高程测量的方法水准测量法

第二章水准仪与水准测量第一节水准测量原理一、水准测量的原理二、后视、前视读数和后视、前视距离三、高差符号分析四、高程的计算一、水准测量的原理1.高程测量概念测定地面点高程的工作，称为高程测量。高程测量的方法：水准测量法、三角高程测量法、气压高程测量法、GPS高程测量法。水准测量是测出地面点高程的方法之一。2.水准测量原理、实质水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点高程推算出未知点高程。水准测量的实质：确定地面两点间的高差,然后通过已知点的高程,求出未知点的高程。二、后视、前视读数和后视、前视距离a——后视读数A——后视点(已知点)b——前视读数B——前视点(未知点)⑴后视读数：已知高程点上立尺的读数。⑵前视读数：未知高程点上立尺的读数。⑶后视距离：仪器到后视点的距离。⑷前视距离：仪器到前视点的距离。测站和转点解决相隔较远两点间高差的办法是：在两点之间加若干个竖立尺子的点，连续地将相邻两点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个测站这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，其本身的高程可以不求出，故通常称为转点。三、高差符号分析高差hAB的符号：若ab，则hAB0，B点比A点高若a=b，则hAB=0，B点与A点同高若ab，则hAB0，B点比A点低四、高程的计算水准测量计算高程的方法有两种：⑴高差法:由高差计算高程hAB=a-bHB=HA+hAB⑵仪器高法(视线高法)：由仪器的视线高程计算未知点高程Hi=HA+aHB=Hi-b第二节水准测量的仪器与工具一、微倾式DS3级水准仪的构造二、水准尺和尺垫三、水准仪的安置和使用一、微倾式DS3级水准仪的构造微倾式水准仪按精度不同，可分为DS05、DS1、DS3、DS10、DS20五个等级。水准仪系列型号DS05DS1DS3DS10每公里往返测高差中数偶然误差≤0.5mm≤1mm≤3mm≤10mm直接利用水准管来判断视准轴是否水平的水准仪称为水准管水准仪水准仪应满足的主要条件水准仪应满足的主要条件有：一是水准管的水准轴应与望远镜的视准轴平行:LL//CC；二是望远镜的视准轴不因调焦而变动位置（此条件是为满足第一个条件而提出）。水准仪应满足的次要条件也有两个：一是圆水准器的水准轴应与水准仪的旋转轴平行:L'L′//VV；二是十字丝的横丝应当垂直于仪器的旋转轴:HH⊥VV。二、水准尺和尺垫1.水准尺(levelingstaff)主要有直尺(单面尺、双面尺)、折尺和塔尺。较高精度的水准测量规定只能用直尺。水准尺有3m和5m。目前常用的水准尺以3m的直尺较为常见，两面均有分划，一面为黑白分划，称为主尺，也称黑面，一面为红白分划，称为辅尺，也称红面。尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字，黑面底段以零起算，是计算高差的基本面。水准测量时有前视和后视，为节省水准尺由后视迁到前视的迁移时间，总是用两只尺子同时进行，常称为一对水准尺。两只尺子红面底部的常数并不相同，一只为4687mm，另一只则为4787mm，这样由黑面计算的高差（后视-前视）为基本高差，而红面计算的高差将与基本高差相差100mm，目的也是为了检查读数或计算有无错误。2.尺垫(staffplate)尺垫有三角形、圆形等，放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。三、水准仪的安置和使用安置水准仪的目的是将仪器设置在测站上并用脚螺旋使圆水准器气泡居中。2.水准仪的使用操作程序：粗平——瞄准——精平——读数⑴粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。方法：对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向的中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。⑵瞄准水准尺（a）方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。目镜对光，使十字丝清晰――物镜对光，使目标清晰――消除视差。（b）视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。⑶精平方法：微倾式水准仪(tiltlevel)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。说明：若使用自动安平水准仪（compensatorlevel），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。⑷读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。读数记录一般均不加小数点，读记四位数，以毫米为单位。黑面读数a=1274（mm）红面读数b=5958（mm）思考题：水准测量是沿水准路线一个测站一个测站进行的，每个测站水准仪的位置通常是安置在后视点和前视点之间，但并不一定要在后视点和前视点连接的直线上。说明：安置好水准仪之后，即开始照准水准尺读数，对于水准管水准仪应先使水准管气泡居中，之后再读数。通常的顺序是先读后视，后读前视。对于黑红面的双面水准尺，通常是先读黑面后读红面。第三节水准测量的方法与校核一、水准点二、水准路线三、普通水准测量的方法四、水准测量的校核一、水准点通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点BM，一般用表示。水准点是固定的、已知高程的点。记作：BenchMark简称BM。有永久性和临时性两种。永久性水准点：国家级水准点或建筑工地基准点。临时性水准点：不需要长期保存的水准点。二、水准路线水准路线的布设有单一水准路线和水准网两种形式。根据依据工程的性质和测区情况，单一水准路线有三种布设形式。1．附合水准路线(annexedlevelingline)从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点的高程，最后连测到另外一个已知的水准点，称为附合水准路线。2.闭合水准路线(closedlevelingline)从一个已知高程的水准点BM1起，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到水准点BM1，称为闭合水准路线。3.支水准路线(spurlevelingline)从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，如果最后没有连测到已知高程的水准点，则这样的水准路线称为支水准路线。三、普通水准测量的方法普通水准测量的施测程序：将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，水准仪置于施测路线附近合适的位置，在施测路线的前进方向上取仪器后视大致相等的距离放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视。观测员将仪器用圆水准器粗平之后瞄准后视标尺，用微倾螺旋将水准管气泡居中，用中丝读后视读数至毫米。掉转望远镜瞄准前视标尺，此时水准管气泡一般将会偏离少许，将气泡居中，用中丝读前视读数。记录员根据观测员的读数在手簿中记下相应的数字，并立即计算高差。第一站结束之后，记录员招呼后标尺员向前转移，并将仪器迁至第二测站。此时，第一测站的前视点便成为第二测站的后视点。依第一站相同的工作程序进行第二站的工作。依次沿水准路线方向施测直至全部路线观测完为止。四、水准测量的校核主要有测站校核和路线校核。1.测站检核⑴变仪器高法或两次仪器高法（适合单面尺法）。⑵两台仪器同时观测。适合单面尺法。两台仪器所测两点间的高差不符值最大不超过5mm。⑶双面尺法。红、黑两面读数之差3mm以及由红、黑面测得高差之较差：h黑-h红5mm。2.路线校核闭合差：即观测高差与理论高差之差，用fh表示。闭合差限差：高差闭合差允许的最大值，亦称允许闭合差，用fh容表示。L为水准路线长度（单位以Km计）；n为测站数。检核：若|fh|≤|fh容|则成果合格，否则应检查原因，必要时重测。mmL40（容hf）（＝容mmn12hf第四节水准测量的内业计算*一、高差闭合差的计算1.闭合水准路线高差闭合差的计算2.附合水准路线高差闭合差的计算3.支水准路线高差闭合的计算取往测和返测高差绝对值的平均值作为两点间的高差值，其符号与往测同；然后根据起点高程以各段平均高差推算各测点的高程，这样高差闭合差得以改正，往返高差代数和为零。测理测hhhfh)(始终测理测HHhhhfh二、高差闭合差的调整如果高差闭合差在允许范围内，说明测量成果符合要求，这时应将闭合差进行合理分配，使调整后的闭合差为零，并据此推算各未知点的高程。即分配高差闭合差分配原则：按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。ihnnfviihLLfvi在进行高差闭合差的调整时，应注意凑整误差，即各测站的改正值相加之和应和高差闭合差相等。三、计算各待定点高程用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。ivhh'h'H＋＝已知待H【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。第一步计算高差闭合差：)(37293.4330.4)(mmHHhfh始终测第二步计算限差：)(8.1084.74040mmLfh容因为容hhff，可进行闭合差分配。第三步计算每km改正数：kmmmLfVh/50第四步计算各段高差改正数：iinVV0。四舍五入后，使hifv。故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的高程。改正后高差=改正前高差+改正数ViH1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m)H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m)等外水准测量测站点号水准尺读数高差高程备注后视前视+-1BM.A1.4670.34327.354m已知TP.11.1242TP.11.8850.211TP.21.6743TP.21.8690.926TP.30.9434TP.31.3670.365B1.73228.469m计算检核∑∑a6.588-5.4731.115∑b5.4731.480-0.3651.1150.36528.469-27.3541.115注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。（2）检核只表明计算无误，不表明观测和记录无误。（3）要注意对表格中的三项进行检核，确保计算无误。例：附合水准测量内业计算第五节数字水准仪简介当视准轴有微小的倾斜，利用一个称为补偿器的器件而能获得水平视线的水准仪称为补偿器水准仪（也称自动安平水准仪）。无需人工读取水准尺上数值，而由电子设备自动获得数值的水准仪称为电子水准仪（也称为数字水准仪）。水准仪望远镜的放大倍率与视准轴水平的准确度对测得高差的准确度直接有关，测得的高差准确度低的水准仪称为普通水准仪，准确度高的水准仪称为精密水准仪。自动安平水准仪的构造和微倾式水准仪大致相同，其基本操作也大致一样，主要包括安置、粗平、照准和读数，不同的是不需要认为精平，由仪器自动补偿。搬运和使用时要防止剧烈震动，以免损坏。自动安平水准仪解决的是微倾式水准仪的自动精平问题，数字水准仪解决了自动读数问题。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。自动安平水准仪正面一、自动安平水准仪自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面数字水准仪采用条纹编码标尺和电子影像处理原理，用线性CCD替代观测员的肉眼，直接获取标尺读数和视距。数字水准仪操作简便，自动读数，作业效率高；