工程测量第2章水准仪

第二章水准测量1高程测量概述2水准测量原理3水准仪及其使用4水准测量方法5水准仪的检查和校正6水准测量误差分析1高程测量概述1）高程测量－测定地面点高程的工作2）高程测量的方法主要方法：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测高3）高程系统：黄海高程系高程基准：1985国家高程基准4）水准测量等级一等：国家高程控制、科研（地壳形变、地面沉降、精密测量）二等：城市高程控制、地面沉降、精密工程测量三、四等：小地区高程控制、图根水准、普通工程测量ABhAB大地水准面HA（已知）HB=？ab2水准测量的原理hAB=a－bHB=HA+hAB利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高差，从而推算高程的一种方法。基本原理中间法水准测量∑hAB大地水准面HB=?ＨA连续中间水准测量hAB=∑h=h1+h2+…=(a1－b1)+(a2－b2)+…=∑a－∑b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。3水准仪及其使用（一）水准仪定义：为水准测量提供水平视线的仪器。分类：水准气泡式、自动安平式光学式、电子式构造：望远镜、水准器、支架、基座等级：精密－DS05、DS1普通－DS3、DS10（精度：一公里往返测高差中数中误差mm）DS3水准仪（适用于三等及三等以下的水准测量）目镜微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜水平微动螺旋水平制动螺旋脚螺旋准星水准仪结构物镜：目标成像目镜：把十字丝和目标像放大调焦镜：使远近不同的目标均成像于十字丝面上十字丝：横丝、竖丝（上丝、中丝、下丝）纵轴----支架的旋转轴，又称为竖轴。视准轴----十字丝分划中心与物镜光心的连线。测量望远镜下丝竖丝上丝横丝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，会感到目标像与十字丝之间有相对错动，这种现象称为视差。视差原因：望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。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，直至无视差。用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置，分圆形和管形两种。水准器圆水准器－圆柱形玻璃盒，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，通过同心圆圆心的球面法线成为圆水准轴。“气泡居中”即圆水准轴处于铅垂位置。（灵敏度8/2mm，用于仪器粗平）水准管－玻璃圆管，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线成为水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。（灵敏度20/2mm用于仪器精平）圆水准器圆水准器水准管轴水准管水准管轴灵敏度----相邻分划线间的弧所对的圆心角。符合棱镜系统（二）水准尺和尺垫直尺：双面(黑、红)水准尺，尺常数4.687m、4.787m，用于三等以下水准路线测量。塔尺：可伸缩，伸足为3米、5米，用于一般工程测量。折尺：可对折水准尺尺垫－转点立尺用（铸铁、三个脚、突起半球）1）安置：安置三脚架和水准仪2）粗平：使圆水准器气泡居中3）瞄准：调节目镜、粗瞄、精瞄4）精平：使长水准管气泡居中5）读数：用中丝读数（三）水准仪的使用安置粗平左手大拇指规则：气泡移动方向与左手大拇指转动脚螺旋时的方向相同。缺口准星水平微动螺旋水平制动螺旋调焦螺旋目镜调节螺旋照准微倾螺旋精平121.2720.712读数6.2521.5336.2521.533（四）自动安平水准仪（无水准管和微倾螺旋）DSZ2Koni007（五）水准仪认识与实习实验目的1）了解DS3型水准仪的基本构造，认清主要部件的名称、性能和作用。2）练习水准仪的正确安置、照准和读数。方法和步骤：1）安置仪器2）认识仪器部件3）粗略整平4）水准仪操作5）观测练习4水准测量方法基本概念水准点（永久性、临时性）4水准测量方法基本概念测站、转点水准路线、测段4水准测量方法（一）水准路线布设BM0闭合水准路线附合水准路线BM1BM2ƒh=h测ƒh=h测-（H终-H始)支水准路线BM0ƒh=h往+h返结点水准网闭合水准路线附合水准路线支水准路线单一水准路线水准网高差闭合差：实测高差与其理论值之差应该为0，但由于测量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等，其差值称为高差闭合差（二）水准测量校核及精度1）测站校核在一个测站上观测两次高差，两次高差不符值应在允许范围内。方法：变仪器高法、双面尺法2）线路校核把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。（三）普通（等外）水准测量线路闭合差允许值平坦地区：ƒh允=±40√LmmL—路线长度（km）丘陵地区：ƒh允=±10√nmmn—测站数（四）水准测量的外业实施BM1TP1测站测点后视读数前视读数高差高程校核∑a=∑b=∑a－∑b=∑h=11BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.828－0.0663.3252.814+0.511+0.511BM1TP1ABM1BM2AB2+0.5114+2.7914-1.632HBM1=19.431HBM2=21.121（四）水准测量的外业实施（续）AB观测方法前后视距测站限差环线闭合差1）计算高差闭合差闭合路线fh=∑h测附合路线fh=∑h测－（H终－H始）支水准路线fh=h往+h返闭合差允许值：ƒh允=±40√Lmm（平坦地区）ƒh允=±10√nmm（丘陵地区）（五）水准测量的内业计算3）计算改正后高差hi'i+1=hii+1+i4）计算各点的高程Hi+1=Hi+hi'i+1i=-fh×Li/[L]i=-fh×ni/[n][L]——线路总长；Li——第i段长度ni——第i测段测站数i——各测段高差改正2）足ƒhfh允计算高差改正数注：与ƒh大小相等，符号相反。（五）水准测量的内业计算（续）例1：水准测量的内业计算点号站数观测值改正数改正后高差高程∑＋0.004＋0.008＋0.008＋0.515＋2.799－1.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM2244＋0.511＋2.791－1.63210＋1.670＋0.020＋1.690fh=1.670－(21.121－19.431)=－20(mm)fh允=±31(mm)BM1BM2AB2+0.5114+2.7914-1.632BM1ABM221.12119.431例：已知水准点IV1的高程H始=21.453m，IV2点的高程H终=25.006m，求各点平差后高程。123n1=5h1=3.748n2=10h2=-12.365n3=6h3=11.430n4=4h4=0.715IV1IV2例2：水准测量的内业计算（1）高差闭合差的计算fh=h测-（H终-H始）=3.528-（25.006-21.453）=-0.025mfh允=10n=50mm（合格）（2）高差闭合差的调整i=-fh×ni/[n]1=0.0052=0.0103=0.0064=0.004检核计算：i=-fh例2：（3）计算各点改正后的高差HIV1=21.453mH1=HIV1+h1′=25.206mH2=H1+h2′=12.851mH3=H2+h3′=24.287mHIV2=H3+h4′=25.006m=已知高程h1′=h1+1h2′=h2+2h3′=h3+3h4′=h4+4（4）计算各点的高程例2：**普通（等外）水准测量实习**外业注意事项：1）要注意前后视距大致相等；2）尺垫只在转点处使用；3）读数前要精平；4）后视完毕转向前视，一定要重新精平再读数，（切记不能动脚螺旋）；5）视线要小于100米。5水准仪的检验与校正（一）水准仪的主要轴线轴线应满足的条件：1）圆水准器轴平行于仪器纵轴L´L´∥VV2）十字丝的横丝垂直于纵轴3）水准管轴平行于视准轴LL∥CC（i角误差）（二）轴线关系检验与校正（1）圆水准器轴平行于仪器纵轴（2）十字丝的横丝垂直于纵轴（3）水准管轴平行于视准轴11122222=-=-=-hababhab6水准测量的误差分析（一）仪器误差i角误差前后视距尽量相等调焦误差前后视距尽量相等水准尺零点误差每个测段安排成偶数站（二）观测误差整平误差应控制视距的长度小于100m照准误差视线不要太长估读误差视线不要太长水准尺倾斜误差安置圆水准器（三）外界条件影响仪器垂直位移后前前后尺垫垂直位移往返观测地球曲率前后视距尽量相等大气垂直折光前后视距尽量相等