测量学水准

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1、1,测 量 学,主讲：贾东振 河海大学测绘科学与工程系,2,高程测量概念（Height Measurement）,根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。,测量地面点的基本工作：,水平角测量、水平距离测量、高程测量,3,高程测量的方法分类,1、水准测量(leveling) 2、三角高程测量(trigonometric leveling) 3、气压高程测量(air pressure leveling) 包括：气压高程测量、液体静力水准测量 4、GPS测量。(GPS leveling),4,本 次 授 课 目的和要求,本次授课的重 点与难点分析,了解水准测量原理 了解

2、水准仪的仪器结构 掌握水准仪的使用,水准仪的操作 (粗平、瞄准、精平、读数),第二章 水准测量,5,第二章 水准测量,本章要点 1、水准测量的基本原理 2、水准仪的在一个测站上使用步骤 3、水准的外业测量与内业计算 4、水准测量的误差分析,6,水准测量的基本原理,hAB = ab HB= HA+ hAB,高差法 视线高法,B点高程计算方法,A: 后视点 a:后视读数 B:前视点 b:前视读数,7,高差法实例,例1：图2.1中已知A点高程HA=452.623m ，后视读数a=1.571m，前视读数 b=0.685m，求B点高程。,解：第一步：求B点对于A点高差： hAB= a - b =1.57

3、10.685=0.886m 第二步：求B点高程为： HBHA + hAB = 452.6230.886453.509m,高差法: 先计算两点高差再计算未知点的高程,8,解：第一步：求B点对于A点高差： hABab1.2172.4261.209m 第二步：求B点高程为： HB= HA hAB 0（1.209）1.209m,例2：图2.2中，已知A点桩顶高程为0.00，后视A点读数a1.217m，前视B点读数b2.426m，求B点标高。,9,H视=a + HA,HB H视-b,视线高法：先计算出水平视线的高程再计算未知点高程 ,广泛应用于面水准测量和线路水准测量中,视线高：水平视线的高程,b,a,

4、10,连续中间水准测量,hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab,使用情况：当地面A、B两点间距离较远或者高差较大时，可以用连续中间水准测量的方法,中间水准测量：在两点之间连续设置若干次仪器，作为临时传递高程的立尺点，这种方法叫做中间水准测量。（过度的立尺点称为转点，每设置一次仪器称为一个测站）,11,水 准 仪 与 水 准 尺,水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。,12,水 准 仪 与 尺 垫,13,如果水准尺长度为3米,则能观测的最大高差为3米,而不是6米。如：后视为3米，前视为0米,14,第二章 水准测量,2.1水准测量原理 2

5、.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准仪的检查和校正 2.5水准测量误差分析,15,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 、DS10,16,水准仪按其精度划分为四个等级： 精密水准仪DS05、DS1； 普通水准仪DS3、DS10 D大地测量；S水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度,单位:mm）。 水准仪按其构造可分为以下几种： 微倾式水准仪、自动安平水准仪、 电子（数字）水准仪 目前，普通工程测量中最常用的水准仪是： DS3水准仪（或DS3自动安平水准仪）,水准仪的分类,1

6、7,一、水准仪结构,18,水准仪的结构（续）,19,水准仪的结构（续）,20,望远镜,物镜：目标成像 目镜：把十字丝和目标像放大 调焦镜：使远近不同的目标均成像于十字丝分化板上 十字丝：横丝、竖丝（上丝、中丝、下丝） 视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。,21,水准器,是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。,22,圆水准器,分划值：830/2mm,23,长水准管,长水准管的作用：精确整平,分划值：30/2mm,24,符合水准器,为了提高气泡居中的精度，在水准管的上面安装一套棱镜组，使两端各有半个气泡的像被反射到一起。当气泡居中时，两端气泡的像就能符合。这种水准器称为符合水准器。,25,符

7、合水准器精平方法,26,基座 主要由轴座、脚螺旋和连接板组成，作用是支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动。脚螺旋用于粗平，使圆水准器气泡居中,27,二、水 准 尺,黑面为主尺，起点为零 红面为辅尺，起点为4.687m和4.787m,28,三、 尺 垫,尺垫：只用于转点，不能用于已知点和待测点 作用：防止位移和下沉 尺垫可应用范围：用于连续水准测量，其原因是由于两点间距离过远或高差过大不能一次测出其高差需设立一些临时立尺点，作为高程传递过渡点，使用过程中不能移动。,29,四、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

8、：用中丝读数,使用水准仪进行高差测量的步骤：,30,水准仪的使用,安置：安置三脚架和水准仪,31,目的: 使仪器竖轴铅直 方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至1、2方向中间转动脚螺旋3，使气泡居中。 遵循左手大姆指法则: 气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。,水准仪的使用,2、粗平：调节脚螺旋，使圆水准器气泡居中,b,a,c,32,水准仪的使用,气泡移动方向与左手大拇指移动方向相同,33,水准仪的使用,3、照准（水准尺）：粗瞄、对光、精瞄和消除视差,视差 现象,34,首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰，转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目标清晰。 注意: 消除视差！,视差：当观

9、测时把眼睛稍作上下移动，如果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有改变，这一现象叫视差。,没有视差现象 a）,有视差现象 b),35,原因：目标像平面与十字丝平面不重合。 消除视差的方法:反复交替调节目镜和物镜对光螺旋，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止。,对光 螺旋,目镜调节螺旋,消除视差的方法,36,水准仪的使用,4、精平：使长水准管气泡居中,37,水准仪的使用,5、读数：用中丝读数,127.2,0.713,注意：在进行另一根标尺读书前，应使复合水准气泡重新居中。自动安平水准仪不需要进行精平,1.272,38,读数时注意事项： 读数在尺面上按由小到大的方向，读出米、分米、厘米、并仔细估读毫

10、米数。 仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。,39,水准仪读数实例:,6.252,0.723,40,6.298m,1.533m,41,水准仪认识与使用录像,42,四、自动安平水准仪,是指在一定的竖轴倾斜范围内，利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数的水准仪。是通过安置一“补偿器”实现自动安平的。,自动安平水准仪视线安平原理,43,DSZ2,Koni 007,44,三. 电子水准仪,五、电子水准仪,也称“数字水准仪”,具有自动安平功能。 自动显示水平视线读数和视距。 通过物镜获取水准尺图象，通过 仪器的处理系统，将图象信息转 换成数字显示。 能与计算机实现数据通讯。 基本避免了

11、人为的观测误差（视 差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。,45,电子水准仪图,电子水准仪图,条 码 尺,测量键,46,电子水准仪的瞄准,47,六、水准仪认识与实习（实验一）,实验目的 （1）了解DS3型水准仪的基本构造，认清主要部件的名称、性能和作用。 （2）练习水准仪的正确安置、照准和读数。 方法和步骤： （1）安置仪器 （2）认识仪器部件 （3）粗略整平 （4）水准仪操作 （5）观测练习,48,第三讲 水准测量,49,实验目的 （1）了解DS3型水准仪的基本构造，认清主要部件的名称、性能和作用。 （2）练习水准仪的正确安置、照准和读数。 方法和步骤： （1）安置仪器 （2）认识仪器

12、部件 （3）粗略整平 （4）水准仪操作 （5）观测练习,50,试验中出现的问题,仪器领取 脚架摆放不合适 水准器泡脚螺旋旋至最高点 先调物镜再调目镜 水准管未整平就开始读数 读数时手扶仪器 换读水准尺时未重新整平,51,水准仪的结构及功能,复习一,52,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,使用水准仪进行高差测量的步骤：,复习二,53,第二章 水准测量,2.1水准测量原理 2.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准仪的检查和校正 2.5水准测量误差分析,54,本 次 授 课 目的和要求,本次授课的重 点与难点

13、分析,掌握水准测量的方法 学会水准测量成果整理方法,水准测量的方法，高差闭合差（改正数）的计算,55,一、水准点,事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点(Bench Mark), 常以BM表示。水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面, 用于放置水准尺。,水准点选点要求：设在土质坚硬、稳定，能保存，便于引测、寻找且不易遭到破坏的地方，选点后进行编号，绘制“点之记”。,56,连续中间水准测量的实施,为何要进行连续中间水准测量,57,水准路线布设形式,58,水准路线布设形式之一,闭合水准路线,由已知点BM0已知点BM0,59,水准路线布设形式之二,附合水准路线,由已知点

14、BM1已知点BM2,60,水准路线布设形式之三,支水准路线,由已知点BM0某一待定水准点A,61,水准路线布设形式之四,水准网,由几条单一的水准路线彼此相连成网状，这种形式的水准路线称为水准网。水准网中单一的水准路线之间相互连接的点称为结点,62,h hAB,63,水准测量的检核 （一）测站检核 常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种： 两次仪器高法 即测得第一次高差后，改变仪器高度约10cm，再次测定高差。若两次测得的高差之差未超过5mm，则取其平均值作为该测站的观测高差。否则需重测。 双面尺法 在一个测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红面两次测定高差。若两次测得高差之差未超

15、过5mm（四等水准），同时每一根尺子红黑两面的读数差与常数差不超过3mm,则取其平均值作为该测站的高差。否则需要重测。,64,（二）路线检核 (成果检核) 水准路线检核，即将测得结果与理论值比较，来判断观测精度是否符合要求。实际测量得到的该段高差与该段高差的理论值之差称为高差闭合差，用fh表示。检核方法一般有以下三种： 1.附合水准路线. h理=H终-H始 fh = h测-（H终-H始） 2.闭合水准路线. h理A=0 fh = h测 3.支水准路线. fh = h往- h返,65,普通水准测量线路闭合差允许值：,66,水准测量的外业实施,1,BM1,TP1,1.563,0.986,+0.57

16、7,19.431,2,TP1,A,A,1.762,1.828,0.066,3.325,2.814,+0.511,+0.511,67,普通水准测量记录表,A,B,HB=?,1.851,1.268,1.425,0.672,0.863,1.581,1.219,0.346,TP1,TP2,TP3,68,普通水准测量记录表,TP1,TP1,TP2,TP2,TP3,TP3,B,1,2,3,4,1.851,1.268,1.425,0.672,0.863,1.581,1.219,0.346,0.583,0.753,0.718,0.873,50.583,51.336,50.618,51.491,校核,69,水准测量注意事项 在进行水准测量时