第三章水准测量.

第三章水准测量点位确定:平面坐标、高程3.1水准测量原理一、高程测量概述高程测量:测量地面上各点高程的工作。高程测量方法:水准测量:最基本,精度最高三角高程测量:适于山区气压高程测量:精度最低水准测量原理目的：A,B两点间的高差在A,B上竖立标尺用水准仪构筑一条水平视线该视线在两尺上截得读数a和b则高差hAB=HB-HA=a-b注：高差h有正有负连续高程测量前视/后视：沿路线前进方向分前后视。HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h水准测量方法转点：两点间加的临时立尺点。在施测路线上，依次测出每两点间的高差hi，hi=后视读数-前视读数，则：HB=HA+(a1-b1)+(a2-b2)+----+(an-bn)=HA+a-b或HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h例：h1=2.250-1.000=1.250h2=0.640-1.350=－0.710h3=2.146-1.500=0.646h4=2.469-0.783=1.686H4=H0+∑h=H0+2.8723.2水准测量仪器及工具一.水准仪按精度指标等级划分:DS05、DS1:精密水准仪DS3、DS10:普通水准仪按原理:光学、电子、有倾斜螺旋、自动安平基本组成:望远镜、水准器、基座水准仪组成1．望远镜物镜；2．望远镜目镜及目镜调焦螺旋；3．物镜调焦螺旋；4．管水准器；5．圆水准器；6．脚螺旋；7．水平方向制动螺旋；8．水平方向微动螺旋；9．竖直方向微倾螺旋；10．基座。1.望远镜:瞄准尺并读数。由物镜、对光透镜、十字丝、目镜组成。原理:物体通过物镜和对光透镜在十字丝平面上成倒立实象,目镜又将倒立实象放大。2.水准器作用:指示视准轴是否水平的装置。视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。水准管轴:通过水准管零点作圆弧的切线。水准器分圆形和管形两种管水准器:其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。(精平)圆水准器:上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。“气泡居中”即水准器的轴垂直(粗平)2.水准器水准管的精度：相邻分划线之间的弧所对的圆心角。设弧长为2毫米，曲率半径为R毫米，则格值秒R23.基座及其它脚螺旋:粗平中心螺旋:固定仪器三脚架:放置仪器制动扳钮:粗略对准目标微动螺旋:微动对准目标微倾螺旋:精平物镜对光螺旋:十字丝清晰自动安平水准仪无水准管和微倾螺旋。由自动安平补偿器来代替其功能。电子水准仪速度快、精度高、自动读数,线阵探测器条码水准标尺数字水准仪简介水准尺影象进行图象处理,用传感器测量尺上的信息,再由计算机自动计算读数及水平距离。代替了人用眼睛来观察读数。数字水准仪的构造:传统水准仪的光学和机械系统；信息处理系统；水准尺：一面为刻画,一面为条形码。二.水准尺和尺垫水准尺:木质或玻璃钢直尺2米和3米,双面尺;塔尺5米尺垫:防止下沉或用于转点标志三脚架:支撑水准仪3.3水准仪的使用安置:打开三脚架,踩实脚架尖,中心螺旋固定。粗平:固定两个脚架，转到脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。瞄准：转动仪器，利用准星瞄准目标，转动调焦镜使目标象清晰，直至无“视差”。精平:用微倾螺旋使水准管气泡居中。读数:用十字丝的横丝在水准尺上取“读数”每次取四位数，“0”也是必须记录的数字。一、粗平(调节脚螺旋)（左手拇指法则）20二、瞄准目镜对光：十字丝成像清晰。瞄准目标:瞄准后制动。物镜对光：使目标成像清晰。使尺子贴近十字丝一侧:微动螺旋消除视差：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。物镜调焦重新对光可以消除视差。三、精平调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合。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，区格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。读数:0858mm四、读数利用中丝在尺子上读数。从上往下读数（即从小数往大数读），并估读至毫米。必须读出四个数字，如图所示，正确读数分别为1608mm和6295mm。一、水准点和水准路线布设（一）水准点埋设水准点：一系列待测高程的点称为水准点。临时点:钉子、木头永久点:水泥桩、钢筋3.5水准测量的外业（二）水准路线布设形式AAAB支水准路线符合水准路线闭合水准路线二.水准测量的实施1.安置一次仪器:(100m—150m)2.安置多次仪器:(150m)3.一个测站的测量(普通测量)安置仪器粗平:使圆水准气泡居中瞄准后视尺精平:使管水准气泡居中读后视尺上的数a:读四位数旋转望远镜,瞄准前视尺精平:读前视尺上的数bhAB=a-b4、一个测站的测量(水准测量)方法同普通水准，在观测过程中，为了提高每站的精度，需要对前后视距差，黑红面读数差等有所要求。读数步骤（双面尺法）：后视尺黑面，上下丝、中丝读数前视尺黑面，上下丝、中丝读数前视尺红面，中丝读数后视尺红面，中丝读数(一)两次仪器高法:已知HA，求HBh1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2≤Δh=(h1+h2)/2a2a1b2三、水准测量方法b1AB水准测量记录（两次仪器高法）32测站水准尺读数点号后尺前尺高差(h)平均高差改正后高差高程（H）1A113410.0001011TP.11677-0.5439.4571554-0.543-0.543TP.114441624TP.21324+0.1209.57521508+0.116+0.118(二)双面尺法已知HA,求HBh1=黑1-黑2h2=红1-红2h1-h2≤Δh=(h1+(h2±100))/233a1b1AB不同等级水准测量测站指标要求等级视线长度(m)前、后视距离差（m）前、后视距离累计差（m）红、黑面度数差(mm）红、黑面所测高差之差（mm）三等S3≤65≤3≤6≤2≤3四等S3≤80≤5≤10≤3≤5等外S3S10≤4≤634一等S05≤35≤0.5≤1.5≤0.4二等S1s05≤60≤1.0≤3.0≤0.6三、四等水准测量记录第页日期年月日时间观测者仪器编号天气记录者上丝上丝后尺下丝前尺下丝水准尺读数测站编号视准点后视距视距差前视距Σ视距差方向及尺号黑面红面黑+K-红平均高差(1)(4)后(3)(8)(10)(2)(5)前(6)(7)(9)(15)(16)后-前(11)(12)(13)(14)(17)(18)后尺上丝前尺上丝后视黑面读数红面读数黑红面差后尺下丝前尺下丝前视黑面读数红面读数黑红面差后视距前视距后-前黑面差红面差求平均值视距差视距差累加记录与校核三、四等水准测量记录第页日期年月日时间观测者仪器编号天气记录者上丝上丝后尺下丝前尺下丝水准尺读数测站编号视准点后视距视距差前视距Σ视距差方向及尺号黑面红面黑+K-红平均高差(1)(5)后(3)(8)(10)(2)(6)前(4)(7)(9)(12)(13)后-前(16)(17)(11)(18)(14)(15)15710793478713846171011970363468705515239-137437608330932+1+0832.5-0.2-0.2水准测量记录实例（双面尺法）测站水准尺读数点号后视前视高差(h)平均高差改正后高差高程（H）1A112510.0005811（4687）TP.10876+0.249+0.25010.2505661（4787）+0.150TP.113186103（4787）TP.21106+0.212+0.21210.46225790（4687）+0.3133.6水准测量内业计算外业：外业观测、记录手薄、站站检核内业计算：水准路线闭和差的计算；水准路线闭和差的分配；水准点高程的计算；一、闭和差计算闭和差：实测值与理论值之差。1.闭和水准路线理论值：∑h理＝０实测值：∑h测＝h1+….+h5则：fh=∑h测-∑h理=h1+….+h5A１２３４h1h2h3h4h5２.附合水准路线理论值：∑h理＝HB-HA实测值：∑h测＝h1+….+h3则：fh=∑h测-∑h理=h1+….+h3-(HB-HA)AB12h1h2h33.支水准路线理论值:(往返测)∑h理＝HA-HA=0实测值：∑h测＝h1+….+h6则：fh=∑h测-∑h理=h1+….+h6A12h1h2h3h６h５h４二．闭和差分配当fh≤限差时，将闭合差进行分配，具体分配方法如下：１.闭（附）合水准路线将闭和差fh与测站成正比反号分配到各段高差中。Vi=(-fh/∑ni)*ni将闭和差fh与路线长度成正比反号分配到各段高差中。Vi=(-fh/∑Li)*LiAB12h1h2h3二．闭和差分配２.支水准路线各段往返测高差的绝对值取平均值，正负与往测方向一致。A12h1h2h3h６h５h４三．高程的计算注：fh=+0.037，∑Li=7.4点号距离（km）测得高差（m）改正值（m）改正后高差（m）高程（m）BM.A45.2861.6+2.331-0.008+2.323BM.147.6092.1+2.813-0.011+2.802BM.250.4111.7-1.244-0.008-1.252BM.349.1592.0+1.430-0.010+1.420BM.BΣ7.4+5.330-0.037+4.29350.579h=5.2933.4水准测量的误差分析误差原因:人为(观测)、仪器、外界环境一、仪器误差1、视准轴与水准管轴不平行的误差xaxbiiAB二、观测误差（人为）气泡居中不准（精平误差）水准尺倾斜引起的误差瞄准和读数的误差1、气泡居中不准引起的读数误差2、水准尺误差：尺子刻划、尺长变化、弯曲等。2、水准尺倾斜引起的误差水准尺倾斜引起的读数误差与水平视线离尺底的高度h，尺子的倾斜度，以及尺底的厚度b和尺子安放的情况有关。精密水准测量时，尺上要装水准器；普通水准测量时，尽量把尺扶直或扶尺员慢慢地把尺前后摇动，观察员取尺上最小的读数。3、瞄准和读数的误差水准尺的最小一位读数是估读的。一般说来估读的误差约为2毫米。瞄准与读数误差与十字丝粗细、望远镜物镜焦距、视线长度等有关。视线长短影响较大，不同等级测量对视线长度均有一定的规定，如右表：等级视线长度(m)前、后视距离差（m）前、后视距离累计差（m）红、黑面度数差(mm）红、黑面所测高差之差（mm）三等S3≤65≤3≤6≤2≤3四等S3≤80≤5≤10≤3≤5等外S3S10≤4≤6一等S05≤35≤0.5≤1.5≤0.4二等S1s05≤60≤1.0≤3.0≤0.6三．外界条件对水准测量的影响地球曲率的影响、大气折光的影响前后视距大致相等；视线高度大于0.3米。大气风力的影响、大气温度的影响：选择风平温静的天气；给仪器遮光等。地面松软的影响:踩实脚架；采用“后-前-前-后”的观测顺序。3.7水准仪检验与校正１.水准仪的主要轴线视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线。水准管轴LL：过水准管零点的纵向切线。竖轴VV:仪器中心与基座中心的垂直方向线。圆水准管轴L’L’:过圆水准中心的垂直方向线。２.水准仪应满足的条件（1）水准管轴与视准轴平行LL∥CC；（2）圆水准器轴平行仪器纵轴L’L’∥VV；（3）十字丝的横丝水平；（4）竖轴与视准轴垂直；CC３.水准仪检验与校正（一）圆水准器轴平行于仪器纵轴的检验与校正误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度检验：a)以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的纵轴b)把仪器连水准器绕纵轴旋转180度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。校正：动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。重复上述检验和校正一二次，使这误差尽可能小。53（二）十字丝的横丝是否水平检验误差的影响：如果水准尺像偏离十字丝中心，就会增加读数误差检