002第二章水准测量资料课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 水准测量,第二章 水准测量,水准测量原理,水准测量的方法与成果整理,水准仪轴线的检验与校正,自动安平水准仪和精密水准仪,学习要点,一,.,高程测量概述,2-1,高程测量概述,1.,高程测量,测定地面点高程的工作（测高差定高程）,2.,高程测量的方法,水准测量,用水准仪进行高程测量的工作。,是高程测量的主要方法,使用仪器：,水准仪,水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。,其它高程测量方法：,三角高程测量,3.4.,高程系统、等级,3.,高程系统,我国国家,高程系统：,黄海高程系,1956,年黄海高程系,(,水准原点,H=72.289,米）,我国国家,高程基准：,1985,年,国家,高程基准,(,水准原点,H=72.260,米,),地方高程系统,上海：吴淞高程系,4.,水准测量的等级,（,1,）国家分一、二、三、四等、图根（按精度要求、控制范围）,（,2,）城市分二、三、四等、图根,二,.,水准测量原理,2-1,水准测量,原理,高差,=,后视读数,-,前视读数：,1.,水准测量原理,h,AB,0,，高差为正，前视点高；,h,AB,0,，高差为负，前视点低。,高差必须带“,+,、,-,”,号；,h,AB,的下标 次序必须与测量的前进方向一致。,例：,已知,h,AB,=+,1.436 m,则,h,BA,=-,1.436 m,大地水准面,h,AB,A,B,H,A,H,B,=H,A,+h,AB,水平视线,水准尺,水准尺,a,b,前进方向,水准仪的主要轴线,：,望远镜视准轴,（俗称视线），用于观察尺子，取读数,水准管轴,，水准管是水平状态指示器。用于把其轴置平,仪器要求这两个轴平行。从而可以借助水准器把视线置平,2.,连续安置水准仪的测量方法,2.,连续高程测量,两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若,干,转点,，分段测量高差，取各分段高差的总和。,h,AB,=h,1,+ h,2,+,+ h,n,=(,a,1,-b,1,)+(a,2,-b,2,)+,+(a,n,-b,n,),=,a-b,(2-2-7),h,AB,测量仪器综述,特点：,精度高,能在野外条件下长期稳定使用,自动化程度高，操作方便,发展过程：,精密机械,光学,+,精密机械,微电子,+,光学,+,精密机械,一,.,水准测量的仪器与工具,2-3,水准测量的仪器及工具,一、水准尺、尺垫,直尺,：,双面,(,黑、红,),水准尺，,尺常数,4.687m,、,4.787m,，用,于三等以下水准路线测量。,塔尺,：,可伸缩，伸足为,3,米、,5,米，用于一般工程测量。,尺垫,：,转点立尺用。,2.,水准仪,二、水准仪,精度系列,：,S05 S1 S3 S10,型号下标：毫米数，表示,1,公里水准测量的中误差,(,由 仪器引起的,),。,构造,：,一般构件,(,基座,),望远镜与视差,水准器,S3,水准仪外型,望远镜与视差,望远镜与视差,测量望远镜及十字丝,上丝,下丝,竖丝,横丝,望远镜的十字丝,测量望远镜,视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。,物镜的作用：把目标成象（拉近）。,目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。,十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为,目镜调焦,。,调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为,物镜调焦,。,视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦可以,消除视差,。,视差,视差：,望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。,现象：,观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，,十字丝与目标的像,有,相对移动,。,消除视差的步骤：,目镜调焦，使十字丝最清晰；,物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。,水准器,圆水准器 灵敏度,8/2mm,用于仪器粗平,管水准器 灵敏度,20/2mm,用于仪器精平,水准器,水准器分圆形和管形两种,管水准器是个玻璃容器，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。,圆水准器是个玻璃容器，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。“气泡居中”即水准器的轴垂直。,水准管,圆水准器,轴,水准管的精度：,管子内壁光滑，液体与内壁的附着力小，则气泡对倾斜反映的灵敏度高,曲率半径大，格值小则精度高,气泡长，两端清晰，读数误差小则精度高,格值,是相邻分划线之间的弧所对的圆心角。设弧长为,2,毫米，曲率半径为,R,毫米，则格值,一般 秒,符合棱镜系统,把水准气泡两端成象在一起便于观察。,若直接用肉眼观察则,因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差,要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中,用,符合棱镜系统,观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。,观察窗,二,.,水准仪使用,三、,水准仪使用,操作程序与方法,安置,粗平,瞄准,精平,读数,安置,时考虑前、后视等距,(,原因）；,粗平,时掌握,“,左手大拇指法,”,；,瞄准,时包括消除视差；,在,精平,状态下,(,符合气泡符合时,),读数；,读数,估读至毫米。,符合气泡符合,尚未符合,符合气泡符合，,水准管轴与视,线水平。,左手大拇指法,“,左手大拇指法,”,整平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。,a,b,c,粗平的操作,普通水准尺,水准尺的分划不是线划式而是,区格式,的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数“估读”。,区格式分划便于从远处观察并读数。,读数,b,c,瞄准与读数,水准测量的瞄准与读数,a,c,b,a,0.725,6.253,1.478,2-4,水准测量的方法及成果处理,一、水准点和水准线路,（一）,水准点,埋设在永久、固定的地点,按等级不同，埋设的要求不同,2.,水准路线,3.,支水准路线,BM.A,TBM1,TBM2,TBM1,BM.A,TBM2,TBM3,TBM4,1.,闭合水准路线,2.,附合水准路线,BM.A,BM.B,TBM1,TBM2,TBM3,（二）水准路线,三种水准路线的布置形式,1.,水准测量的方法,二、水准测量的方法,BMA,BMB,1.444,1.324,TP2,h,2,=+0.120,1.822,0.876,TP3,h,3,=+0.946,1.820,1.435,TP4,h,4,=+0.385,1.422,1.304,h,5,=+0.118,前进方向,1.134,1.677,TP1,h,1,=-0.543,水准测量记录表,水准测量的记录,水准测量记录表,1,2,3,4,5,BMA 1.134,TP1 1.677 -0.543,TP1 1.444,TP2 1.324 +0.120,TP2 1.822,TP3 0.876 +0.946,TP3 1.820,TP4 1.435 +0.385,TP4 1.422,BMB 1.304 +0.118,7642 6616 +1.026,（一）、两次仪器高法,已知,H,A,，求,H,B,a,1,b1,a,2,b,2,h,1,=a,1,-b,1,h,2,=a,2,-b,2,h,1,-h,2,f=,5mm,水准测量记录（两次仪器法）,（二）、双面尺法,已知,H,A,，求,H,B,a,1,b1,a,2,b,2,h,1,=a,1,-b,1,h,2,=a,2,-b,2,h,1,-h,2,f=,5mm,水准测量记录（双面尺法）,3.,水准测量的检核,三、水准测量的检核,两种方法：,(1),两次仪器高法,h-h,5mm,(2),双面尺法,红黑面读数差,3mm,h,黑,-h,红,5mm,),（一）,测站检核,对每一站高差进行检核，保证每一站高差正确。,路线检核,（二）,路线检核,对整条路线的,总高差,进行,检核,2.,支水准路线,BM.A,TBM1,TBM2,TBM1,BM.A,TBM2,TBM3,TBM4,1.,闭合水准路线,3.,附合水准路线,BM.A,BM.B,TBM1,TBM2,TBM3,h,允,=40,L mm,或 ,h,允,=12,n mm,(2-4-5),，,(2-4-6),检核公式,h,理,=0,fh=h,测,fhfh,允,fh=h,往,+,h,返,fhfh,允,检核公式,h,理,=,h,终,-,h,始,fh=h,测,-,h,理,fhfh,允,四,.,水准,测量成果整理,五、水准,测量成果,整理,计算步骤：,高差闭合差的计算,路线闭合差检验,闭合差分配：,计算每公里（每站）高差改正数,计算测段高差改正数,计算改正后高差,计算各点高程,水准测量成果整理,A,1,2,3,B,+2.331,1.6KM,+2.813,2.1KM,-2.244,1.7KM,+1.430,2.0KM,H,A,=45.286M,H,B,=49.579M,水准测量成果整理,三、四等水准测量测站技术要求,四等水准测量记录,2024/11/30,第二章水准测量,36,检校的时间,：,购进仪器之后,长途运输之后,项目开工之后,出现问题之后,检校目的,：使仪器各种轴系关系处于正常状态。,2-6,水准仪的检验和校正,2024/11/30,37,一、微倾式水准仪的检验和校正,水准仪的主要轴、线：,视准轴,CC,水准管轴,LL,仪器竖轴,VV,圆水准器轴,L,L,十字丝横丝（中丝）,轴线之间应满足的几何条件,L,L,VV,横丝,VV,LL,CC,（最重要）,2024/11/30,第二章水准测量,38,（一）圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正,目的,使,L,L,VV,，圆水准器气泡居中时，竖轴位于铅垂位置。,检验,（,1,）,旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中,（,2,）,将望远镜水平方向绕竖轴旋转,180,，若气泡仍居中，则,L,L,VV,，若气泡偏离，则需进行校正。,2024/11/30,第二章水准测量,39,（二）十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验和校正,目的,使,横丝,VV,，当仪器粗略整平后，横丝基本水平，用横丝上任意位置所得读数均相同。,检验,水准仪整平后，先用十字丝横丝的一端切准一个点状目标,P,，若,P,点始终在横丝上移动，说明横丝已与竖轴垂直；若,P,点移动的轨迹离开了横丝，则说明横丝与竖轴不垂直，需要校正。,图,2-27,2024/11/30,40,（三）,i,角误差的检验和校正,l,i,角：,水准管轴和视准轴,在垂直面上的投影的夹角。,l,交叉误差：,上述两轴在水平面上投影,的夹角。,在等外水准,测量中可忽略其影响,为使,LL,CC,，两轴在水平面和垂直面的投影都应平行。,l,i,角检验：,是水准仪检校中,最重要,的一项，,l,i,角检验目的,当水准管气泡符合时，视准轴就处于水平位置，使读数正确。,2024/11/30,第二章水准测量,41,检验方法：（,图,2-29,）,l,在平坦之地选相距,60,80 m,的,A,、,B,两点，在两点打入木桩；,l,水准仪置于,I,点（,A,、,B,两点的中点），,用双仪高法测得,A,B,两点的高差,h,1,=a,1,-b,1,l,把将仪器搬至,II,点,（距,B,点略大于,2,米,）,，,测得,A,、,B,两点高差,h,2,=a,2,-b,2,l,如果,h,2,=,h,1,，说明水准管轴与视准轴平行，即,i,=0,。,如果,h,2,h,1,则说明存在,i,角误差：,式中,=,h,2,-,h,1,=a,2,-a,2,两点所测高差之差；,D,AB,A,、,B,两点间的距离；,206265,。,当,或,i,角为正时，视线向上倾斜，反之向下倾斜。,对于,DS,3,水准仪，要求,i,角不大于,20,，否则应进行校正。,a,2,a,2,a,1,2024/11/30,42,（四）水准管轴和视准轴交叉误差的检验和校正,由于交叉误差的影响较小，所以一般工程水准测量中可不进行此项检验。,对于精密水准测量，则应进行交叉误差的检验。,如果需要进行这项检验时，,应安排在,i,角检验校正之前进行。,因为这两项检校互相有影响，但,i,角的检校最为重要，应在最后进行。,2024/11/30,第二章水准测量,43,2-7,水准测量的误差分析,为了保证测量成果的精度，需要分析研究产生误差的原因，并采取措施消除或减小误差的影响。,主要的误差来源：,仪器,观测者,外界条件,2024/11/30,44,一、仪器误差,l,仪器校正后的残余误差,（,i,角误差,）,此项误差与仪器至立尺点的距离成正比。,l,在测量中，保持前视和后视的距离相等，可消除该项误差。,l,因某种原因某一测站的前视（或后视）距离较大,，得到,补偿,。那么就在下一测站上使后视（或前视）距离较大，可使误差,l,水准尺的误差,l,尺长误差,：尺长变化、弯曲引起的误差，通常限制弯曲度、施加改正数消除。,l,刻划误差,：刻划不准确引起的误差，可施加改正数消除。,l,零点误差,：尺底的刻划值与理论值之差，可采用偶数站或使用一根水准尺消除。,2024/11/30,45,二、观测误差,气泡居中的误差,气泡居中的精度即水准管的灵敏度，它主要决定于水准管的分划值。为了减小气泡居中误差的影响，应对视线长加以限制，观测时应尽量使气泡精确地居中或符合。,读数误差,估读的误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率以及视线的长度有关。,视差影响,水准尺倾斜误差,水准尺倾斜会使读数增大：装有水准器的水准尺、摇尺法可消除。,2024/11/30,46,三、外界条件的影响,仪器下沉和水准尺下沉,仪器下沉,：“后、前、前、后”的观测程序，可减弱其影响。,水准尺下沉,：“往返测” 可以减弱水准尺下沉的影响。,气候的影响,温度的变化引起大气折光变化造成尺像跳动；,烈日直晒仪器和大风影响水准管气泡的整平。,尽量选择无风的阴天进行测量。,2024/11/30,47,地球曲率的影响 水准测量应根据水准面来求出两点的高差，但视准轴是一直线，因此使读数中含有由地球曲率引起的误差,“,p”,。,P=D,2, (2R),大气折光的影响 在一般大气情况下，,大气折光误差 “,”,是地球曲率误差“,p”,的,1/7,;, =,D,2, (14R),地球曲率与大气折光的共同影响 ：,f = p -,=0.43D,2, R,若前后视距相等,该误差可在计算高差时自行消除。,3,、地球曲率和大气折光的影响,2024/11/30,48,图,2-34,地球曲率的影响,P=D,2, (2R),；,大气折光,=,D,2, (14R),地球曲率与大气折光的共同影响,：,f = p -,= 0.43D,2, R,算例,点号,测段的测站数,实测高差,（,m,）,改正数,(mm),改正后高差,（,m,）,高程,（,m,）,点号,A,12,+0.428,40.238,A,1,1,14,-1.346,2,2,10,+2.487,3,3,9,-1.509,A,A,E,