园林测量第二章水准测量课件

园林测量园林测量第二章第二章 水准测量水准测量 2.12.1水准测量原理水准测量原理水准测量原理水准测量原理 2.22.2水准测量仪器及其使用水准测量仪器及其使用水准测量仪器及其使用水准测量仪器及其使用 2.32.3普通水准测量的方法普通水准测量的方法普通水准测量的方法普通水准测量的方法 2.42.4水准测量的误差和注意事项水准测量的误差和注意事项水准测量的误差和注意事项水准测量的误差和注意事项园林测量第二章 水准测量1第一节 水准测量原理水准测量的原理：是借助水准仪提供的水平视线，通过读取竖立在两点上的水准尺的读数，来测定地面两点之间的高差，然后根据其中一点的已知高程推算出未知点的高程。所以，水准测量的实质就是测量高差。如图所示，地面上有A和B两点，设A点的高程HA为已知。在A，B两点上各竖立一根水准尺，并在中间安置一台水准仪，利用水准仪提供的水平视线，分别在A，B两点的水准尺上读取读数a，b，那么，A，B两点的高差hAB为hAB=a-b前进方向为AB，A为后视点，B为前视点，a为后视读数，b为前视读数，则高差=后视读数前视读数第一节 水准测量原理水准测量的原理：是借助水准仪提供的水平视2第一节 水准测量原理Hi=HA+a=HB+b HB-HA=a-b=hABHB=HA+hAB HB=HA+(a-b)HB=Hi-bHiHBHAhABba第一节 水准测量原理Hi=HA+a=HB+b HB-3第一节 水准测量原理未知点B的高程HB为：HB=HA+hAB将hAB=a-b带入后得：HB=HA+(a-b)上式是直接利用高差计算高程的方法，称为高差法。水准仪的水平视线高程为Hi=HA+a=HB+b由此可得B点高程为HB=HA+(a-b)=Hi-b上式是利用水准仪的水平视线来计算B点高程的，称为视线高程法。当安置一次仪器需要测出多个前视点的高程时，应用视线高程法计算比较简便。比如在园林场地平整测量中，就经常采用该方法。第一节 水准测量原理未知点B的高程HB为：HB=HA+hAB4第二节 水准测量仪器及其使用水准仪按结构可分为：微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪。水准仪按精度分为：DS05，DS1，DS3，DS10D和S分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音的第一个字母；数字表示仪器的精度指标，即每千米往返测高差平均值的中误差的毫米数。园林测量中一般用DS3和DS10水准仪。本节主要介绍用AL25A型自动安平水准仪配合水准尺进行水准测量。第二节 水准测量仪器及其使用水准仪按结构可分为：微倾水准仪、5一、AL25A型水准仪的基本构造粗瞄器目镜及目镜对光螺旋十字丝分划板调整螺钉护盖物镜物镜对光螺旋水平微动螺旋水平度盘脚螺旋底板一、AL25A型水准仪的基本构造粗瞄器目镜及十字丝分划板调整6一、AL25A型水准仪的基本构造(一)照准装置包括望远镜及控制装置。1.物镜2.物镜对光螺旋3.目镜4.目镜对光螺旋5.粗瞄器6.水平微动螺旋7.十字丝分划板8.分划板调整螺钉护盖一、AL25A型水准仪的基本构造(一)照准装置7一、AL25A型水准仪的基本构造望远镜：作用：瞄准目标、读取读数包括：1物镜、2目镜、3调焦透镜、4十字丝分划板、5物镜对光螺旋、6目镜对光螺旋十字丝分划板为一圆形平板玻璃，上面刻有相互垂直的细线，竖的细线称为纵丝，中间水平长横线称为横丝(也叫中丝)。纵丝用以精确瞄准目标，横丝用来读取水准尺上的读数。视距丝用于视距测量。转动目镜对光螺旋可使十字丝清晰，转动物镜对光螺旋可使目标成像清晰。望远镜视准轴C-C：物镜光心与十字丝交点的连线。观测时的水平视线就是视准轴水平时的延长线。一、AL25A型水准仪的基本构造望远镜：8一、AL25A型水准仪的基本构造(二)整平装置整平装置能使水准仪获得水平视线。1.水准器(1)圆水准器(2)反光镜(反光棱镜)(3)圆水准器调整螺钉2.基座(1)脚螺旋(3个)(2)底板(3)水平度盘3.自动安平补偿器采用交叉弹性吊丝悬挂梯形棱镜反光镜及圆水准器水平度盘指标线一、AL25A型水准仪的基本构造(二)整平装置反光镜及圆水准9二、水准尺和尺垫(一)水准尺水准尺一般用优质木材、铝合金或玻璃钢等伸缩性小、不易变形的材料制成。常用的水准尺有：1.塔尺：一般由两节或三节套接而成，全长有3m和5m两种，尺的底部为零点。塔尺可以伸缩，便于携带。但是塔尺的尺面宽度越往上端越窄，野外风力大时较易弯曲，且接头处容易损坏，影响了尺长及测量精度，一般用于等外水准测量。2.板尺:通常是长度为3m的双面尺，尺的一面称为黑面尺，另一面称为红面尺。双面尺应两根配对使用。黑面尺的低端起始读数都为0m，而红面尺的起始数字，一根为4.687m，一根为4.787m。二、水准尺和尺垫(一)水准尺10二、水准尺和尺垫(二)尺垫尺垫一般由铸铁或铁板制成，中间有一个突起的圆顶，下部有三个尖脚。在水准测量时，将水准尺立于尺垫的圆顶上，可以防止水准尺下沉。尺垫也可作为转点的标志。转点：在水准测量中选定的临时立尺点，起传递高程的作用，这些点称为转点。二、水准尺和尺垫(二)尺垫11三、水准仪的使用DS3型水准仪的操作步骤：安置仪器，粗略整平，瞄准，精平与读数。AL25A型自动安平水准仪的操作步骤：安置仪器，粗平，瞄准，读数。(一)安置仪器打开三脚架，旋松脚架伸缩螺旋，伸开支脚到适当长度，旋紧伸缩螺旋，目估架头大致水平，稳定地架设到地面上。如果是松软的土地，需要踩实三脚架的尖脚。从仪器箱中取出水准仪放于架头上，适当旋紧中心连接螺旋，将仪器与三脚架连接起来。(二)粗略整平简称粗平，即旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，使仪器竖轴竖直。操作方法如下：三、水准仪的使用DS3型水准仪的操作步骤：安置仪器，粗略整12三、水准仪的使用(1)如果气泡在中线的左侧，用双手按箭头所指方向同时旋转脚螺旋和，使气泡向中间移动到圆水准器中线的位置。如果气泡在中线的右侧，则双手的旋转方向相反。(2)气泡到达第二图所示位置后，用左手按所指方向旋转脚螺旋，使气泡居中(进入圆水准器中间的小圆圈)。如果气泡在第二图中红色虚线圆的位置，则左手旋转的方向相反。三、水准仪的使用(1)如果气泡在中线的左侧，用双手按箭头所指13三、水准仪的使用圆水准器调整螺钉要点：在粗平的过程中，气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。用双手操作两个脚螺旋时，应同时向内或同时向外旋转，这样可加快气泡的移动速度。粗平后，应通过反光镜查看气泡的位置，如不在中心，则需旋转脚螺旋进行调整。三、水准仪的使用圆水准器调整螺钉要点：在粗平的过程中，气泡移14三、水准仪的使用(三)瞄准水准尺1.目镜调焦。将望远镜转向明亮处，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。2.粗略瞄准。转动望远镜，利用粗瞄器瞄准水准尺。3.物镜调焦。转动物镜对光螺旋，使水准尺成像清晰。4.精确瞄准。转动水平微动螺旋，使十字丝的纵丝(竖丝)贴近水准的边缘或中央。5.消除视差。三、水准仪的使用(三)瞄准水准尺15三、水准仪的使用视差当观测者的眼睛在目镜端上下微动时，十字丝与目标影像有相对移动的现象称为视差。产生的原因：目标的像与十字丝分划板不重合。消除的办法：反复调整物镜对光螺旋和目镜对光螺旋。三、水准仪的使用视差16三、水准仪的使用(四)读数读数时，应读取十字丝横丝与水准尺相交处的读数，并从下向上，从小到大读取，直接读米、分米、厘米，估读到毫米。请读出右图中水准尺的读数。三、水准仪的使用(四)读数17课堂实训2-1 水准仪的构造与使用一、目的熟悉水准仪的构造，初步掌握水准仪的使用方法。二、内容1.熟悉AL25A水准仪的构造，主要部件的名称、作用及操作方法。2.练习水准仪的安置、粗平、瞄准和读数及高差计算的方法。三、仪器及工具AL25A水准仪1台，水准尺1支，记录表格及笔。四、方法提示1.安置仪器后，对照实物说明各部件的名称、作用及使用方法。2.按照操作步骤进行，安置、粗平、瞄准、读数。3.选择A、B两点，读取后视及前视读数，记录读数并计算高差。4.搬动仪器安置于另一位置，A、B两点位置不变，反复练习。课堂实训2-1 水准仪的构造与使用一、目的18课堂实训2-1 水准仪的构造与使用五、注意事项1.水准尺要保持竖直，尺面要对正仪器。2.要消除视差，读取横丝读数，不要误读上丝或下丝。六、上交资料每人上交一份实训报告。hhABAB=a-b=a-b课堂实训2-1 水准仪的构造与使用五、注意事项hAB=a-b19第三节 普通水准测量的方法为科学研究、工程建设及测绘地形图的需要，我国已在全国范围内建立了统一的高程控制点，组成了高程控制网，并分成一、二、三、四共4个等级。以精度来说，一等最高，四等最低，低一级受高一级控制。由于这些高程控制点的高程都是用水准测量的方法测定的，所以高程控制点也称为水准点，以BM表示。为进一步满足园林工程勘测设计与施工和满足小范围地形测量的需要，以国家水准测量的三、四等水准点为起始点，再实施的水准测量称为普通水准测量，也称为等外水准测量。高程控制网第三节 普通水准测量的方法为科学研究、工程建设及测绘地形图的20第三节 普通水准测量的方法一、一个测站的水准测量工作(一)测站水准测量工作在水准测量中，把安置水准仪的位置称为测站。1.安置仪器。尽量将仪器安置在两点中间，到两点距离大致相等。2.粗略整平。3.瞄准水准尺。4.读数与记录。5.高差与高程计算。【例2-1】假设HA=178.572m，观测得a=1.860m，b=1.413m，求B点的高程HB。解：hAB=a-b=1.860-1.413=0.447m HB=HA+hAB=178.572+0.447=179.019m第三节 普通水准测量的方法一、一个测站的水准测量工作解：h21第三节 普通水准测量的方法(二)测站校核的方法对每一站观测的数据进行校核，称为测站校核。测站校核的常用方法有双仪高法和双面尺法。1.双仪高法。在同一测站上，用不同的仪器高度两次测定高差，两次仪器高度差大于10cm。当两次所测得的高差之差不超出8mm时，符合精度要求，取两次高差的平均值作为该测站高差的结果，若超限则应重测。2.双面尺法。在同一测站上仪器高度不变，分别用水准尺的黑、红面各自测出两点之间的高差。若黑、红面算得的高差之差不超出8mm，则取两次高差的平均值作为该测站的观测结果，否则应重测。第三节 普通水准测量的方法(二)测站校核的方法22第三节 普通水准测量的方法二、复合水准测量在水准测量工作中，由于地面两点间距离较远或高差较大，安置一次仪器无法测出其高差，必须分段连续施测若干测站，把各站测得的高差累加取其代数和，才能得出两点间的高差，最后再由已知点高程推算出待测点的高程，这种水准测量方法称为复合水准测量。转点：在水准测量中选定的临时立尺点，起传递高程的作用，这些点称为转点，用TP表示。第三节 普通水准测量的方法二、复合水准测量23假设共安置了n次仪器，每安置一次仪器可测得一个高差hi，那么h1=a1 b1h2=a2 b2=hn=an bnh1+h2+hn=(a1+a2+an)(b1+b2+bn)hAB=h=a b假设共安置了n次仪器，每安置一次仪器可测得一个高差hi，那么24二、复合水准测量【例2-2】下图是某一测段复合水准测量的观测实例示意图。设A点高程HA=48.268，求B点高程HB。将A点高程和图中数据填入计算表中。二、复合水准测量【例2-2】下图是某一测段复合水准测量的观测25二、复合水准测量49.73149.26949.5990.554h=+0.909ma-b=+0.909mH终-H始=+0.909m0.5541.463b=6.982a=7.89149.1771.4230.8691.5470.1321.6791.3640.3301.6941.4120.3731.78548.8961.23648.2680.6281.864检核计算BMB44332211高程已知BMA+前视后视备注高程/m高差/m水准尺读数/m点号测站普通水准测量手簿路线名称：BMA-BMB 仪器型号：DS3 日期：年月月 天气：晴观测者：记录者：检核计算者：计算无误二、复合水准测量49.73149.26949.5990.5526三、水准路线成果校核测站校核只能校核一个测站多测得的高差是否符合精度要求，对于一条水准路线来说，还不能证明它的总精度符合要求。随着测站数的增加和误差的积累，可能会使整体误差超限。因此还必须对整个水准路线的成果进行校核。水准测量误差的容许范围(即精度要求)以fh容表示，如果测量的误差小于容许误差，则精度符合要求，否则需要查明原因，重新观测。对于普通水准测量：fh容=40 mm (一般使用于平地观测)fh容=12 mm (一般使用于山地观测)其中L为水准路线长度的公里数，n为测站数。三、水准路线成果校核测站校核只能校核一个测站多测得的高差是否27水准路线的三种形式1.附合水准路线：从已知的高程点出发，沿待测高程点进行水准测量，最后连测到(附合到)另一已知高程点上，这种路线称为附合水准路线。2.闭合水准路线：从已知水准点A出发，沿着环形路线测定待测点高程，最后又回到起始水准点A上，这种路线称为闭合水准路线。3.支水准路线：由已知水准点A开始，沿路线测定待测点的高程后，既没有回到起始水准点，也没有附合到其他已知水准点上，这种路线称为支水准路线。水准路线的三种形式1.附合水准路线：从已知的高程点出发，沿待28(一)附合水准路线1.计算高差闭合差如果观测过程中没有误差：h理=H终-H始由于测量误差的存在，实测的高差总和h测不等于理论值h理，其差值称为高差闭合差fh。fh=h测h理=h测(H终-H始)若高差闭合差在容许范围内，即|fh|fh容|，就可以进行闭合差的调整，然后计算高程。(一)附合水准路线1.计算高差闭合差29(一)附合水准路线2.高差闭合差的调整和高程计算在同一条水准路线上，可认为观测条件基本相同，各测站所产生的误差是相等的，因此在调整闭合差时，应将闭合差以相反的符号，按与测站数或距离成正比分配到各测段的高差中，以Vhi表示各测段高差的改正数，则Vhi=或Vhi=将各测段的高差加上改正数(保留三位小数)，得到改正后的高差，然后按改正后的和起点已知高程，即可推算出待测点的高程。(一)附合水准路线2.高差闭合差的调整和高程计算30(一)附合水准路线【例2-3】下图为附合水准路线，BMA，BMB为两个已知水准点，高程分别为HA=53.837m，HB=59.216m，各测段所测高差和距离均注于图上，求1，2，3点的高程。解：将图中的观测数据填入表中，然后进行计算。(一)附合水准路线【例2-3】下图为附合水准路线，BMA，B31附合水准路线59.19757.705+5.379-1.492+1.511-0.106-0.025-0.032+5.485-1.467+1.5438.21.92.5-0.027-2.443+7.830-0.022+7.8521.751.367-2.4702.1附合水准路线成果整理计算表59.216BMB23 fh=h测-(H终-H始)=5.485m-5.379m=+0.106m fh容=40L mm=408.2 mm=115mm=0.115m 因|fh|fh容|，故符合精度要求。辅助计算1高程已知高程已知53.837BMA备注高程/m改正后高差改正数观测高差测站距离/km点号附合水准路线59.19757.705+5.379-1.49232(二)闭合水准路线闭合水准路线高差的总和理论上应等于0，即h理=0。高差闭合差为 fh=h测h理=h测在闭合水准路线中，高差闭合差容许值的计算、闭合差的调整、待测点高程的计算和方法，与附合水准路线相同。【例2-4】右图为闭合水准路线，BMA是已知水准点，其高程为HA=60.382m，求1，2，3点的高程。解：将图中数据填入计算表内，然后进行计算。(二)闭合水准路线闭合水准路线高差的总和理论上应等于0，即33闭合水准路线59.36157.7440-4.617+5.638+0.040+0.011+0.007-0.040-4.628+5.63122647+0.013+5.480-6.514+0.009-6.523565.875+5.493闭合水准路线成果整理计算表60.382BMA23 fh=h测=-0.040m fh容=12n mm=0.01222 m=0.056m 因|fh|fh容|，故符合精度要求。辅助计算1高程已知高程已知60.382BMA备注高程/m改正后高差改正数观测高差测站数距离点号闭合水准路线59.36157.7440-4.617+5.6334(三)支水准路线为了对支水准路线进行校核，必须对各段高差进行往测与返测。理论上，往测高差综合h往与返测高差h返，应当绝对值相等符号相反，即|h往|=-|h返|如果往、返测高差的代数和不为0，便产生了高差闭合差，即 fh=|h往|h返|。当|fh|fh容|时，则分段取往返测高差绝对值的平均值，符号以往测高差为准，以此作为该测段改正后的高差，再推算各待测点高程。【例2-5】下图为一条支水准路线，已知HA=149.869m，求1，2，3点的高程。(三)支水准路线为了对支水准路线进行校核，必须对各段高差进行35支水准路线支水准路线成果整理计算表支水准路线支水准路线成果整理计算表36第四节 水准测量的误差和注意事项一、水准测量的误差水准测量的误差主要来源于仪器结构的不完善，观测者感觉器官的鉴别能力有限，以及外界自然条件的影响等方面。(一)仪器误差1.仪器校正后的残余误差水准仪在出厂前虽然经过严格的检验和校正，然仍然存在着残余误差，如视准轴与水平方向可能会残留一个微小的倾角。因此在观测时，尽可能使前、后视距离相等，就可减少或消除该项误差。2.水准尺的误差水准尺刻划不准确、弯曲变形、尺底磨损或使用过程中粘上较厚的泥土等，都会给读数带来误差。因此，应对水准尺进行检验，质量差的尺子不能用于测量。第四节 水准测量的误差和注意事项一、水准测量的误差37第四节 水准测量的误差和注意事项(二)观测误差1.整平误差水准器气泡的居中与否完全凭肉眼观察。2.读数误差水准尺的毫米数是目估读取的，人眼的分辨力有限。此项误差与望远镜的放大倍数和距离长度有关。3.视差的影响存在视差时，眼睛与目镜的相对位置不同，读数也不同，从而产生读数误差，因此读数前必须消除视差。4.水准尺倾斜的影响水准测量中，水准尺前后左右倾斜时的读数总是大于尺子竖直时的正确读数，且视线高程越高，产生的读数误差也越大。第四节 水准测量的误差和注意事项(二)观测误差38第四节 水准测量的误差和注意事项(三)外界条件的影响所带来的误差1.仪器、水准尺下沉的影响仪器安置在土质松软的地面上时，会发生缓慢下沉，致使在一个测站内，仪器水平视线高程慢慢变小，使前视读数变小。因此测量时应选择坚实的地面，并缩短观测时间。仪器由一站读完前视读数到下一站读取后视读数之前，如果水准尺发生下沉，则下一站的后视读数会增大。因此要使用尺垫或选择坚实地面立尺，或采用往返测两次高差绝对值的平均值作为观测值。2.地球曲率及大气折光的影响大地水准面为一曲面，只有当水准仪的视线与之平行时，才能测出两点间的真正高差，而水准仪的视线是水平的，因此地球曲率对读数有影响。靠近地面的空气由于存在温度差，空气密度不同，当光线通过密度不同的空气时，光线会发生折射。减少误差的方法：一是观测时前、后视距离要相等，二是视线要高出地面0.3m以上。第四节 水准测量的误差和注意事项(三)外界条件的影响所带来的39第四节 水准测量的误差和注意事项3.温度的影响温度的变化不仅引起大气折光的变化，而且当烈日照射水准管时，由于受热不匀，气泡会向温度高的方向移动。因此在进行测量时要撑伞遮住仪器，以免阳光直射。二、水准测量中的注意事项水准测量工作连续性强，稍有疏忽就容易出错，只要有一个环节出现问题，就可能造成结果的错误，无论是观测者，立尺者还是记录者，都必须十分认真、密切配合，以保证观测质量。1.水准仪整平后，手不要按在脚架上。每次读数前后都要检查水准器气泡是否居中。2.在待测点和已知高程点上不能放置尺垫；未读后视读数之前，不得碰动后视尺垫；未读转点前视读数，仪器不得移动到下一测站；工作中间停测时，应选择稳固、易找的固定点作为转点，并测出其前视读数。3.所有计算必须进行检核，未经检核的计算结果，不能使用。第四节 水准测量的误差和注意事项3.温度的影响40课堂实训2-2 水准路线测量与成果整理一、目的掌握水准路线测量的观测方法、记录方法和水准路线成果整理的方法。二、内容1.每个小组施测一条610点的闭合水准路线，假定起点高程。2.计算路线的高差闭合差，并进行高差闭合差的调整和高程的计算。三、仪器及工具AL25A水准仪1台，水准尺1支，记录表格、笔及计算器。四、方法提示1.对测区进行勘查后，选定一条610点的闭合水准路线。2.测量、记录前、后视读数，并计算高差。3.检核计算。高差闭合查要小于容许误差。4.计算高差的改正数和改正后的高差，最后计算各待测点的高程。课堂实训2-2 水准路线测量与成果整理一、目的41课堂实训2-2 水准路线测量与成果整理五、注意事项1.实训时，测站校核采用双仪高法。2.读取横丝读数时一律记4位数，即米、分米、厘米和毫米。3.读数前要消除视差，读数时水准尺要立直。4.读完后视读数，仪器不能移动和整平；读完前视读数，不能移动前视点尺垫。六、上交资料每组上交水准测量记录表一份，每人上交水准路线成果计算表一份。课堂实训2-2 水准路线测量与成果整理五、注意事项42复习与思考题1.A为后视点，B为前视点，若后视读数a=2.216m，前视读数b=1.478m，问A、B两点间高差是多少？B点比A点高还是低？已知A点高程为151.238m，问B点高程是多少？并绘图说明。2.将下图中的数据(单位：m)填入水准测量手簿中，求出各待测点的高程，并进行计算检核。已知A点高程为56.808m。复习与思考题1.A为后视点，B为前视点，若后视读数a=2.243复习与思考题3.下图为一闭合水准路线的观测成果，试评定其精度是否符合要求，若符合要求，即进行高差闭合差的调整，并推算出各待测点的高程。已知A点高程为67.326m。复习与思考题3.下图为一闭合水准路线的观测成果，试评定其精度44复习与思考题4.下图为一附合水准路线的观测成果，试计算、调整闭合差，并求出路线中各待测点的高程。复习与思考题4.下图为一附合水准路线的观测成果，试计算、调整45第2题 参考答案普通水准测量手簿第2题 参考答案普通水准测量手簿46第3题参考答案闭合水准路线成果整理计算表第3题参考答案闭合水准路线成果整理计算表47第4题参考答案附合水准路线成果整理计算表第4题参考答案附合水准路线成果整理计算表48本章结束本章结束49