第2章-水准测量教材课件

n大地水准面n沿重力方向的长度(距离)第二章第二章 水准测量水准测量高程：高程：地面上某点的高程是这个点沿铅垂线方向至大地水准面的距离。n n高程测量高程测量高程测量高程测量：测定地面上个点高程或两点之间的高程差的测测定地面上个点高程或两点之间的高程差的测量工作。量工作。n n高程基准面高程基准面高程基准面高程基准面：为了建立一个全国统一的高程系统，必须确为了建立一个全国统一的高程系统，必须确定一个统一的高程基准面，通常采用定一个统一的高程基准面，通常采用大地水准面大地水准面。n n水准原点水准原点水准原点水准原点：为了确定高程基准面的位置，在青岛建立了一为了确定高程基准面的位置，在青岛建立了一个与验潮站相联系的基点，水准原点作为全国高程测量的个与验潮站相联系的基点，水准原点作为全国高程测量的基准点。基准点。n n19561956黄海高程系黄海高程系黄海高程系黄海高程系：我国采用青岛验潮站我国采用青岛验潮站19501956年观年观测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面（已过时）。测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面（已过时）。n n19851985国家高程基准国家高程基准国家高程基准国家高程基准：从从1989年起，国家规定采用青岛验年起，国家规定采用青岛验潮站潮站19521979年的观测资料，计算出的平均海水面作年的观测资料，计算出的平均海水面作为新的高程基准面。为新的高程基准面。高程测量的概念高程测量的概念高程测量的种类高程测量的种类几何水准测量：几何水准测量：利用水平视线来测量两点间的高差。三角高程测量：三角高程测量：测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角函数计算出两点间的高差。液体静力水准测量：液体静力水准测量：连通管原理。气压高程测量：气压高程测量：利用气压计测两点间高差。GPSGPS高程：高程：利用旋转椭球计算得到。摄影测量：摄影测量：数字地面模型。基本概念：基本概念：后后视视点点、后后视视读读数数、后后视视视视距距、前前视视点点、前前视视读读数数、前前视视视距、测站视距、测站水准仪水准仪水准尺水准尺测站测站hAB=a-bhAB=HB-HAHB=HA+a-b2.1 2.1 水准测量的原理水准测量的原理高差法：高差法：视线高法（仪高法、中视法）视线高法（仪高法、中视法）HB=HA+a-b令Hs=HA+a Hi=Hs-bi视线高法（仪高法、中视法）视线高法（仪高法、中视法）HB=HA+a-b令Hs=HA+a Hi=Hs-bi中丝中丝读取视准轴CC与标尺交点的读数。上下丝上下丝读取水准仪到标尺的距离(视距)。中丝中丝上下丝（视上下丝（视距丝）距丝）楔形丝楔形丝管水准器轴LL内圆弧中点切切线，气泡居中时，LL水平。管水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。S3水准仪的水准管精度为=20/2mm。管水准器轴LL望远镜视准轴CC，精确整平仪器。符合气泡符合气泡管水准器与符合水准器管水准器与符合水准器圆水准器圆水准器圆水准器轴 内圆弧中点的法法线，气泡居中时，铅垂。圆水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。一般为810。水准测量的仪器水准测量的仪器杆式水准尺：杆式水准尺：1、尺面分划为、尺面分划为1cm，每，每10cm处处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字，尺底为零。字，尺底为零。2、双面尺的红面尺底刻划：一把为、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为，另一把为4787mm。（尺常数）（尺常数）水准测量的仪器水准测量的仪器注意：注意：转点上使用转点上使用 水准点上不用水准点上不用 水准尺放在最高点上水准尺放在最高点上尺垫尺垫1.1.安置水准仪安置水准仪n 首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥。致水平并牢固稳妥。n 把水准仪用连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必把水准仪用连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。上之后才可放手。2.2.仪器的粗略整平仪器的粗略整平n左手拇指法则：左手拇指法则：(1)先相对旋转两个脚螺旋，先相对旋转两个脚螺旋，使气泡到中线。使气泡到中线。(2)再旋转第三个脚螺旋，再旋转第三个脚螺旋，使气泡居中。使气泡居中。2.4.1 微倾式水准仪的安置与使用微倾式水准仪的安置与使用DS3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用3.3.瞄准目标：瞄准目标：准星瞄准、目镜调焦、物镜调焦、使十字丝竖丝照准水准尺。视差：视差：当观测时眼睛稍作上下移动，如果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有改变，这一现象叫视差。DS3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用视差的产生：视差的产生：尺像没有落在十字丝平面上。视差的消除：视差的消除：先调目镜调焦螺旋使十字丝清晰，然后一面调节物镜调焦螺旋一面仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面上。DS3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用4.4.视线的精确整平：视线的精确整平：调整微倾螺旋微倾螺旋使符合气泡居中。注意注意：每次读数前都需要重新使气泡符合每次读数前都需要重新使气泡符合DS3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用5.5.读数读数n用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。n从尺上可直接读出米、分米和厘米数，估读毫米从尺上可直接读出米、分米和厘米数，估读毫米数，所以每个读数必须有四位数。数，所以每个读数必须有四位数。n规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。上读。水准尺的读数水准尺的读数 bc a625262521472147207250725DS3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用6.6.立尺立尺使水准尺稳定、竖直，可以采用其他物体支撑。7.7.搬站搬站检查中心螺旋是否旋紧，收拢三脚架，一手托基座，一手斜抱三角架。在地形复杂地区应将仪器装箱。水准仪操作步骤：水准仪操作步骤：安置脚架安置脚架 粗略整平粗略整平 消除视差消除视差 精确整平精确整平 读数读数自动安平水准仪自动安平水准仪问题问题：微倾式水准仪每次读数之前都要调节微倾螺旋使符合气泡对齐，操作时间长，效率低，并且带来很多其他误差。对策对策：在望远镜筒倾斜度不大的情况下，只要粗略整平仪器，微小的倾斜能够自动改正。自动安平水准仪自动安平水准仪补偿器工作状态的判断补偿器工作状态的判断n按压仪器目镜下方的按钮，按压过程中观察读数是否变化。n或轻轻摇动水准仪，仪器内部是否有清脆的响声。自动安平水准仪局限性自动安平水准仪局限性n不能在振动大的场合，如车辆频繁行驶的桥梁，大型运转机械设备附近等。n不能在强磁场附近使用。数字数字(电子电子)自动安平水准仪自动安平水准仪以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器(CCD阵列)等，并采用条形码分划水准标尺和图像处理电子系统而构成的光机电一体化测量仪器。当按下测量键时，仪器就会瞄准水准尺上的条码拍摄图片，然后与仪器内存中的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。数字数字(电子电子)自动安平水准仪自动安平水准仪与传统水准仪相比它有以下特点：（1）用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、误记问题，没有人为读数误差；（2）精度高，多条码（等效为多分划）测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界条件变化的影响；（3）速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现内外业一体化。它使水准测量作业向自动化方向迈进了一大步。当采用普通水准尺时，该仪器又可当作普通自动安平水准仪使用。水准点水准点水准点（高程控制点）水准点（高程控制点）BM(Bench Mark)。n 标石水准点：需要长期保存使用的情况下。n 墙脚水准点：在一段时间内需要频繁使用。n 简易标志水准点：临时使用，任何稳定凸起的地方均可。n 油漆线标高：利用水平油漆线作为测量基准。一、水准路线的形式一、水准路线的形式一、水准路线的形式一、水准路线的形式 附合水准路线附合水准路线闭合水准路线闭合水准路线水准支线水准支线水准网水准网结点水准路线结点水准路线水准测量的实施水准测量的实施测站站测点点后后视读数数前前视读数数高差高差高程高程备注注AZ12.0731.5260.54750.118已知已知A点高点高程程=50.118Z1Z21.6241.4070.217Z2Z31.6781.3920.286Z3Z41.5951.4020.193Z4B0.9211.5030.58250.7797.8917.2301.2430.582计算算检核核二、二、水水准准测测量量的的施施测测方方法法测点后视读数前视读数高差高程备注A2.07350.118Z11.6241.5260.547Z21.6781.4070.217Z31.5951.3920.286Z40.9211.4020.193B1.5030.58250.7797.8917.2301.2430.582计算检核 三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核(一)计算检核 (i.)h=a-b (ii.)HB-HA=h三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核(二)测站检核(1)两次仪器高法h1=a1-b1h2=a2-b2f=h1-h2三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核(二)测站检核(1)两次仪器高法三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核(二)测站检核 (2)双面尺法a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2f=h1-h2三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核(二)测站检核 (2)双面尺法三、水准测量的成果检核三、水准测量的成果检核(三)水准路线的检核 高差闭合差：高差闭合差：f=h测h理论 容许容许(允许允许)闭合差闭合差(限差限差)：F容查阅有关测量规范获得。（i）附合水准路线 高程闭合差：fh=h(H终H始)（ii）闭合水准路线 高程闭合差 fh=h（iii）水准支线 高程闭合差 fh=h往+/-h返|fh|F|fh|F容容 成果合格成果合格铁路线路水准测量的容许高程闭合差则为：铁路线路水准测量的容许高程闭合差则为：2.4 三、四等水准测量三、四等水准测量 在在测测区区布布设设一一批批高高程程控控制制点点，即即水水准准点点，用用精精确确方方法法测定它们的高程，构成高程控制网。测定它们的高程，构成高程控制网。高程控制测量的方法：高程控制测量的方法：水准测量和三角高程测量。水准测量和三角高程测量。高程基准面高程基准面:大地水准面大地水准面.基准点，即水准原点基准点，即水准原点:我国规定自我国规定自19891989年起一律采用年起一律采用“1985 1985 国家高程基准国家高程基准”.以以这个基准测定的青岛水准原这个基准测定的青岛水准原 点高程为点高程为7272.260260m m。高程控制测量的任务高程控制测量的任务:水准测量主要技术要求水准测量主要技术要求 注：结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度、不应大于表中规定的0.7倍；L为往返测段，附合或环线的水准路线长度（km）；n为测站数。2.4.1 一测站观测方法与记录一测站观测方法与记录 观 测 方 法 四等水准测量四等水准测量 视线长度不超过100m。每一测站上，按下列顺序进行观测：（1）后视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数.（2）后视水准尺的红面，读中丝读数.（3）前视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数.（4）前视水准尺的红面，读中丝读数。以上的观测顺序称为后一后一前一前后一后一前一前后一后一前一前后一后一前一前，在后视和前视读数时，均先读黑面再读红面先读黑面再读红面，读黑面时读三丝读数读三丝读数，读红面时只读只读中丝读数中丝读数。三等水准测量三等水准测量 视线长度不超过75m。观测顺序应为后一前一前一后后一前一前一后后一前一前一后后一前一前一后 .闭合差分配：闭合差分配：根据一定的原则使实测高差与理论高差相等。分配原则：分配原则：闭合差与测站数（或水准路线的长度）闭合差与测站数（或水准路线的长度）成正比反符号分配到各测段高差中。成正比反符号分配到各测段高差中。2.5 水准测量的内业计算水准测量的内业计算对于n个测站，则每站改正数为：，ni站改正数 对于l路线长，每公里改正数为：，Li公里改正数改正数总和绝对值应与闭合差绝对值相等，即|Vi|=|fh|改正后高差 hi =hi+Vi 改正后h 应与h理论相等。高程计算：高程计算：Hi=Hi-1+hi 水准测量成果计算水准测量成果计算水准测量成果计算水准测量成果计算 A123B+2.3311.6km+2.8132.1km-2.2441.7km+1.4302.0kmHA=45.286mHB=49.579m水准测量成果计算水准测量成果计算检核计算2.72.7水准测量误差来源及消减方法水准测量误差来源及消减方法u仪器误差仪器误差u观测误差观测误差u外界环境的影响外界环境的影响仪器误差仪器误差 (一)视准轴不平行于水准管轴 (二)水准尺误差观测误差观测误差 (一)水准管气泡居中误差 (二)读数误差 (三)视差的影像 (四)水准尺倾斜的影响外界环境引起的误差外界环境引起的误差(一)仪器下沉和水准尺下沉的误差1.仪器下沉的误差2.水准尺下沉的误差(二)地球曲率和大气折光的误差1.地球曲率引起的误差2.大气折光引起的误差(三)温度气候的影响思考题思考题水水准准测测量量中中保保持持前前后后视视距距离离相相等等可可以减弱或消除哪些误差的影响？以减弱或消除哪些误差的影响？