哈工大测量学授课课件第2章水准测量.ppt

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1、,第二章 水准测量,2.1 水准测量原理,2.2 水准测量仪器和工具,2.3 DS3级微倾式水准仪的使用,2.4 普通水准测量,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,2.6 精密水准仪与水准尺,2.7 电子水准仪简介,高程测量，测定地面点高程的工作高程测量按所使用的仪器和施测方法的不 同，可以分为水准测量、三角高程测 量、GPS高程测量和气压高程测量。水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。,2.1 水准测量原理,1.水准测量原理,二.水准测量原理,hAB 0，高差为正，前视点高；hAB 0，高差为负，前视点低。高差必须带“+、-”号；hAB的下标次序必须与测量的前进方向一致。例：已知 hAB=

2、+1.436 m 则 hBA=-1.436 m,A、B两点之间的高差：hAB=a b（后视-前视）则B点的高程为：HB=HA+hAB,2.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。,高差法 A、B两点之间的高差：hAB=a b 则B点的高程为：HB=HA+hAB,仪高法 仪器的视线高程为：Hi=HA+a 则B点的高程为：HB=Hi b,仪高法主要用在架设一次仪器须测定多个未知点。,高差法主要用在架设一次仪器须测定一个未知点。,2.2 水准测量仪器和工具,一、水准仪 按精度分为：DS05 DS1 DS3 DS10 D指大地测量

3、S指水准仪 数字1、3等指每公里往返高差测量中误差 按仪器构造分为：微倾式水准仪 自动安平水准仪 激光水准仪 电子水准仪,DS3级微倾式水准仪的构造,水准仪的三个组成部分：望远镜、水准器、基座,水准仪的三个组成部分：望远镜、水准器、基座,望远镜,作用：瞄准目标、读取读数 包括：物镜1、目镜2、调焦透镜3、十字丝分划板4、物镜对光螺旋5、目镜对光螺旋6,视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。,视差,观测者的眼睛在目镜端上下移动时，目标像与十字丝有相对移动。产生的原因：目标成像面与十字丝分划板不重合。,消除的办法：反复进行物镜、目镜对光。,水准器,水准管：玻璃制成的圆弧管，内有水准气泡。水准管轴：水

4、准管零点的圆弧切线。零点：水准管圆弧的中点。原理：当气泡位于零点时，水准管轴水平。作用：精平仪器，用微倾螺旋调节。,水准管的分划值,定义：2mm弧长所对的圆心角 公式：=2/R=206265 性质：1、R愈大，愈小，水准管的精度愈高，反之亦然。2、DS3水准仪的分划值为20/2mm,圆水准器,构造：玻璃制成的球面装置。零点：圆水准器的球面顶点。圆水准器轴：过零点的球面法线 分划值：一般为810,作用：粗平仪器，一般用三个脚螺旋调节。,基座,作用：支撑仪器 包括：底座、三个脚螺旋、固定螺旋,水准仪的几何轴线,视准轴：物镜光心和十字丝交点的连线 水准管轴：水准管圆弧顶点的切线 圆水准器轴：圆水准器

5、球面零点的法线 仪器竖轴：仪器的竖直中心旋转轴,Koni007自动安平水准仪,Zeiss Koni007自动安平水准仪,自动安平水准仪的工作原理,2.自动安平补偿器结构,2.自动安平补偿器结构,水准仪的轴线及其应满足的条件,2.3 DS3级微倾式水准仪的使用,操作程序与方法 安置粗平瞄准精平读数,“左手大拇指法”整平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。,水准测量的瞄准与读数,a,二、水准尺和尺垫,水准尺 种类：折尺、塔尺、直尺 作用：读数,尺垫 作用：转点处放水准尺，起临时传递高程。,2.4 普通水准测量,一、水准点,通常记为：BM 表示方法：,2.4.1 水准点为统一全国的高程

6、系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点(Bench Mark，通常缩写为BM)。水准点分为临时性水准点和永久性的水准点。永久性的国家等级水准点一般用钢筋混凝土制成，并深埋入地下。在建筑工地上的临时性水准点可用大木桩，在木桩的顶端再钉上一颗具有圆球形表面的钉子，木桩周围用水泥混凝土加固。水准点埋设之后，为便于以后使用时寻找，应做点之记。即详细记载水准点所在的位置（如水准点距离某个房子多少米，周围有什么建筑物等）、水准点的编号和高程，测设日期等。有了水准点，我们就可以用它来测其他待定点的高程了。,2.4.2 实施方法,在每一测站的水准测量中，为了能及时

7、发现观测中的错误，通常采用双面尺法或两次仪器高法进行观测，以检查高差测定中可能发生的错误。,双面尺法为每一测站上用两组不同的水准尺面的读数来测定相邻两点间的高差，两次仪器高法为每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线来测定相邻两点间的高差。,水准测量的检核方法 1、计算检核 h1=a1-b1 hn=an-bn h=h1+h2+hn 同时h=a-b 比较两种结果？相等高差计算正确。,转点TP（Turning Point）：起传递高程作用的点。它既充当前视点，又充当后视点。转点的高程一般不用计算。,2、测站检核 变仪高法：改变仪器的高度，测出两次黑面高差，差值6mm（等外水准），取平均值。双面尺法：

8、用黑、红面同时读数，测出黑、红面高差，差值5mm（三四等水准），取平均值。,3.成果检核水准路线,附合水准路线 h理=H终H起 闭合水准路线 h 理=0 支水准路线 h往 h返=0,高差闭合差：fh=h测-h理 fh fh容,例题：附和水准路线内业成果计算,计算步骤,调整 基本原则：按各段的测站数（或路线长度）成正比反符号分配到各段高差中去。,检核：Vi=fh,计算步骤,2、计算改正后的各段高差 计算:hi=hiVi 检核：hi=H终H起,3、推算各未知点的高程 计算:H1=H起 h1 同理求H2、H3 检核：H终=H3 h3,二、闭和水准路线内业成果计算 h理=0 fh=h测-h理=h测 三

9、、支水准路线内业成果计算 高差闭合差 fh=h往 h返 改正后的高差,水准测量的误差,一、仪器误差,仪器校正后的残余i角误差：原因：i角误差检校后的残余值 方法：观测时注意使前、后视距相等，可消除或减弱其影响。水准尺误差：原因：水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等 方法：须检验水准尺上真长与名义长度，加尺长改正数。水准尺的零点差：一测段中安排偶数个测站予以消除。,二、观测误差,气泡居中误差 读数误差 水准尺倾斜 视差的影响,这些误差须严格认真操作、读数，来避免误差的影响。,三、外界环境的影响,仪器下沉：采用“后前前后”的观测顺序可以削弱其影响。,尺垫下沉：采用往返观测取观测高差的中数可以削弱其

10、影响。,地球曲率和大气折光影响：视线要高于地面0.3m以上，前后视距相等也可消弱其影响,温度影响：观测时应注意撑伞遮阳。,2.5 微倾式水准仪的检验与校正,1.圆水准器的检验和校正 了解原理与作业方法2.十字丝的检验和校正 了解原理与作业方法3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正 掌握原理与作业方法,水准仪的轴线及其应满足的条件,圆水准器轴平行于仪器竖轴的检校,检验：圆水准气泡居中，旋转180度，是否还居中？（图a、b)校正：转动脚螺旋使气泡移动一半，然后拨动校正螺丝，使气泡居中。（图c、d),十字丝横丝应垂直与仪器竖轴的检校,检验：安置仪器后，用十字丝横丝的一端对准一明显标志点P，转微动螺旋转

11、动水准仪，看点P是否始终在横丝上移动？,校正：转动脚螺旋使气泡移动一半，然后拨动校正螺丝，使气泡居中。（图c、d),水准管轴平行于视准轴的检验与校正 LL/CC,水准管的校正螺丝像片,方法2：校正十字丝,2.6 精密水准仪与水准尺,精密水准仪和精密水准尺,精密水准仪的构造（徕卡N3型）,精密水准仪(precise level)主要用于国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。,精密水准仪、水准尺,WILD N3、精密水准尺,WILD N3精密自动安平水准仪,精密水准尺,精密水准尺的构造（因瓦水准尺）,图为徕卡公司

12、生产的与新N3精密水准仪配套的精密水准尺。水准尺全长约3.2m，在因瓦合金钢带上刻有两排分划，左边一排分划为基本分划，数字注记从0到300cm，右边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm到600cm，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数301.55cm，称为基辅差或尺常数。,精密水准仪及其读数原理,N3水准仪上有一个测微螺旋。当精平后，通过旋转测微螺旋使平板玻璃俯仰倾斜，使得水平视线产生偏移，以对准一个整分划读数。然后在测微尺上读取小数部分。,精密水准仪及其读数原理,精密水准仪上设有平行玻璃板测微器,它的最大视线平移量为1 cm，它对应测微尺上的100个分格，测微尺上1个分格等于0.01 cm，可估读到0.001cm。,如图所示：水准尺读数为：148 cm 测微器读数为：0.655 cm 则读数为：148+0.655=1.48655 m。,2.7 电子（数字）水准仪简介,数字水准仪和条码水准尺,数字水准仪是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器等部件，采用条形码分划水准尺和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。,电子水准仪图,条码尺,测量键,电子水准仪的瞄准,徕卡DNA03中文精密数字水准仪,