02-水准仪及水准测量解析

1第二章水准测量2内容提要：§2.1水准测量原理§2.2水准仪和水准尺§2.3水准测量方法§2.4水准仪的检验与校正§2.5水准测量的误差及注意事项§2.6自动安平水准仪§2.7精密水准仪和水准尺3高程(高差)测量是测量最基本的三项工作之一。高程测量根据所使用的仪器和测量方法可分为：水准测量三角高程测量气压高程测量按精度分：一等、二等、三等、四等、等外。4水准测量原理是：利用一台能够提供水平视线的仪器水准仪，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，由已知点的高程推算出未知点的高程。根据水准仪望远镜的水平线视线在A点的水准尺上读数为a，在B点的水准尺上的读数为b，则A，B两点的高差为HA平均海平面a水平视线iHBHhABb图水准测量原理bahAB§2.1水准测量基本原理5测点：立尺点，有点位标记测站：安置仪器的点位水平视线：仪器所在水准面处在视线方向上的切线后视读数a：水平视线在已知点水准尺上的读数–后视距：仪器与已知点之间距离前视读数b：水平视线在未知点水准尺上的读数–前视距：仪器与未知点之间距离两点间的高差为：“后视读数”–“前视读数”。6ABABhHHA——后视点a——后视读数B——前视点b——前视读数1、A、B两点间高差2.B点的高程大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向ABhabiABiHHaHHb视线高程Hi仪器高程法（仪高法）大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向8问题：在水准测量中，若后视点A上的读数a大于前视点B上的读数b，则A点和B点，哪点高？为什么？大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向9§2.2水准仪和水准尺水准仪按其精度分为DS05，DS1，DS3，DS10几种等级。水准仪系列标准型号DS05DS1DS3DS10中误差（mm/km）±05±1±3±10最小放大倍数45382820物镜有效孔径（mm）55473828水准器2mm偏角值管水准器10102045圆水准器3'3'8'8'测微器范围（mm）55分微（mm）0.050.0510一、水准仪的基本结构（一）水准仪的基本结构水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。11如图所示图DS3型微倾式水准仪物镜物镜调焦微动制动微倾脚螺旋管水准校正螺丝目镜准星轴座照门照门气泡观察窗气泡观察窗圆水准圆水准121.望远镜图2-3是DS3水准仪望远镜的构造图，主要由物镜1、目镜2、调焦透镜3和十字丝分划板4所组成。十字丝交叉点与物镜光心的连线，称为望远镜的视准轴(图2-3中的C—C)。C134452C61-物镜；2-目镜；3-调焦透镜；4-十字丝分划板；5-连接螺钉；6-调焦螺旋图2-3望远镜13望远镜的成像原理和放大率放大率：望远镜内物象视线张角与实际物体视线张角的比值V＝β／α14圆水准器圆水准器：顶面内壁是球面的玻璃短圆柱，只用于仪器的粗略整平半径：7m±分划圈：间隔2mm的同心圆，零点：分划圈的圆心圆水准器轴线L‘L’：圆水准器球面过零点法线2水准器15管水准器：沿纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，用于精确整平酒精+乙醚分划线：管水准器上面、垂直于长轴方向的2mm间隔短线符合棱镜：精确整平的辅助工具–气泡影像吻合表示气泡已居中(a)(c)(b)管水准器（水准管）163.基座基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成(见图）。物镜物镜调焦微动制动微倾脚螺旋管水准校正螺丝目镜准星轴座照门照门气泡观察窗气泡观察窗圆水准圆水准脚螺旋作用：可使圆水准气泡居中，使望远镜粗略整平。17（二）水准尺和尺垫水准尺是水准测量时使用的标尺。常用干燥的优质木料、玻璃钢、铝合金等材料制成。根据它们的构造又可分为直尺、折尺和塔尺，如图所示。(c)(a)(b)000100011022302101311181754196121427824232826282929图水准尺和尺垫18直尺包括：单面尺和双面尺（红黑两面）黑面尺（主尺）从零开始；红面尺从4687mm或4787mm开始，称为零点差。19尺垫：标记临时点位和放置水准尺的生铁铸件–只是在转点上使用–防止点位下沉–标记临时点位（转点）20§2.3水准测量方法此过程只能由一个人操作1)松开三脚架的皮扣和架腿固定螺旋，提升仪器座至肩高左右再旋紧固定螺旋（等长），打开三脚架稳定地置于地面（土质松软时要踩紧）2)仪器箱稳定地置于地面，打开箱盖，取出固定螺旋，同时双手取出仪器，平稳地置于三脚架的仪器座上，同时用固定螺旋将仪器固定，旋紧螺旋的同时要求用另一支手扶住仪器1、仪器安置一、水准仪的使用步骤：粗平－瞄准－精平－读数212、粗略整平圆水准器气泡居中–调整脚螺旋–分2步进行气泡移动方向：左手大拇指移动方向即气泡移动方向与左手大拇指移动方向相同223、瞄准水准尺目镜对光：旋动目镜对光螺旋，使镜中十字丝清晰，可用白色板挡住物镜对光粗略瞄准：目标点位上立水准尺，然后松开制动螺旋，用照门和准星寻找目标并瞄准，固定制动螺旋物镜对光：旋动物镜对光螺旋，使目标清晰，消除视差精确瞄准：调整微动螺旋，使竖丝切水准尺的一条边23视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：反复交替调节物镜对光螺旋，直到眼睛上下移动读数不变。(a)(b)(c)244、精确整平与读数精平之后要立即读数1)精平：观察管水准器气泡符合窗口，用微倾螺旋调整使窗口中两边气泡等长（“右目”），同时检查瞄准情况并及时调整2)读数：从数字小往大的方向读，往小的数字凑整，米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。3)检查：气泡是否仍然符合，否则重复精平与读数过程实验一水准仪的认识和使用实验场地：楼下空地；要求：每人独立架设仪器，完成粗平、瞄准、精平、读数等操作，获得一组前视和后视读数，求出高差。注意：按照组号领取相应的仪器（2班组号顺延）；成果当堂课打分后才可以归还仪器；注意仪器安全，不离人，螺旋旋紧；各组排成一条直线，才互不遮挡。261、水准点水准点有永久性和临时性两种，如图所示。70cm4020405020301040120cm506075水准点238XX省测绘局(a)(b)图标石水准点的埋设(单位cm)图墙上水准点(单位mm)图混凝土、木桩水准点二、水准测量一般方法及计算272、水准路线（levelingline）在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。根据测区已知高程水准点分布情况和实际需要，水准路线可以布设成以下几种形式：3(a)高程已知点BM.A进行方向高程待定点31(b)2BM.B4BM.A1BM.A2(c)12图水准路线28从理论上来说，闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即这是闭合水准路线应满足的检核条件，用来检核闭合水准路线测量成果的正确性。0理h1）闭合水准路线(closedlevelingline)由已知点BMA——已知点BMA1BMA23429检核条件：ABHHh理2）附合水准路线(annexedlevelingline)由已知点BMA——已知点BMBBMABMB12330检核条件:返往hh3）支水准路线(spurlevelingline)由已知点BMA——某一待定水准点2。BMA12313、水准测量方法当地面上A、B两点间距离较远或高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需设置若干个转点，将AB分为n段，测得各段高差为h1，h2…hn，然后取高差之和，称为连续水准测量。BMABMB1.1341.677TP1h1=-0.5431.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.11832hAB=h1+h2++hn=(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn)1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543BMABMBniininiiiABbahh111转点——起着高程传递的作用。在转点上有前后两个读数（既有前视读数，又有后视读数）在观测过程中，必须保持转点稳定不动343536371）水准测量方法（外业）BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2）为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。382）测站检核1、变动仪器高法：在同一测站上用不同的仪器高测两次高差，相互比较进行检核。变更仪器高度应大于10cm顺序：后前前后2、双面尺法：仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各自读数，测得两次高差，相互进行检核。顺序：后前前后高差之差h-h5mm表2-1水准测量手簿日期仪器型号观测天气地点记录TP1TP2243.578BM.ATP11负正高程(m)平均高差(m)高差(m)前视读数(mm)后视读数(mm)测点测站39BMABMB14131301TP21.8220.876TP31.8201.435TP41.4221.304前进方向11451251TP1图形：水准测量实施与记录对照图1890199225152401+1.1011.1021.1001413130125152401+0.7430.7450.741114512511890199240水准测量外业工作结束后，先检查外业手簿，确认无误后，转入内业计算。内业计算内容包括：1、水准路线闭合差计算，2、闭合差的分配，3、水准点高程计算三、水准测量的成果计算（内业）41（一）计算高差闭合差(closingerror)理测hhfh公式：测理测hhhfh故对于闭合水准路线，有：)(始终测理测HHhhhfh对于附合水准路线，有：hfhh返往对于支水准路线，有：闭合差（fh）：观测结果与应有的理论值之差42（二）高差闭合差调整1、计算高差闭合差的容许值（tolerance）对于普通水准测量：4012hhfLfn容容适用于平原区适用于山区式中，fh容——高差闭合差限差，单位：mm；L——水准路线长度，单位：km；n——测站数，单位：个。432、分配原则按与距离L或测站数n成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上，相加得各段改正后的高差。ihiLLfvihinnfv求出各段高差改正数后，进行检核:ihvfiiivhh测改各测段改正后高差:44（三）计算各待定点高程将改正后的高差和已知点的高程相加，计算各待定点的高程。改前后hHH实验二水准路线测量实验场地：校园指定区域；要求：1、起点（假定高程为20.032m）与两个待定点（高程未知，待求）自定，标记BM，中间用转点，最后闭合到起点，以便检核。2、每个组要测6站以上3、计算累加值检核，求闭合差。fhfh允，限差计算公式使用fh容=±12nmm，如6站则为29mm。4、标尺第一站采用双面尺法，后面一律使用黑面尺5、正确使用表格。注意：1、不要用错尺垫。不能把尺垫放在水准点上2、视距要大至相等。注意立尺时，不要上下颠倒，0数字标志向下。3、读数时，水准尺前后微晃，读取最小值。要消除视差。4、在一站观测结束后，仪器迁站过程中，前视点千万不能动。5、水准点、转点与仪器都尽量靠路边放置。6、正确的迁站姿势。47水准仪的安置及水准测量录像48水准测量成果整理实例【例】如图，某附合普通水准路线观测成果如下，BM.A和BM.B