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1、水准测量基本原理 高程的定义 地面点沿铅垂线到大地水准面的距离称该点的绝对高程或海拔 简称高程 height 通常用加点名作下标表示 如HA HB 高程系是一维坐标系 基准是大地水准面 因海水面受潮汐 风浪等影响 它的高低时刻在变化 在海边设立验潮站 tidegaugestation 进行长期观测 求得海水面的平均高度作为高程零点 以通过该点的大地水准面为高程基准面 heightdatum 也即大地水准面上的高程恒为零 水准测量基本原理 水准测量基本原理 例1 已知点A的高程为HA 52 623m 后视读数a 1 571m 前视读数b 0 685m 求B点高程 根据高程测量原理 hAB a b
2、 1 571 0 685 0 886mB点高程为 HB HA hAB 52 623 0 886 53 509m 水准测量基本原理 例2 已知A点高程HA 423 518m 要测出某水平场地待定点1 2 3的高程 视线高程Hi HA a 23 518 1 563 25 081m各待定点高程分别为 H1 Hi b1 25 081 0 953 24 128mH2 Hi b2 25 081 1 152 23 929mH3 Hi b3 25 081 1 328 23 753m 在安置一次仪器需求出几个点的高程时 视线高法比高差法方便 因而视线高法在地形测量和施工测量中被广泛采用 水准测量基本原理 转点
3、测站 1 2 3 4 C D E 转点 如果两点A B之间的距离较远 或高差较大时仅安置一次仪器不能测得A B的高差 需加设若干临时的立尺点 作为传递高程的过渡点 测站 每安置一次仪器称为一个测站 水准测量基本原理 1 2 3 C D E 若A B两点间布设一些过渡点 转点 1 2 3 将其分为n段 则用水准仪分别测得各段高差为h1 h2 hn 则有 hAB h1 h2 hn a1 b1 a2 b2 an bn a b 水准测量仪器和工具 仪器 1 按精度划分可分为DS05 DS1 DS3 DS10等四个等级2 按结构划分可分为微倾式水准仪 自动安平水准仪和电子水准仪等D 大地测量仪器S 水准
4、仪数字 表示仪器的精度 即每千米往 返测得高差中数的中误差 mm 水准仪的作用是提供一条水平视线 工程测量中常使用DS3型水准仪 该仪器精度为 3mm km 其中 DS3微倾式水准仪 主要由望远镜 水准器 基座三部分组成 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 DSZ3自动安平水准仪 DSZ2自动安平水准仪 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
5、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 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 电子水准仪 水准测量仪器和工具 水准尺 尺垫 水准测量仪器和工具 水准尺 材料 干燥的木料 铝合金 因钢尺构造 折尺 塔尺 直尺长度 2m 3m 5m 水准尺的要求 直 变形小 刻划精确 观测时应竖直 常用三 四等水准测量的水准尺为木质3m的 双面水准尺 黑面尺 主尺 底端刻划为0 而红面尺 辅助尺 底端刻划分别为4687mm 4787mm 尺垫 放在过渡点上即转点上 传递高程用 防止点位移动和水准
6、尺下沉 DS3微倾式水准仪的构造 主要由望远镜 水准器 基座三部分组成 望远镜 DS3微倾式水准仪的构造 望远镜 1 物镜2 目镜3 调焦镜4 十字丝分划板5 调焦螺旋 视准轴 物镜光心与十字丝中心的连线 十字丝分划板 由横丝 中丝 纵丝 竖丝 构成 称视距丝 竖丝上互相平行的短丝 视准轴 望远镜物镜的光心与十字丝交点的连线 视差 当望远镜瞄准目标后 眼睛在目镜处上下左右作少量的移动 发现十字丝和目标有相对的运动 这种现象称为视差 视差产生的原因 目标通过物镜之后的像没有与十字丝分划板重合 消除视差的方法 转动目镜 使十字丝由不清晰至清晰的初始位置 然后在瞄准目标由物镜调焦螺旋使目标也能看清楚
7、 眼睛应放松 DS3微倾式水准仪的构造 消除视准差的方法 DS3微倾式水准仪的构造 DS3微倾式水准仪的构造 管水准器 水准管零点 水准管轴 水准管分划值 符合水准管 水准器 圆水准器 圆水准器零点 圆水准器轴 圆水准管分划值 DS3微倾式水准仪的构造 水准管 水准管的零点 在水准管上刻有2mm的分划线 分划线与中间的S点成对称 S点称为零水准管的水准轴 过零点S与圆弧相切的切线LL水准管的分划值 相邻两分划线间弧长所对的圆心角 也称灵敏度 R越大 越小 灵敏度越高一般为6 30 DS3 R 20 6265米 20 表示为20 2mm DS3微倾式水准仪的构造 符合水准器 符合水准器在水准管上
8、装有符合棱镜系统 通过符合棱镜系统将气泡两端的影像反射到同一平面上 影像底端符合 则气泡居中 气泡不符合的位置正好是符合位置的两倍 可使气泡居中的精度提高一倍 DS3微倾式水准仪的构造 圆水准器 圆水准器是将一圆柱形的玻璃盒子装嵌在金属筐内 盒内部是装满酒精或氯华锂后加热密封的 盒顶面的内壁磨成圆球形 顶面的中央划一小圆 其圆心S即为圆水准器的零点 连接S与球面的球心O的直线称为圆水准器的水准轴 作用 粗略整平结构 如图所示精度 一般为5 10 2mm 气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角 当气泡位于圆内中央位置时 圆水准器的水准轴即成竖直 切于零点的平面也就成水平了 圆水准器的灵敏度较低 常用
9、于粗略整平 DS3微倾式水准仪的构造 基座 轴座 承托仪器上部脚螺旋 调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板 连接三脚架 水准仪的使用 水准仪的安置 安置方法 打开三脚架并使高度适中 目估使架头大致水平 脚架伸缩螺旋拧紧适度 架腿安置稳固 打开仪器箱取出水准仪 置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上 水准仪的使用 仪器粗平 气泡未居中而位于a处 则先按图上箭头所指的方向用两手同时相对转动脚螺旋 和 气泡将沿 和 连线方向移动 使气泡移到b的位置 然后单独转动脚螺旋 气泡将沿 和 连线垂线方向移动 使气泡居中 如有偏差可重复进行 原则 气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致 粗平
10、方法 左手法则 水准仪的使用 调焦和照准将望远镜对准明亮目标 旋转目镜 使十字丝成像清晰 水准仪的使用 调焦和照准转动照准部使准星 照门 目标 尺 共一线 然后制动望远镜 水准尺 粗略瞄准 水准仪的使用 调焦和照准转动物镜调焦螺旋 使目标成像清晰 物镜调焦 水准仪的使用 精平 转动微倾螺旋使符合水准管气泡符合 即成U形 水准仪的使用 读数 在气泡成U形后即可读数 读数规则由小向大方向读取 读数前应消除视差 视差现象 产生视差的原因 视差的危害 消除视差方法 水准仪的使用 水准仪的使用 水准尺的读数 水准测量的方法 水准点 水准点 水准测量的方法测定其高程的控制点 水准点分 永久点 临时点 点之
11、记 记录水准点位的略图 水准测量的方法 水准测量的方法 线路观测方法 A B 1 2 hA1 h2B hAB h12 hAB h hA1 h12 h2B a1 b1 a2 b2 a3 b3 a b 多测站水准测量原理 水准测量的方法 水准测量的方法 测站观测方法 双仪高法 a b a b 为进行测站检核 各测站的观测采用两次仪器高法或双面尺法 水准测量的方法 水准测量的方法 测站观测方法 双面尺法 双面尺法 是仪器高度保持不变 分别对尺子的黑面 红面进行观测 水准测量的方法 双仪高法记录计算 1134 1134 1677 1677 0 543 1011 1011 1554 1554 0 543
12、 高差 m 0 543 平均高差 m 1444 1444 1324 1324 0 120 1624 1624 1508 1508 0 116 0 118 1822 1822 0876 0876 0 946 1710 1710 0764 0764 0 946 0 946 A 1 2 3 水准测量的方法 水准测量的方法 水准路线成果计算 水准路线 水准测量所经过的路线 称为水准路线 水准路线常布设成闭合水准路线 附合水准路线和往返支水准路线等 水准测量的方法 水准路线成果计算 附合水准路线的计算 MN段实测值高差与MN两点已知高差的差值 称高差闭合差 涵义 表达式 1 计算高差闭合差 水准测量的方
13、法 水准路线成果计算 附合水准路线的计算 分配方法 将闭合差反号后 按与距离或测站数成正比分配于各测段 表达式 条件 闭合差不大于限差 2 高差闭合差的分配 水准测量的方法 水准路线成果计算 附合水准路线的计算 3 未知点高程计算 表达式 计算检核 水准测量的方法 闭合水准路线的计算 闭合水准路线成果计算 除闭合差的计算形式与附合水准不同外 改正数的计算 改正后高差计算 待定点高程计算均与附合水准计算方法一样 闭合差的计算 水准路线成果计算 水准测量的方法 水准路线成果计算 支线水准路线的计算 支线水准路线成果计算是取往返测高差的平均值 作为高差的最或是值 改正后高差 然后进行高程的计算 高差
14、闭合差是用往返测高差的差值进行与限差比较的 高差的计算 水准测量成果计算实例 2 331 2 813 2 244 1 430 1 6 2 1 1 7 2 0 8 11 8 10 2 323 2 802 2 252 1 420 45 286 47 609 50 411 48 159 49 579 A 01 02 03 B 7 4 4 330 37 4 293 1 6 2 331 2 1 2 813 1 7 2 244 2 0 1 430 改正数 m 改正后高差 m 高程 m HB HA 49 579 45 286 4 293 fh h HB HA 4 330 4 293 37mm f允 计算说明
15、 水准测量成果计算实例 水准测量误差的主要来源 水准测量的误差来源与减弱措施 水准测量误差的主要来源 水准测量误差包括仪器误差 观测误差 外界环境的影响三个方面 水准测量误差的主要来源 水准测量误差的主要来源 水准测量误差的主要来源 水准管气泡居中的误差 符合水准器 水准测量误差的主要来源 水准尺零点误差 前 后两水准尺的零点不一致 如由于尺子的磨损等原因 可以采用高程点之间测量偶数站的方法 水准测量误差的主要来源 水准尺竖立不直的误差 一个测站 一条水准路线 对读数的影响 和高差的大小有关 水准测量误差的主要来源 仪器升沉误差 仪器下沉 采用后前前后的观测程序 作业很熟练 硬的路面观测可减小
16、误差 水准测量误差的主要来源 水准尺下沉 往返观测取平均可减小尺子的升沉误差 水准测量误差的主要来源 1 视线高出地面0 3m 2 选择合适的天气 阴天 晚上 无风等 3 避开不利的环境 日出后 日落前半小时 中午 大风等 在晴天 地面温度高 空气的密度较上面的稀 光线向上折射 大气折光的影响 水准仪的主要轴线主要轴线 视准轴CC水准管轴LL仪器竖轴VV圆水准器轴 水准仪的检验与校正 水准仪的检验与校正 1 水准仪应满足的主要条件有 水准管的水准轴和望远镜的视准轴平行 望远镜的视准轴不因调焦而变动位置 圆水准器的水准轴和仪器的旋转轴平行 2 水准仪应满足的次要条件有 十字丝的横丝应当与仪器的旋转轴垂直 圆水准器的水准轴与仪器的旋转轴的平行的检验与校正 圆水准器的水准轴与仪器的旋转轴的平行的检验与校正 V V L L V V L L 检验 先用脚螺旋将圆水准器气泡居中 然后旋转180 检查气泡是否居中 校正 用校正螺钉校一半 反复检查 反复校正 校正 用校正螺钉校一半 反复检查 反复校正 水准仪的检验与校正 十字丝横丝应与仪器旋转轴垂直的检验与校正 A A A A 校正 松开目镜保护盖
