测量学课件第2章

第二章水准测量第二章水准测量§21高程测量概述§2.1高程测量概述§2.2水准测量原理§2.3水准测量仪器及使用§24水准测量方法及内业计算§2.4水准测量方法及内业计算§2.5水准仪的检验和校正§2.6水准测量的误差分析§27其他水准仪简介§2.7其他水准仪简介1™本章要求™本章要求•教学目的：水准仪的构造检验和校正方法及水水准仪的构造、检验和校正方法及水准测量的误差来源及相应的消减措施。掌握水准测量原理水准仪的使用掌握水准测量原理、水准仪的使用、水准测量的方法及成果整理。z教学重点：水准测量原理水准测量的外业施测水准测量原理、水准测量的外业施测及内业成果计算。•教学难点•教学难点：水准仪的检验和校正方法。2第一节高程测量概述一、高程测量的目的获得未知点的高程第节高获得未知点的高程ABh••H'AH'BH过B点的水准面ABh•HA任意水准面HBA''ABABABHHHHh−=−=大地水准面ABABABh两点间的高差与高程起算面无关3并非直接测出某点的高程，而是先获得与某已知高程点的高差，根据已知高程和高差推算出未知点的高程。二、高程测量的方法1、水准测量利用水平视线来测定地面两点间的高差利用水平视线来测定地面两点间的高差。优点：施测简单且精度较高广泛应用。优点：施测简单，且精度较高，广泛应用。B42、三角高程测量通过测量两点之间的水平距离或倾斜距离和倾斜角利用三角公式计算出两点间的高差斜角，利用三角公式计算出两点间的高差。2KlDMviDh−+=αtanα2cosKlD=lGviDh+=αtanvh′NBαAih5DA三水准点及其等级三、水准点及其等级1、水准点(BenchMark)1、水准点(BenchMark)先在测区内设立一些高程控制点，用水准测量的方法精确测出它的高然后根据这些高控方法精确测出它们的高程，然后根据这些高程控制点测量附近其它点的高程。这些高程控制点即为水准点。BMB45.3312、水准点的等级2、水准点的等级国家等级（一二三四等）和等外6一等水准测量:——仅在国家等级中存在作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程测量图根水准（普通水准）7图根水准（普通水准）永久性标记和临时标记填土300墙面10030020030040004050307560水准点70040020120404、点之记水准点与附近固定建筑物或其他固定地物的关系图。8水准点与附近固定建筑物或其他固定地物的关系图。第二节水准测量原理第二节水准测量原理一、基本原理BabAHBhAB=？HA大地水准面利用水准仪提供的一条水平视线,借助水准尺来测定地面两点间的高差由已知点高程推算未知点高程高差=后视读数-前视读数hAB=a-b若A点为已知高程点，B点高程为：9两点间的高差,由已知点高程推算未知点高程。若A点为已知高程点，B点高程为：HB=HA+hAB=HA+(a-b)当ab时h为正B高于A；当ab时，hAB为正，B高于A；当ab时，hAB为负，B低于A。如果由A→B测高差,则用hAB表示；由B→A测高差，则用hBA表示；10高差，则用hBA表示；当两点相距较远或高差太大时，可分段连续测量。在沿线加设若干作为临时传递高程的点，称为转点(TP)。安置仪器的点为测站。在两点()在间连续地多次安置仪器所进行的水准测量。如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。∑∑−ba如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4=∑∑baa2a3a4b4hABh1+h2+h3+h4a1b1a3b3b2BTP1TP2TP3A∑nhiAB两点高差计算的一般公式：h==B∑∑ba11∑=ihi1A、B两点高差计算的一般公式：hAB==n—为测站数∑∑−ba2a4b4a1b1a2a3b3a4b2b4TP1TP2TP3ABTP1n∑=nihi1hAB==∑∑−ba水准测量的目的不仅仅是为了获得两点间的高差，而是要求得一系列点的高程。12hAB=a–b高差法aHHAi+=ABHB=HA+hAB高差法视线高法bHHiB−=baHa−+=)(（安置一次仪器测定多个（安置一次仪器测定一个前视（安置次仪器测定多个前视点高程时采用,常用于纵断面测量土石方测定个前视点高程时采用）13于纵断面测量、土石方测量、工程放样）第三节水准测量的仪器及其使用第三节水准测量的仪器及其使用一、水准测量的仪器1、水准仪的种类按构造分：（1）微倾式水准仪利用水准管来获得水平视线（1）微倾式水准仪：利用水准管来获得水平视线。（2）自动安平水准仪：利用补偿器来获得水平视线。（3）电子水准仪按精度分：DS05、DS1、DS3、DS1014D—大地测量仪器S—水准仪数字—表示仪器的精度，毫米数，即1公字精度毫即里往返测得高差中数的中误差（mm）。DS05和DS1用于精密水准测量，DS3用于般水准测量DS10则用于简易水准测量一般水准测量，DS10则用于简易水准测量。常工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。15二、水准尺和尺垫1水准尺(lliff)1、水准尺(levelingstaff)双面尺：一面为黑白相间称“黑面尺”，另一面为红白相间称“红面尺”。两根尺的黑面都以尺底为零，而红面的尺底分别为4.687m和4.787m。直尺必须成对使用。用以检核读数。用于三、四等水准测量。塔尺：双面尺，用两节或三节套接节或节在一起，能伸缩，携带方便。一般尺长为3m或5m。用于等外水准测量。折尺：单面尺，一般长4m。16•普通水准尺水准尺的普通水准水准的分划不是线划式而是区格式的。区格的边区格式的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数“估读”格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。172.尺垫(staffplate)仅在转点竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。18三DS3微倾式水准仪的构造三、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191准星2水准管3照门4目镜圆1－准星2－水准管3－照门4－目镜5－圆水准器6－圆水准器校正螺丝7－脚螺旋8－三角底板9－水平制动螺旋10－调焦螺旋11－物镜板9水平制动螺旋10调焦螺旋11物镜12－水平微动螺旋13－微倾螺旋201、望远镜(telescope)作用：提供视线，用来瞄准远处的水准尺进行读数行读物镜物镜调焦螺旋调焦透镜目镜调焦螺旋调焦透镜目镜CC十字分划板图2十字丝分划板视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线，即视线。21视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线，即视线。™十字丝分划板™十字丝分划板中丝竖丝竖丝竖丝竖丝视距丝中丝（单丝或楔形丝）:读取读数视距丝中丝（单丝或楔形丝）:读取读数。视距丝:上、下短丝，用于测定仪器至标尺的距离。竖丝用来精确照准目标(平分水准尺)22竖丝:用来精确照准目标(平分水准尺)望远镜的成像原理αβ放大率DS3：28倍αβ/=V23放大率DS3：28倍αβ/V2、水准器(bubble)()作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置或竖轴竖直。（1）管水准器(bbbltb)用于精确（1）管水准器(bubbletube)：用于精确整平,指示视准轴是否水平。¾水准管轴：过水准管零点所作圆弧面的纵切线LL。当气泡的线当气泡的中心点与零点重合时，称气泡居中水准管24称气泡居中，水准管轴水平.¾水准管的分划值τ:气泡中心偏离零点2mm¾水准管的分划值τ:气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。τ越小，灵敏度越高。mmρτ′′×=′′20点2mmRτ式中R—水准管圆弧LL式中R水准管圆弧半径，单位：mm；τρ″—206265″。τRoDS3：τ=20″/2mm25o¾符合水准器：把水准气泡两端成象在一起便于观察,目的是提高水准管气泡居中的精度符合气泡符合，水准管轴与视线水平。水准管轴与视线水平。微倾螺旋符合气泡符合尚未符合符合气泡符合尚未符判断“气泡居中”的精度约高26可提高一倍。（2）圆水准器(circularbubble)）圆准()作用：粗略整平,当圆水准器气泡居中时，竖轴竖直。圆水准器轴竖直圆水准器的分划值轴DS3：（8′‾10′）/2mm圆圆水准器的的零点273）、基座(tribrach)）基座()作用：支撑仪器上部并连接脚架。轴座：承托仪器上部脚螺旋调节脚螺旋使圆水准器气泡居中组成脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成望远镜V轴座望远镜水准器旋基座脚螺旋连接板28三脚架V连接DS3微倾式水准仪的使用三、DS3微倾式水准仪的使用安置——粗平——瞄准——精平——读数安置粗平瞄准精平读数1安置脚架高度适中1、安置仪器：脚架高度适中，目估架头大致水平，固定仪器。目估架头大致水平，固定仪器注意：检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧。292、粗略整平：用脚螺旋使圆水准器的气粗整平用脚旋使圆水准的气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，从而视准轴粗略水平准轴粗略水平。规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。30规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。3、瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：①初步瞄准（用准星对准目标）②目镜调焦（使十字丝清晰）③物镜调焦（使目标成像清晰）③物镜调焦（使目标成像清晰）④精确瞄准（使纵丝对准目标）注意瞄准时消除视差！注意瞄准时消除视差什么是视差？产生的原因？如何消除？31视差：眼睛在目镜端上下移动时十字丝与眼睛在目镜端上下移动时十字丝与视差：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。目标像有相对运动。产生原因：望远镜内目标像平面与十字丝分划板平面未重合以致两者不能同时被看清划板平面未重合，以致两者不能同时被看清。消除方法：重新仔细地进行目镜和物镜调焦对光直到眼睛上下移动读数不变为止。32对光，直到眼睛上下移动，读数不变为止。4精确整平4、精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法视附合水准气泡测窗调节微倾螺旋方法：注视附合水准气泡观测窗，调节微倾螺旋，使气泡影像符合。微倾螺旋335.读数用十字丝的中丝在水准尺上读数。方法：米、分米看尺面注记，厘米数尺面格数，毫米估读。读数：由小到大方向读。保证每个读数为四保每个读数为位数34a0725mm1cmbc07001cmb0700356253mm1477mm四自动安平水准仪四、自动安平水准仪自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，利用自动安平补偿器代替水准管，使视准轴水平。水平。优点：视准轴自动安平；提高水准测量精度；减少操作步骤，提高工作效率。36作率1、自动安平补偿器的原理fa0aαβA0sβAβα⋅=⋅sf372自动安平水准仪的使用2、自动安平水准仪的使用™安置仪器™安置仪器打开三脚架；连接仪器。™粗略整平调节脚螺旋使圆水准器气泡居中™瞄准水准尺调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。目镜对光；大致瞄准；物镜对光；精确瞄准。™读数™读数保证读数为四位数38第四节水准测量方法及内业计算一、水准路线的布设形式水准测量的任务:从已知高程的水准点开始准路线准量时走路线水准测量的任务:从已知高程的水准点开始测量其它待定的水准点或地面点的高程。水准路线：进行水准测量时所行走的路线。BM14⑴附合水准路线⑵闭合水准路线BMABMB12343(a)⑵闭合水准路线⑶支水准路线BM12(4)水准网123BMAA34(b)39(b)(c)二、水准路线的施测方法（外业）准线外）1、外业施测1347134714021.4181.1871.5190.9841.2421.3471.2670.87114021.4181.1871.5190.9841.2421.3471.2670.8711.3391.4021.418TP3IIITP4IVTP3BVTP41.3391.4021.418TP3IIITP4IVT