现代普通测量学第3章(2008)

合肥工业大学土建学院测量工程系现代普通测量学主讲：周志易２０11年2月合肥工业大学土建学院测量工程系•主要内容：水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测量的施测方法、仪器的检验与校正。•主要目的：使学生了解水准测量原理、测量工具，掌握地面点位高程测量过程，从而精确求出地面点高程。•重点内容：水准测量原理、施测方法、成果计算。第3章水准测量合肥工业大学土建学院测量工程系第3章水准测量§3.1水准测量原理§3.2水准仪及其使用§3.3自动安平水准仪及数字水准仪§3.4水准测量方法§3.5微倾式水准仪的检验与校正§3.6水准测量的误差分析及注意事项合肥工业大学土建学院测量工程系高程测量——确定地面上各点高程的工作。高程测量概述水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。三角高程测量物理高程测量GPS高程测量气压高程测量液体静力水准测量水准测量高程测量高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同,可分为:水准测量是高程测量的主要方法。水准测量使用仪器：水准仪合肥工业大学土建学院测量工程系水准测量的等级水准测量分为一等、二等、三等、四等及等外水准测量五个等级，以一等精度最高。上一等水准测量成果作为下一等水准测量的起算依据。为满足测图以及一般工程测量的需要，还须进行测区的高程控制加密，采用普通水准测量方法，也称图根水准测量或等外水准测量(本章主要介绍)。合肥工业大学土建学院测量工程系§3.1水准测量原理水准测量的实质是测量地面上两点之间的高差。水准仪的主要功能是能提供一条水平视线。前进方向水平视线大地水准面HiHAHBAB后视尺前视尺abhab合肥工业大学土建学院测量工程系hAB0，高差为正，前视点高；hAB0，高差为负，前视点低。高差必须带“+、-”号；hAB的下标次序必须与测量的前进方向一致。例:已知hAB=+1.436m则hBA=-1.436m§3.1水准测量原理高差=后视读数-前视读数：hAB=a-b合肥工业大学土建学院测量工程系高程的计算：HB＝HA＋hAB＝HA＋(a－b)高差法：Hi＝HA＋aHB＝Hi－b仪高法合肥工业大学土建学院测量工程系一.水准仪的精度和类型2.水准仪类型（根据结构）微倾式水准仪自动安平水准仪电子水准仪数字水准仪配套工具：水准尺和尺垫1.精度系列：DS05DS1DS3DS10§3.2水准仪及其使用型号下标：毫米数，表示每公里往、返测量的高差平均值的中误差(由仪器引起的)。DS05、DS1属精密水准仪，有测微读数装置，配置铟钢带精密水准尺，用于一、二等水准测量及精密水准测量。DS3用于三、四等水准测量及一般工程测量。目前某些型号的自动安平水准仪，也有DS1.5、DS2.5级别的。合肥工业大学土建学院测量工程系二、DS3微倾式水准仪及其使用1.DS3微倾式水准仪的构造作用：为测量高差提供一条水平视线组成：望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座合肥工业大学土建学院测量工程系合肥工业大学土建学院测量工程系望远镜上丝下丝竖丝横丝望远镜十字丝合肥工业大学土建学院测量工程系消除视差的步骤：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。视差: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。视准轴(CC):十字丝交点与物镜光心的连线。合肥工业大学土建学院测量工程系水准器圆水准器、管水准器合肥工业大学土建学院测量工程系2mm圆水准器—用来指示仪器竖轴是否竖直LL•圆水准器分划值：是圆水准器表面2mm圆弧所对应的圆心角•DS3水准仪水准器分划值通常为：/2mm•圆水准器轴：过圆水准器零点所作圆球面的法线8LL合肥工业大学土建学院测量工程系管水准器—用来指示视准轴是否水平0点2mmRo•管水准器又称为长水准管•水准管分划值：是水准管表面2mm圆弧所对应的圆心角/2mm•水准管轴LL：过水准管零点所作圆弧面的纵切线LL2062652R02合肥工业大学土建学院测量工程系DS3水准仪常采用符合水准管系统——目的是提高水准管气泡居中的精度符合气泡符合尚未符合符合气泡符合，水准管轴与视线水平。微倾螺旋合肥工业大学土建学院测量工程系L'圆水准器LLOτ管水准器圆水准器：用于仪器粗平，精度τ=8'/2㎜管水准器：用于仪器精平，精度τ=20/2㎜水准器合肥工业大学土建学院测量工程系（3）基座基座通过连接螺旋与三脚架相连基座用于支承水准仪上部，水准仪旋转轴插入基座轴套可自由旋转基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准气泡仪器竖轴VV：就是水准仪的旋转轴望远镜水准器基座三脚架VV合肥工业大学土建学院测量工程系CCLLVVL'L'水准仪的主要构造特点水准仪的主要轴线：①视准轴CC②水准管轴LL③圆水准器轴④仪器竖轴VV必须满足的几何条件：①∥VV②十字丝横丝⊥VV③LL∥CC（主条件）LLLL合肥工业大学土建学院测量工程系三.水准尺、尺垫分单面尺和双面尺直尺：双面(黑、红)水准尺，红面尺常数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。尺垫：转点立尺用。精密水准尺：铟钢带精密水准尺，精密水准测量用。合肥工业大学土建学院测量工程系四.水准仪的使用2.粗平：用脚螺旋调节圆水准气泡居中，竖轴铅垂。用“左手大拇指法”：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。abc操作步骤：安置——粗平——瞄准——精平、读数1.安置:仪器位置（前、后视等距）脚架头放平合肥工业大学土建学院测量工程系3.瞄准——瞄准水准尺，消除视差。操作：调节目镜螺旋，使十字丝最清晰←(消除视差的关键)。粗瞄——制动——物镜调焦、消除视差——水平微动。4.精平——符合气泡符合，水准管轴与视准轴水平。操作：在每次读数之前，都应注视符合水准气泡观测窗，转动微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合水准器的两端气泡影像对齐，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，水准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一条水平视线。微倾螺旋合肥工业大学土建学院测量工程系5读数——仪器精确整平后，用横丝在水准尺上读数。读数按由小到大的方向，读出米、分米、厘米、并仔细估读毫米读数记录一般均不加小数点，读记四位数，以毫米为单位。读数:0859合肥工业大学土建学院测量工程系读数——用横丝在水准尺上读数。每次读数时都必须保持精平状态（符合气泡符合）。读数以米为单位，估读到毫米(读出四位读数)。合肥工业大学土建学院测量工程系精密水准测量的两个重要条件：精密水准仪——提供精确的水平视线；精密水准尺——刻度精确(铟钢带水准尺)，能读得精确的读数。一.精密水准仪每公里往返平均高差中误差1mm；国产S05S1国外Ni004(Zeiss)（德国）N3(Wild)（瑞士）自动安平Ni002(Zeiss)Koni007(Zeiss)精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工程测量中；例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。3.2.2精密水准仪及其使用合肥工业大学土建学院测量工程系精密水准仪合肥工业大学土建学院测量工程系主要特点：1.水准器灵敏度高水准器格值达到5″~10″/2mm。2.望远镜放大率大，孔径大放大率V在40倍以上，孔径D大于50mm，照准精度高。3.望远镜结构严密，视准轴变化小有隔热罩。4.装有平行玻璃板测微装置测微范围10mm，测微器刻度100格，格值为0.1mm，可估读至0.01mm。合肥工业大学土建学院测量工程系二.平行玻璃板测微装置转动测微螺旋，改变平行玻璃板的倾斜角度，可使视线作上、下平移，平移量在测微分划尺上读取。测微器结构与测微原理合肥工业大学土建学院测量工程系三、测微尺的读数旋转平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm，它对应测微尺上的100个分格。测微尺上1个分格等于0.1mm，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm。将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如下图的读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m。合肥工业大学土建学院测量工程系测微尺的读数148+0.650=148.650cm=1.48650m。1.97+0.00150=1.97150m0.98575m合肥工业大学土建学院测量工程系四、精密水准尺精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm和5mm两种。基辅分划差为：3.01550m合肥工业大学土建学院测量工程系精密水准尺右图（a）为徕卡公司生产的与新NA2精密水准仪配套的精密水准尺，因为新NA2的望远镜为正像望远镜，所以水准尺上的注记也是正立的。水准尺全长约3.2m，在因瓦合金钢带上刻有两排分划，右边一排分划为基本分划，数字注记从0到300cm，左边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm到600cm，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数301.55cm，称为基辅差或尺常数。水准测量作业时用以检查读数是否存在粗差。合肥工业大学土建学院测量工程系§3.3自动安平水准仪和数字水准仪一.自动安平水准仪原理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。dtgftgdtglftgl合肥工业大学土建学院测量工程系二.自动安平补偿器结构合肥工业大学土建学院测量工程系上图为北京光学仪器厂生产的DZS3-1自动安平水准仪，右图为补偿器状态窗口，当仪器安置好、补偿器指标线位于补偿器指标附近时，即可以进行读数。DZS3-1自动安平水准仪合肥工业大学土建学院测量工程系激光水准仪能沿视准轴发射一束可见光束，在水准尺上形成一个光斑，立尺员可直接读数，并可夜间使用(成本较高，耗电，较少使用)合肥工业大学土建学院测量工程系一、数字水准仪望远镜基座—脚螺旋自动安平补偿器电子水准仪调焦螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水准仪）3.4电子数字水准仪简介合肥工业大学土建学院测量工程系不同型号的数字水准仪和条码尺合肥工业大学土建学院测量工程系数字水准仪和条码水准尺数字水准仪(digitallevel)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件，采用条形码分划水准尺(codinglevelstaff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。合肥工业大学土建学院测量工程系主要特征：采用CCD线阵传感器识别条形码水准标尺上的条形码分划，用影像相关技术，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。编码原理和解码方法分为：相关法（莱卡NA系列)、几何法（蔡司、天宝DiNi系列）和相位法（索佳SDL系列)。相关法读数法：观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划影像射到分光镜上，并将其分为两部分：其一是可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；其二是红外光射向探测器，它将望远镜接收到的光图像信息转换成电影像信号，并传输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读数。合肥工业大学土建学院测量工程系下图为采用相关法的徕卡NA