测量学第四版顾孝烈第2章-水准测量.ppt
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1、第二章 水准测量,2-1 高程测量概述,79,1,一、高程原点 我国采用黄海平均海水面作为全国高程系统的基准面,在青岛设立验潮站和“青岛水准原点”,其高程为 72.2604m这个高程基准面和水准原点称为:“1985国家高程基准”,青岛观象山水准原点,79,2,79,3,二、高程测量的方法 水准测量用水准仪进行高差测量,是高程测量的主要方法。,三角高程测量 用经纬仪、测距仪或全站仪测定两点间的高差。GNSS高程测量 用GNSS接收机,收取卫星信号,测定点的高程。,三、地面点的高程,高程(绝对高程、海拔)-地面点到大地水准面的铅垂距离假定高程(相对高程)-地面点到假定水准面的铅垂距离,79,4,高
2、差-两点间的高程之差(无论绝对高程或相对高程),79,5,四、水准测量的等级 分一、二、三、四等(按精度要求或控制范围),一等水准测量:作为国家的高程控制,建立统一的高程基准,科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量),二等水准测量:作为大城市的高程控制;地面沉降;精密工程测量,三、四等水准测量:作为小地区高程控制;普通工程测量;地形测量,2-2 水准测量原理,测量A、B 两点间的高差h,在A、B 上竖立水准尺,用水准仪构成一条水平视线,该视线在两尺上取得读数 a 和 b。则 A与 B 的高程之差:hAB=a b(高差 h 有正有负)如已知A点 高程为 HA,则B点 的高程:HB=HA+hAB,
3、79,6,79,7,水准测量原理,当 Da=Db 时,,水准仪至两支水准尺等距 中间法水准测量,(消除水准面曲率影响),79,8,在山坡地段进行水准测量,79,9,连续水准测量(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 干个转点,分段测量高差,取各分段高差的总和。,hAB=h1+h2+.+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn)=a-b,一.水准测量的仪器与工具,79,10,2-3 水准尺和水准仪,水准尺和尺垫 单面尺水准尺仅一面有分划 双面尺(黑面,红面,尺常数 4.687m 或 4.787m)用于三等以下水准测量。,塔尺可伸缩,伸足为3米、5米,用
4、于一般工程测量。尺垫在转点上立尺用。,尺垫 转点处立水准尺,用生铁铸成中间突起的三角形基座,防止立尺沉降和高程变动,79,11,2.水准仪,79,12,二、水准仪,水准仪等级(精度系列):S05 S1 S3 S10 型号下标:毫米数,表示 1公里往、返测量的高差平 均值的中误差。,水准仪构造(主要部分):望远镜 水准器 支架 基座,S3 水准仪外型,S3水准仪 主要用于地形测量和普通工程测量,79,13,S3水准仪属于微倾式水准仪 按圆水准器初步置平仪器旋转微倾螺旋 管水准器气泡居中视线水平,79,14,微倾置平系统:微倾螺旋 管水准器 符合棱镜水准气泡观察镜,79,15,15,水准管及符合棱
5、镜结构图,符合棱镜系统使水准气泡两端成象在一起便于观察。若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度,斜视时会产生视差,并要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中。用符合棱镜系统观察,可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。,79,16,符合棱镜的设置,符合棱镜的观察窗口,气泡居中,气泡未居中,三、水准仪的使用,安置水准仪,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上。(一)粗平 根据圆水准器气泡,用脚螺旋粗略置平仪器;(二)瞄准 将望远镜对准水准尺,进行目镜和物镜调焦,使十字丝和尺像清晰;(三)精平 旋转微倾螺旋,使水准管气泡严格居中;(四)读数 按十字丝的中横丝在水准尺上读数。,79,17,水准尺读数
6、方法:用十字丝的横丝在 水准尺上读数:米,分米,厘米,毫米 每次读四位数,首位 米数是“0”也必须 读数和记录,例如:0875 表示是 0.875米,或 875毫米。,79,18,尺上读数 1575,水准管的校正螺丝像片,79,19,圆水准器,脚螺旋,(一)粗平,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上,固定两个架腿,动第三个架腿,使三脚架架头大致水平;转动脚螺旋,使圆水准器的气泡居中。,79,20,根据圆水准器用脚螺旋整平仪器,(左手拇指法则),1,2,3,3,2,1,使气泡向右移动,使气泡向前移动,(二)瞄准,物镜的作用:使目标成象。目镜的作用:使十字丝和目标象放大。十字丝固定。为了使仪器适用于不同
7、视力的人旋转目镜可以使其前后移动,称为 目镜调焦。转动物镜调焦螺旋,使远近不同的目标都能成象于十字丝平面上,称为 物镜调焦。视差:如果目标象没有落在十字丝面上,则当观测员的眼睛上下左右移动时,会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差,视差影响瞄准的精度。重新进行目镜调焦和物镜调焦,使其都十分清晰,可以 消除视差。,79,21,水准管的校正螺丝像片,79,22,目镜调焦环,缺口和准星,物镜调焦螺旋,水平方向微动螺旋,圆水准器,水准管,微倾螺旋,脚螺旋,气泡符合观察镜,视差,79,23,视差现象:改变眼睛与目镜的相对位置,十字丝与目标的像有相对移动视差产生原因:望远镜内目标像与十字丝
8、分划板未重合。,消除视差的步骤:目镜调焦,使十字丝最清晰;物镜调焦,使目标像最清晰,消除视差。,符合棱镜系统 把水准气泡两 端成象在一起 便于观察。,79,24,(三)精平(用微倾螺旋使水准管气泡符合),气泡居中,气泡未居中,微倾螺旋转动方向,用符合棱镜系统观察,判断“气泡居中”的精度可以提高。,(用区格式水准尺),79,25,(四)读数,水准尺的分划不是线划式而是区格式的。,区格的边缘是分划的位置,区格内的毫米数用“估读”方法。,水准尺读数:1.575(1575),瞄准与读数,79,26,对水准尺的瞄准与读数(望远镜正像),a,读数:正像望远镜,在水准尺上“从下往上”读;倒像望远镜,“从上向
9、下”读:米(m)位与分米位(dm)位直读标尺上的数字,厘米位(cm)为数格子,毫米(mm)位为估读。而水准尺读数精度关键在毫米位!双面尺红黑面读数差为 6295-1608=4687,称为“尺常数”。,79,27,倒像望远镜 对双面尺读数,79,28,在区格式水准尺上的各种读数(倒像双面尺配合水准仪倒像望远镜),79,29,四、自动安平水准仪,(一)自动安平水准仪的特点,没有水准管和微倾螺旋,望远镜和支 架连成一体;2.测量时,只需根据圆水准器粗平仪器,视线的精平由补偿器完成。,79,30,(二)自动安平水准仪基本原理(利用重力的补偿器使视线精平),补偿条件:,DSZ2 自动安平水准仪,79,3
10、1,79,32,Zeiss Koni007自动安平水准仪,补偿器结构,Zeiss Reni 002A精密自动安平水准仪,79,33,002A自动安平水准仪内部结构(光学部件的光路和补偿器),79,34,目镜,物镜,重力补偿器,圆水准器,79,35,用自动安平水准仪,沿山区道路进行精密水准测量,2-4 水准测量的方法及成果处理,一、水准点和水准路线(一)水准点永久性水准点埋设要求:地基稳固 地点隐蔽 能长期保存 又便于观测,79,36,(二)水准路线,1.支水准路线2.闭合水准路线3.符合水准路线,79,37,(高程已知点和待定点的各种布置形式),二、水准测量方法,(一)两次仪器高法(安置两次仪
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