水准测量

2020/3/311学习要点•一、高程测量概念•二、水准测量原理•三、水准测量的仪器及使用•四、水准测量的方法•五、水准测量的成果计算•六、水准仪的检验和校正•七、水准测量的误差分析•八、精密水准仪和精密水准尺•九、电子水准仪简介•十、高程控制•十一、三.四等水准测量方法2020/3/312§1-1高程测量概述一、高程测量•测量地面点高程的工作•目的：获得未知点的高程（一般是通过测出已知点和未知点之间的高差，再根据已知点的高程计算出未知点的高程）•分类：水准测量（精密高程测量）、三角高程测量（经纬仪或电磁波测距仪）、气压高程测量（踏勘测量或路线勘测其精度较低）•水准原点：直接由平均海水面测得高程的水准点2020/3/3132020/3/3141、水准测量：利用水平视线来测量两点之间的高差。此方法施测简单，且精度较高，所以是高程测量中最主要的方法，被广泛应用于高程控制测量、工程勘测和各项施工测量中。2、三角高程测量：是通过测量两点之间的水平距离（或倾斜距离）和竖直角，然后利用三角公式计算出两点间的高差。此方法的精度受各种条件的限制，一般只在适当的条件下才被采用。其他：气压高程测量、重力高程测量、摄影高程测量、GPS高程测量。少用二、高程测量的方法2020/3/315三、水准点及其等级水准点（BenchMark）：通过水准测量建立的高程控制点，工程上常用BM来标记，水准点顶面一般为凸起状•水准点的等级及埋设•国家水准点分为（从高到低）一、二、三、四等四个等级，按规范要求埋设永久性标石标记。三、四等水准点一般用混凝土标石制成，深埋到地面冻结线以下，在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀的材料制成的半球状标志。•墙上水准点•图根水准点和一些施工测量使用的水准点常采用临时性标志,例如:木桩或牢固建筑物。2020/3/316大铁钉打入地面，也可选取地面上突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶等再用红油漆标记。水准点的位置：宜选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。埋设水准点后，应绘出水准点的点之记。（a）（b）2020/3/317•基本原理•水准测量的实质：测量两点之间的高差。•水准测量的基本原理：§1-2水准测量原理2020/3/318利用水准仪建立一条严格水平视线，配合水准尺来测定两点间的高差，从而由已知点的高程推算出未知点的高程。A、B两点的高差为：(利用水准仪提供的水平视线，分别读取A点水准尺上的读数a和B点的读数b)bahAB如果A点是已知高程点，B点是待求高程点。则B点高程为:)(baHhHHAABABab一、高差法2020/3/319则：高差=后视读数-前视读数观测者站在仪器处，面向前进方向，面前所立尺为前视，背后所立尺为后视。高差的符号高差的正负号反映两点的高低关系高差的正负号又与测量前进的方向有关hAB=－hBA2020/3/3110连续水准测量：在两点间连续地多次安置仪器所进行的水准测量。图中测站：安置仪器的点（在图中Ⅰ、Ⅱ…为安置仪器点）转点：（TurningPoint）常简写为：TP，是传递高程的点（1、2…）。2020/3/3111在转点上先有前视读数后有后视读数。假设A点高程已知为HA，各测站测得的高差为hn，则有：bahhbahbahbahABnnn222111hAB为A、B两点间测得的高差，则：未知点B的高程为：ABABhHH高差的计算检核：∑a－∑b=∑hAB高程的计算检核：HB－HA=hAB2020/3/3112二、仪高法测量•适用场合：根据一个后视点的高程同时测定多个未知点的高程。常用于纵断面测量、土石方测量。•仪高法：•仪器的视线高：Hi=HA+a•待求点高程：HB=Hi–b=（HA+a）–b•中间点：在测量过程中不起传递高程作用的高程待求点，这些点上只有一个前视读数C,也称“中视读数”。•其高程：caHcHHAic)(2020/3/3113如图中间点高程=仪器的视线高-中视读数置镜І点：HP1=（HA+a1）-C1;HP2=（HA+a1）-C2HTP1=（HA+a1）-b1置镜II点：HP3=（HTP1+a2）-C3；HP4=（HTP1+a2）-C4；HTP2=（HTP1+a2）-b2；2020/3/3114§1-3水准测量的仪器及其使用一、水准仪的种类•1、光学水准仪：•微倾式水准仪：用水准管来获得水平视线；•自动安平水准仪：用补偿器来获得水平视线。•2、电子水准仪二、水准仪按仪器精度分：DS0.5、DS1、DS3、DS10、DS20五个等级。D、S分别是“大地”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，数字0.5、1、3、10、20表示该仪器的精度（每公里往、返水准测量误差/毫米）•DS0.5和DS1用于精密水准测量，DS3用于一般工程水准测量，DS10、DS20则用于简易水准测量。2020/3/3115用干燥优质木材或合金制成，要求尺长稳定，刻划准确。•最常用的有双面尺和塔尺两种。•※双面尺多用于三、四等及以下精度的水准测量（红面尺底零点差为4687或4787mm，一般用于测站检核）。•※塔尺用三节或五节套接在一起，能伸缩，携带方便。一般尺长为5m，尺的底部为零点，尺面绘有1cm或5mm黑白相间的分格，米和分米处注有数字。三、水准尺和尺垫2020/3/3116•尺垫是在转点上放置水准尺用的，尺垫可使转点稳固，防止下沉。•用钢板或铸铁制成，一般为三角形，中央有一突出的半球体，下方有三个尖脚。•用时把三个尖脚用力踩入土中，把水准尺立在突出的圆顶上。尺垫2020/3/3117DS3微倾式水准仪的构造四、DS3微倾式水准仪的构造及使用2020/3/3118作用：它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数构造：物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板。（1）物镜：使目标的成像落在十字丝板前后。（2）调焦透镜：使目标的成像与十字丝重合。（3）目镜：放大十字丝和目标的成像。（4）十字丝分划板：竖丝是为了瞄准目标，中丝（单丝或楔形丝）读取读数。视距丝上、下短丝，用于测距。视准轴（即视线）：十字丝交点与物镜光心的连线，它是水准仪的主要轴线之一。DS3水准仪望远镜放大率一般为30倍。1、望远镜2020/3/3119•管水准器（水准管）：反映视线是否水平，用于精平。•水准管的零点：管面上刻有间隔为2mm的分划线，分划线的对称中心O称为零点。水准管轴（LL）：过零点与管内壁纵向相切的直线。•当气泡的中心点与零点重合时，称气泡居中，此时水准管轴位于水平位置，即视线水平。若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置，视线不水平。2．水准器（管水准器和圆水准器）2020/3/3120•定义：水准管2mm的弧长所对圆心角τ，（即气泡每移动一格时，水准管轴所倾斜的角值），称为分化值。•水准管分划值的大小反映了仪器置平精度的高低。水准管曲率半径越大，分化值越小，则水准管灵敏度越高。•DS3型水准管分划值一般为20″/2mm。符合水准器当两半气泡影像“符合”为圆弧时，表明管水准气泡精确居中。这是正确读取水准尺读数的前提!3、水准管分划值左边气泡影像的移动方向与微倾螺旋的转动方向一致避免惯性使然2020/3/3121•圆水准器：一个封闭的圆形玻璃容器，顶面内壁是球面，球面中央有一圆圈，圆圈圆心就是零点。•圆水准器轴：通过零点和球心的连线。•当圆水准器气泡居中时，圆水准轴LL铅锤、仪器竖轴VV铅锤。•圆水准器的分划值：气泡中心偏离零点2mm的弧长所对圆心角的大小。•DS3水准仪圆水准器分划值一般为5～10/2mm。由于它的精度较低，故只用于仪器的粗略整平。4、圆水准器：反映竖轴是否竖直，用于粗平2020/3/31225.基座•用于整平仪器，它支撑仪器的上部，使其在水平方向上转动，并通过连接螺旋与三脚架连接。•基座主要由轴座、脚螺旋、三角压板和底板构成。•调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中，即：使仪器粗略整平。2020/3/31236、DS3微倾式水准仪的使用•微倾式水准仪的使用包括：（１）安置仪器、（２）粗略整平、（３）瞄准水准尺、（４）精平与读数等操作步骤。•1．安置仪器•在测站上安置三脚架，架头大致水平。•用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。•2．粗略整平（粗平）•粗平概念：用脚螺旋使圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，从而使视准轴粗略水平。•气泡的移动方向：与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致操作：如图所示（脚螺旋顺时针转动该端升高，逆时针转动该端降低，气泡移向高处）2020/3/3124操作：气泡未居中而位于a处，则先按图上箭头所指的方向用两手相对转动脚螺旋，使气泡移到b的位置。然后单独转动另一脚螺旋使气泡居中。如有偏差可重复进行。图2-142020/3/31256．瞄准水准尺•目镜对焦：先转动目镜对光螺旋，使十字丝的成像清晰。•粗略瞄准：缺口、准星、目标（尺）三点一线，制动望远镜。•物镜调焦（对光）：转动物镜调焦螺旋，使目标成像清晰则消除视差。•精确照准：转动水平微动螺旋使目标的中心与竖丝重合（或在竖丝附近）•注意：瞄准水准尺时必须消除视差。2020/3/3126※视差：观测者的眼睛在目镜端上下移动时，物像与十字丝间有相对运动的现象，叫十字丝视差，简称视差。※视差产生的原因及消除的方法：产生视差的原因:尺像未正确落在十字丝分划板平面上。消除的方法：重新调焦（物镜）2020/3/3127•精平：转动微倾螺旋使符合水准管气泡居中（影像符合）。•读数：用十字丝横丝切尺上的刻划直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数，保证每个读数均为四位数，即使某位数是零也不可省略。※读数方法：由小到大的原则（倒像仪器时由上而下读取）。图中的读数为:1.258m。7．精平、读数、符合2020/3/3128五、自动安平水准仪用设置在望远镜内的自动补偿器代替水准管而自动获得水平视线的水准仪。观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，点触补偿器按钮，即可直接读取水平视线读数。具有观测速度快、精度高等优点，被广泛应用在各种等级的水准测量中。补偿器有一定的补偿范围，应特别注意圆水准器的气泡居中要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于正常工作状态。2020/3/3129•图示：自动安平水准仪（Topcon系列）（Leica型）2020/3/3130一、水准路线的布设形式§1-4水准测量的方法水准路线：水准测量所经过的路线。附合水准路线闭合水准路线支水准路线水准网2020/3/3131二、水准测量的施测方法往测返测1.3641.4321.4431.2171.5441.0641.2671.3721.2920.896ABTP8TP7TP5TP6TP3BMABMBTP1TP2TP4测站测站测站测站测站前后视距补偿前、后视折线2020/3/3132图2-22中：水准点A为已知点，高程为51.903m；B为待定高程的点；施测过程(高差=后视-前视hi=ai-bi)2020/3/3133水准测量记录手簿（记录、计算）测点水准尺读数（m）高差（m）仪器高（m）高程（m）附注后视中视前视＋－BMA1.33951.903已知A点高程TP11.4181.4020.063TP21.5191.1870.231TP31.2420.9840.535TP41.2671.3470.105BMB0.8960.8710.39652.89752.905TP51.3691.2900.394(改后高程)TP61.0641.2670.102TP71.1441.5280.464TP81.4081.4430.299BMA1.3640.04451.886Σ12.66612.6831.3081.325Σa－Σb＝-17mmΣh＝-17mmH终－H始＝-17mm；-fh/2=+8.5mmfh＝-17mm,Fh＝±40√L=±40√0.3=±21.9mm，fh≤Fh（核！）相关计算+82020/3/3134三、水准测量的检核为了保证水准测量成果的正确可靠，必须进行检核。检核的方法主要有以下几种：1.计算检核2.测