水准测量原理内业计算ppt课件.ppt

第二章 水准测量,2.1 水准测量原理2.2 DS3型水准仪和水准测量的工具2.3 DS3型水准仪的使用2.4 水准测量的施测与记录2.5 水准测量的内业计算2.6 水准仪的检验与校正2.7 水准测量的误差及注意事项2.8 其他水准仪的简介,原理：利用水准仪提供的水平视线，测出两地面点之间的高差。,2.1 水准测量原理,水准测量方法,中间水准测量,连续水准测量,仪器高测量,2.1 水准测量原理,1、中间水准测量hAB=a bhAB=后视读数-前视读数HB=HA+hAB,2、连续水准测量,hAB=h1+h2+h3=h式中：h各段高差 的代数和B点高程：HB=HA+hAB,a1,a2,a3,b3,b2,b1,A,B,h2,h1,h3,hAB,3、视线高（仪器高）测量,水平视线的高程：Hi=HA+aB点的高程：HB=Hi-b,3、视线高（仪器高）测量,视线高（仪器高）法：用视线高程计算未知点高程的方法。,A,a,b1,1,b2,2,b3,3,Hj=Hi-bj(j=1、2、3、n),例1：已知点A的高程为HA=52.623m，后视读数a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。,根据高程测量原理：hAB=a b=1.5710.685=0.886 mB点高程为：HB=HA+hAB=52.6230.886=53.509 m,例2：已知A点高程HA=23.518m，要测出某水平场地待定点1、2、3的高程,视线高程Hi=HA+a=23.5181.56325.081m各待定点高程分别为：H1Hib125.0810.95324.128mH2Hib225.0811.15223.929mH3Hib325.0811.32823.753m,在安置一次仪器需求出几个点的高程时，视线高法比高差法方便，因而视线高法在地形测量和施工测量中被广泛采用。,例3、如果用水准测量的方法测定B点的高程，同一水平视线在A点的水准尺上的读数为2.186m，在B点水准尺上的读数为1.467m，A点的高程为220.200m，试问B点的高程是多少？,根据高程测量原理：hAB=a b=2.1861.467=0.719 mB点高程为：HB=HA+hAB=220.2000.719=220.919 m,例4已知A点的高程HA=489.454m，A点立尺读数为1.446m，B点读数为1.129m，C点读数为2.331m，求此时仪器视线高程是多少？HB和Hc各为多少？,视线高：Hi=HA+a=489.4541.446 490.900mB、C两点的高程分别为：HBHib 25.0810.95324.128mHCHiC25.0811.15223.929m,2.2 DS3型水准仪和水准测量的工具,水准测量所使用的仪器和工具主要有：水准仪、水准尺、水准尺的尺垫我国按水准仪的精度级别编订的系列型号是：DS05、DS1、DS3、DS10 D大地测量仪器 S水准仪 数字 表示仪器的精度，即每公里往、返 测得高差中数的中误差（mm）。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,2、DS3型水准仪的,主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。,构造,微倾螺旋,准星,物镜,目镜,微动螺旋,（1）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；,由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；,视准轴：物镜中心 与十字丝交点的连线。,（2）水准器水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。圆水准器 作用：粗略整平 结构：如图所示 精度：一般为 8 10/2mm（气泡中心偏离零点2mm 所对的圆心角）,管水准器 作用：精确整平 结构：如图所示 精度：一般为 20/2mm 水准管的分划值：气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。,符合水准器,作用：调整水准仪观测视线处于水平状态的 精密整平装置。构成：由一个管水准器和一个棱镜组构成。,（3）基座,轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架,组成,轴座,脚螺旋,连接板,二、水准尺和尺垫1、水准尺塔尺：可以伸缩，一般全长2m、5m，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，用于三、四等水准测量。,2、尺垫 仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。,2.3 DS3型水准仪的使用一、安置仪器,（1）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。,（2）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。,二、粗略整平,通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。,三、瞄准水准尺,（1）目镜调焦 转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。,（2）初步瞄准 通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。,转动照准部使准星、照门、目标（尺）共一线，然后制动望远镜。,水准尺,（3）物镜调焦 转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。,（4）精确瞄准 转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央。,（5）消除视差 视差的定义：,消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。,四、精确整平,转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合,此时水准管气泡居中，视线即为水平视线,转动微倾螺旋使符合水准管气泡符合，即成U形。,五、读数 用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。,注意：读数前必须精平，精平后立即读数。,图形：水准仪读数实例,水准仪读数实例,6.252,1.477,0.725,2.4 水准测量的施测与记录2.4.1、水准点,用于水准测量而设有固定标志的高程基准点，称为水准点，记为BM。,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,国家等级永久性水准点,建筑工地上的永久性水准点,（2）临时性水准点,几个基本概念：1、测站：水准仪及尺子所摆设的位置称为测站，这种摆设测站所进行的水准测量工作，称为测站观测。hAB是一次测站的高差观测值。2、水准路线：连续若干测站水准测量工作构成的高差观测路线，称为水准路线。3、视距：水准仪到立尺点的水平距离。,2.4.2 水准路线的布设形式,（1）附合水准路线 从已知高程水准点出发，沿待定高程的水准点进行测量，最后附合到另一已知高程水准点的水准路线，称附合水准路线。如图2-20,（2）、闭合水准路线 从已知高程水准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最后又回到原出发点的环形路线，称为闭合水准路线。,2.4.2 水准路线的布设形式,（3）、支水准路线 从已知高程水准点出发，沿待定高程水准点进行水准测量，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.,2.4.2 水准路线的布设形式,BMA,1,2,3,一、一个测站的水准测量工作,A,B,a,b,1、安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；2、粗略整平；3、瞄准A尺，精平、读数a，记录1.568m；4、瞄准B尺，精平、读数b，记录1.471m；,2.4.3 水准测量的方法,2.4.3 水准测量的方法,一、一个测站的水准测量工作5、计算：hAB=a b=1.568-1.471=0.115m 即B点比A点高0.115m。hBA=hAB=0.115m，即 A点比B点低0.115m。,A,B,a,b,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。,提出问题：,解决方法：,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。,二、水准测量实施方法,例：,注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,HA=123.446m,HB,大 地 水 准 面,前进方向,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3 B,2.142,1.258,0.928,1.235,1.664,1.431,1.672,2.074,计算检核,ab,123.446,水 准 测 量 手 簿,已知,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3 B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,计算检核,6.406 5.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水 准 测 量 手 簿,已知,（一）、计算检核 目的：检核计算高差和高程计算是否正确。检核条件：如上表所示：,等式条件成立，说明计算正确。,2.4.4 数据检核,（二）、测站检核 1、双面尺法 目的：保证前后视读数的正确。,采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。,双面尺法：是仪器高度保持不变，分别对尺子的黑面、红面进行观测。观测程序：后、后、前、前（黑、红、黑、红）黑红高差：相差 100 mm,2、变动仪器高法 在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|h|6mm，取其平均值作为最后结果。,双仪高法,a,b,a,b,（三）、成果检核,水准测量时，一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线；计算检核只能发现每页计算是否有误；在水准测量的施测过程中,测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限；对一条水准路线来讲必须进行成果检核。,2.5 水准测量的内业计算,目地：根据水准路线上已知水准点的高程和 各测段高差，求出待定水准点的高程。测站：水准仪及尺子所摆设的位置称为测站。水准路线：连续若干测站水准测量工作构成 的高差观测路线。视距：水准仪到立尺点的水平距离。,2.5.1 闭合水准路线成果计算,如图BMA为水准点，高程为42.372m，1、2、3点为待定高程点。将有关数据个观测数据填入表内相应栏目内。,h1=1.274,h2=-3.349,h3=-2.482,h4=4.616,6站,10站,8站,12站,(一)计算高差闭合差,闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差：就是高差的观测值与理论值之 差；用fh表示，即：fh=观测值-理论值观测值：h测=h1+h2+hn理论值：h理=0 即 fh=h测,(二)高差闭合差的容许值 限差：规范规定的的高差闭合差的允许值；用fh允或fh容表示。等外水准测量要求：平地：fh容40（mm）L水准路线的长度，单位km。山地：fh容12（mm）n水准路线的测站数。要求：fh fh容,（三）高差闭合差的调整,（1）改正数的计算 分配原则：按与测段距离（或测站数）成正 比，并反其符号改正到各相应的 高差上，得改正后高差。,按距离：,式中 l水准路线总长度；li第i测段长度；vi第i测段的高差改正数,按测站数：,检核：,式中 n水准路线总测站数；ni第i侧段站数；,（2）求改正后高差,式中 hi改改正后的高差；hi原观测高差；Vi该高差的改正数。,（四）高程计算,检核：,HA（算）=HA（已知）,图为一条附合水准路线，由四段组成，起点A的高程为72.394m，终点B的高程为73.128m。各测段的高差和路线长度如图所示，计算1、2、3、点的高程。,2.5.1 附合水准路线成果计算,h1=2.145,h2=-2.986,h3=3.432,h4=-1.801,0.7km,1.1km,0.9km,1.6km,(一)计算高差闭合差,闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差：就是高差的观测值与理论值之 差；用fh表示，即：fh=h测-h理观测值：h测=h1+h2+hn理论值：h理=H终-H起 即 fh=h测-（H终-H起）,(二)高差闭合差的容许值由已知条件，高差闭合差可按如下公式来求：平地：fh容40（mm）L水准路线的长度，单位km。,（三）高差闭合差的调整,（1）改正数的计算 分配原则：按与测段距离（或测站数）成正 比，并反其符号改正到各相应的 高差上，得改正后高差。,按距离：,式中 l水准路线总长度；li第i侧段长度；,（四）高程计算,检核：,HB（算）=HB（已知）,例1：附和水准路线的内业计算 如图为一附和水准路线：,A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.623m点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：,备注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.0 8+1.575,1.2 12+2.036,1.4 14-1.742,2.2 16+1.446,5.8 50+3.315,辅助计算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.42,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,符合水准测量成果计算表,已知,已知,2.5.3 支水准路线成果计算,设某水准路线已知点A的高程HA=152.371m，从A点到P点的往测高差和返测高差分别为h往=-2.216m、h返=+2.238m，往返总测站数n=9.,（一）求往、返高差闭合差,（二）高差闭合差的容许值,fh容12（mm）n水准路线的测站数。要求：fh fh容,（三）求改正后高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）,h=,h往-h返,2,（四）计算高程,待定点P的高程为：,HP=HA+h,例2：设某水准路线已知点A的高程HA=186.785m，从A点到P点的往测高差和返测高差分别为h往=-1.375m、h返=+1.396m，往返总测站数n=16.求P点的高程。,P,解：1、计算闭合差：,2、检核：,，故精度符合要求。,3、计算高差,4、计算高程,Hp=186.785-1.386=185.399m,例3.根据附合水准路线表，计算各点高程,2.6 水准仪的检验与校正 2.6.1 水准仪应满足的几何条件主要轴线：视准轴CC 水准管轴LL 仪器竖轴VV 圆水准器轴 几何关系：圆水准器轴/仪器竖轴 水准管轴/视准轴 十字丝横丝 竖轴,二、水准仪的检验和校正1、圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴/仪器竖轴检验：用脚螺旋使圆水准器气泡居中；望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。校正：用脚螺旋调气泡偏离 值的一半；用圆水准器的校正 螺旋再调一半。,圆水准器的检验原理,圆水准器轴,竖轴,铅垂线,圆水准器轴,圆水准器轴,圆水准器轴,铅垂线,铅垂线,铅垂线,竖轴,竖轴,竖轴,2、十字丝横丝的检校和校正 目的：使十字丝横丝 竖轴 检验：精平仪器，十字丝横丝左边 对准墙上标志点M；水平微动，M点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。,M,M,M,M,校正：松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；拧紧十字丝的固定螺旋。,十字丝固定螺旋,3、水准管轴的检验与校正 目的：使水准管轴/视准轴。检验：在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水 准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之 差3mm）测定两点之间 的高差h0=a1-b1；,i角 视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。,仪器搬A点附近，测得高差 h=a2b2；若 h=h0，则水准管轴/视准轴；若 h不等于h0，则存在i角。如图：,式中：DAB 为AB两点之间的距离,对于DS3水准仪，当 时，则需校正。,3、校正 转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。,误差来源：仪器误差+观测误差+外界条件的影响,一、仪器误差 1、仪器校正后的残余误差主要是i角误差。（前后视距相等可消除）2、水准尺误差 包括刻划不准、尺长变化、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视 尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）,二、观测误差 1、视差（仔细调焦可消除）2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3、水准气泡居中误差（符合后立即读数）4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）,三、外界条件的影响 1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）,(7)测量者要严格执行操作规程，工作要细心，加强校核。,注意事项,(1)测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相等。,(2)仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉。,(3)估数要准确，读数时要仔细对光，消除视差。,(4)检查塔尺相接处是否严密。保证扶尺竖直。,(5)记录要原始，字迹整齐、清楚，端正。,(6)读数时，记录员要复诵，以便核对。,自动安平水准仪,自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替 水准管，使视准轴水平。,特点：1、视准轴自动安平；2、提高水准测量精度；3、减少操作步骤，提高工作效率。,精密水准仪,主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。,特点：1、结构精密、性能稳定、测量 精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10/2mm；4、采用光学测微器读数，可直 接到0.1mm，估读到0.01mm；5、配专用精密水准尺；,操作方法与DS3水准仪基本相同。,精密水准仪的水准尺及读数,因瓦水准尺,苏光DSZ2,蔡司Ni004,电子水准仪,1.采用条纹编码的标尺长度注记方式。2.采用摄像技术，对标尺测量进行摄像观测。3.自动实现图象的数字化处理以及观测数据的测站显示、检核、运算等。,激光水准仪 激光水准仪有水准仪、激光器、电源等组成。,特点：1、视准轴为一束 红色可见光。2、广泛应用于水平 场地的测设、大型设备安装。,内置激光器、电源,本 章 小 结,一、水准测量原理、水准仪及使用,1.水准仪的几何轴线及 关系：,视准轴(CC)物镜光心与十字丝中点的连 线；,水准管轴(LL)水准管内壁圆弧零点的 切线；,圆水准器轴（LL）圆水准器内壁圆弧零点的 法线；,竖轴（VV）水准仪的旋转轴。,几何关系：CCLL；LLVV；十字丝横丝水平。,2.水准仪技术操作方法：粗平瞄准精平读数。,往返水准路线：fh=|h往|h返|,二、普通水准测量方法,1.高差计算：hi=后视i 前视(i=1，2n站),2.水准路线及高差闭合差,闭合水准路线：fh=h,附合水准路线：fh=h（H终 H始）,