Peng02-水准测量

2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜制作《测量学》赵建三王唤良主编贺跃光唐平英副主编中国电力出版社2008年6月高等学校教材2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜2点位的确定在常规测量工作中，地面点的位置通常是用水平位置和高差来确定的高差：水准测量/竖直角与距离测量水平位置水平角：水平角测量水平距离：水平距离测量、竖直角与斜距测量2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜3第二章水准测量1.水准测量原理2.水准测量的仪器和工具3.水准测量的实施及成果整理4.三、四等水准测量5.DS3级水准仪的检验与校正6.精密水准仪和水准尺7.自动安平水准仪8.电子水准仪9.水准测量的误差及注意事项2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜4高程测量高程测量测量学定义：测量地面上各点高程的工作普通测量学定义：测量已知点到未知点的高差，计算未知点高程的方法根据仪器与方法可以分为水准测量：精度相对最高，多用于高程控制测量三角高程测量：精度相对较低，多用于高程碎部测量或山区高程测量GPS高程测量：精度改进很快（CORS）气压高程测量：精度最低2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜5水准测量原理水准测量原理：（小范围内）水平面上与测站水平距离相等处的高程相等视线高：仪器高/仪高Hi＝HA＋a＝HB＋b水准测量公式：hAB＝a－bHA＋a＝Hi＝HB＋b求未知点高程的方有法2种：高差法：HB＝HA＋hAB＝HA＋（a－b）仪高法：HB＝Hi－b2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜6水准测量原理基本术语测点：立尺点，有点位标记测站：安置仪器的点位水平视线：仪器所在水准面处在视线方向上的切线后视读数a：水平视线在已知点水准尺上的读数后视距：仪器与已知点之间距离前视读数b：水平视线在未知点水准尺上的读数前视距：仪器与未知点之间距离2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜7水准测量的仪器和工具仪器：水准仪工具：水准尺，尺垫水准仪型号与参数型号DS05DS1DS3DS10中误差（mm/km）±05±1±3±10最小放大倍数45382820物镜有效孔径（mm）55473828水准器2mm偏角值管水准器（）10102045圆水准器（'）3388测微器范围（mm）55分微（mm）0.050.052020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜8水准仪的构造（DS3级微倾式水准仪）物镜物镜调焦微动制动微倾脚螺旋管水准校正螺丝目镜准星轴座照门照门气泡观察窗气泡观察窗圆水准圆水准由望远镜、水准器、基座3部分组成基座：用于支撑仪器的上部并与三脚架联接由轴座、脚螺旋、底板和三角压板组成竖轴VV：水准仪可转动部分的旋转对称轴2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜9望远镜十字丝：由竖丝，横丝（中丝）组成视距丝：竖丝上与横丝平行的两条短丝，用于距离测量上丝、下丝视准轴CC：即视准线，十字丝交点与物镜光心的连线物镜：复合透镜组，位置固定十字丝分划板，由平板玻璃园片制成，是物象承载面，位置固定物镜调焦螺旋目镜调焦螺旋目镜：复合透镜组，可以伸缩物镜调焦透镜（对光透镜）：可以移动2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜10望远镜的放大率放大率：望远镜内物象视线张角与实际物体视线张角的比值V＝β／α2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜11视差视差：物象与十字丝之间有相对移动的现象物体成象位置不在十字丝分划板上视差增加测量误差，要求避免2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜12管水准器（水准管）管水准器：沿纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，用于精确整平R≥20,000mm，酒精+乙醚分划线：管水准器上面、垂直于长轴方向的2mm间隔短线零点：分划线的对称中心水准管轴LL：管水准器圆弧过零点切线圆心角τ=（2／R）×ρρ=180×60'×60÷π=206,265符合棱镜：精确整平的辅助工具气泡影像吻合表示气泡已居中2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜13圆水准器圆水准器：顶面内壁是球面的玻璃短圆柱，只用于仪器的粗略整平半径：7m±分划圈：间隔2mm的同心圆，零点：分划圈的圆心圆水准器轴线L'L'：园水准器球面过零点法线分划值：园水准器球面气泡偏离2mm时L'L'所倾斜的角值τ＝（2／R）×ρDS3：8'~10'2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜14水准尺水准尺：水准测量时使用的标尺双面水准尺：两根尺为一对（A尺、B尺），尺的两面分别为黑色和红色黑面尺（主尺）底部起点值A、B尺均为0m红面尺：底部起点值（加常数K）A尺：4.787mB尺：4.687m塔尺：两节或三节尺套装组成，可伸缩底部起点值为0精度不够高，多用于等外水准测量2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜15尺垫尺垫：标记临时点位和放置水准尺的生铁铸件只是在转点上使用防止点位下沉标记临时点位（转点）2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜16水准仪的使用1.安置仪器2.粗略整平3.瞄准水准尺4.精确整平与读数2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜171、仪器安置此过程只能由一个人操作1)松开三脚架的皮扣和架腿固定螺旋，提升仪器座至肩高左右再旋紧固定螺旋（等长），打开三脚架稳定地置于地面（土质松软时要踩紧）2)仪器箱稳定地置于地面，打开箱盖，取出固定螺旋，同时双手取出仪器，平稳地置于三脚架的仪器座上，同时用固定螺旋将仪器固定，旋紧螺旋的同时要求用另一支手扶住仪器2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜182、粗略整平园水准器气泡居中调整脚螺旋分2步进行气泡移动方向：左手大拇指移动方向“顺高”：由上向下观察角螺旋，顺时针方向转动表示升高2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜193、瞄准水准尺目镜对光：旋动目镜对光螺旋，使镜中十字丝清晰，可用白色板挡住物镜对光粗略瞄准：目标点位上立水准尺，然后松开制动螺旋，用照门和准星寻找目标并瞄准，固定制动螺旋物镜对光：旋动物镜对光螺旋，使目标清晰，消除视差精确瞄准：调整微动螺旋，使竖丝切水准尺的一条边2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜204、精确整平与读数精平之后要立即读数1)精平：调整微倾螺旋，使管水准器气泡符合窗口中两边气泡等长（“右目”），同时检查瞄准情况并及时调整2)读数：由小往大读数（未满的数不读），估读至毫米位3)检查：气泡是否仍然符合，否则重复精平与读数过程2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜21自动安平水准仪能够自动精确整平的水准仪只需要进行粗略整平之后国产型号：DSZDSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10右图：北京光学仪器厂DSZ3-1自动安平水准仪2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜22DZS3-1自动安平水准仪物镜物镜调焦目镜调焦目镜圆水准器校正螺丝反光镜制动制动微动脚螺旋粗瞄镜粗瞄镜2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜23视线水平：水平视线经过十字丝交叉点视线倾斜α：水平视线偏离十字丝交叉点距离l＝f×α自动安平原理2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜24原理：使水平视线上物像又回到十字丝交叉点（2种方法）1.补偿器法：距离十字丝分划板d，用使物象反向偏转角度β，使得d×β＝l＝f×α，等价水平视线2.悬吊十字丝分划板法：十字丝分划板借助重力回到原来的位置，公式同上自动安平原理2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜25自动安平补偿器一般是吊挂光学零件，利用重力使视线自动补偿补偿范围：补偿器能够起作用的最大倾斜角度一般为8'~11'，与圆水准器的精度相当阻尼器：使吊挂棱镜尽快停止摆动的部件，约滞后2s2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜26自动安平水准仪的使用粗平：望远镜内的警告指示窗全部呈现绿色检查：长期未用时需要检查补偿器是否工作正常1.转动脚螺旋：指示窗两端出现红色，反转则红转绿2.按一下按钮：物象在境内有晃动2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜27水准点BM（BenchMark）水准点（高程控制点）：由（精密）水准测量而得其高程并予以标记的点位构成统一高程系分永久性、临时性标石：标记且固定水准点的人工构造物顶面：不锈钢或耐锈蚀材料半球标志，或半球形铁钉国家等级水准点：一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋到地面冻结线以下点之记：水准点与附近固定建筑物或其他地物的关系图，标注水准点编号、高程2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜28水准路线水准路线：2水准点之间进行水准测量所经过的路线，用于高程控制测量测段：相邻水准点间水准路线段附和~：两端的水准点高程值已知且不同一个点检核：累积高差＝起止点高差闭合~：起点与终点为同一已知点检核：累积高差＝0支~：只有起点的高程值为已知，测量其他水准点高程的水准路线要求：往、返测量检核：两次测量的累积高差是否绝对值相等、符号相反2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜29水准测量的实施分站测量：相距较远／高差很大时采用累计高差＝起止水准点高差相邻立尺点间距：一般＜100m（视距＜80m）转点：临时测点，ZDi（TPi）临时标记：必须用尺垫作用：传递高程值2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜30测量步骤1.架仪：起点与第1转点上分别立尺，中间置仪2.读数：先后视再前视，记录、计算高差3.迁站：前视尺保持不动变成下一站的后视尺，后视尺随水准仪迁至下一个立尺点作为新的前视尺，重复1﹣2步4.重复：按照1﹣3步的方法测量至终点2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜31记录与计算计算检核：对计算过程的检核∑h＝∑a－∑b2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜32测站检核较差：两个数值之差（通常用绝对值表示）检核：测量数据检查的一个重要步骤测站检核：检核测站的测量数据及计算过程（是否有问题）双面尺法：分别用黑面尺、红面尺各读数一次检核读数检核：黑面尺读数－（红面尺读数－K）＝0（≤3mm）计算检核：2个高差值较差＝0（≤5mm）2个条件均满足时取平均值变动仪高法：仪器在2个不同高度（较差10cm）进行水准测量检核：2个高差值较差＝0（等外水准较差≤6mm）条件满足时取平均值2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜33水准测量记录、计算（双面尺法）2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜34水准测量记录、计算（变更仪高法）2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜35高差闭合：∑h理－(HB－HA)＝0高差闭合差：实际测量高差值减去理论高差值表达式：fh＝∑h测－∑h理＝∑h测－(HB－HA)≠0作用：判断测量成果是否合格的依据高差闭合容许值：检验测量成果是否符合精度要求的最大容许闭合差值，记为fh容等外水准测量的高差闭合差容许值为平地﹣山地﹣水准路线检核mm40Lfh容mm12nfh容2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜36附和水准路线闭合差计算：检核检核步骤2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜37附和水准路线闭合差调整：平差闭合差调整：消除高差闭合差的计算过程，求取合理估计值平差原则：按测站数或距离比例平均分配，使调整后的闭合差为02020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜38测量学进位规则：奇进偶不进奇进偶不进待进位的数为5：前一位数为奇数则进位，为偶数则舍去其它情况同数学进位方法待进位数进位结果待进位数进位结果待进位数进位结果1.11611.1161.11561.1161.11651.1161.11621.11571.11551.11631.11581.11451.1141.11641.11591.11352020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜39附和水准路线闭合差调整：实例改正数：以毫米（mm）为单位，取整数若有剩余闭合差，则分成若干个1mm分摊到较长测