普通測量學第二章水準測量.ppt

普通測量學,單位：山東省農業(yè)管理干部學院農管系 作者：房元勛 電話13156110662 Email:F,第二章 水準測量,2.1水準測量原理 2.2水準測量儀器和用具 2.3水準儀的使用 2.4水準測量的實施 2.5四等水準測量 2.6水準測量的內業(yè)計算 2.7水準儀的檢驗和校正 2.8水準測量誤差與注意事項,2.1 水準測量原理,水準測量是利用一條水平視線，并借助水準尺，來測定地面兩點間的高差，這樣就可由已知點高程推算出未知點高程。 實質：定地面兩點間的高差,然后通過已知點的高程,求出未知點的高程 方法 高差法 hAB=a-b HB=HA+hAB 儀器高法(視線高法) Hi=HA+a HB=Hi-b,2.2 水準測量儀器和用具,DS3水準儀 望遠鏡:其作用是瞄準目標并提供一條讀數的視線。 水準器用來指示儀器豎軸是否垂直和視準軸是否水平的裝置。 基座:其作用是支撐儀器上部并連接腳架。 水準尺 尺墊,2.2.1 DS水準儀-望遠鏡,望遠鏡:其作用是瞄準目標并提供一條讀數的視線。 望遠鏡主要由物鏡、目鏡、調焦透鏡、十字絲分劃板等部件構成。 視準軸:十字絲中央交點與物鏡光心的連線。 望遠鏡的放大率:從望遠鏡內所看到的目標影像的視角與人眼直接觀察該目標的視角之比。DS3型水準儀望遠鏡的放大率一般為28倍。,2.2.1 DS水準儀-水準器,水準器用來指示儀器豎軸是否垂直和視準軸是否水平的裝置。 水準器分劃值水準器上每2mm弧長所對的圓心角值。 水準器有管水準器和圓水準器。 DS3型水準儀其水準器分劃值分別為20“/2mm 和 8/2mm。 水準管軸LL:過水準管零點所作水準管圓弧的切線。 圓水準器軸L0L0:過圓水準器零點的球面法線。,2.2.1 DS水準儀-水準器,2.2.1 DS水準儀-水準器,2.2.1 DS水準儀-基座,基座:其作用是支撐儀器上部并連接腳架。它主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構成。,2.2.2 水準尺1,是水準測量時使用的有刻度的標尺。 雙面尺、塔尺一般由優(yōu)質木材制成，也有用玻璃鋼或鋁合金制作的。 雙面尺多用于三、四等水準測量，長度有2m和3m兩種。 雙面尺的兩面均有刻劃，最小分劃值一般為cm。一面為黑白相間，起點均為0；另一面為紅白相間，起點不為0，而是一常數K，一對水準尺的K值一般相差0.1m：例如一根尺為4.687，則另一根尺常數為4.787。 塔尺用于等外水準測量，一般套接，展開后有3m和5m兩種。,2.2.2 水準尺2,2.2.3 尺墊,在轉點處放置水準尺，以標定臨時點的位置。它用生鐵鑄成，一般為三角形，中央有一突起的半球體，下方有三個支腳。用時將支腳牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形頂點作為豎立水準尺和標志轉點之用。,2.3 水準儀的使用,一、安置水準儀 二、粗略整平 三、瞄準水準尺 四、精平與讀數,2.3.1 安置水準儀,打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開儀器箱取出水準儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。,2.3.2 粗略整平,粗平是借助圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準軸粗略水平。在整平的過程中，氣泡的移動方向與左手大拇指運動的方向致。,2.3.3 瞄準水準尺,首先進行目鏡對光，即把望遠鏡對著明亮的背景，轉動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰。再松開制動螺旋，轉動望遠鏡，用望遠鏡筒上的照門和準星瞄準水準尺，擰緊制動螺旋。然后從望遠鏡中觀察；轉動物鏡對光螺旋進行對光，使目標清晰，再轉動微動螺旋，使豎絲對準水準尺。 當眼睛在目鏡端上下微微移動時，若發(fā)現十字絲與目標影像有相對運動，這種現象稱為視差。 產生視差的原因是目標成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會影響到讀數的正確性，必須加以消除。消除的方法是重新仔細地進行物鏡對光，直到眼睛上下移動，讀數不變?yōu)橹埂４藭r，從目鏡端見到十字絲與目標的像都十分清晰,2.3.4 精平與讀數1,眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準管氣泡，右手轉動微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準儀的視準軸已精確水平。這時，即可用十字絲的中絲在尺上 讀數。現在的水準儀多采用倒像望遠鏡，因此讀數時應從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數，然后報出全部讀數。 精平和讀數雖是兩項不同的操作步驟，但在水準測量的實施過程中，卻把兩項操作視為一個整體；即精平后再讀數，讀數后還要檢查管水準氣泡是否完全符合。只有這樣，才能取得準確的讀數,2.3.4 精平與讀數2,2.4水準測量的實施,水準點（Bench Mark）及水準測量路線形式 水準測量的實施 水準測量的檢核,2.4.1 水準點,用水準測量方法測定的高程控制點稱為水準點。水準點按其精度分為一、二、三、四等，按國家規(guī)范要求埋設永久性標石標志。 地形測量時需設置圖根水準點，施工測量時需設置施工水準點，它們可采用臨時性標志，如用木樁或道釘標示，或涂油漆標示。 簡記BM,圖上符號,2.4.2水準測量路線形式,閉合水準路線：從一高級水準點出發(fā)，經過測定沿線其它待定點高程，最后又回到原起始點的環(huán)形路線。 附合水準路線：從一高級水準點出發(fā)，經過測定沿線其它待定點高程，最后又附合到另一高級水準點的路線。 支水準路線：從一已知水準點出發(fā)，測定沿線其它待定點高程，不閉合也不附合，但為了校核必須往返測。 水準網：由多條單一水準路線相互連接構成的網狀路線。,2.4.3 水準測量的實施,方法：當欲測的高程點距水準點較遠或高差很大時，就需要連續(xù)多次安置儀器以測出兩點的高差。為測A、B點高差，在AB線路上增加1、2、3、4等中間點，將AB高差分成若干個水準測站。其中間點僅起傳遞高程的作用，稱為轉點，簡寫為TP。轉點無固定標志，無需算出高程。 分類： 等外水準測量 三、四等水準測量, 等外水準測量1,精度適用于圖根或一般工程測量。 在離已知水準點A適當距離處(一般不超過100m)選擇轉點1(編號ZD1或TP1)，安放尺墊，在A、1兩點上分別豎立水準尺，在兩點大致等距處安置水準儀，整平后瞄準后視點A，精平后讀出后視讀數為a1；再瞄準前視點1，精平后讀出前視讀數為b1，其高差計算如下，此為一個測站的觀測，其它測站也如此觀測，并記錄觀測數據填入水準測量手簿。 h1=a1-b1，h2=a2-b2，hn=an-bn h= a - b 為提高精度，一般采用“變更儀器高”法或者“雙面尺”法觀測, 等外水準測量2,2.4.4 水準測量檢核,測站檢核 變更儀器高/雙面尺 兩次高差之差=6mm 水準路線檢核（高差閉合差） 閉合水準路線 fh= h測 附合水準路線 fh= h測-(H終-H始) 支水準路線 fh= h往測+ h返,2.5 四等水準測量,精度適用于區(qū)域高程控制或施工控制測量。 主要技術指標 一個測站上的觀測記錄程序 測站檢核與計算,2.5.1 主要技術指標1,2.5.1 主要技術指標2,2.5.2一個測站上的觀測記錄程序1,雙面尺法一個測站上的觀測順序為（簡稱為后、前、前、后）： 照準后視尺黑面，讀取上、下、中絲讀數； 照準前視尺黑面，讀取上、下、中絲讀數； 照準前視尺紅面，讀取中絲讀數； 照準后視尺紅面，讀取中絲讀數（每次讀數前，注意精平）。 總共觀測記錄8個數據。至此，觀測程序完成，應立即進行測站計算，共計10個數據。檢核無誤后方可進行下一測站的工作。,2.5.2一個測站上的觀測記錄程序2,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+0. 6,-0. 1,6. 611,1. 825,前K2,1. 670,0. 580,-1. 190,-1. 091,后-前,30. 9,30. 8,+0. 7,+1. 3,6. 028,1. 340,前K1,1. 225,1. 333,+0. 215,+0. 116,后-前,23. 2,24. 5,-0. 6,-0. 6,5. 997,1. 209,前K2,1. 093,1. 646,+0. 450,+0. 551,后-前,23. 5,22. 9,d,d,下絲,下絲,上絲,上絲,紅面,黑面,前視距m,后視距m,-1. 0905,0,5. 421,0. 734,后K1,1. 979,0. 888,ZD2 ZD3,3,+0. 1155,0,6. 243,1. 456,后K2,1. 457,1. 578,ZD1 ZD2,2,K1= 4. 687 K2= 4. 787,+0. 5505,0,6. 447,1. 760,后K1,1. 328,1. 875,A ZD1,1,備 注,高差 中數 (m),黑紅面讀數差 K+黑-紅(mm),水準尺讀數,方向及 尺號,前尺,后尺,點 號,測站編號,=3mm,=80m,=5m,=10m,=5mm,2.5.3測站計算與檢核,每測站計算與校核如下： 1.視距計算 后、前視距離為：100（上絲-下絲），四等應小于80米； 后、前視距差為：d = 后視距離 - 前視距離 后、前視距差累積差為：d=前站d + 本站d 2.同一水準尺紅、黑面中絲讀數差的校核 同一水準尺紅、黑面中絲讀數之差，應等于該尺紅、黑面的常數差K(4.687或4.787)，即紅面中絲讀數=黑面中絲讀數 + K。 3. 黑、紅面所測高差的計算與校核 黑面高差=后視尺黑面中絲-前視尺黑面中絲 紅面高差=后視尺紅面中絲-前視尺紅面中絲 檢核：黑面高差=紅面高差0.100m，黑、紅面所測高差之差四等應小于5mm。 高差中數等于黑面高差加上加減0.100m后的紅面高差再除以 2。,2.6 水準測量的內業(yè)計算,1.高差閉合差的計算 2.高差閉合差的改正 3. 計算改正后高差 hi = hi+ Vi 4. 計算各點高程 H未= H已 + hi,2.6.1 高差閉合差的計算,水準路線的高差閉合差為： f h= h測 h理， 其應小于規(guī)定的容許數值，對于圖根水準來說， f h容 =40*sqrt(L)（平地） 對于閉合水準路線： h理=0，則f h= h測 對于附合水準路線： h理=(H終 H始) ，則 f h = h測 (H終 H始) 對于支水準路線：則 f h=h往 h返,2.6.2 高差閉合差的改正,高差閉合差的改正是按與距離或與測站數成正比反符號分配到各測段高差中。第 i測段高差改正數按下式計算： Vi =f h / LLi 或 Vi =f h / nni,2.6.3 實例,2.7水準儀的檢驗和校正,一、水準儀應滿足的軸線條件 圓水準器軸平行于儀器豎軸； 十字絲橫絲垂直于儀器豎軸； 水準管軸平行于視準軸。,2.7水準儀的檢驗和校正,二、水準儀的檢驗與校正 1.圓水準器的檢驗與校正 檢驗：安置儀器后，用腳螺旋調節(jié)圓水準氣泡居中。旋轉照準部180后，如氣泡仍居中，則滿足；否則需校正。 校正：用腳螺旋校正偏離長度的一半，再用圓水準器下面的三個校正螺絲校正另一半。反復檢驗與校正。 2.十字絲分劃板的檢驗與校正 檢驗：用十字絲橫絲對準一個點狀目標，水平制動螺旋制動后，用微動螺旋使十字絲橫絲左右移動，若點偏離，則需校正。 校正：打開目鏡端護蓋，松固定螺絲后，旋轉十字絲分劃板到正確位置。反復檢驗與校正。 3. 水準管的檢驗與校正 檢驗：在高差不大的相距約80米左右的地方固定A、B兩點，用變儀高法或雙面尺法精確測出兩點高差；然后將儀器搬至距其中一點最近的地方，再測兩點高差，若兩次高差值大于5mm，則需校正。 校正：根據近尺讀數和正確高差計算遠尺正確讀數，用微傾螺旋使遠尺為正確讀數后，此時水準管氣泡偏離中心位置，調節(jié)水準管校正螺絲使氣泡居中。,2.8水準測量誤差與注意事項,一、儀器誤差 1. 水準儀的誤差有視準軸與水準管軸不平行的誤差，望遠鏡調焦時運行誤差，可使前后視距相等加以消除。 2. 水準尺誤差包括水準尺尺長誤差、刻劃誤差及零點差等。一般可成對使用并使測站數為偶數站來減弱或消除其影響。 二、觀測誤差 1.水準管氣泡居中誤差其誤差為 2. 讀數誤差與人眼分辨能力、望遠鏡放大率及視線長度有關。 3. 水準尺傾斜誤差使讀數增大，觀測時須豎直尺，避免誤差。 三、外界條件影響產生的誤差 1. 儀器升沉采用“后、前、前、后”的觀測次序或往返測取高差平均值可基本消除其影響。 2. 尺墊升沉往返測取高差平均值可基本消除其影響。 3. 地球曲率與大氣折光誤差使前后視距相等加以消除。 4. 溫度變化的影響選擇有利的觀測時間；不使陽光直