工程测量02

第二章水准测量§2.1水准测量原理§2.2DS3水准仪和水准测量的工具§2.3水准仪的使用§2.4水准测量的施测方法§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其他水准仪简介水准测量原理：利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图：hAB=a–bHB=HA+hAB大地水准面HibHBHAhAB前进方向高差法Hi=HA+aHB=Hi-b视线高法AB当ab时，hAB为正，B高于A；当ab时，hAB为负，B低于A。a高差法：利用高差计算高程。（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）视线高法：利用视线高计算高程。（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）水准测量所使用的仪器、工具：水准仪水准尺尺垫返回一、水准仪1、水准仪的等级DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D—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）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。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（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；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。（2）水准器水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。①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）②管水准器作用：精确整平结构：如图所示精度：一般τ=20″/2mm水准管的分划值τ：气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。公式：分析：R越大，τ越小，灵敏度越高。DS3:R=20.6265米τ=20″R2（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3m、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。返回一、操作步骤1、安置仪器高度适中、架头大致水平，固定仪器。2、粗略整平目的：使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。方法（如图所示）：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）注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。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。5、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。如图的读数0.860m注意：读数前必须精平，精平后立即读数。二、一个测站的水准测量工作ABab1、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；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。三、概念1、测站：测量仪器所安置的地点。2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。3、后视：水准路线的后视方向。4、前视：水准路线的前视方向。5、视线高程：后视高程+后视读数。6、视距：水准仪至标尺的水平距离。7、水准点：水准测量的固定标志。8、水准点高程：指标志点顶面的高程。9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。水准点返回nihi1一、连续水准测量当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。B如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4ATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4b2b4AA、B两点高差计算的一般公式：hAB==niiiba1）（n—为测站数例：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）。ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074ⅠⅡⅣⅢHA=123.446mHB大地水准面前进方向测站点号水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅣⅢⅡⅠATP1TP1TP2TP2TP3TP3B2.1421.258+0.8840.9281.235-0.3071.6641.431+0.2331.6722.074-0.402计算检核Σ6.4065.998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＝0.4080.4080.408123.446123.854水准测量手簿已知（一）、测站检核目的：保证前后视读数的正确。方法：变动仪器高法、双面尺法1、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|Δh|≤6mm，取其平均值作为最后结果。2、双面尺法采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。（二）、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：ABHHhbamba408.0)998.5406.6（mh408.0mHHAB408.0446.123854.123等式条件成立，说明计算正确。二、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；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；计算检核只能发现每页计算是否有误；对一条水准路线来讲必须进行成果检核。1、水准路线的布设形式附合水准路线（见图1）闭合水准路线（见图2）支水准路线（见图3）BMABMB1234图1123图3BMA1234图2BMA2、检核的主要内容闭合差：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理限差：《规范》规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。等外水准测量要求：平地：fh允≤±40（mm）L—水准路线的长度，单位km。山地：fh允≤±12（mm）n—水准路线的测站数。要求：fh≤fh允Ln3、不同形式水准路线fh的计算附和水准路线：∑h测=h1+h2+h3+······+hn∑h理=H终–H始fh=∑h测-∑h理=∑h测-（H终–H始）闭合水准路线：∑h测=h1+h2+h3+······+hn∑h理=0fh=∑h测-∑h理=∑h测支水准路线：∑h测=∑h往+∑h返∑h理=0fh=∑h测-∑h理=∑h往+∑h返返回一、符合水准路线的内业计算如图为一符合水准路线：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：kmLnh0.18575.1111kmLnh2.112036.2222kmLnh4.114742.1333kmLnh2.216446.1444AB123前进方向备注测段点名距离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符合水准测量成果计算表已知已知1、计算闭合差：)(ABhHHhf)376.65623.68(315.3m068.02、检核：mmLfh40允mm968.540允hhff故其精度符合要求。3、计算改正数分配原则：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。ihillfv按距离：按测站数：ihinnfv以第1测段为例，测段改正数为：11llfvhm012.01)8.5068.0(检核：hfv4、计算改正后高差iiivhh改检核：ABiHHh改以第1测段为例，改正后的高差为：mvhh563.1012.0575.1111测改5、计算高程改iiihHH1如：mhHHA939.66563.1376.6511改检核：mHHBB623.66(（已知）算）否则说明高程计算有误。二、闭合水准路线成果计算1、计算闭合差：2、检核：3、计算高差改正数：闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。测hfh允hhffihillfvihinnfv4、计算改正后高差：5、计算各测点高程：iiivhh改改iiihHH1三、支水准路线成果计算11、计算闭合差：返往hhfh2、检核：m021.0396.1375.1mmnfh48161212允，故精度符合要求。3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）mhA386.12)396.1375.1(14、计算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)允hhff返回AmhA357.11（往）mhA396.11（返）n=16站一、水准仪的主要轴线及应满足的条件主要轴线：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LL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：①用脚螺旋使圆水准器气泡居中；②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：①用脚螺旋调气泡偏离值的一半；②用圆水准器的校正螺旋再调一半。2、十字丝横丝的检校和校正目的：使十字丝横丝竖轴检验：①精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p；②水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：①松开十字丝的固定螺旋；②微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；③拧紧十字丝的固定螺旋。P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：①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。ABiia1a1b1CΔΔ②仪器搬A点附近，测得高差h=a2－b2；若h=h0，则水准管轴//视准轴；若h不等于h0，则存在i角。如图：022hab应ABDbbi应22式中：DAB为AB两点之间的距离206265b2b2应ABiiia1a1a2b1C2ΔΔΔ对于DS3水准仪，当时，则需校正。02i3、校正①转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。②调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。返回应22bb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