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1、第二章水准测量 水准测量的原理水准仪及其使用普通水准测量及其成果整理水准仪的检验与校正水准测量误差分析及其注意事项 本章主要内容 绝对高程 相对高程 高差 高程的概念 高程测量 高程测量是测量工作的三项基本任务之一 通常确定点地面高程的方法有 水准测量和三角高程测量 水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差 由于水准测量的精度较高 所以是高程测量中最主要的方法 三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角 即倾斜角 然后利用三角公式计算出两点间的高差 三角高程测量一般精度较低 只是在适当的条件下才被采用 GPS测高 水准测量的原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线 借助于带有分划的水准尺
2、 直接测定地面上两点间的高差 然后根据已知点高程和测得的高差 推算出未知点高程 a b 前进方向 后视 前视 水准测量的原理 A B两点间高差hAB为 A点为后视点 A点尺上的读数a称为后视读数 B点为前视点 B点尺上的读数b称为前视读数 高差等于后视读数减去前视读数 水准测量的原理 计算未知点的高程高差法视线高法 水准测量的原理 连续水准测量hAB h h1 h2 a1 b1 a2 b2 a b 水准仪 为水准测量提供水平视线的仪器 常用的水准仪精密水准仪DS05 DS1普通水准仪DS3 DS10 水准仪 水准仪的结构 水准仪 水准仪的结构 水准仪 望远镜望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准
3、尺进行读数的 它主要由 物镜 目镜 对光透镜和十字丝分划板组成 物镜 目镜调焦的目的 水准仪 水准器是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置 水准器又分为圆水准器和管水准器 水准仪 水准器圆水准器用以粗平仪器 过零点的球面法线L L 称为圆水准器轴 圆水准器轴L L 平行于仪器竖轴VV 气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值 称为圆水准器的分划值 水准仪 水准器管水准器管水准器 亦称水准管 用于精确整平仪器 水准管上2mm圆弧所对的圆心角 称为水准管的分划值 水准管分划愈小 水准管灵敏度愈高 用其整平仪器的精度也愈高 DS3型水准仪的水准管分划值为20 记作20 2mm 水准仪 水准器符合管水
4、准器为了提高水准管气泡居中的精度 采用符合水准器 水准仪 基座基座的作用是支承仪器的上部 并通过连接螺旋与三脚架连接 基座主要由轴座 脚螺旋 底板和三脚压板构成 转动脚螺旋 可使圆水准气泡居中 水准尺和尺垫 尺垫是由生铁铸成 一般为三角形板座 其下方有三个脚 可以踏入土中 尺垫上方有一突起的半球体 水准尺立于半球顶面 尺的双面均有刻划 一面为黑白相间 称为黑面尺 也称主尺 另一面为红白相间 称为红面尺 也称辅尺 尺常数 立尺点 水准尺和尺垫 水准仪的使用 安置 安置三脚架和水准仪 粗平 使圆水准器气泡居中 瞄准 粗瞄和精瞄 精平 使长水准管气泡居中 读数 用中丝读数 水准仪的使用 安置仪器在测
5、站上松开三脚架架腿的固定螺旋 按需要的高度调整架腿长度 再拧紧固定螺旋 张开三脚架将架腿踩实 并使三脚架架头大致水平 从仪器箱中取出水准仪 用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上 水准仪的使用 粗平使圆水准器气泡居中 气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致 水准仪的使用 消除视差 瞄准目标粗瞄 对光 精瞄和消除视差 水准仪的使用 精平使长水准管气泡居中 水准仪的使用 读数用中横丝读数 水准仪的使用 1 251m 0 717m 读数用中横丝读数 水准点和水准路线 水准点 我们将用水准测量的方法测定的高程控制点 称为水准点 水准点记为BM BenchMark 水准点有永久性水准点和临时性水准点两种
6、国家等级永久性水准点 水准点和水准路线 建筑工程水准点 临时性水准点 水准点 水准点和水准路线 水准网 水准路线 水准点和水准路线 水准路线附和水准路线从已知高程的水准点BM1出发 沿待定高程的水准点1 2 进行水准测量 最后附合到另一已知高程的水准点BM2所构成的水准路线 称为附合水准路线 水准点和水准路线 水准路线闭合水准路线从已知高程的水准点BM1出发 沿各待定高程的水准点1 2 3 4进行水准测量 最后又回到原出发点BM1的环形路线 称为闭合水准路线 水准点和水准路线 水准路线支水准路线从已知高程的水准点BM0出发 沿待定高程的水准点1 2进行水准测量 这种既不闭合又不附合的水准路线
7、称为支水准路线 支水准路线要进行往返测量 以资检核 水准点和水准路线 结点 通过平差方法求得各待定点的高程 水准路线水准网 水准测量的外业 水准测量的外业 水准测量的外业 当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时 不能安置一次仪器即可测得两点间的高差 这时需要在两点间加设若干个立尺点 分段设站 连续进行观测 加设的这些立尺点并不需要测定其高程 它们只起传递高程的作用 故称之为转点 用TP TurningPoint 表示 转点上需放置尺垫 水准测量的外业 已知水准点BMA的高程HA 19 153m 现欲测定B点的高程HB 由于A B两点相距较远 需分段设站进行测量 具体施测步骤如下 水准
8、测量的外业 1 BMA TP1 1 632 1 271 0 361 19 514 水准测量的外业 A HA B HB hAB 大地水准面 TP1 1 h1 后视点 前视点 进行方向 2 水准测量的外业 水准测量的外业 水准测量的外业 1 BM1 TP1 1 563 0 986 0 577 19 431 2 TP1 A A 1 762 1 828 0 066 3 325 2 814 0 511 0 511 水准测量的外业 注意事项 架仪器要注意前后视距大致相等 仪器不能架在路中央 尺垫只在转点处使用 读数前要精平 后视完毕转向前视 一定要重新精平再读数 但切记不能动脚螺旋 视线要小于100米 课
9、间实习时我要求大家视距控制在30 40米之间 水准测量的内业计算 测站校核 在一个测站上观测两次高差 两次高差不符值应在允许范围内 方法有变仪器高法和双面尺法 线路校核 把已知高程点和待测点布设成路线 线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内 线路方式主要有闭合水准路线 附合水准路线 往返水准路线 水准测量的内业计算 计算高差闭合差 closingerror 公式 对于闭合水准路线 有 对于附合水准路线 有 对于支水准路线 有 水准测量的内业计算 高差闭合差的容许值 tolerance 对于普通水准测量 式中 fh容 高差闭合差限差 单位 mm L 水准路线长度 单位 km n 测站数 水准
10、测量的内业计算 下图是一附合水准路线等外水准测量示意图 A B为已知高程的水准点 HA 6 543m HB 9 578m 1 2 3为待定高程的水准点 水准测量的内业计算 原始数据填表 水准测量的内业计算 高差闭合差的计算 高差闭合差的计算和调整 计算各点改正后的高差 计算各点改正后的高差 填表 填表 填表 填表 水准测量的内业计算 辅助计算填表 返回 水准测量的内业计算 高差改正数计算填表 返回 水准测量的内业计算 高差改正数计算填表 返回 水准测量的内业计算 高差改正数计算填表 水准测量的内业计算 Excel表格实现 水准测量的内业计算 Excel表格实现 水准仪的检验与校正 水准仪应满足
11、的几何条件圆水准器轴L L 应平行于仪器的竖轴VV 十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV 水准管轴LL应平行于视准轴CC 水准仪的检验与校正 水准仪应满足的几何条件 水准仪的检验与校正 圆水准器的检校 水准仪的检验与校正 圆水准器的检校检验方法 转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中 然后将望远镜旋转180 如果仍然居中 说明满足此条件 如果气泡偏离中央位置 则需校正 水准仪的检验与校正 圆水准器的检校检验方法 水准仪的检验与校正 圆水准器的检校校正方法 转动脚螺旋 使气泡向中间移动偏离量的一半 然后用改正针校正气泡 使其居中 水准仪的检验与校正 十字丝的检校检校目的 当仪器的竖轴处于铅垂位置时 横
12、丝应处于水平位置 横丝 竖轴VV 水准仪的检验与校正 十字丝的检校检验方法 整平仪器 瞄准墙上的固定点 水平微动 固定点是否离开十字丝横丝 如果偏离十字丝横丝 则需校正 水准仪的检验与校正 十字丝的检校校正方法 拨正十字丝环 水准仪的检验与校正 i角的检验检校目的 使长水准管轴平行于视准轴 提供水平视线 LL CC 水准仪的检验与校正 i角的检验检验方法 在比较平坦的地面上 相距约80m左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和B 检验时先将水准仪安置在距两点等距离处 在符合气泡居中的情况下 分别读取A B点上的水准尺的读数a1和b1 求得高差h1 a1 b1 h1不含有该项误差的影响 水
13、准仪的检验与校正 i角的检验检验方法将仪器搬至B点附近 相距约3米处 在符合气泡居中的情况下 对远尺A和近尺B 分别读得读数a2和b2 求得第二次高差h2 a2 b2 若h2 h1 说明仪器的水准管平行于视准轴 无需校正 若h2 h1 则计算如果i角大于20 则需要进行校正 水准仪的检验与校正 i角的检验检校方法 水准仪的检验与校正 i角的检验校正方法算出远尺的正确读数a2 a2 h1 b2 转动微倾螺旋 令远尺A上读数恰为a2 此时视线已水平 而符合气泡不居中 用校正针拨动水准管上 下两校正螺丝 使气泡居中 这时水准管轴就平行于视准轴 水准测量误差与注意事项 仪器误差 水准仪在使用前应进行严
14、格的检验 但由于检验不完善或其他方面的影响 使仪器存在残差 例如水准管轴与视准轴不平行的残余误差 可采用等距离观测可以消除 此外水准尺误差如尺长 弯曲 零点误差等 可采用采用前后视交替放置尺子 凑成偶数站等方法加以消除 观测误差 水准管气泡的居中误差 水准管居中误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有关 实践证明一般人判断气泡居中误差约为 0 15 采用符合水准器后 居中精度约提高一倍即 0 15 2 引起的读数误差为 例如 20 D 100米时 则 水准测量误差与注意事项 观测误差估读水准尺的误差 估读毫米数的误差与十字丝粗细 望远镜放大率 视线长度有关 一般认为在100米内 m估 1 2mm
15、 照准误差 照准误差与人眼的分辨能力 望远镜的放大率 视线长度有关 V 28 D 100米 则 水准尺倾斜的影响误差 由于扶尺不直引起读数变大 其误差为 b b b b 1 cos 可见与尺上读数和倾角有关 当b 2 5m 2 时 b 1 5mm 视差对读数的影响 必须消除视差 水准仪与尺垫下沉和反弹误差 可采用 后 前 前 后 的观测顺序 水准测量误差与注意事项 外界环境的影响 地球曲率对读数的影响 大气折光对读数的影响 地球曲率和大气折光的共同影响 水准测量误差与注意事项 观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺 仪器应安置在土质坚实处 并踩实三角架 前后视距应尽可能相等 每次读数前要消除视差
16、 只有当符合水准气泡居中后才能读数 注意对仪器的保护 做到 人不离仪器 只有当一测站记录计算合格后才能搬站 搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧 一手托住仪器 一手握住脚架稳步前进 认真记录 边记边回报数字 准确无误的记入记录手簿相应栏中 严禁伪造和传抄 字体要端正 清楚 不准连环涂改 不准用橡皮擦 如按规定可以改正时 应在原数字上划线后再在上方重写 每站应当场计算 检查符合要求后 才能通知观测者搬站 扶尺人员认真竖立水准尺 转点应选择土质坚实处 并踩实尺垫 水准仪搬站时 应注意保护好原前视点尺垫位置不移动 自动安平水准仪及精密水准仪 索佳B20型自动安平水准仪 自动安平水准仪及精密水准仪 自动安平原理 f 组合焦距s 补偿器到分划板的距离 倾斜视线 水平视线偏转角n 补偿系数 即 自动安平水准仪及精密水准仪 自动安平水准仪及精密水准仪 自动安平水准仪及精密水准仪 自动安平水准仪及精密水准仪 自动安平水准仪及精密水准仪
