四等水准测量与导线测量技术ppt课件

四等水准测量及导线测量技术,1,一、四等水准测量,水准测量原理 水准测量的仪器和工具 水准测量的外业实施 水准测量的检核 水准测量的成果整理 水准测量的误差 水准测量规范,2,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,气压高程测量， GPS测量,3,3.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),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,4,（一） 水准测量原理,5,高差=后视读数-前视读数：,1.1、水准测量原理,1.1.1原理内容：,求待定点高程的方法： 高差法 ：HBHA+hABHA+(a-b) 视线高法 ：HB（HA+a）-bHi-b,6,1.1.2 连续高程测量 当地面上A、B两点的距离较远，两点的高差太大，安置一次仪器不能测定其高程时，就需要增设若干个临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点，用ZD表示 ，分段测量高差，取各分段高差的总和。,7,1.2水准面曲率（地球曲率）对水准测量的影响,结论：在进行水准测量时，总是把仪器安置在离前、后视点大致等距的地点 。,8,2.水准仪,2.1水准仪,按精度划分： DS05 DS1 DS3 DS10 型号下标：其中D表示“大地”，S表示“水准仪”，数字表示精度，毫米数，表示 1公里水准测量的中误差(由仪器引起的) 。,水准仪构造： 望远镜与视差 水准器 基座,DS3 水准仪外型,（二） 仪器和工具,9,2.1.1望远镜与视差,测量望远镜及十字丝,视距丝,10,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。消除视差方法与经纬仪消除视差方法一样。,测量望远镜,11,视差,视差： 产生原因：望远镜内目标成像平面与十字丝平面未重合。 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。 直到眼睛上下移动，读数不变为止。,12,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 圆水准器用来指示竖轴是否竖直。 管水准器用来指示视准轴是否水平。,2.1.2水准器,13,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,14,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。 水准管圆弧2mm所对的圆心角称为水准管分划值。 气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值,15,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,16,2.2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。,零点差,17,二.水准仪使用,2.3水准仪的使 用,操作程序与方法 安置粗平瞄准(精平)读数,18,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。,19,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,20,b,c,瞄准与读数,a,0708,6226,1471,21,（三）水准测量的方法及成果整理,3.1水准点和水准线路 3.1.1水准点（Bench Mark）为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需要埋设的高程点 1.永久性、临时性（与转点的区别） 2.点之记：图、编号、高程,22,2.水准路线,3.1.2水准路线定义,三种水准路线的布置形式（注：高差总合的理论值）,23,1.水准测量的方法,3.2水准测量的外业实施,前进方向,3.2.1普通水准测量,24,水准测量记录表,普通水准测量的记录,水准测量记录表,61,62,60,61,58,57,61,61,61,62,计算检核,25,a1,b1,a2,b2,h1=a1-b1,h2=a2-b2,h1-h2f= 5mm,3.2.2四等水准测量,1.两次仪器高法已知HA，求HB,测站检核,26,水准测量记录（两次仪器高法）,27,2、双面尺法已知HA，求HB（主要方法）,a1,b1,a2,b2,h1=a1-b1,h2=a2-b2,h1-h2f= 5mm,1）用途：加密国家高程控制网；小地区地形测量中首级高程控制网； 工程建设中建立高程施工控制网。,2）观测步骤：（1）后前前后（黑、黑、红、红） （2）后后前前（黑、红、黑、红）,测站检核,28,水准测量记录（双面尺法）,29,（四）水准测量检核 4.1计算检核 两点高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和。 4.2测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。 1. 两次仪器高法在每个测站上一次测得两转点间的高差后，改变一下水准仪的高度，再次测量两转点间的高差。 2.双面尺法利用双面水准尺分别由黑面和红面读数得出的高差，扣除一对水准尺的常数差后，两个高差之差小于5mm 时可认为合格。,30,4.3成果检核 4.3.1附合水准路线理论上在两已知高程水准点间所测得各站高差之和应等于起迄两水准点间高程之差。如果它们不能相等，其差值称为高程闭合差。 4.3.2闭合水准路线在闭合水准路线上亦可对测量成果进行检核。对于闭合水准路线，因为它起迄于同一个点，所以理论上全线各站高差之和应等于零。如果高差之和不等于零，则其差值即h就是闭合水准路线的高程闭合差。 4.3.3水准支线水准支线必须在起终点间用往返测进行检核。理论上往返测所得高差的绝对值应相等，但符号相反，或者是往返测高差的代数和应等于零。如果往返测高差的代数和不等于零，其值即为水准支线的高程闭合差。,31,（五）水准测量的内业 5.1容许高程闭合差，用F h表示。 四等水准测量的容许高程闭合差为： 五等水准测量的容许高程闭合差则为,32,5.2闭合差的分配,当实际的高程闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上。显然，高程测量的误差是随水准路线的长度或测站数的增加而增加，所以分配的原则是把闭合差以相反的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上。故各测段高差的改正数为：,33,（六）水准测量的误差 6.1自动安平水准仪的校正 自动安平水准仪应满足的条件是： (一) 圆水准器轴应平行于仪器的竖轴。 (二) 十字丝横丝应垂直于竖轴。 (三) 水准仪在补偿范围内，应能起到补偿作用。 检验方法如下：将水准仪安置在一点，在离仪器约50m 处立一水准尺。安置仪器时使中两个脚螺旋的连线垂直于仪器到水准尺连线的方向。用圆水准器整平仪器，读取水准尺 上读数。旋转视线方向上的第三个脚螺旋，让气泡中心偏离圆水准零点少许，使竖轴向前稍倾斜，读取水准尺上读数。然后再次旋转这个脚螺旋，使气泡中心向相反方向偏离零点并读数、重新整平仪器，用位于垂直于视线方向的两个脚螺旋，先后使仪器向左右两侧倾斜，分别在气泡中心,34,稍偏离零点后读数。如果仪器竖轴向前后左右倾斜时所得读数与仪器整平时所得读数之差不超过2mm，则可认为补偿器工作正常，否则应检查原因或送工厂修理。检验时圆水准器气泡偏离的大小，应根据补偿器的工作范围及圆水准器的分划值来决定。例如补偿工作范围为5，圆水准器的分划值为8/2mm 弧长所对之圆心角值。则气泡偏离零点不应超过5/82=1.2mm。补偿器工作范围和圆水准器的分划值在仪器说明书中均可查得。 (四) 视准轴经过补偿后应与水平线一致。 若视准轴经补偿后不能与水平线一致，则也构成i 角，产生读数误差。这种误差的检验方法与微倾式水准仪i 角的检验方法相同，但校正时应校正十字丝。,35,6.2水准测量的误差 1、仪器误差 （保持前后视距相等） 视准轴与水准管轴不平行引起的误差 调焦引起的误差（调焦透镜光心移动的轨迹和望眼镜光轴不重合）。 水准尺的分划误差和尺身构造误差 2、观测误差 气泡居中误差、估读水准尺分划的误差、水准尺不直引起的误差 3、外界环境的影响 仪器和水准尺下沉、地球曲率和大气折光引起的误差、气候的影响,36,（七）水准测量规范 7. 1水准测量主要技术要求如下：,37,7.2水准测量所使用的仪器及水准尺，应符合下列规定： 水准仪视准轴与水准管轴的夹角i，DSl 型不应超过15；DS3 型不应超过20“。 补偿式自动安平水准仪的补偿误差a 对于二等水准不应超过02，三等不应超过05。 水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过015mm；对于条形码尺，不应超过010mm；对于木质双面水准尺，不应超过05mm。,38,7.3水准观测的主要技术要求：,39,7.4水准测量数据处理 各等级水准网，应按最小二乘法进行平差并计算每千米高差全中误差。 高程成果的取值，二等水准应精确至01mm，三、四、五等水准应精确至1mm。 两次观测高差较差超限时应重测。重测后，对于二等水准应选取两次异向观测的合格结果，其他等级则应将重测结果与原测结果分别比较，较差均不超过限值时，取三次结果的平均数。,40,一、导线测量,导线测量概述 导线的布设形式 导线测量外业 导线测量的内业计算 附和导线计算 支导线计算 导线测量规范,41,导线测量概述 1导线 将测区内相邻控制点连接成直线而构成的折线称为导线。 2导线点，导线边构成导线的各点称导线点，每相邻两个导线点要相互通视。折线边称为导线边。 3导线测量测定各转角，各边长，根据起算数据和一定的几何关系推出各点的坐标。,42,（一）导线的布设形式 导线类型：闭合导线、附和导线、支导线、导线网、结点网,43,（二）导线测量的外业工作 导线的测量的外业工作包括：踏勘选点及建立标志，测角、测距。 2.1 踏勘选点及建立标志 2.1.1资料搜集：测区及附近已有地形图和控制点 2.1.2导线点位置的选择: 1) 相邻导线点间要通视。 2) 应选在土质坚实处，以保存和安置仪器。 3) 视野开阔，便于碎部测量。 4) 相邻导线的边长应大致相等。 5) 导线点应分布均匀，以便控制整个测区。,44,2.1.3建立标志 1）临时控制点：用木桩，桩上有钉做标志。 2）永久控制点：钢钉，混凝土，中间十字或中间夹钢筋。,45,2.观测转折角（或内角）和连接角 采用测回法测角 （1）附合导线：城市测量一般观测导线前进方向的左角，铁路测量中一般观测导线前进方向的右角。 （2）闭合导线：观测内角。 （3）连接角：各图中1、A均为连接角,导线前进方向,46,3.边长测量 用全站仪、测距仪或钢尺精密测距进行导线边长测量，读数到毫米。导线测量手薄格式见下表所示。,47,（三）导线测量的内业计算 3.1根据导线类型进行角度闭合差计算及分配 3.2根据连接角及导线转折角计算导线各边的方位角 3.3根据已知点坐标、已知边长及导线各边的坐标方位角计算未知点的坐标 3.4根据导线类型进行坐标增量闭合差计算及分配 3.5计算导线点最终坐标,48,3.1根据导线类型进行角度闭合差计算及分配 3.1.1角度闭合差计算 1）附合导线测左（右）角 2）闭合导线测内角 3.1.2闭合差分配 3.1.3改正后的角度计算,注意： 改正数与闭合 差反号,注意：闭合差是否 满足精度要求,49,3.2导线边方位角计算 3.2.1观测左角： 3.2.2观测右角：,计算的方位角小于零时，应加上360 计算的方位角大于360时，应减去360,注意:,50,3.3根据导线类型进行坐标增量闭合差计算及分配 3.3.1计算各导线边坐标增量 已知A点坐标及AP直线边长DAP，计算未知点P的坐标增量为,51,3.4评价观测结果精度 （1）角度闭合差条件 城市测量一级导线： 城市测量二级导线： （2）导线全长相对闭合差 导线全长闭合差 相对闭合差,52,3.3.2坐标增量闭合差计算及分配 1）计算坐标增量闭合差 (a)闭合导线 (b)附合导线 2）计算坐标增量改正数 （3）计算改正后的导线点坐标,注意：闭合差是否 满足精度要求,53,（四）导线测量规范 3.1导线测量主要技术要求如下：,当导线平均边长较短时，应控制导线边数不超过上表相应等级导线长度和平均边长算得的边数；当导线长度小于上表规定长度的13 时，导线全长的绝对闭合差不应大于13cm。 导线网中，结点与结点、结点与高级点之间的导线段长度不应大于上表中相应等级规定长度的07 倍。,54,3.2导线网、导线点布设应满足以下要求： 加密网可采用单一附合导线或结点导线网形式。 结点间或结点与已知点间的导线段宜布设成直伸形状，相邻边长不宜相差过大，网内不同环节上的点也不宜相距过近。 相邻两导线点之间的视线倾角不宜过大。 3.3水平角观测： 全站仪两次重合读数之差、半测回归零差应满足规范要求。当观测方向不多于3 个时，可不归零。 仪器或反光镜的对中误差不应大于2mm。 水平角观测过程中，气泡中心位置偏离整置中心不宜超过1 格。 若一测回中重测方向数超过总方向数的13 时，应重测该测回。当重测的测回数超过总测回数的13 时，应重测该站。,55,3.4测距作业，应符合以下规定： 测站对中误差和反光镜对中误差不应大于2mm。 当观测数据超限时，应重测整个测回，如观测数据出现分群时，应分析原因，采取相应措施重新观测。 四等及以上等级控制网的边长测量，应分别量取两端点观测始末的气象数据，计算时应取平均值。 3.5导线网平差： 一级及以上等级的导线网计算，应采用严密平差法；二、三级导线网，可根据需要采用严密或简化方法平差。当采用简化方法平差时，成果表中的方位角和边长应采用坐标反算值。 平差后的精度评定，应包含有单位权中误差、点位误差椭圆参数或相对点位误差椭圆参数、边长相对中误差或点位中误差等。当采用简化平差时，平差后的精度评定，可作相应简化。,56,附合导线计算,由于fx ；fy存在,使导线不能闭合在C点上 产生差值C C长度称为导线全长闭合差 fS值与导线总长S的比值K称为导线全长相对闭合差,57,附合导线计算,当K容=1/2000 KK容 成果不合格重测 KK容 成果合格 本例中：S=1476.66米 ；fx=+0.30米 ； fy=-0.44米 因此： fS=0.53米 K=0.53/1477=1/2800 K容 (合格),58,（5）增量闭合差调整 将fx ；fy 反号按边长成正比例原则分配到各边坐标增量中去. 计算式: 改正后x、y应等于理论值 （6）计算各导线点坐标 x1 =xB+xB1 (改正后增量) . xc= x4+x4c 如不等于xc说明计算有误,59,附合导线计算实例表,60,61,62,2、真坐标增量和坐标的计算 用改正后的边长和方位角计算各边的坐标增量x、y。,1、先假定坐标方位角,支导线的计算,63,支导线的计算,对于支导线观测时角度须观测左右角；每段距离须 往返测，合格后取中数。 在计算时不需要计算闭和差，也就是不需要进行闭 和差的调整。,64,设导线点的角度测错了。由图看出，从第点（或B点）出发计算至第点的坐标是正确的，第点以后的点4、5、1（或、C点）的坐标是不正确的（图中以实线表示）。如果按反方向计算，闭合导线按1-5-4-3-2-1（图中以虚线表示），则、点坐标是正确的， 2 、1点坐标是不正确的；附合导线按C-4-3-2-1-B，则C、4、3点坐标是正确的，2 1 B 点坐标是不正确的。可见，正反两个方向计算各导线点坐标，其中只有一个点坐标相等或接近时，就是该点角度有错误。,导线测量粗差的检查方法,如图所示,65,交会测量,交会测量概念：用交会测量的方法来加密控制点满足施工或测图所需的控制点，称为交会测量。 交会测量分为测角交会，测边交会两类。 前方交会 图a （分别在两已知点上设站） 测角交会 侧方交会 图b （分别在一个已知点上和未知点上设站） 后方交会 图c （只在未知点上设站）,66,前方交会,前方交会,图形简单,外业少,计算公式简单 前方交会方法 如图所示： 前方交会就是在A B C已知点置仪器, P为待定点， 观测1，1，2，2，. 分两组计算P点的坐标叫前方交会。 (P点在实地选定)为了检核观测精度也可观测、 。,67,2、计算公式 以A、P、B三角形为例说明计算P点公式： 按正弦定理有：,检核计算,68,前方交会计算公式,2、计算公式,注意问题： 1、图形与公式的对应关系； 2、图形的编号方法（逆时针方向）。 3、 P点精度除了与角观测精度有关，还与 角大小有关。 角接近90精度度最高，在不利条件下，也不应小于30 或大于120,69,前方交会计算步骤： 1先绘制野外略图，按公式推导的图形编号。 2填制观测资料，已知点坐标。 3利用公式计算两组坐标。 4两组坐标较差， 用D20.1M mm,M为测图比例尺分母。 5取两组坐标值平均值作为最后结果。 两组坐标值的差值X=0.06m ， y=0.00m 则：D=O.06m, D容=20.1m=20.11000=200mm=0.2m, DD容成果合格。,70,侧方交会,如图所示：在已知点A（或B） 和未知点P上设站，测得（或）、角。 提示：计算P点坐标时 先求出=180-（+）， 这样就和前方交会的情形一致了， 于是可以利用前方交会的公式计算P点坐标。,71,后方交会,1、计算公式 在P点安置仪器，观测、角。 后方交会计算方法很多， 介绍一种简单、便于计算，(称仿权计算公式）的方法，也称后方交会坐标计算的垂心公式：即取三个坐标，垂心坐标为未知点P坐标并加权。,p,P,72,A、B、C求法：,73,后方交会,后方交会待定点坐标计算公式从力学原理解释为在已 知三角形的三个顶点A、B、C各加质量PA、PB、PC而 使P点正好是这些质量的重心。 注意：后方交会点不能选在已知点外接圆上， 这个圆叫后方交会危险圆。,74,测边交会,根据三角形的三边长度， 用余弦定理计算三角形的两个 内角，再按已知点A、B的坐标 及算得的水平角，用前方交会 公式计算待定点P的坐标 。 或者按坐标正算计算P点的坐 标。,75,距离交会的检核,1、用两组图形计算P点坐标，较差在20.1mm时取平均值为P点的最后坐标。 2、利用a、b边计算P点坐标，取第三边测量边长C做为检核。 当用a、b边算出P点的坐标后由C、P点的坐标反算出PC 边长 PC边的观测值与其计算值的较差为：C=C算-C 当C在限差之内时，认为成果合格 C20.1M（mm）,76,谢谢,77,