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1、1 第二章水准测量 水准测量 高程测量概述 水准测量原理 水准测量的仪器和工具 水准仪的使用 水准测量的方法与成果整理 水准测量的误差分析 2 高程测量概述 一 地面点的高程二 高程测量方法三 水准测量等级 3 1 地面点的高程 地面点的高程 4 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 其他高程测量方法 三角高程测量 气压高程测量 GPS测量 5 3 4 高程系统 等级 3 水准测量的等级分一 二 三 四等 按精度要求 控制范围 一等水准测量 仅在国家等级中存在作为国家的高程控制 建立统一的高程基准 科学研
2、究 地壳形变 地面沉降 精密测量 二等水准测量 作为大城市的高程控制 地面沉降 精密工程测量 三 四等水准测量 作为小地区的高程控制 普通工程测量图根水准 普通水准 6 水准测量原理 要求 测量A B两点间的高差h思路 在A B上竖立标尺 用水准仪构筑一条水平视线该视线在两尺上截得读数a和b则B比A高出h a b注 高差h有正有负 7 2 连续安置水准仪的测量方法 连续安置水准仪的测量方法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 8 一 水准测量的仪器与工具 水准尺和水准仪 一 水准尺 尺垫 直尺 双面 黑 红 水准尺 尺常数4 687m 4 787m
3、用于三等以下水准路线测量 含三等 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 9 2 水准仪 二 水准仪 等级 精度系列 DS05DS1DS3DS10型号下标 毫米数 表示1公里往 返测量的高差平均值的中误差 由于仪器引起的 构造 望远镜水准器支架基座 S3水准仪外型 10 望远镜与视差 测量望远镜及十字丝 11 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
4、 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 测量望远镜 12 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 13 水准仪的使用 1 安置 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上2 粗平 使三脚架架头大致水平 转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中3 瞄准调节目镜 照准明亮的物体 如白色的墙 调节目镜使之适合自己的视力 十字丝最清晰 粗瞄准 转动
5、仪器 利用望远镜外壳上的准星瞄准目标 精确瞄准 转动调焦螺旋使目标象清晰 直至无 视差 用微动螺旋慢慢转动望远镜 直至精确瞄准目标为止 十字丝的纵丝靠近水准尺 4 精平用微倾螺旋使水准管气泡居中 符合气泡符合 5 读数用十字丝的横丝在水准尺上读数 先读毫米数 然后米 分米 厘米数 每次读四位数 0 也是必须记录的数字 14 1 安置水准仪 打开三脚架并使高度适中 目估使架头大致水平 检查脚架腿是否安置稳固 脚架伸缩螺旋是否拧紧 然后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 15 水准管的校正螺丝像片 脚螺旋 2 粗平 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上 固定两个脚
6、架 动第三个脚架 使三脚架架头大致水平 转动脚使螺旋圆水准器的气泡居中 16 左手拇指法则 17 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 3 瞄准 18 水准管的校正螺丝像片 缺口 19 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
7、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 4 精平 20 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 5 读数 21 瞄准与读数 水准测量的瞄准与读数 a 22 自动安平水准仪原图 自动安平水准仪 自动安平水准仪的特点 1 没有水准管和微倾螺旋 望远镜和支架连成一体2 测量时 只需粗平 23 水准测量的方法及成果处理 一 水准点和水准路线 一 水准点埋设在永久 固定的地点 24 二 水准路线 1 支水准路线
8、2 闭合水准路线3 符合水准路线 25 二 水准测量方法 一 两次仪器高法已知HA 求HB a1 b1 a2 b2 h1 a1 b1 h2 a2 b2 h1 h2 f 5mm 26 水准测量记录 两次仪器法 27 二 水准测量方法 一 双面尺法已知HA 求HB a1 b1 a2 b2 h1 a1 b1 h2 a2 b2 h1 h2 f 5mm 28 水准测量记录 双面尺法 29 三 水准测量成果整理 A 1 2 3 B 2 331m 1 6km 2 813m 2 1km 2 244m 1 7km 1 430m 2 0km HA 45 286m HB 49 579m 一 高差闭合差计算 0 闭合
9、水准 HB HA H终 H始 附合水准 无 支水准 支水准路线无闭合差 所以采用往 返测量 30 三 水准测量成果整理 A 1 2 3 B 2 331m 1 6km 2 813m 2 1km 2 244m 1 7km 1 430m 2 0km HA 45 286m HB 49 579m 一 高差闭合差计算 高差闭合差的允许值 L 以公里为单位 31 三 水准测量成果整理 A 1 2 3 B 2 331m 1 6km 2 813m 2 1km 2 244m 1 7km 1 430m 2 0km HA 45 286m HB 49 579m 二 高差闭合差的分配 32 水准测量成果整理 33 水准测
10、量的误差分析 测量误差主要有三种 仪器误差操作误差外界的影响其它水准测量也具有这些误差水准测量的仪器误差 圆水准器轴不平行仪器纵轴L L VV 十字丝的横丝不水平 水准管轴与视准轴不平行LL CC 34 水准测量的操作误差 气泡居中不准引起的误差水准尺倾斜引起的误差瞄准和读数的误差分析讨论 1 设气泡居中不准引起的读数误差为则 35 2 水准尺倾斜引起的误差 水准尺倾斜引起的读数误差与水平视线离尺底的高度h 尺子的倾斜度 以及尺底的厚度b和尺子安放的情况有关 对策精密水准测量时 尺上要装水准器普通水准测量时尽量把尺扶直或扶尺员慢慢地把尺前后摇动 观察员取尺上最小的读数 36 3 瞄准和读数的误
11、差 对于区格式的水准尺 最小一位读数是估读的 一般说来估读的误差约为1毫米 十字丝粗约为0 005毫米 望远镜物镜焦距约为300毫米 当S 60m时 投影在尺面上十字丝的象粗为所以当视线长度大于60米时 读数误差会增加 37 外界条件对水准测量的影响 地球曲率的影响大气折光的影响大气抖动的影响温度对仪器的影响 38 1 地球曲率的影响 工作时水准仪的视准轴是水平直线 而大地水准面是曲面 由此 在读数中就有误差当S 100米时 对策 如果前视水准尺和后视水准尺到测站的距离相等 则在前视读数和后视读数中含有相同的 这样在高差中就没有这误差的影响了 因此 放测站时要争取 前后视相等 39 2 大气折
12、光的影响 接近地面的空气温度不均匀 所以空气的密度也不均匀 光线在密度不匀的介质中沿曲线传布 这称为 大气折光 总体上说 白天近地面的空气温度高 密度低 弯曲的光线凹面向上 晚上近地面的空气温度低 密度高 弯曲的光线凹面向下 接近地面的温度梯度大大气折光的曲率大由于空气的温度不同时刻不同的地方一直处于变动之中 所以很难描述折光的规律 对策 避免用接近地面的视线工作尽量抬高视线用前后视等距的方法进行水准测量 40 3 大气抖动的影响 除了规律性的大气折光以外 还有不规律的部分 白天近地面的空气受热膨胀而上升 较冷的空气下降补充 因此 这里的空气处于频繁的运动之中 形成不规则的湍流 湍流会使视线抖
13、动 从而增加读数误差 对策 夏天中午一般不做水准测量在沙地 水泥地 湍流强的地区 一般只在上午10点之前作水准测量 高精度的水准测量也只在上午10点之前进行 41 4 温度对仪器的影响 温度会引起仪器的部件涨缩 从而可能引起视准轴的构件 物镜 十字丝和调焦镜 相对位置的变化 或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化 由于光学测量仪器是精密仪器 不大的位移量可能使轴线产生几秒偏差 从而使测量结果的误差增大 不均匀的温度对仪器的性能影响尤其大 例如从前方或后方日光照射水准管 就能使气泡 趋向太阳 水准管轴的零位置改变了 对策 仪器制作时采取保护措施 如Zeiss004在望远镜筒外面还有一个保护筒 量筒之间静止的空气起隔热作用精密水准测量时必须撑伞精密水准仪从箱中拿出来后要静置半小时后再开始工作避免日光直接照射水准管 42 其他影响 转点的唯一性问题 水准测量常需多次设站把高程传递到待定点 为此必须利用转点 在转点上水准尺有二次工作状态 必须保证转点状态不变 土质松软转点会下沉 平坦的硬质路面上立尺会因尺子倾斜状态不同引起高度变化 水准仪架在松软的土质上也有下沉的可能 对策 选择有棱角的硬物做转点携带专用的测垫或测桩做转点采用 时间对称 的工作流程 削弱 随时间而变化的因素 对测量成果的不良影响 如水准测量采用 前 后 后 前 的流程
