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测量测绘培训,内 容,第一章 概 述第二章 测量学的基础知识第三章 距离测量与直线定向第四章 水准测量第五章 角度测量第六章全站仪使用第七章全球定位系统（GPS）使用,第一章 概 述,内容,第一节 测绘的基本概念第二节 测绘工作在社会主义建设中的作用,第一节 测绘的基本概念,一、测绘学与测量学测量学：研究对地球表面局部地区进行测绘工作的基础理论、工作方法、技术和应用的学科。其内容包括图根控制网的建立、地形图测绘及一般工程的测设。也有人称地形测量学为测量学。但这种测量学只是为测量地球局部的形状和绘制地形图服务，不包括其他内容。地图制图学（地图学）：研究地图的编制和应用的学科。它研究用地图图形信息反映自然界和人类社会各种现象的空间分布、相互联系及其动态变化。,测量学与制图学统称为测绘学。测绘学研究的对象是地球整体及其表面和外层空间中的各种自然物体和人造物体的有关信息。它研究的内容是对这些与地理空间有关的信息进行采集、处理、管理、更新和利用。它既要研究测定地面点的几何位置、地球形状、地球重力场，以及地球表面自然形态和人工设施的几何形态；又要结合社会和自然信息的地理分布，研究绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的理论和技术。前者和后者构成测绘学。由此可见，测量学是测绘学科的重要组成部分。,二、测绘学研究的对象 传统的测量学研究的对象是地球及其表面，但随着现代科学技术的发展，它已扩展到地球的外层空间，并且已由静态对象发展到观测和研究动态对象；同时，所获得的量既有宏量，也有微量。使用的手段和设备，也已转向自动化、遥测、遥控和数字化。,三、测绘学的分科 伴随着社会的进步，科学技术的发展，各方面对测量的要求不断变化和提高，测量学的分科也越来越细，诸如以下学科：,大地测量学测绘航空摄影摄影测量与遥感工程测量地籍测绘房产测绘,行政区域界线测绘地理信息系统工程海洋测绘地图编制导航电子地图制作互联网地图服务。,第二节 测绘工作在社会主义建设中的作用,我国幅员广大，辽阔的土地需要我们去描绘和规划；丰富的地下矿藏，天然的水下资源要靠我们去勘察、开发和利用，在建设和保卫祖国的伟大事业中，测绘工作的作用和意义是十分巨大的。,在地质矿产勘查中，测绘工作是一项重要的先行性、基础性并具有精确性特点的工作。在农业和林业中，正确地进行土地整理以及森林的建设与经营，改良土壤、整理土地、开垦荒地以及实现许多旨在发展农业和林业的其他措施时，不仅需要利用地图和地形图，更需要进行精确的测量工作。在交通运输业中，当修建铁路、公路、通航运河及它们的附属建筑工程时，初步方案，要根据地形图来制定；在勘察、设计和施工的各个阶段，都要进行测量工作。,在水利建设工程中，首先要根据详细的地形图作出初步方案研究，然后进行勘察设计、施工。测量工作应在勘察过程中为工程设计提供原始资料；在施工过程中，应保证正确地将设计转移到实地上。即使工程已经建成并交付使用后，仍然要进行精确的测量工作，以观察和发现工程建筑物所产生的变形、下沉和偏移，并提出准确的资料。在城市建设中，科学的规划和整理居民地，城市的扩充与改建计划，建设城市交通路线，敷设地下管线、兴建地下铁道等，都必须有地形图和地图，并进行专门的测量工作。在工程建设方面，工程的勘测、规划、设计、施工、竣工及运营后的监测、维护都需要测量工作。,在科学实验方面，如地震预测预报、灾情监测、空间技术研究、海底资源探测、大坝变形监测、加速器和核电站运营的监测等等，以及其他科学研究，无一不需要测绘工作紧密配合和提供空间信息。此外，对建立各种地理信息系统（GIS ） 、数字城市、数字中国，都需要现代测绘科学提供基础数据信息。综上所述可知，测绘工作在经济和国防建设方面有着多么重大的意义和作用。随着国家各方面建设工作的规模日益巨大、复杂的形势下，测绘工作在国家建设事业中所承担的任务也就愈来愈大。人们把测量工作者称作社会主义建设副业的“尖兵” ，这是对测绘事业最崇高的评价。,第二章 测量学的基础知识,内容,第一节 测量常用的度量单位第二节 地球形状和大小第三节 测量上的基准线和基准面第四节 地理坐标、高斯直角坐标及平面直角坐标,第一节 测量常用的度量单位,测量学中常用的是长度、角度、面积等度量单位。亦要用到重量、温度、气压、时间等度量单位。下面分别介绍测量上常用的三种度量单位。,一、长度单位国际单位制中，常用的长度单位的名称和符号如下：基本单位为米（ m） ，还有千米（ km） ，分米（ dm） ，厘米（ cm） ，毫米（mm ） ，微米 。其间关系为：,二、角度单位我国采用的角度单位为 制的度（ ） 、分（ ） 、秒（ ） 。即将一圆周角作 360等分，每一等分为1度。,弧度：半径等长的弧所对的圆心角作为量角的单位，叫做弧度,圆周角的 360制与弧度制之间的换算关系式是,三、面积单位 国际采用的面积主单位是平方米（ ）。我国大面积单位可用平方公里（ k） 、公顷（ h） 。农业上习惯用市亩、分、厘作面积单位。,第二节 地球形状和大小,沿垂线：重力的作用线又称为沿垂线铅垂线是测量工作的基准线,图1 铅垂线方向,水准面：处于自由静止状态的水面称为水准面。大地体：在测量工作中，把一个假想的、与静止的海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面。通常用平均海水面代替静止的海水面。大地水准面所包围的形体称为大地体。大地水准面和铅垂线是测量外业所依据的基准面和基准线。,图 2 大地水准面,参考椭球面：世界各国通常均采用旋转椭球代表地球的形状，并称其为“地球椭球” 。测量中把与大地体最接近的地球椭球称为总地球椭球；把与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。由此可见，参考椭球有许多个，而总地球椭球只有一个。,图 3 参考椭球体的定位,我国1980 年国家大地坐标系采用了 1975年国际椭球，该椭球的基本元素是：,第三节 测量上的基准线和基准面,一、基准线任何地面点都受着地球上各种力的作用，其中主要的有地球质心的吸引力和地球自转所产生的离心力，这两个力的合力称为重力，如图 （4）所示。如果在地面点上悬一个垂球，其静止时所指的方向就是重力方向，这时的垂球线，称为铅垂线，如图 （4）所示。,基准线:在测量上，以通过地面上某一点的铅垂线作为该点的基准线。所谓铅垂线就是地面上一点的重力方向线。,图4 重力的表示方法,二、基准面,地球重力场中处处与重力方向垂直的面，叫做水准面。如静止的水表面，见图（5） ，它的每一个质点都受到重力的作用，因此，该表面必然处处与重力方向垂直，这就是一个水准面。由于地球内部质量分布的不均匀，所以作为处处与重力方向垂直的水准面，是一个有微小起伏的复杂的曲面。水准面可以处于不同的高度位置，可以有无穷个。,所谓大地水准面，如图 （5） ，就是设想将静止的海水面延伸，穿过整个大陆和岛屿所形成的一个闭合曲面。由大地水准面包围起来的椭球体叫大地体。显然，大地水准面具有水准面的特性，是一个表面处处与重力方向垂直的、有微小起伏的、复杂的曲面。在测量上，作为计算点位高度的基准面就是大地水准面。,图5 水准面的确定,在测量上，作为计算点位高度的基准面就是大地水准面,尽管地面上测得的结果是以大地水准面为基准的，但由于大地水准面是一个不规则的、复杂的曲面，它不可能通过一个数学式子精确地表达出来，因此在测量的计算和制图工作中，通常用一个非常接近大地水准面的规则的几何表面，即旋转椭球面（又称参考椭球面）来代替大地水准面作为计算和制图的基准面。图 （5）为大地水准面与旋转椭球面的差别示意图。,旋转椭球面是一个数学表面，如图6 ，它的大小可由长半径a ，短半径b 和扁率e 来表示。我国1980年以后采用1975年国际大地测量协会（IGG）推荐的全球坐标系的数值为：,图6 旋转椭球面,第四节 地理坐标、高斯直角坐标及平面直角坐标,测量上确定地面点平面位置的坐标系统有地理坐标、高斯直角坐标及平面直角坐标三种。,一、地理坐标,世界各国统一将通过英国格林尼治天文台的子午面作为经度起算面，称为首子午面。首子午面与旋转椭球面的交线，称为首子午线。地面上某一点M的经度，就是过该点的子午面与首子午面的夹角，以表示。经度从首子午线起向东180称东经；向西180称西经。点的纬度，就是该点的法线与赤道平面的交角，以表示。纬度从赤道起，向北由0 90 称北纬；向南由0 90 称南纬。,图7 地理坐标,二、高斯直角坐标,我国采用横切圆柱投影高斯克吕格投影的方法来建立平面直角坐标系统，称为高斯克吕格直角坐标系，简称为高斯直角坐标系。见图 （8）,图8 高斯直角坐标系,高斯投影平面上的中央子午线投影为直线且长度不变，其余的子午线均为凹向中央子午线的曲线，其长度大于投影前的长度，离中央子午线愈远长度变形愈长，为了将长度变化限制在测图精度允许的范围内，通常采用三、六度分带法，即从首子午线起每隔经度差3或6 为一带。,图 9 分带投影,（1）高斯投影6度带：自0度子午线起每隔经差 自西向东分带，依次编号1,2,3,。我国6度带中央子午线的经度，由75度起每隔6度而至135度,共计11带（1323带），带号用n表示，中央子午线的经度用L表示，它们的关系是L=6n-3 ,如上图所示。 （2）高斯投影3度带：它的中央子午线一部分同6度带中央子午线重合，一部分同6度带的分界子午线重合，如用 n表示3度带的带号， 表示L带中央子午线经度，它们的关系L=3n。我国3度带共计22带（2445带）。,测量上以每一带的中央子午线的投影为直角坐标系的纵轴x ，向上（北）为正、向下（南）为负；以赤道的投影为直角坐标系的横轴 y，向东为正、向西为负，两轴的交点o为坐标原点。由于我国领土全部位于赤道以北，因此， x值均为正值，而y值则有正有负，为了使计算中避免y值出现负值，故规定每带的中央子午线各自西移500km ，同时为了指示投影是哪一带，还规定在横坐标值前面要加上带号。,图10 平面直角坐标系的建立,三、平面直角坐标系,平面直角坐标系（见图 ）的原点记为o ，规定纵坐标轴为x轴，与南北方向一致，自原点o起，指北者为正，指南者为负；横坐标轴为y 轴，与东西方向一致，自原点起，指东者为正，指西者为负。,图11 平面直角坐标系,第三章 距离测量与直线定向,内容,第一节 钢尺量距第二节 视距测量第三节 电磁波测距第四节 直线定向,距离测量是确定地面点的三项基本测量工作之一，测量学中所测定的距离是指地面上两点之间的水平距离。按照所使用的测量仪器和测量方法的不同，距离测量可分为：钢尺量距、视距测量和电磁波测距等方法。,距离测量方法概述,距离测量是测量的三项基本工作之一： 测定地面点之间的水平距离。距离测量的主要方法有： 钢尺量距 主要指钢卷尺量距 视距测量 利用测量仪器的视距丝测距 电磁波测距 测距仪测距 三角测量法 利用三角形的边角关系求距离,距离测量概述,三角高程测量： 是间接测定两点间高差的方法。,距离测量是确定地面点位时的基本测量工作之一。,有卷尺（皮尺和钢尺）量距、视距测量和电磁波测距等。,常用的距离测量方法：,各种测距方法适合于不同情况，不同精度要求，应视需要选择测距方法,建筑工程施工测量中，常采用钢尺量距方法，本章主要介绍这种方法。,4.1 直线丈量的工具,距离丈量常用的工具有：,钢尺、标杆（花杆）、测钎及垂球等。,钢尺又称钢卷尺，是用钢制成的带状尺，尺的长度通常有15m、30m、50m等几种。,钢尺卷放在金属尺架上，如上左图所示。钢尺的基本分划为毫米，每米处、分米处、厘米处都有数字注记。由于尺上零点位置的不同，有端点尺和刻线尺之分如上右图所示。,丈量工具,垂球用于不平坦地面丈量时投点定。,测钎用于标定尺段的起点和终点位置，如图所示。,标杆又称花杆，多用木料制成，直径约3cm，长度为23m，其上面每隔20cm涂以红、白漆，如图所示，用来标定直线的方向。,直线定线通常可分为目估定线和经纬仪定线两种方法。,1、目估定线：,如上图所示，当要测定A、B间距离时，可先在A、B两点分别竖立标杆，一人站在A点标杆后1-2米处，由A瞄向B，同时指挥另一持标杆的人左、右移动，使所持标杆与A、B标杆完全重合为止，此时立标杆的点就在A、B两点间的直线上，在此位置上竖立标杆或插上测钎，作为定点标志。同法可定出直线上的其他点。,4.2 直线定线,当地面上两点之间距离超过钢尺的全长时，用钢尺一次不能量完，量距前就需要在直线方向上标定若干个分段点，并竖立标杆或测钎以标明方向，这项工作称为直线定线。,（一）定义：,（二）直线定线,定线时相邻点之间要小于或等于一个整尺段，定点一般按由远而近进行。,2、经纬仪定线,经纬仪定线是在直线的一个端点安置经纬仪后，对中、整平，用望远镜十字丝竖丝瞄准另一个端点目标，固定照准部。观测员指挥另一测量员持测钎由远及近，将测钎按十字丝纵丝位置垂直插入地下，即得到各分段点。,目估定线的几种形式:,（1）两点间定线（2）在直线延长线上定线（3）过高地定线（4）过山谷定线,丈量步骤如下：,后尺手手持一测钎并持尺的零点端位于A点，前尺手携带一束测钎，同时手持尺的末端沿AB方向前进，到一整尺段处停下。,由后尺手指挥，使钢尺位于AB方向线上，这时后尺手将尺的零点对准A点，两人同时用力将钢尺拉平，前尺手在尺的末端处插一测钎作为标记，确定分段点。,然后，后尺手持测钎与前尺手一起抬尺前进，依次丈量第二、第三、第n个整尺段，到最后不足一整尺段时，后尺手以尺的零点对准测钎，前尺手用钢尺对准B点并读数q，则AB两点之间的水平距离为：,一、平坦地面上的丈量方法,在钢尺一般量距中目估定线与尺段丈量可以同时进行，如图所示。,4.3 一般直线丈量的方法,n整尺段数(即后尺手手中的测钎数)；l钢尺的整尺长度；q不足一整尺段的余长。,上述由AB的丈量工作称为往测，其结果称为D往。,为防止错误和提高测量精度，需要往、返各丈量一次。同法，由BA进行返测，得到D返。,计算往、返测平均值。,计算往、返丈量的相对误差K，把往返丈量所得距离的差数除以该距离的平均值，称为丈量的相对精度。如果相对误差满足精度要求，则将往、返测平均值作为最后的丈量结果。,相对误差K是衡量丈量结果精度的指标，常用一个分子为1的分数表示。相对误差的分母越大，说明量距的精度高。钢尺量距的相对误差一般不应低于/3000，在量距较困难地区不应低于1/1000。,例如：用钢尺丈量A、B两点间的距离，往测值为165.423m，返测值为165.454m，则AB距离：,D= (165.423+165.454)/2=165.439m,相对误差：,K=,相对误差的分母计算时收舍至百位。该例量距精度合格，则可取往、返结果的平均值作为两点间的水平距离。,5300,1,165.439,0.031,165.439,165.454,165.423,=,-,二、倾斜地面的距离丈量,1.平量法,在倾斜地面丈量距离，当尺段两端的高差不大但地面坡度变化不均匀时，一般都将钢尺拉平丈量。,如图，丈量由A向B进行，后尺手立于A点，指挥前尺手将尺拉在AB方向线上，后尺手将尺的零点对准A点，前尺手将尺子抬高并目估使尺子水平，然后用垂球将尺的某一刻划投于地面上，插以测钎。,用此法进行丈量，从山坡上部向下坡方向丈量比较容易，因此，丈量时两次均由高到低进行。,2.斜量法,当倾斜地面的坡度比较均匀时，可以在斜坡丈量出AB的斜距L，测出地面倾角，或A、B两点高差h，如图4.7所示，然后可以计算出AB的水平距离D，,D=Lcos,钢尺量距的注意事项,1.应用经过检定的钢尺量距。2.前、后尺手动作要配合好，定线要直，尺身要水平，尺子要拉紧，用力要均匀，待尺子稳定时再读数或插测钎。 3.用测钎标志点位，测钎要竖直插下。前、后尺所量测钎的部位应一致。4.读数要细心，小数要防止错把9读成6、或将21041读成21.014等。 5.记录应清楚，记好后及时回读，互相校核。6.钢尺性脆易折断，防止打折、扭曲、拖拉，并严禁车辗、人踏，以免损坏。钢尺易锈，用毕需擦净、涂油。,精密量距方法 量距相对精度：110000140000 主要用途：砼、钢结构等较精密工程的 放样，等。,一般量距方法 量距相对精度： 1200015000 主要用途：图根导线边长丈量、一般工 程的距离放样。,1.一般方法量距,4.4 钢尺检定1.一般方法量距： 直 目估定线，保证量距时沿直线方向进行 平 地面平整，钢尺水平 准 每尺段端点标志精确,2.精密方法量距,2.精密方法量距：,尺长改正,温度改正,高差改正,精密量距时采取的措施： 1.用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线； 3.钉尺段桩，逐段量测； 4.对钢尺施加固定拉力； 5.对量距结果加三项改正数：,精密量距计算例,精密量距计算例题,视距测量,视 距 测 量,视距测量利用测量望远镜的视距丝，间接测定 距离和高差的方法。,优点：测量速度快，不受地 形限制。不足：精度低，距离相对误 差一般约为1/300，高 差一般为分米级。用途：主要用于地形图测绘 (地形点的距离与高差)。,一.视线水平时视距测量,读数要求：上下丝读数a、b读至毫米，中丝 读至厘米， 仪器高 i 量至厘米。,1.视距公式：,2.高差公式：,一.视线水平时视距测量公式,二.视线倾斜时视距测量公式,二.视线倾斜时视距测量公式,三.视距测量观测和计算,观测：在测站安置经纬仪，对中、整平、量仪器高； 在测点竖水准尺，瞄准(要求三丝都能读数)。,读数：每个测点读四个读数 上丝读数 a 读至毫米 下丝读数 b 读至毫米 中丝读数 读至厘米 竖盘读数 L 读至分,三.视距测量观测和计算,视距测量通常只测盘左（或盘右），测量前要对竖盘指标差进行检验与校正。,视距测量表,视距测量表,电磁波测距,电 磁 波 测 距,电磁波测距用电磁波(光波或微波)作为载波传输测距信号， 测量两点间距离的方法。,掌握电磁波测距的基本原理,三角高程测量,三角高程测量,掌握三角高程测量的基本原理和计算方法；熟悉三角高程测量的作业方法。,已知两点之间的水平距离D(或斜距S)，观测垂直角， 从而计算高差。使用于山区或不便于进行水准测量的地区。三角高程测量要求考虑地球曲率的影响。,一.三角高程测量原理二.较远距离的三角高程测量三.三角高程测量的其他特点,三角高程测量是一种间接测定两点之间高差的方法,一.三角高程测量原理,一.三角高程测量原理,4.7 直线定向,确定地面上两点的相对位置时，仅知道两点之间的水平距离还不够，通常还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角。测量上把确定直线与标准方向之间的角度关系称为直线定向。,一 标准方向,1.真子午线方向,过地球南北极的平面与地球表面的交线叫真子午线。通过地球表面某点的真子午线的切线向，称为该点的真子午线方向。指向北方的一端叫真北方向，如图4.9所示。,真子午线方向是用天文测量方法确定的。,2.磁子午线方向,磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，自由静止时磁针轴线所指的方向，指向北端的方向称为磁北方向，如图4.9所示，可用罗盘仪测定。,3.坐标纵轴方向,在平面直角坐标系统中，是以测区中心某点的真子午线方向或是磁子午线方向作为坐标纵轴方向，指向北方的一端称为轴北，即为X轴方向，如图所示,二、方位角,由标准方向北端起，顺时针方向量至某直线的夹角称为该直线的方位角。方位角取值范围是0360。,1.方位角的种类,根据标准方向不同有三种：若标准方向为真子午线方向，则其方位角称为真方位角，用A表示。若标准方向为磁子午线方向，则其方位角称为磁方位角，用Am表示。若标准方向是坐标纵轴，则称其为坐标方位角，用表示。,测量工作中，一般采用坐标方位角表示直线的方向，并将坐标方位角简称为方位角。,2.三种方位角之间的关系,由于地球的南北两极与地球的南北两磁极不重合，所以地面上同一点的真子午线方向与磁子午线方向是不一致的，两者之间的夹角称为磁偏角，用表示；过同一点的真子午线方向与坐标纵轴方向的夹角称为子午线收敛角，用表示。磁子午线北端和坐标纵轴方向偏于真子午线以东叫东偏，、为正；偏于西侧叫西偏，、为负。,三、正、反坐标方位角,如图所示，1、2是直线的两个端点，1为起点，2为终点。过这两个端点可分别作坐标纵轴的平行线，把图中12称为直线12的正坐标方位角；把21称为直线12的反坐标方位角。同理，若2为起点，1为终点，则把图中21称为直线21的正坐标方位角；把12称为直线21的反坐标方位角。显然，正反方位角相差180，图中21=12+180，即有：正=反+180,四 坐标方位角的推算,实际测量工作中，并不是直接确定各边的坐标方位角，而是通过与已知坐标方位角的直线连测，并测量出各边之间的水平夹角，然后根据已知直线的坐标方位角，推算出各边的方位角值。,如图所示，1、2为已知的起始边，它的坐标方位角已知为12，观测了水平角2、3。则从图中可以看：,2321212180234323231803,从坐标纵轴的北端或南端顺时针或逆时针起转至直线的锐角称为坐标象限角，用R表示，其角值变化从090。为了表示直线的方向，应分别注明北偏东、北偏西或南偏东、南偏西。如北东85，南西47等。显然，如果知道了直线的方位角，就可以换算出它的象限角，反之，知道了象限也就可以推算出方位角。坐标方位角与象限角之间的换算关系，如表4.2所示。,五、象限角,1视线水平时的视距测量,在平坦的实训场地选择一测站点A，在测站点上安置好经纬仪（对中、整平）；司尺员将视距尺（标尺）立于待测点B上；瞄准标尺并将视线大致水平（竖盘读数为90或270），分别读取下丝、上丝的读数，记入观测手簿；按计算出仪器至立尺点的水平距离。K=100，l=下丝读数上丝读数。,另选一有一定坡度的场地，选择一测站点C，在测站点上安置好经纬仪（对中、整平）；司尺员将视距尺（标尺）立于待测点D上；量取仪器高i（自桩顶量至望远镜横轴中心，若不进行高差测量，此项则不必做）；瞄准标尺，调节竖盘指标微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中后，分别读取下、中（V）、上丝读数及竖盘读数（L），记入观测手簿；按， 分别计算测站点与标尺间的水平距离与高差。式中：K=100，l=下丝读数上丝读数，i为仪器高 v为目标高即中丝读数。,2线倾斜时的视距测量,，,注意事项,1视线水平时视距测量，也可使用水准仪进行测量，观测时仪器只需粗平；2对于初学者，为便于观测，选取的AB两点相距不宜过长，约6070米为宜；3为便于直接读出尺间隔l，观测时可用望远镜微动螺旋使上丝读数对在附近的整数上(整米或整分米处)；4仪器高i量至cm，竖盘读数L读至分；5为充分进行练习，要求每人至少观测5个测段的距离。,第四章 水准测量,水准测量方法,一、水准测量外业二、水准测量的检核三、水准测量的内业计算,水准测量的等级,水准测量分为一等、二等、三等、四等四个等级，以一等精度最高。上一等水准测量成果作为下一等水准测量的起算依据。为满足测图以及一般工程测量的需要，还须进行测区的高程控制加密，采用普通水准测量方法，也称图根水准测量或等外水准测量(本章主要介绍)。,一、水准测量外业,选线（level line）埋设水准点（benchmark）外业观测（observation）,1.水准路线:单一水准路线、水准网,附合水准路线,闭合水准路线,支水准路线,单一水准路线：,水准网,单节点附合网,多节点独立网,2.水准点,用水准测量方法建立的高程控制点 (Bench Mark) 。常以BM表示,其顶部通常为凸起的半球面, 用于放置水准尺。永久性：国家、城市等级水准点临时点：工程用水准点,点之记,3.观测步骤：一个测站上的观测程序,距离起点A大约100米处，选定转点TP1的位置安置仪器于A、TP1中间，距离A、TP1等距离处立水准尺于后视A点、前视TP1点上观测后视尺、前视尺读数：粗平、瞄准、精平、读数，(后视读数a1, 前视读数b1)记录并计算高差,第一测站高差： h1=a1-b1,其余测站以此类推,h2=a2-b2.hn=an-bn,各式相加得： h= a- b,未知点高程： HB=HA+ h,记录和计算基本格式,1.364,0.979,1.259,0.712,1.278,0.566,0.653,1.864,+0.385,+0.547,+0.712,-1.211,+0.433,54.206,54.639,4.554,4.121,二、水准测量的检核,计算检核：检查计算错误 h= a- bHB -HA = h测站检核：检查观测误差和记录计算错误双仪高法：变动仪高法双面尺法：红黑面尺法线路成果检核：检查成果观测误差和记录计算错误高差闭合差是否满足精度要求,2.测站检核两次仪器高法（双仪高法）,a1,b1,a2,b2,h1=a1-b1,h2=a2-b2,如果：f= h1-h2=6mm那么：hAB= (h1+h2)/2,A,B,双仪高法图示,水准测量记录（两次仪器高法）,2.测站检核双面尺法,h1=a1-b1,h2=a2-b2,f= h1-（h20.100）6mm,hAB= (h1+h20.100)/2,如果：,那么：,两尺常数不一致时，考虑两尺常数差 0.100米。,水准测量记录（双面尺法）,测站,水准尺读数,点号,后视,前视,高差,( h ),平均高,差,改正后,高差,高,程,（,H,）,1,A,1125,10.000,TP.1,1318,6,103,TP.2,1324,-0.006,2,6013,+0.090,-0.008,3.成果检核：线路高差闭合差的检核,由于受自然条件如温度、风力、大气折光等的影响，以及尺垫和仪器下沉引起的误差、尺子倾斜和估读的误差、仪器本身的误差等影响，成果精度必然降低。这些误差在一个测站上反映并不明显，但随着测站数的增多使误差累积，可能会超过规定的限差。也有可能会发生尺垫被移动，造成高程传递的错误。因此，用上述方法所测得的高程，虽经过测站检核和计算检核，也不能说明其高程精度符合要求。为此可以拟定某种路线，获得一定的条件以检核成果的正确性。,闭合水准路线,实际上：,理论上：,令：,有：,闭合水准路线分析：,结论：闭合水准路线具有严密的检核条件。,附合水准路线,附合水准路线分析：,理论上：,实际上：,令：,有：,结论：附合水准路线具有严密的检核条件。,支水准路线,支线水准路线分析：,理论上：,实际上：,令：,有：,结论：支水准路线往返观测具有严密性。,支线水准路线不严密，必须作往返测！,小结-水准线路理论值,附合水准线路： h理论= HB - HA闭合水准线路: h理论= HA - HA = 0支水准线路: h理论 (往） = -h理论（返）,3,成果检核规范：线路高差闭合差,线路高差闭合差：fh = h观测- h理论 fh容许对于等外水准测量：fh容许=12n(mm) 山地fh容许=40L(mm) 平原,高差闭合差的计算：附合水准线路： fh =h观测-(HB - HA)闭合水准线路: fh =h观测支水准线路: fh =h观测(往） +h观测（返）,黑面 a-b= h黑=-0.014红面 a-b= h红=-0.119平均高差之和 h= (h黑+ h红+0.100)/2= -0.016,-0.016,-0.014-0.119,7.24730.988,7.23330.869,计算检核,55.352,EBMA,5,DE,4,CD,3,+0.174,+0.176+0.272,13876076,15636348,BC,2,成果检核：高差闭合差fh=h=-0.016m=-16 fh容,55.352,+1.547,+1.548+1.446,09645754,25127200,BMAB,1,备注,高程/m,平均高差/m,高差/m,前视读数,后视读数,测点,测站,闭合水准线路,（对于等外水准测量）,三、水准测量的内业,目的：对测量误差进行处理（测量平差）得到未知水准点的高程的最可靠值（最或是值）。测量误差水准路线高差闭合差步骤：检查外业成果闭合差的计算与检核高差闭合差的调整与检核改正后高差的计算与检核待定点高程的计算与检核,水准测量的内业计算步骤,3.改正后高差的计算与检核：,或,fh =h观测- h理论 fh容许,1.高差闭合差的计算与检核：,2.高差闭合差的调整与检核：,4.待定点高程的计算与检核：,每测站或每公里高差改正数（v0)的计算,举例：附合水准路线测量,2.高差闭合差的计算与检核：在检核外业观测成果合格的条件下。,fh=hi-(HB-HA)=4.918-(62.906-58.012)=+0.024m,假设是山地等外水准测量，所以,所以，|fh| fh容|，野外测量成果符合精度要求,1.检核外业观测成果,本例总测站数为n=20,则每一测站的改正数为：,v0=- fh/ n=-24/20=-1.2mm,各测段的改正数为：,vi=- (fh/ n).ni =v0.ni,如第一测段：v1=-1.27=-8mm,3.高差闭合差的调整与检核因为在同一条水准路线上，可以认为观测条件是相同的，则各测站产生的误差的机会相等，故闭合差的调整可按与测站数成正比例的分配原则进行。但要注意改正数的符号与闭合差的符号相反。,检核：改正数的总和应与闭合差的绝对值相等，符号相反。 v= =- fh4.改正后的高差的计算与检核各测段实测高差加改正数，便得到改正后的高差，检核改正后高差之和应与理论高差相等，否则说明计算有误。,5.待定点高程的计算根据检核过的改正后的高差，由起始点A开始，逐点推算出各未知点的高程。 =58.012+4.355=62.367m检核：最后算得的B点高程应与已知的B点高程相等，否则说明计算有误。,附合水准测量内业计算表,1.高差闭合差的计算与检核,2.每公里改正数计算每测段改正数的计算与检核,举例：附合水准测量内业计算：,计算无误,4.未知点高程计算与检核,3.改正后高差的计算与检核,计算无误,实验二 水准测量,二、计划与设备 1实验安排2 学时，实验小组由4 5人组成。2实验设备每组为水准仪一台，水准尺2根，尺垫2个，记录板1块，自备伞1把。3实验场地选定一条闭合水准路线，其长度以安置4 6个测站为宜，中间设待定点。4从已知水准点A出发，水准测量至B、C点，然后再测至A点（或另一个水准点）。根据已知点高程（或假定高程）及各测站的观测高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查是否超限。对闭合差进行调整，求出待定点B、C的高程。记录计算在记录纸上。,一、目的与要求 1掌握普通水准测量的观测、记录和检核的方法。2掌握水准测量的闭合差调整及求出待定点高程。,三、方法与步骤 1背离已知点方向为前进方向，在A、B、C点间要设若干转点。第1站安置水准仪在A点与转点1（拼音缩写ZD1、英文缩写TP1）之间，前、后距离大约相等，其距离不超过100米。2操作程序是后视A点上的水准尺，精平，用中丝读取后尺读数，记入实验报告中。前视转点1上的水准尺，并精平读数，记入表中。然后立即计算该站的高差。3迁至第2站，继续上述操作程序，直到最后回到A点（或另一个已知水准点）。4根据已知点高程及各测站高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查高差闭合差是否超限，其限差公式为：,式中：n 测站数 L 水准路线的长度，以km为单位。5若高差闭合差在容许范围内，则对高差闭合差进行调整，计算各待定点的高程。,四、注意事项 1在每次读数之前，要消除视差，并使符合水准气泡严格居中。2在已知点和待定点上不能放置尺垫，但转点必须用尺垫，在仪器迁站时，前视点的尺垫不能移动。 3.上交资料：实验数据、实验报告，以小组为单位装订成册上交。实验报告见测量实验与实习附录三,水准测量记录表,待定点高程计算表,自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。,第三节 自动安平水准仪（automatic level）,一.自动安平水准仪特点,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪正面,二.补偿器的种类,悬吊十字丝调在焦镜筒至十字丝之间的光路中安置一个补偿器在常规水准仪的物镜前安装单独的补偿附件,自动安平水准仪安平的工作原理,采用悬吊光学棱镜，借助重力的作用达到视线自动补偿的目的。,3-直角棱镜4-屋脊棱镜5-直角棱镜8-阻尼器,自动安平水准仪的构造,原理说明：,角和角都是很小的角值.如能满足fd即能达到补偿的目的。,3-直角棱镜4-屋脊棱镜5-直角棱镜8-阻尼器（空气、磁）,三.自动安平水准仪操作步骤：,1. 用圆水准器使气泡居中；2.望远镜瞄准水准尺；3.横丝上读数；4.轻轻按动目镜下方的补偿器控制按钮，如果读数无变化，说明补偿器正常；如果读数变化，则需检修补偿器。,一、数字水准仪自动安平水准仪+分光镜+探测器 +条码标尺+图像处理系统二、特点：1.读数客观； 2.精度高； 3.速度快； 4.效率高。,第四节 数字水准仪（digital levels）,Trimble DiNi 12 数字水准仪,数字水准仪及条形码尺,条码水准尺,配套使用的是按一定规则编码的条码水准尺， 它的反面是普通的水准尺刻划，因此，也可进行普通水准测量。条码水准尺一种是铟瓦带尺，其长度多为1m、2m和3m，正面刻有条码，反面无刻划；一种是用玻璃钢或铝合金制成双面尺，正面为条码分划，反面为区格数字分化，其长度多为4m和5m的多节尺。 编码法：二进制、4（16）进制、周期循环码、双向随机码,望远镜,基座 脚螺旋,自动安平补偿器,调焦螺旋制动、微动螺旋,调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜 ：将由物镜进入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数,三、数字水准仪基本构造,四、数字水准仪的读数原理,当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份，可见光影像成像在分划板上，供目视观测；红外光影像成像在CCD线阵光电探测器上(探测器长约6.5mm，由256个口径为25m的光敏二极管组成，一个光敏二极管就是线阵的一个像素)，探测器将接收到的光图像通过A/D转换数字信号；传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码本源数字信息进行相关比较，当两信号处于最佳相关位置时，即可获得水准尺上的水平视线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。解码：相关法、几何法、相位法,相关法原理,几何法原理,四进制码、16进制编码,粗读数,精读数-视线高-视距,五、使用方法,液晶显示窗,数 据 存 储 卡,控 制 键 盘,六、激光水准仪（laser level）,DSJ3系列是在普通DS3水准仪上加设一套半导体激光发射系统，为DS3水准仪提供了一条可见的红色水平激光束。它与原水准仪望远镜视准线保持同轴、同焦。,广泛地用于隧道挖掘、管道铺设、水坝工程、船舶制造、飞机制造、大型机械安装、桥梁施工、各种室内装潢等平面操平。,第六节 水准仪的检验与校正Inspection and correction,微倾式水准仪的轴线之间应该满足的三项几何条件：,1、圆水准器轴平行于竖轴2、十字丝横丝垂直于竖轴3、水准管轴平行于视准轴,其中第三个是主要条件.,一、 圆水准器轴应与仪器的旋转轴平行的检验与校正,1检验原理：如图2. 检验方法：粗平，转动仪器180度，看圆水准器是否居中。3. 校正:圆水准器下部的校正螺钉,圆水准器下部的校正螺钉,二、 十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正,1、检验:安置好仪器，粗平后，用十字丝横丝对准一个明显的点状目标，固定制动螺旋，转动水平微动螺旋。若p点沿横丝移动，则条件满足，不需校正，否则校正。2、校正：,a2,a2,b2,a1,b1,三、水准管轴平行于视准轴的检验和校正,1、检验：场地安排如图：,h,2、步骤,(1) 在AB中点S1处安置水准仪，精确测定A、B两点之高差（测站检核，两次高差互差3mm以内，取其平均值hAB作为最后结果。) hAB。（2）安置仪器于S2处，离B点约3m左右，精平后读得B点水准尺上读数为b2,因为仪器离B点很近，两轴不平行引起的读数误差可以忽略不计。根据b2和AB两点的正确高差hAB算出A点