四等水准及导线测量技术

2012年7月一、四等水准测量水准测量原理水准测量的仪器和工具水准测量的外业实施水准测量的检核水准测量的成果整理水准测量的误差水准测量规范高程测量概述1.高程测量测定地面点高程的工作（测高差定高程）2.高程测量的方法水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。是高程测量的主要方法使用仪器：水准仪水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。其它高程测量方法：三角高程测量,气压高程测量，GPS测量3.高程系统我国国家高程系统：黄海高程系1956年黄海高程系(水准原点H=72.289米）我国国家高程基准：1985年国家高程基准(水准原点H=72.260米)4.水准测量的等级（1）国家分一、二、三、四等、图根（按精度要求、控制范围）（2）城市分二、三、四等、图根ab水平视线前进方向AB大地水准面HAHBhAB水准尺水准尺（一）水准测量原理▲高差=后视读数-前视读数：1.1、水准测量原理1.1.1原理内容：求待定点高程的方法：高差法：HB＝HA+hAB＝HA+(a-b)视线高法：HB＝（HA+a）-b＝Hi-b1.1.2连续高程测量当地面上A、B两点的距离较远，两点的高差太大，安置一次仪器不能测定其高程时，就需要增设若干个临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点，用ZD表示，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+h2+…+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+…+(an-bn)=a-bhAB1.2水准面曲率（地球曲率）对水准测量的影响结论：在进行水准测量时，总是把仪器安置在离前、后视点大致等距的地点。2.水准仪2.1水准仪按精度划分：DS05DS1DS3DS10型号下标：其中D表示“大地”，S表示“水准仪”，数字表示精度，毫米数，表示1公里水准测量的中误差(由仪器引起的)。水准仪构造：望远镜与视差水准器基座DS3水准仪外型（二）仪器和工具2.1.1望远镜与视差●测量望远镜及十字丝上丝下丝竖丝横丝望远镜的十字丝视距丝视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。物镜的作用：把目标成象（拉近）。目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为目镜调焦。调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为物镜调焦。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。消除视差方法与经纬仪消除视差方法一样。测量望远镜视差●视差：产生原因：望远镜内目标成像平面与十字丝平面未重合。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。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。直到眼睛上下移动，读数不变为止。水准器圆水准器灵敏度8/2mm用于仪器粗平管水准器灵敏度20/2mm用于仪器精平圆水准器用来指示竖轴是否竖直。管水准器用来指示视准轴是否水平。2.1.2水准器水准器分圆形和管形两种管水准器是个玻璃容器，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。圆水准器是个玻璃容器，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。水准管的精度：管子内壁光滑，液体与内壁的附着力小，则气泡对倾斜反映的灵敏度高曲率半径大，格值小则精度高气泡长，两端清晰，读数误差小则精度高格值是相邻分划线之间的弧所对的圆心角。水准管圆弧2mm所对的圆心角称为水准管分划值。气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察。若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。10)(521tttmm符合棱镜系统的精度：为气泡的格值肉眼观察的精度：2.2水准尺、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。尺垫：转点立尺用。零点差二.水准仪使用2.3水准仪的使用操作程序与方法安置——粗平——瞄准——(精平)——读数安置时考虑前、后视等距(原因）；粗平时掌握“左手大拇指法”；瞄准时包括消除视差；在精平状态下(符合气泡符合时)读数；读数估读至毫米。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左手大拇指法“左手大拇指法”整平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。abc粗平的操作普通水准尺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bc瞄准与读数a070862261471（三）水准测量的方法及成果整理3.1水准点和水准线路3.1.1水准点（BenchMark）—为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需要埋设的高程点1.永久性、临时性（与转点的区别）2.点之记：图、编号、高程2.水准路线3.1.2水准路线—定义三种水准路线的布置形式（注：高差总合的理论值）TBM1BM.ATBM2TBM3TBM41.闭合水准路线2.附合水准路线BM.ABM.BTBM1TBM2TBM33.支水准路线BM.ATBM1TBM21.水准测量的方法3.2水准测量的外业实施BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.5433.2.1普通水准测量水准测量记录表普通水准测量的记录水准测量记录表水准尺读数测站点号后视前视高差h米视距改正后高差高程H米∑12345BMA1.134TP11.677-0.543TP11.444TP21.324+0.120TP21.822TP30.876+0.946TP31.820TP41.435+0.385TP41.422BMB1.304+0.11876426616+1.02661626061585761616162计算检核a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2f=±5mm3.2.2四等水准测量1.两次仪器高法已知HA，求HB测站检核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.11677-0.5431554-0.543-0.543TP.114441624TP.21324+0.12021508+0.116+0.118水准测量记录（两次仪器高法）2、双面尺法已知HA，求HB（主要方法）a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2f=±5mm1）用途：加密国家高程控制网；小地区地形测量中首级高程控制网；工程建设中建立高程施工控制网。2）观测步骤：（1）后前前后（黑、黑、红、红）（2）后后前前（黑、红、黑、红）测站检核水准测量记录（双面尺法）（四）水准测量检核4.1计算检核两点高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和。4.2测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。1.两次仪器高法在每个测站上一次测得两转点间的高差后，改变一下水准仪的高度，再次测量两转点间的高差。2.双面尺法利用双面水准尺分别由黑面和红面读数得出的高差，扣除一对水准尺的常数差后，两个高差之差小于5mm时可认为合格。4.3成果检核4.3.1附合水准路线理论上在两已知高程水准点间所测得各站高差之和应等于起迄两水准点间高程之差。如果它们不能相等，其差值称为高程闭合差。4.3.2闭合水准路线在闭合水准路线上亦可对测量成果进行检核。对于闭合水准路线，因为它起迄于同一个点，所以理论上全线各站高差之和应等于零。如果高差之和不等于零，则其差值即Σh就是闭合水准路线的高程闭合差。4.3.3水准支线水准支线必须在起终点间用往返测进行检核。理论上往返测所得高差的绝对值应相等，但符号相反，或者是往返测高差的代数和应等于零。如果往返测高差的代数和不等于零，其值即为水准支线的高程闭合差。（五）水准测量的内业5.1容许高程闭合差，用Fh表示。四等水准测量的容许高程闭合差为：五等水准测量的容许高程闭合差则为Fh=20mmFh=6nmmL±±平地：（）山地：（）Fh=30mmL±平地：（）5.2闭合差的分配当实际的高程闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上。显然，高程测量的误差是随水准路线的长度或测站数的增加而增加，所以分配的原则是把闭合差以相反的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上。故各测段高差的改正数为：ii=-=-hihifVLLfVnn´´åå（六）水准测量的误差6.1自动安平水准仪的校正自动安平水准仪应满足的条件是：(一)圆水准器轴应平行于仪器的竖轴。(二)十字丝横丝应垂直于竖轴。(三)水准仪在补偿范围内，应能起到补偿作用。检验方法如下：将水准仪安置在一点，在离仪器约50m处立一水准尺。安置仪器时使中两个脚螺旋的连线垂直于仪器到水准尺连线的方向。用圆水准器整平仪器，读取水准尺上读数。旋转视线方向上的第三个脚螺旋，让气泡中心偏离圆水准零点少许，使竖轴向前稍倾斜，读取水准尺上读数。然后再次旋转这个脚螺旋，使气泡中心向相反方向偏离零点并读数、重新整平仪器，用位于垂直于视线方向的两个脚螺旋，先后使仪器向左右两侧倾斜，分别在气泡中心稍偏离零点后读数。如果仪器竖轴向前后左右倾斜时所得读数与仪器整平时所得读数之差不超过2mm，则可认为补偿器工作正常，否则应检查原因或送工厂修理。检验时圆水准器气泡偏离的大小，应根据补偿器的工作范围及圆水准器的分划值来决定。例如补偿工作范围为±5′，圆水准器的分划值为8′/2mm弧长所对之圆心角值。则气泡偏离零点不应超过5/8×2=1.2mm。补偿器工作范围和圆水准器的分划值在仪器说明书中均可查得。(四)视准轴经过补偿后应与水平线一致。若视准轴经补偿后不能与水平线一致，则也构成i角，产生读数误差。这种误差的检验方法与微倾式水准仪i角的检验方法相同，但校正时应校正十字丝。6.2水准测量的误差1、仪器误差（保持前后视距相等）视准轴与水准管轴不平行引起的误差调焦引起的误差（调焦透镜光心移动的轨迹和望眼镜光轴不重合）。水准尺的分划误差和尺身构造误差2、观测误差气泡居中误差、估读水准尺分划的误差、水准尺不直引起的误差3、外界环境的影响仪器和水准尺下沉、地球曲率和大气折光引起的误差、气候的影响（七）水准测量规范7.1水准测量主要技术要求如下：等级全中误差mm路线长度km水准仪型号水准尺与已知点联测次数附和或环线观测次数平地闭合差mm山地闭合差mm二等2-DS1因瓦往返各一次往返各一次4√L--三等6≤50DS1因瓦往返各一次往一次12√L4√n三等6≤50DS3双面往返各一次往返各一次12√L4√n四等10≤16DS3双面往返各一次往一次20√L6√n五等15-DS3单面往返各一次往一次30√L--387.2水准测量所使用的仪器及水准尺，应符合下列规定：水准仪视准轴与水准管轴的夹角i，DSl型不应超过15″；DS3型不应超过20“。补偿式自动安平水准仪的补偿误差△a对于二等水准不应超过0．2″，三等不应超过0．5″。水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0．15mm；对于条形码尺，不应超过0．10mm；对于木质双面水准尺，不应超过0．5mm。397.3水准观测的主要技术要求：407.4水准测量数据处理各等级水准网，应按最小二乘法进行平差并计算每千米高差全中误差。高程成果的取值，二等水准应精确至0．1mm，三、四、五等水准应精确至1mm。两次观测高差较差超限时应重测。重测后，对于二等水准应选取两次异向观测的合格结果，其