第3章水准仪及水准测量

第三章水准仪及水准测量§3.1水准测量原理§3.2DS3型水准仪及工具的使用§3.3自动安平水平仪§3.4普通水准测量§3.5水准仪的检验与校正§3.6水准测量误差来源及减弱方法§3.7精密水准仪简介高程测量高程测量的方法水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。其它方法：三角高程测量；ＧＰＳ高程测量和气压高程测量．高程测量定义：测定地面点高程的工作高程系统:黄海高程系1956年黄海高程系(水准原点H=72.289米）1985年国家高程基准(水准原点H=72.260米)第一节水准测量原理水准测量的基本原理是：在下图中，已知A点的高程为HA，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差hAB。则Ｂ点的高程HB就可用下式计算求得：hAB=后视读数–前视读数=a-bHB=HA+hAB有时安置一次仪器须测算出多个点的高程，可先求出水准仪的水平视线高程，然后再分别计算各点高程，从图中可以看出：水平视线高Hi=HA+aＢ点高程HB=Hi-b要测算地面上两点间的高差，所依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。§3.2DS3型水准仪及工具的使用一、微倾式水准仪的构造微倾式水准仪主要由望远镜、水准器和基座组成。为了能精确地提供水平视线，在仪器构造上安置了一个能使望远镜上下作微小运动的微倾螺旋，所以称微倾式水准仪。微倾式水准仪构造(动画)DS3水准仪DS3水准仪2.水准仪二、水准仪精度系列：DS05DS1DS3DS10型号下标：毫米数，表示1公里水准测量的中误差(由仪器引起的)。构造：望远镜水准器基座S3水准仪外型目镜水准管目镜圆水准器校正螺钉微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器三脚架脚螺旋微倾螺旋1.望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；放大率一般为25~30倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。上丝下丝竖丝横丝望远镜与视差视差产生的原因：望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。现象：观测时，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。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，且无视差。2.水准器•作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。•圆水准器水准管水准器圆水准器（粗平）管水准器（精平）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（a）（b）（c）尺垫只用于转点二、水准尺和尺垫水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具。水准尺分为直尺、折尺和塔尺。双面水准尺的分划，一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：4687mm或4787mm。使用水准尺前一定要认清刻画特点。尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。1.安置水准仪打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上。三、水准仪的使用2.粗略整平(粗平)•用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。•左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”3.瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：①初步瞄准（用准星对准目标）②目镜调焦（使十字丝清晰）③物镜调焦（使目标成像清晰）④精确瞄准（使纵丝对准目标）4.精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。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，区格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。5.读数bc瞄准与读数水准测量的瞄准与读数acb62191440§3.3自动安平水平仪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。自动安平水准仪正面自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面§3.4普通水准测量一、水准点和水准路线1.水准点是测区的高程控制点，一般缩写为“BM”，用“”符号表示。1号楼5号楼21号楼至南湖新村水准点分为永久性和临时性两种。埋设水准点后，应绘出能标记水准点位置的草图，在图上要注明水准点编号和高程，以便日后寻找和使用。2.水准路线支水准路线TBM1TBM2TBM1BM.ATBM2TBM3TBM4闭合水准路线附合水准路线BM.ABM.BTBM1TBM2TBM32.水准路线的布设BM.A二、水准测量方法(1)将水准尺置于已知后视高程点A和前视转点ZD1中间的Ⅰ站。(2)先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入五等水准测量记录表中。再照准前视尺，读取前视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量一个测站的观测任务。(3)将仪器搬迁到第Ⅱ站，把第Ⅰ站的后视尺移到第Ⅱ站的转点ZD2上，把原第Ⅰ站前视变成第Ⅱ站的后视。按(2)步骤测出第Ⅱ站的后、前视读数值a2、b2，并记入记录表中。(4)重复上述步骤测至终点B为止。例：ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074ⅠⅡⅣⅢHA=123.446mHB大地水准面前进方向在观测过程中点TP1、TP2、TP3仅起传递高程的作用，这些点称为转点，常用TP表示。测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅣⅢⅡⅠATP1TP1TP2TP2TP3TP3B21421258+088409281235-030716641431+023316722074-0402计算检核Σ64065998测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注∑a－∑b＝0.40804080.408123.446123.854水准测量手簿已知三、水准测量的成果检核与高程计算对一条水准路线来说，测站检核还不足以说明所求水准点的高程是否符合要求。由于温度、风力、大气折射、尺子倾斜和估读误差等的影响，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。因此，还必须进行整个水准路线的成果检核。水准测量成果的检核主要是通过高差闭合差来检核。高差闭合差：（1）附合水准路线：fh＝∑h观测－（H终－H始）（2）闭合水准路线：fh＝∑h观测－0＝∑h观测（3）支水准路线：fh＝∑h往测+∑h返测或fh=|h往测|–|h返测|水准测量成果技术要求为测站数单位以为谁做路线的长度式中：山地：平地：容容nkmmmnfmmfhh,L12L40进行水准测量成果计算时，要先检查野外观测手簿，计算各点间高差，经检查无误后，则根据野外观测高差计算高差闭合差，若高差闭合差符合规定精度的要求，则调整闭合差，最后计算各点的高程。以上工作，称为水准测量的内业。等外水准测量的高差闭合差容许值规定为：一、附合水准路线成果计算实例kmLnh0.18575.1111kmLnh2.112036.2222kmLnh4.114742.1333kmLnh2.216446.1444AB123前进方向成果计算的步骤)(1ABhHHhf）高差闭合差的计算：（计算）高差闭合差容许值的（2求，进行闭合差的调整）若闭合差满足精度要（3hiihiifllvfnnv或高差改正数：iiivhh测.........HHHH4-212-1A1hh）高程的计算：（备注测段点名距离km测站数实测高差m改正数m改正后的高差m高程m123456789Σ1234A123B1.08+1.5751.212+2.0361.414-1.7422.216+1.4465.850+3.315辅助计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420+3.24765.37666.93968.96167.20368.623mmfh68mmmmfh968.540允kmL8.5mmLfh12附合水准测量成果计算表已知已知二、闭合水准路线成果计算计算）高差闭合差容许值的（2.........HHHH4-212-1A1hh）高程的计算：（测）高差闭合差的计算：（hfh1求，进行闭合差的调整）若闭合差满足精度要（3hiihiifllvfnnv或高差改正数：iiivhh测§3.5水准仪的检验与校正水准仪能准确提供水平视线，应保证各主要轴线满足一定的理想关系。但由于使用中的搬运和震动，经常会破坏理想轴线关系，为保证测量成果的质量，要经常进行必要的检验或定期送检。一、水准仪的主要轴线应满足的条件根据仪器构造特点，圆水准器气泡居中，竖轴基本竖直，望远镜视线基本水平，转动微倾螺旋使水准管气泡居中，视线水平。另外仪器整平后，用十字丝的横丝读数时，标尺在横丝的任意位置，读数都应该是正确的，为满足以上条件，水准仪主要轴线应满足以下几何条件。1、圆水准器轴平行于仪器竖轴（L’L’//VV)2、十字丝的横丝垂直于仪器竖轴3、视准轴平行于水准管轴（CC//LL)二、水准仪的检验与校正1、圆水准器的检验与校正(1)检验方法：安置水准仪后，使圆水准器气泡严格居中，此时圆水准器轴处于铅垂位置。将望远镜旋转180°，如果气泡仍居中，则说明圆水准器轴平行于仪器竖轴(无需校正）。若圆水准器轴不平行于竖轴，水准仪粗平后，则圆水准器轴相对于铅垂线有一夹角，将望远镜旋转180°，圆水准器轴由竖轴左侧转至右侧，圆水准气泡不再居中，此时圆水准器轴与铅垂线的夹角为角。21、圆水准器的检验与校正（2）校正方法：圆水准盒的底部有三个校正螺丝。首先转动脚螺旋，使气泡中心向圆圈中心移动偏离值的一半，此时竖轴处于铅直位置，剩余一半用校正针拨动圆水准器的校正螺丝，使气泡居中。此次项校正应反复几次，直到望远镜转动在任何位置，圆水准气泡均居中为止。2、十字丝横丝的检验校正（1）检验方法：先用十字丝横丝的一端对准一清晰固定点●。旋紧水平制动螺旋，转动水平微动螺旋，如果固定点●始终在横丝上移动，说明横丝垂直于仪器竖轴，无需校正。若偏离横丝，应进行校正。（2）校正方法：打开目镜护罩，松开十字丝分划板固定螺丝，旋转十字丝分划板座，转至正确位置为止。此项校正也需反复进行。(1)检验方法：ⅰ.在平坦地面上选取相距约100的固定点A、B，如图所示，先在A、B点的中点安置水准仪，测出两点的高差。由于前后视距离相等，角对前、后视读数产生的误差相同，则所得高差仍是正确高差。A、B两点的高差为：由此可见，前后视距离相等，可以消除视准轴与水准管轴不平行产生的角误差的影响。3、水准管轴的检验与校正ⅱ.如图所示，将仪器搬到距点B（或点A）约2～3处。精平后读取A、B两点的尺读数，由此计算测得的高差：3、水准管轴的检验与校正若满足限差要求不需校正，否则应进行校正。（2）校正方法根据上式的计算结果，转动微倾螺旋使十字丝横丝对准尺上的读数为处，此时视准轴已水平，但水准管气泡不居中，松开水准管左右两个校正螺丝，拨动水准管上下校正螺丝使气泡居中，即可达到两轴平行的条件。此校正需反复进行，直到满足要求为止。3、水准管轴的检验与校正一、仪器误差1、仪器校正后的残余误差这种误差多属于系统误差，观测时使前、后视距相等，便可以消除或减弱此项误差的影响。2、水准尺误差水准尺刻划不准确、尺长变化、尺身弯曲及底部零点磨损等，都会直接影响水准测量的精度。因此对水准尺要进行检定。§3.6水准测量误差与消弱方法二、观测误差1、水准器泡居中误差（每次读数时使气泡严格居中）2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3、视差（仔细调焦可消除）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，如果采用后、前、前、后的读数方法可以减少其影响）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）§3.7精密水准仪简介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、