立尺点，称为转点 1）高差h1=a1-b1 h2=a2-b2 h3=a3-b3 则hAB=h1+h2+h3=(a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3)=a-b2）高程,2-2 水准测量仪器、工具及使用,水准测量仪器叫水准仪,工具有水准尺、尺垫一水准仪构造 1、水准仪简介 水准仪的作用:为两点间高差测定提供一条水平视线。仪器的类型:按精度分:DS05；DS1；DS3；DS10；DS20 D表示大地测量仪器，汉语拼音开头的第一个字母。S表示水准仪，汉语拼音开头的第一个字母。仪器的精度：以每公里往返测高差中数的中误差表示。如DS3每公里测高差其中误差可达到3mm的精度。,2、水准仪构造:水准仪由望远镜，水准器，和基座三个主要部分组成。1）望远镜 望远镜的基本构造 物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、物镜对光螺旋、目镜对光螺旋。,不同个角度的DS3水准仪实物照片：,望远镜各部件的作用,物镜 目镜 调焦透镜 物镜调焦螺旋 目镜调焦螺旋十字丝分划板,十字丝分划板,如下图所示,中间一条叫中丝(水平丝)用中丝在水准尺上读取读数 平行两个短丝为视距丝,用以测定仪器至标尺的距离,分别称上、下丝，中间一根为竖丝，竖丝用来精确照准目标(平分水准尺)。,望远镜放大倍数,1、放大倍数 是测量仪器上的一个重要指标,S3水准仪放大倍数30,S1水准仪放大倍数45,放大倍数越大,仪器精度越高。S3 望远 200m以内,S1 望远1km左右,S05 1km以上。2、视差及消除。（见下页图）,水准器,水准器用途和分类,圆水准器,水准器,水准器结构原理 水准器置中精度分划值:,水准管分划值 DS3=20/2mm圆水准器 DS3=8/2mm,管水准器,圆水准器,水准器,（4）观察气泡方式：,3)基座 基座支撑仪器，有三个脚螺旋起到整平仪器用。,符合水准器,水准尺及尺垫,1、水准尺 1）简介 2）水准尺类型 单面尺 双面尺 3）水准尺读数方法2、尺垫,尺 垫,尺 桩,水准尺读数方法,以尺子的零端开始，在望远镜里从上往下（或者从下往上），从小到大读取水准尺上的读数。记录分别记为：米、分米、厘米、毫米。如1235、0842、0096、1530等。,倒像,正像,水准仪的使用,操作步骤:1.水准仪粗平 2.瞄准水准尺 3.水准仪精平（如右图所示）4.读取水准尺上的读数 注意：读数前一定精平（即气泡居中）读数后检查气泡居中情况。,符合气泡影像,2-3水准测量方法及成果整理,几个概念：1）水准点 用水准测量的方法测定的起一定控制作用的高程点,这些高程点称为水准点（Bench Mark），记为BM，水准点是作为引测其它高程点的起始点。我国1985国家高程基准：72.260米 2）水准点类型:永久性水准点、临时性水准点。,3）水准路线布设形式 闭合水准路线（见图a)；附合水准路线(见图b)；支水准路线(见图c)；水准网（见图d）,一、水准路线的测量方法（外业）,1）测量水准路线各段之间的高差，并记录水 准尺的读数。2）计算各段高差 3）检核各段高差计算正确否(1)计算检核 hAB=h1+h2+h3=(a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3)=a-b(2)测站检核 变动仪器方法（双仪高法）双面尺法（双面尺法）,双仪高法,普通水准测量记录（两仪高法）,双面尺法,普通水准测量记录（双面尺法）,二、水准测量成果整理,(一)计算高差闭合差 1.闭合水准路线 闭合水准路线终点是起点，则闭合水准路线的高差闭合差理论值h理=0,则高差闭合差fh=h测.2.附和水准路线 水准点A、B的高程是已知的，所以这两点之间理论高差值为 h理=H终-H起=HB-HA 则高差闭合差 fh=h测-h理 3.支水准路线 h往,h返应绝对值相同,符号相反。h理=+h往=-h返则高差闭合差 fh=h往+h返,二、水准测量成果整理,（二）高差闭合差限差(即允许范围)普通水准测量的容许高差闭合差规定:fh容=40(mm)适用于平原地区 fh容=12(mm)适用于高山地区 fh 表示容 许闭合差(mm)L 水准路线总长（KM）N 测站总数(三)高差闭合差分配 1.计算每公里(每测站)高差改正数 2.计算各段高差改正数（用两点间距离或测站数计算各段 高差改正数）3.计算改正后高差(mm)(四)高程计算(m),水准测量例题,如下图所示,附合水准路线从BM.ABM.B,已知A B 高程,求1、2、3点高程。,水准测量例题,一.计算闭合差 fh=h测-h理=+4.330-4.293=+37（mm）fh容=40=40=109（mm）fhfh容,成果合格,可以分配计算二.闭合差分配 1.每公里高差改正数 vh公里=fh/S=37/7.4=5mm/km,2.各段改正数=每公里高差改正数Di 见下页表所示 总改正数大小等于闭合差总和，但符号相反。,水准测量成果整理表,水准测量例题,3改正后高差 hBM.A-2.331-0.008=+2.323 h132.813-0.011=+2.802 h23-2.244-0.008=-2.252 h3-BM.B=1.430-0.010=+1.420 h=4.293 改正后高差应等于理论值,二.高程计算 HA=45.286；H1=47.609；H2=50.411 H3=48.159；HB=49.579 已知A点高程利用高差推算B点高程等于理论高程.说明计算无误。,2-4 水准仪的检验与校正,一、水准仪轴线应满足的条件（一）水准仪主要轴线 1、望远镜的视准轴 C C；2、水准管的水准轴 L L；3、仪器旋转轴（竖轴）V V；4、圆水准器的水准轴 LL。,（二）各轴线应满足的条件 1、C C V V；C C/L L；V V/LL。2、十字丝分划板横丝必须水平。,2-4 水准仪的检验与校正,二、水准仪的检验与校正（一）圆水准器的检验与校正 目的：使 LL/V V 检验：转动脚螺旋，使圆水准气泡居中，将仪器绕竖轴旋转 180，若气泡仍居中，说明此条件满足，否则需校正。校正：用改锥拧松圆水准器底部中央的固定螺丝，再用校正 针拨动圆水准器的校正螺丝，使气泡返回一半，然后转动 角螺旋使气泡居中，复重检验校正，直至圆水准器的气 泡在任何位置都在核划圈内为止，最后拧紧固定螺丝。,2-4 水准仪的检验与校正,（二）十字丝横丝的检验与校正 目的：使十字丝分划板横丝保持水平。检验：校正：,2-4 水准仪的检验与校正,（三）水准管轴平行于视准轴的检验和校正(i角检验)目的：使 L L/C C 检验：在地面上选A、B两点，相距约80 100m，各点钉木桩（或放置尺垫）立水准尺。安置水准仪于距A、B两点等距离处，用变动仪器高（或双面尺）法正确测出A、B两点高差，两次高差之差不大于3mm时，取其平均值，用hAB表示。再在B点附近23m处安置水准仪，分别读取A、B两点的水准尺读数a2、b2，应用公式a2=b2hAB 求得B尺上的水平视线读数。若a2 a2，则说明水准管轴平行于视准轴，若a2 a2应计算I角，当i角20时需要校正。计算i角的公式为：式中：DABA、B两点间距离；=206265。校正：转动微倾螺旋，使横丝对准正确读数a2，这时水准管气泡偏离中央，用校正针拨动水准管一端的上、下两个校正螺丝，使气泡居中。再重复检验校正，直到i20为止。,见下页图,2-4 水准仪的检验与校正,2-5 水准测量误差注意事项,一.水准测量误差（一）仪器误差（二）观测误差(三)外界条件影响 二注意事项 1每次读数前都应使气泡居中。2读数时应看准尺底注记，不要误读。3观测者移动仪器到下一站，尺子才能动。4使用塔尺时应防止尺子下滑。5不要看错十字丝。,精密水准仪,主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。,特点：1、结构精密、性能稳定、测量 精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10/2mm；4、采用光学测微器读数，可直 接到0.1mm，估读到0.01mm；5、配专用精密水准尺；,操作方法与DS3水准仪基本相同。,2-6 其它水准仪简介,自动安平水准仪,自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替 水准管，使视准轴水平。,特点：1、视准轴自动安平；2、提高水准测量精度；3、减少操作步骤，提高工作效率。,自动补偿原则：当望远镜倾斜时，仪器内部的补偿器K 使水平视线在望远镜分划板上所成的像点位置折向望远镜十字丝中心Z，从而使十字丝中心发出的光线在通过望远镜物镜中心后成为水平视线。,水平微动螺旋,水平气泡,电池锁扣,键盘和显示面板,PCMCIA 卡插槽,条码尺图例,提 把,对焦目镜,电子水准仪,电子水准仪的基本原理,电子水准仪工作原理,利用仪器里的十字丝瞄准的电子图象感应器（CCD）。当您按下了Measure 测量键时，仪器就会把您瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照，然后把她和仪器内存中的同样的尺子条码图片进行比较和计算。这样，一个尺子的读数就可以计算出来并且保存在内存中了。,激光水准仪 激光水准仪有水准仪、激光器、电源等组成。,特点：1、视准轴为一束 红色可见光。2、广泛应用于水平 场地的测设、大型设备安装。,内置激光器、电源,本章小结,基本内容：1.利用水准仪进行两点间高差的测定。2.水准路线各点高程的计算。重点掌握：1、水准测量的原理。2、水准测量的外业实施与内业成果整理。3、水准测量中的注意事项。,1用水准仪测定A、B两点间高差，已知A点高程为HA=12.658m，A尺上读数为1526mm，B尺上读数为1182mm，求A、B两点间高差hAB为多少？B点高程HB为多少？绘图说明。2何谓视差？产生视差的原因是什么？视差应如何消除？3水准测量中为什么要求前后视距相等？4水准测量中设置转点有何作用？在转点立尺时为什么要放置尺垫？何点不能放置尺垫？5S3型水准仪有哪几条主要轴线？它们之间应满足哪些几何条件？为什么？哪个是主要条件？6水准测量中，怎样进行记录计算校核和外业成果校核？,第2章课后作业：,7使用计算器计算下表中水准测量观测高差及B点高程。,8.在下表中进行附合水准测量成果整理，计算高差改正数、改正后高差和高程。,实验一：DS3水准仪认识及普通水准测量(G1214201),一、实验时间、地点 时间：第3周星期一，3、4节；星期五，1、2节。要求全体同学提前10 分种到指定地点，各组安排23名同学到实验室12-220（实验室）借领仪器、工具 实验地点：图书馆南侧草坪及周围。二、各组借领的仪器、工具 每组借S3水准仪一套、水准尺一副、尺垫2个；自备记录纸（打好格）、记录笔（铅笔）等。三、任务及要求 星期一，1、2节完成的：1、熟悉仪器结构、掌握仪器的安置方法（粗平、精平）；2、利用仪器能够熟练正确读数，每个同学要求对不同位置的前后水准尺分别用黑面和红面进行读数，得出6组正确读数和3组正确高差（注意在读数时仪器必须精平）。,星期五，1、2节完成的：1、各组按普通水准测量要求完成一条闭合水准路线的测量工作；（注：闭合水准路线起始点各小组自定，假定高程30m，在选择转点时尽量选择固定点并编号）2、外业要求：每个同学至少独立观测2个测站（采用双仪高法或双面尺法）、记录2个测站（包括测站计算等），观测、记录、计算必须符合相关规定；内业要求：每个同学提交一份实验报告，在报告内将小组的观测及计算成果提交出来。,四、注意事项 1、组长要认真负责，合理安排，各组成员之间应团结协作，密切配合，各组员要服从组长领导；2、实验过程中各项工作（观测、记录、计算、数据录入、绘图）必须遵守有关规范、规程，切不可蛮干；3、注意保护仪器、工具，在实验过程中架好的仪器、工具必须有人看护，不得让他人乱动仪器，损坏仪器照章赔偿。注意仪器应轻拿、轻放，不得把仪器放置到自行车上，不得脚踩和坐仪器箱、不得让仪器暴晒或受潮，（大钢尺在使用时不能有折，禁止车辆碾压，用完后必须擦油以防生锈）。4、严格遵守纪律，爱护公物，借还仪器要严格遵守实验室的有关规定。尤其注意安全，注意来往的车辆、仪器要靠路边安置、安置要稳、安置后要有人看护。五、实验报告编写,