测量学第二章 水准测量

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1、1 上一章主要内容v测量学的概念及其任务 v基准面和基准线 v高斯投影 v投影带的划分 v测量的基本任务2 水准测量本章主要内容水准测量的原理1水准仪及其使用2普通水准测量及其成果整理3水准测量误差分析及其注意事项43n绝对高程大地水准面假定水准面n相对高程n高差高程的概念4 高程测量v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 。 v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。 v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

2、测量一般精度较低，只是在适当 的条件下才被采用。 vGPS测高5 水准测量的原理v 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，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。ABabhAB前进方向大地水准面HA（已知）HB=？后视前视6 水准测量的原理ABabhAB前进方向大地水准面HA（已知）HB=？后视前视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。7 水准测量的原理计计算未知点高程v 高差法 v 视线高法hABABab前进方向大地水

3、准面HAHBHB视线高度8 水准测量的原理连续水准测量hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = abhAB大地水准面HB=?A9 水准仪 v 为水准测量提供水平视线的仪器。 v 常用的水准仪精密水准仪 DS05 、 DS1普通水准仪 DS3 、DS10 10 水准仪水准仪结构DS3型水准仪望远镜水准器基 座11 水准仪水准仪结仪结 构目镜微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜水平 微动 螺旋水平 制动 螺旋脚螺 旋准星12 水准仪望远镜远镜v 望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。 v 它主要由:物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。物镜对光透镜目镜视准轴上丝下

4、丝中丝竖丝十字丝分划板13 水准仪水准器v 是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。 v 水准器又分为圆水准器和管水准器。圆水准器圆水准器轴长水准管长水准管轴14 水准仪水准器圆水准器v 用以粗平仪器。 v 过零点的球面法线LL，称 为圆水准器轴。 v 圆水准器轴LL平行于仪器 竖轴VV。 v 分气泡中心偏离零点2mm 时竖轴所倾斜的角值，称 为圆水准器的分划值。气 泡LL15 水准仪水准器管水准器v 管水准器（亦称水准管）用于 精确整平仪器。v 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

5、值为20，记作20/2mm。OLL16 水准仪水准器管水准器v 为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。17 水准仪基座v 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。 v 改革基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。 v 方法转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。18 水准尺和尺垫v 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。 v 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 ）。19 水准仪的使用v安置：安置三脚架和水准仪； v粗平：使圆

6、水准器气泡居中； v瞄准：粗瞄和精瞄； v精平：使长水准管气泡居中； v读数：用中丝读数；20 水准仪的使用安置仪仪器v 在测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。 v 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。21 水准仪的使用粗平v 使圆水准器气泡居中b312 c312a132气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。22 水准仪的使用瞄准目标标v 粗瞄、对光、精瞄和消除视差缺口准星水平微动螺旋水平制 动螺旋对光螺旋消除视差23 水准仪的使用精平v 使长水准管气泡居中微倾螺旋每次读中丝读数

7、前都要精平24 水准仪的使用读读数v 用中横丝读数1213111.251m0.712m25 普通水准测量及其成果整理v 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 (Bench Mark)。v 水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。国家等级永久性水准点26 水准点BM23BM24BM259.0m9.8m8.4mH2356.437mH2458.392mH2553.168m水准点的“点之记”建筑工程水准点 临时性水准点27 水准路线单一 水准路线附和 水准路线闭合 水准路线支 水准路线水准网28 水准路线附和水准路线线v 从已知高程的水准点BM1出发，沿待定高程

8、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。BM1BM2h= h测 -（H终-H始)29 水准路线闭闭和水准路线线v 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。BM0h= h测30 水准路线支水准路线线v 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，称为支水 准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。 BM0h= h往+ h返31 水准路线水准网v 若干条单一水准路线相互连接构成

9、网形。BM3BM1BM2结点通过平差方法求得各 待定点的高程32 水准测量的外业ABabhAB前进方向大地水准面HAHBHB33 水准测量的外业BMABDAB50mhAB 12.500mAHACHChAC大地水准面D1000m34 水准测量的外业v 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。 v 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（Turning Point）表示。35 水准测量的外业v 已知水准点BMA的高程 HA19.153m，现欲测定

10、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。HAHBhAB大地水准面AB36 水准测量的外业测站测点水准尺读数/m高差/m平均高差/m 高程/m备注 后视读 数前视读 数表2.2 普通水准测量记录手簿测区 仪器型号 观测者 时间 年 月 日 天 气 记录者 37 水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP1h1后视点前视点进行方向1.2711.632测站 测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注 后视读数前视读数+- 19.153已知1BMATP11.6321.2710.36119.51438 水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP11h1后视点

11、前视点进行方向1.2711.632239 水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP11h1后视点前视点进行方向 0.95221.862测站 测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注 后视读数前视读数+- 1BMA1.6320.36119.153已知 TP11.27119.514 2TP11.8620.91020.424 TP20.95240 水准测量外业测站点号水准尺读数（m）高差高程(m)备注后视前视1BM.A1.6320.36119.153TP.11.27119.5142TP.11.8620.910TP.20.95220.4243TP.21.3460.094TP.31.25220.51

12、84TP.30.9310.547TP.41.47819.9715TP.40.8360.389B1.22519.582计算检 核6.6076.1781.3650.936a b0.429h0.429HBHA0.42941 水准测量外业校核a= b= a b = h=高程高差前视读数后视读数测点测站BM1TP111BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.8280.0663.3252.814 +0.511+0.51142 水准测量外业v 注意事项：n架仪器要注意前后视距大致相等；n仪器不能架在路中央；n尺垫只在转点处使用；n读数前要精平；n后视完毕转向前视，

13、一定要重新精平再读数，（但切记 不能动脚螺旋）；n视线要小于100米。43 水准测量的内业计算v 测站校核：n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。n方法有变仪器高法和双面尺法。v 线路校核：n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。n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44 水准测量的内业计算v 计算高差闭合差(closing error) 公式：v 故对于闭合水准路线，有：v 故对于闭合水准路线，有：v 故对于闭合水准路线，有：45 水准测量的内业计算v 高差闭合差的容许值（tolerance）对对于普通水准

14、测测量：式中，fh容高差闭闭合差限差，单单位：mm；L水准路线长线长 度，单单位：km ； n测测站数 。46 水准测量的内业计算v 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，HA6.543m，HB9.578m，1、2、3为待 定高程的水准点。h11.331mh21.813mh31.424mh41.340mL10.60kmL2.0kmL1.6kmL42.05km13BMBBMA247 水准测量的内业计算v 原始数据填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmhi/mvhi/mHi/mH/m BM.A0.60+1.3316.543已知 12.00+1.8

15、31 2 1.60-1.424 3 2.05+1.340 BM.B9.578已知6.25+3.060计算 检核48 水准测量的内业计算v 高差闭合差的计算：v 高差闭合差的计算和调整v 计算各点改正后的高差v 计算各点改正后的高差填表填表填表填表49 水准测量的内业计算v 辅助计算填表返回点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/m BM.A0.60+1.3316.543已知 12.00+1.831 2 1.60-1.424 3 2.05+1.340 BM.B9.578已知6.25+3.060计算 检核50 水准测量的内业计算v 高差改正数计算填表返

16、回点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/m BM.A0.60+1.3316.543已知 12.00+1.831 2 1.60-1.424 3 2.05+1.340 BM.B9.578已知6.25+3.060计算 检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.02551 水准测量的内业计算v 高差改正数计算填表返回点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/m BM.A0.60+1.3316.543已知 12.00+1.831 2 1.60-1.424 3 2.05+1.340 BM.B9.578已知