《4高程測量》培訓(xùn)課件

4高程測量4.1水準測量原理4.2水準測量儀器與工具4.3水準儀的使用4.4水準測量方法4.5水準測量數(shù)據(jù)處理4.6水準測量的誤差及其消減方法4.7三角高程測量

1.水準測量基本原理水準儀——水平視線，水平視線截取標尺讀數(shù)水準測量方向——A→BA尺——后視尺，

a——后視讀數(shù)B尺——前視尺，

b——前視讀數(shù)4.1水準測量原理A→B高差hAB=a－bA點高程HA已知，求出B點高程HB=HA＋hAB視線高程——Hi=HA＋aB點高程——HB=Hi－b常用于施工測量，放樣點的高程。2.連續(xù)水準測量A，B兩點相距較遠時，連續(xù)水準測量中間設(shè)置轉(zhuǎn)點(TP)，放置尺墊h1=a1－b1，h2=a2－b2，h3=a3－b3,……,hn=an－bnhAB=h1＋h2＋h3＋……＋hn=ΣhihAB=Σai－Σbi3.水準點等級——一、二、三、四等、圖根水準(五等)一/二等——精密水準，三/四等——普通水準為統(tǒng)一全國高程系統(tǒng)，滿足各種測量需要測繪部門在全國各地埋設(shè)并測定了很多高程點水準點(BM)——墻腳點，地面點。不銹鋼強上水準點標志4.水準路線水準點之間進行水準測量所經(jīng)過的路線附合水準路線，閉合水準路線，支水準路線水準網(wǎng)：若干條單一水準路線相互連接構(gòu)成的圖形。

水準儀，水準尺，尺墊。1水準儀的構(gòu)造1）微傾式水準儀

4.2水準測量儀器與工具調(diào)整微傾螺旋→管水準氣泡居中→水平視線水準儀構(gòu)件——望遠鏡、水準器、基座(1)望遠鏡作用——照準豎立水準尺，讀取水準尺讀數(shù)組成——物鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡倒像望遠鏡，正像望遠鏡視準軸CC——物鏡中心與十字絲分劃板中心連線中絲——讀取視準軸CC與標尺交點的讀數(shù)上下絲——讀取水準儀到標尺的距離(視距)倒像望遠鏡，從上→下讀m位，dm位——直讀標尺數(shù)字或標記cm位——數(shù)格子，mm位——估讀紅黑面讀數(shù)差為6295－1608=4687十字絲分劃板——安裝在金屬圓環(huán)上用四顆校正螺絲固定在望遠鏡筒上倒像望遠鏡成像原理放大倍數(shù)——V=β÷αDS3水準儀——V=28×視差：標尺像未成在十字絲分劃板面引起讀數(shù)誤差消除：望遠鏡對準天空，或明亮背景旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲分劃板清晰望遠鏡對準標尺旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使標尺像清晰望遠鏡對準天空，或明亮背景旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲分劃板清晰望遠鏡對準標尺，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋使標尺像清晰(正像)(2)水準器——圓水準器，管水準器圓水準器軸L'L'——內(nèi)圓弧中點的法線氣泡居中，L'L'鉛垂圓水準器格值τ——內(nèi)圓弧2mm弧長所對圓心角DS3的τ

=8'~10'圓水準器軸L'L'∥豎軸VV，粗略整平儀器。管水準器軸LL——內(nèi)圓弧中點切線氣泡居中，LL水平管水準器格值τ——內(nèi)圓弧2mm弧長所對圓心角DS3的τ

=20"管水準器軸LL∥望遠鏡視準軸CC,精確整平儀器2）自動安平水準儀區(qū)別：沒有水準管和微傾螺旋自動安平原理：在望遠鏡光路中安置一個補償器，使水平視線在望遠鏡分劃板上所成的像點位置折向望遠鏡十字絲中心。圓水準器目鏡

重力補償器物鏡圓水準器粗平，視準軸相對水平面有微小傾斜角α無補償器時，水準尺讀數(shù)——a'有補償器時，使進入十字絲分劃板光線偏轉(zhuǎn)α角正確讀數(shù)光線經(jīng)補償器后通過十字絲分劃板橫絲任能讀出視線水平時的正確讀數(shù)——a南方測繪DSZ3自動安平水準儀3）電子水準儀電子水準儀功能：①具有自動安平功能；②自動顯示水平視線讀數(shù)和視距；通過物鏡獲取水準尺圖象，通過儀器的圖像處理系統(tǒng)，將圖象信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示，和數(shù)據(jù)記錄；③能與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。因此，基本避免了人為的觀測誤差（視差、水準器精平誤差、瞄準誤差、讀數(shù)誤差和記錄差錯）。結(jié)構(gòu)：電子水準儀的望遠鏡光學(xué)部分和機械結(jié)構(gòu)與光學(xué)自動安平水準儀基本相同，較自動安平水準儀多了調(diào)焦發(fā)送器、補償器監(jiān)視、分光鏡和行陣探測器八個部件。原理：電子水準儀攝入條形編碼后，可將編了碼的水準尺影像通過望遠鏡成像在十字絲平面上，將條碼圖像轉(zhuǎn)變成電信號后傳送給信息處理機，通過儀器內(nèi)的標準代碼（參考信號）進行比對。比對十字絲中央位置周圍的視頻信號，通過電子放大、數(shù)字化后，可得到望遠鏡中絲在標尺上的讀數(shù)。徠卡DNA03精密數(shù)字水準儀望遠鏡光路中增加分光鏡和光電探測器條形碼分劃水準尺，圖像處理電子系統(tǒng)光、機、電及信息存儲處理一體化水準測量系統(tǒng)徠卡DNA03中文數(shù)字精密水準儀(2002年)2水準尺和尺墊(1)水準尺——2m~5m，四種類型，常用直尺直尺——A、B尺,兩把一對,黑、紅兩面分劃與注記A尺——黑面分劃0~3m，紅面分劃4.687m~7.687mB尺——黑面分劃0~3m，紅面分劃4.787m~7.787mA、B尺黑面注記零點差——0紅面注記零點差——0.1m

銦瓦水準尺木質(zhì)尺身凹槽內(nèi)引張銦瓦合金鋼帶零點端固定在尺身另一端用彈簧以一定拉力引張在尺身銦瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形影響長度分劃在銦瓦合金鋼帶上數(shù)字注記在木質(zhì)尺身上N3,DS05精密水準儀配套銦瓦水準尺右邊為基本分劃，零點——0m左邊為輔助分劃，零點——3.0155m2m3m2375mm1150mm0710mm正像望遠鏡觀測標尺讀數(shù)(2)尺墊——轉(zhuǎn)點放置水準尺用生鐵鑄成的三角形板座。1.微傾式水準儀的使用水準測量操作：粗平→瞄準水準尺→精平→讀數(shù)(1)粗平——旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準器氣泡居中4.3水準儀的使用(2)瞄準：先目鏡對光，再物鏡對光，消除視差粗略瞄準：松開制動螺旋，照準標尺使準星、照門、標尺在一直線上精確瞄準：擰緊制動螺旋，從望遠鏡觀察標尺像旋轉(zhuǎn)微動螺旋，使十字絲豎絲位于標尺中央(3)精平：旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準氣泡居中管水準氣泡偏離中點較大，旋轉(zhuǎn)微傾螺旋時從儀器側(cè)窗觀察管水準氣泡的移動，使其大致居中再從管水準器觀察窗口查看符合情況(4)讀數(shù)：倒像望遠鏡，從上→下讀m位，dm位——直讀，標尺數(shù)字或標記cm位——數(shù)格子，mm位——估讀，紅黑面讀數(shù)差為6295－1608=46872.自動安平水準儀的使用操作程序：安置儀器——粗略整平——瞄準水準尺——讀數(shù)讀數(shù)時應(yīng)注意觀察自動報警窗的顏色，如果全窗為綠色可以讀數(shù)，如果任意一端出現(xiàn)紅色，說明儀器傾斜量超出自動安平補償范圍，需重新整平儀器方可讀數(shù)。3.電子水準儀的使用電子水準儀用鍵盤和測量鍵來操作。啟動儀器進入工作狀態(tài)后，根據(jù)選項設(shè)置合適的測量模式，人工完成安置、粗平與瞄準目標（條形編碼水準尺）后，按下測量鍵后約3-4s即顯示出測量結(jié)果，測量結(jié)果可儲存在儀器內(nèi)或通過電纜連接存入機內(nèi)記錄器中。1.普通水準測量方法測站檢核——每站高差觀測兩次以檢核觀測數(shù)據(jù)的正確性(1)兩次儀器高法兩次不同儀器高度的水平視線——(改變儀器高度>10cm)測定相鄰兩點間的高差，圖根水準測量兩次高差之差≤5mm，否則應(yīng)重測。4.4水準測量方法(2)雙面尺法讀取每一把水準尺的黑面和紅面分劃讀數(shù)前、后視尺的黑面讀數(shù)算出一個高差前、后視尺的紅面讀數(shù)算出另一個高差黑、紅兩面高差之差≤5mm，否則應(yīng)重測①瞄準后視點水準尺黑面分劃→精平→讀數(shù)②瞄準后視點水準尺紅面分劃→精平→讀數(shù)③瞄準前視點水準尺黑面分劃→精平→讀數(shù)④瞄準前視點水準尺紅面分劃→精平→讀數(shù)上述觀測順序簡稱為“后—后—前—前”。1）測站觀測程序①已知點作為后視，路線上選適當距離處設(shè)轉(zhuǎn)點為前視，分別立尺；②前后視的中點處設(shè)站，安置儀器，粗平；③瞄準后視尺黑面，精平后下、上、中絲讀數(shù)；④再瞄準前視尺黑面，精平后下、上、中絲讀數(shù)；（記錄員計算黑面前后視高差）。⑤前視尺轉(zhuǎn)為紅面，中絲讀數(shù)；（檢核K+黑－紅）。⑥再瞄準后視尺紅面，中絲讀數(shù)；（檢核K+黑－紅；計算記錄員計算紅面前后視高差）。⑦檢核黑紅面高差之差，如不超限，移至下一站。

2.三、四等水準測量觀測順序──后前前后/黑黑紅紅2）記錄、計算與檢核

規(guī)定：①黑面讀數(shù)＋4687/4787－紅面讀數(shù)≤±2mm（三等）、3mm（四等）②黑面高差－紅面高差≤±3mm（三等）、5mm（四等）。3）一測站計算與檢核①視距計算與檢核根據(jù)前、后視的上、下絲讀數(shù)計算前、后視的視距(9)和(10)：后視距離(9)=[(1)-(2)]/10，前視距離(10)=[(4)-(5)]/10計算前、后視距差(11)，(11)=(9)-(10)計算前、后視視距累積差(12)，(12)=上站(12)+本站(11)②水準尺讀數(shù)檢核同一水準尺黑面與紅面讀數(shù)差的檢核：(13)=(6)+K1-(7)(14)=(3)+K2-(8)K為雙面水準尺的紅面分劃與黑面分劃的零點差（本例，K1=4787mm,K2=4687mm)。③髙差計算與檢核按前、后視水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)分別計算一站高差：黑面高差（15)=[(3)-(6)]紅面高差（16)=[(8)-(7)]紅黑面高差之差（17)=(15)-[(16)±100]=(14)-(13)平均高差(18)=[(15)+(16)]/2/1000④每頁水準測量記錄計算檢核高差檢核：∑（3）-∑（6）=∑（15）∑（8）-∑（7）=∑（16）[∑（15）-∑（16）]/1000±0.1=2∑（18）視距差檢核：∑（9）-∑（10）=本頁末站（12）-前頁末站（12）本頁總視距：∑（9）+∑（10）根據(jù)已知水準點高程，水準路線高差觀測值分配高差閉合差，算出未知點的高程附合水準路線閉合差——fh=Σhi－(H終－H起)閉合水準路線閉合差——fh=Σhi－0=Σhi

支水準路線閉合差——fh=Σh往＋Σh返圖根水準高差閉合差允許值fh允平坦地區(qū)——

fh允=±40√L(mm)

山地——fh允=±12√n(mm)fh≤fh允時，可以分配高差閉合差原則——反號，路線長Li或測站數(shù)ni比例分配高差改正數(shù)Vi公式——4.5水準測量數(shù)據(jù)處理[例4-1]為求待定點1，2，3點的高程按圖根水準測量的要求，沿BM－A和BM－B路線施測了一條附合水準路線。計算高差閉合差fh≤限差fh允fh=Σhi－(HB－HA)=4.330－(49.579－45.286)=4.330－4.293=0.037m=37mm

fh允=±40√L=±40√7.4=±109mmfh<fh允，可分配閉合差。儀器誤差、觀測誤差，外界環(huán)境的影響1.儀器誤差(1)水準儀校正后的誤差i角誤差(>20"才需校正)，保持前、后視距相等(2)水準尺誤差檢驗水準尺每米間隔平均真長與名義長之差區(qū)格式木質(zhì)標尺，應(yīng)≤0.5mm否則，應(yīng)在所測高差中進行米真長改正一對水準尺的零點差在一水準測段的觀測中安排偶數(shù)個測站予以消除。4.6水準測量的誤差及其削減方法2.觀測誤差

(1)符合水準氣泡居中誤差設(shè)分劃值τ"

=20"/2mm，視線長為100m氣泡偏離居中位置0.5格引起讀數(shù)誤差——5mm

每次讀尺前應(yīng)嚴格居中管水準氣泡。(2)水準尺估讀誤差mm位——十字絲橫絲在標尺cm分劃內(nèi)位置估讀望遠鏡內(nèi)看到的橫絲寬度相對cm分劃格寬度比例決定估讀精度讀數(shù)誤差與望遠鏡的放大倍數(shù)及視線長有關(guān)視線愈長，讀數(shù)誤差愈大規(guī)范規(guī)定,DS3水準儀,四等水準測量,視線長≤100m

(3)視差誤差水準尺像未準確成在十字絲分劃板面上造成眼睛的觀察位置不同時讀出的標尺讀數(shù)也不同，由此產(chǎn)生讀數(shù)誤差按操作規(guī)定進行目鏡對光，物鏡對光。(4)水準尺的傾斜誤差讀數(shù)時，水準尺應(yīng)豎直水準尺前后傾斜時，望遠鏡視場不會察覺引起水準尺讀數(shù)總是偏大視線高度愈大→誤差愈大水準尺上安裝圓水準器→保證尺子豎直。3.外界環(huán)境影響(1)儀器下沉和水準尺下沉儀器或水準尺安置在軟土或植被→產(chǎn)生下沉“后—前—前—后”觀測順序，削弱儀器下沉影響往返觀測取觀測高差中數(shù)，削弱尺墊下沉影響(2)大氣折光晴天，日光照射下，地面溫度較高靠近地面空氣溫度也高，其密度較上層為稀水準儀的水平視線離地面越近，光線折射越大規(guī)范規(guī)定：三、四等水準,上、中、下三絲能讀數(shù)二等水準——下絲讀數(shù)≥0.3m(3)溫度影響日光照射水準儀儀器各構(gòu)件受熱不勻引起不規(guī)則膨脹影響儀器軸線間的正常關(guān)系(如i角變化)→觀測誤差觀測時注意撐傘遮陽。1.三角高程測量原理地形高低起伏、兩點間高差較大時，不便于水準測量，用三角高程測量測量兩點間平距/斜距及豎直角。三角高程測量原理是根據(jù)測站與待測點兩點間的水平距離D或斜距S和測站向目標點所觀測的豎直角α來計算兩點間的高差

h=Dtanα+i－v4.7三角高程測量(1)地球曲率改正數(shù)f1(2)大氣折光改正數(shù)f2受重力影響地球表面低層空氣密度>高層空氣密度當豎直角觀測視線穿過密度不均勻介質(zhì)將形成一條上凸曲線使視線的切線方向向上抬高測得的豎直角偏大該現(xiàn)象為大氣垂直折光

將受大氣垂直折光影響視線看成半徑為R/k的近似