水准测量.ppt
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1、学 习 要 点一、一、高程测量概念高程测量概念二、二、水准测量原理水准测量原理三、三、水准测量的仪器及使用水准测量的仪器及使用四、四、水准测量的方法水准测量的方法五、五、水准测量的成果计算水准测量的成果计算六、六、水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正七、七、水准测量的误差分析水准测量的误差分析八、八、精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺九、九、电子水准仪简介电子水准仪简介十、十、高程控制高程控制十一、十一、三三.四等水准测量方法四等水准测量方法4/13/20244/13/20241 11-1 1-1 高程测量概述高程测量概述 一、高程测量测量地面点高程的工作测量地面点高程的工作目的目的
2、:获得未知点的高程(一般是通过测出已知:获得未知点的高程(一般是通过测出已知点和未知点之间的高差,再根据已知点的高程计点和未知点之间的高差,再根据已知点的高程计算出未知点的高程)算出未知点的高程)分类分类:水准测量(精密高程测量)、三角高程测:水准测量(精密高程测量)、三角高程测量(经纬仪或电磁波测距仪)、气压高程测量量(经纬仪或电磁波测距仪)、气压高程测量(踏勘测量或路线勘测其精度较低)(踏勘测量或路线勘测其精度较低)水准原点水准原点 :直接由平均海水面测得高程的水准点直接由平均海水面测得高程的水准点4/13/20244/13/20242 24/13/20244/13/20243 31 1、
3、水准测量水准测量:利用水平视线来测量两点之间的高差。此方法施测简单,且精度较高施测简单,且精度较高,所以是高程测量中最主要的方法,被广泛应用于高程控制测量、工程勘测和各项施工测量中。2 2、三三角角高高程程测测量量:是通过测量两点之间的水平距离(或倾斜距离)和竖直角,然后利用三角公式计算出两点间的高差。此此方方法法的的精精度度受受各各种种条条件件的的限限制制,一一般只在适当的条件下才被采用。般只在适当的条件下才被采用。其其他他:气压高程测量、重力高程测量、摄影高程测量、GPS高程测量。二、高程测量的方法二、高程测量的方法4/13/20244/13/20244 4三、水准点及其等级三、水准点及其
4、等级三、水准点及其等级三、水准点及其等级 水水准准点点(Bench Bench MarkMark):通通过过水水准准测测量量建建立立的的高高程程控控制制点点,工程上常用工程上常用BMBM来标记,水准点来标记,水准点顶面顶面一般为一般为凸起状凸起状水准点的等级及埋设水准点的等级及埋设 国国家家水水准准点点分分为为(从从高高到到低低)一一、二二、三三、四四等等四四个个等等级级,按按规规范范要要求求埋埋设设永永久久性性标标石石标标记记。三三、四四等等水水准准点点一一般般用用混混凝凝土土标标石石制制成成,深深埋埋到到地地面面冻冻结结线线以以下下,在在标标石石的的顶顶面面设设有有用不锈钢或其它不易锈蚀的
5、材料制成的半球状标志。用不锈钢或其它不易锈蚀的材料制成的半球状标志。墙上水准点墙上水准点 图图根根水水准准点点和和一一些些施施工工测测量量使使用用的的水水准准点点常常采采用用临临时时性性标标志志,例如例如:木桩或牢固建筑物。木桩或牢固建筑物。4/13/20244/13/20245 5大铁钉打入地面,也可选取地面上突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶等再用红油漆标记。水准点的位置:宜选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。埋设水准点后,应绘出水准点的点之记。(a)(b)4/13/20244/13/20246 6基本原理基本原理水准测量的实质:测量两点之间的高差。水准测量的实质:测量两点之间的
6、高差。水准测量的基本原理:水准测量的基本原理:1-2 1-2 水准测量原理水准测量原理4/13/20244/13/20247 7利利用用水水准准仪仪建建立立一一条条严严格格水水平平视视线线,配配合合水水准准尺尺来来测测定定两两点点间间的的高高差差,从从而而由由已已知知点点的的高高程推算出未知点的高程。程推算出未知点的高程。lA A、B B两两点点的的高高差差为为:(利利用用水水准准仪仪提提供供的的水水平平视视线线,分分别别读读取取A A点点水水准准尺尺上上的的读读数数a a和和B B点点的的读数读数b b)如果如果A A点是已知高程点,点是已知高程点,B B点是待求高程点。则点是待求高程点。则
7、B B点高程为点高程为:ab一、高差法一、高差法4/13/20244/13/20248 8则:则:v 高差高差=后视读数后视读数 -前视读数前视读数 观观测测者者站站在在仪仪器器处处,面面向向前前进进方方向向,面面前前所所立立尺尺为为前视,背后所立尺为后视。前视,背后所立尺为后视。v 高差的符号高差的符号 高差的正负号反映两点的高低关系高差的正负号反映两点的高低关系 高差的正负号又与测量前进的方向有关高差的正负号又与测量前进的方向有关 h hABAB=h hBABA4/13/20244/13/20249 9 连续水准测量:在两点间连续地多次安置仪器所进连续水准测量:在两点间连续地多次安置仪器所
8、进行的水准测量。行的水准测量。图中测站:安置仪器的点(在图中图中测站:安置仪器的点(在图中、为安置仪器点)为安置仪器点)转点:(转点:(Turning PointTurning Point)常简写为:常简写为:TPTP,是传递高程的点(是传递高程的点(1 1、2 2 )。)。4/13/20244/13/20241010在转点上先有前视读数后有后视读数。假设在转点上先有前视读数后有后视读数。假设A A点高程已知为点高程已知为H HA A,各测各测站测得的高差为站测得的高差为h hn n,则有:,则有:hAB为为A A、B B两点间测得的高差,两点间测得的高差,则:未知点则:未知点B B的高程为的
9、高程为:高差的计算检核:高差的计算检核:a ab=hb=hABAB 高程的计算检核:高程的计算检核:H HB BH HA A=hAB4/13/20244/13/20241111二、仪高法测量二、仪高法测量二、仪高法测量二、仪高法测量 适用场合适用场合:根据一个后视点的高程同时测定多个未知点:根据一个后视点的高程同时测定多个未知点的高程。常用于纵断面测量、土石方测量。的高程。常用于纵断面测量、土石方测量。仪高法仪高法:仪器的视线高:仪器的视线高:H Hi i=H=HA A+a+a 待求点高程:待求点高程:H H B B=H=Hi i b=b=(H HA A+a+a)b b 中中间间点点:在在测测
10、量量过过程程中中不不起起传传递递高高程程作作用用的的高高程程待待求求点点,这这些些点点上上只只有有一一个个前前视视读读数数C,C,也也称称“中中视视读读数数”。其其高程:高程:4/13/20244/13/20241212如图如图 中间点高程中间点高程=仪器的视线高仪器的视线高 -中视读数中视读数置镜置镜点:点:H HP1P1=(H HA A+a+a1 1)-C-C1 ;1 ;H HP2P2=(H HA A+a+a1 1)-C-C2 2 H HTP1TP1=(H HA A+a+a1 1)-b-b1 1置镜置镜 II II 点:点:H HP3P3=(H HTP1TP1+a+a2 2)-C-C3 3
11、;H HP4P4=(H HTP1 TP1+a+a2 2)-C-C4 4;H HTP2TP2=(H HTP1TP1+a+a2 2)-b-b2 2;4/13/20244/13/202413131-3 1-3 水准测量的仪器及其使用水准测量的仪器及其使用 一、水准仪的种类 1 1、光学水准仪:光学水准仪:微倾式水准仪微倾式水准仪 :用水准管来获得水平视线;:用水准管来获得水平视线;自动安平水准仪:用补偿器来获得水平视线。自动安平水准仪:用补偿器来获得水平视线。2 2、电子水准仪、电子水准仪 二、水准仪按仪器精度分:DSDS0.50.5、DSDS1 1、DSDS3 3、DSDS1010、DSDS202
12、0五五个个等等级级。D D、S S分分别别是是“大大地地”和和“水水准准仪仪”汉汉语语拼拼音音的的第第一一个个字字母母,数数字字0.5 0.5、1 1、3 3、10 10、2020表表示示该该仪仪器器的的精精度度(每每公公里里往往、返水准测量误差返水准测量误差/毫米)毫米)DSDS0.50.5 和和DSDS1 1 用于精密水准测量,用于精密水准测量,DSDS3 3 用于一般工程水准测用于一般工程水准测量,量,DSDS1010、DSDS2020则用于简易水准测量。则用于简易水准测量。4/13/20244/13/20241414 用干燥优质木材或合金制成,要求尺长稳定,刻划准确。最最常用的有双面尺
13、和塔尺两种。常用的有双面尺和塔尺两种。双双面面尺尺多多用用于于三三、四四等等及及以以下下精精度度的的水水准准测测量量(红红面面尺尺底底零零点点差差为为46874687或或4787mm4787mm,一一般般用用于于测站检核)。测站检核)。塔塔尺尺用用三三节节或或五五节节套套接接在在一一起起,能能伸伸缩缩,携携带带方方便便。一一般般尺尺长长为为5m5m,尺尺的的底底部部为为零零点点,尺尺面面绘绘有有1cm1cm或或5mm5mm黑黑白白相相间间的的分分格格,米和分米处注米和分米处注有数字。有数字。三、水准尺和尺垫三、水准尺和尺垫4/13/20244/13/20241515 尺垫是在转点上放置水准尺垫
14、是在转点上放置水准尺用的,尺用的,尺垫可使转点稳固,尺垫可使转点稳固,防止下沉。防止下沉。用钢板或铸铁制成,一般用钢板或铸铁制成,一般为三角形,中央有一突出的为三角形,中央有一突出的半球体,下方有三个尖脚。半球体,下方有三个尖脚。用时把三个尖脚用力踩入用时把三个尖脚用力踩入土中,把水准尺立在突出的土中,把水准尺立在突出的圆顶上。圆顶上。尺尺垫垫4/13/20244/13/20241616DS3微倾式水准仪的构造四、四、DS3DS3微倾式水准仪的构造及使用微倾式水准仪的构造及使用4/13/20244/13/20241717 作用:它可以提供视线,并可读作用:它可以提供视线,并可读出远处水准尺上的
15、读数出远处水准尺上的读数 构造:物镜、目镜、对光透镜和构造:物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板。十字丝分划板。(1 1)物镜:使目标的成像落在十字丝板前后。物镜:使目标的成像落在十字丝板前后。(2 2)调焦透镜:使目标的成像与十字丝重合。调焦透镜:使目标的成像与十字丝重合。(3 3)目镜:放大十字丝和目标的成像。目镜:放大十字丝和目标的成像。(4 4)十字丝分划板:十字丝分划板:竖丝竖丝 是为了瞄准目标,是为了瞄准目标,中丝中丝(单丝或楔形丝)(单丝或楔形丝)读取读数。读取读数。视距丝视距丝 上、下短丝,用于测距。上、下短丝,用于测距。视准轴视准轴(即视线):(即视线):十字丝交点与物镜光心的
16、连线,十字丝交点与物镜光心的连线,它是水准它是水准仪的主要轴线之一。仪的主要轴线之一。DSDS3 3水准仪水准仪望远镜放大率望远镜放大率一般为一般为3030倍倍。1 1、望、望 远远 镜镜4/13/20244/13/20241818 管水准器(水准管):反映视线是否水平,用于精平。反映视线是否水平,用于精平。水水准准管管的的零零点点:管管面面上上刻刻有有间间隔隔为为2mm的的分分划划线线,分分划划线线的的对对称称中中心心O称称为零点。为零点。水准管轴(LL):过零点与管内壁纵向相切的直线。:过零点与管内壁纵向相切的直线。当当气气泡泡的的中中心心点点与与零零点点重重合合时时,称称气气泡泡居居中中
17、,此此时时水水准准管管轴轴位位于于水水平平位位置置,即即视线水平。视线水平。若气泡不居中,则水准管轴处于倾斜位置,若气泡不居中,则水准管轴处于倾斜位置,视线不水平。视线不水平。2 2水准器(管水准器和圆水准器)水准器(管水准器和圆水准器)4/13/20244/13/20241919定义:水水准准管管2mm2mm的的弧弧长长所所对对圆圆心心角角,(即即气气泡泡每每移移动动一一格格时时,水准管轴所倾斜的角值),称为分化值。水准管轴所倾斜的角值),称为分化值。水水准准管管分分划划值值的的大大小小反反映映了了仪仪器器置置平平精精度度的的高高低低。水水准准管管曲曲率率半径越半径越大大,分化值越小,则水准
18、管灵敏度越高。,分化值越小,则水准管灵敏度越高。DSDS3 3 型水准管分划值一般为型水准管分划值一般为2020/2mm/2mm。l符合水准器符合水准器l当当两两半半气气泡泡影影像像“符符合合”为为圆圆弧弧时时,表表明明管管水水准准气气泡泡精精确确居居中中。这是这是正确读取水准尺读数的前提正确读取水准尺读数的前提!3 3 3 3、水准水准水准水准管分划值管分划值管分划值管分划值左边气泡左边气泡影像的移影像的移动方向与动方向与微倾螺旋微倾螺旋的转动方的转动方向一致向一致避免惯性使然避免惯性使然4/13/20244/13/20242020圆圆水水准准器器:一一个个封封闭闭的的圆圆形形玻玻璃璃容容器
19、器,顶顶面面内内壁壁是是球球面面,球球面面中中央有一圆圈,圆圈圆心就是零点。央有一圆圈,圆圈圆心就是零点。圆水准器轴:通过零点和球心的连线。圆水准器轴:通过零点和球心的连线。当圆水准器气泡居中时,圆水准轴当圆水准器气泡居中时,圆水准轴LLLL铅锤、仪器竖轴铅锤、仪器竖轴VVVV铅锤。铅锤。圆圆水水准准器器的的分分划划值值:气气泡泡中中心心偏偏离离零零点点2mm2mm的的弧弧长长所所对对圆圆心心角角的的大小。大小。DSDS3 3水准仪圆水准器分划值水准仪圆水准器分划值一般为一般为5 5 1010/2mm/2mm。由于它。由于它的精度较低,故只用于仪器的精度较低,故只用于仪器的粗略整平。的粗略整平
20、。4 4、圆水准器:反映竖轴是否竖直,用于粗平、圆水准器:反映竖轴是否竖直,用于粗平4/13/20244/13/202421215.5.基基 座座用用于于整整平平仪仪器器,它它支支撑撑仪仪器器的的上上部部,使使其其在在水水平平方方向向上上转动,并通过连接螺旋与三脚架连接。转动,并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、三角压板和底板构成。基座主要由轴座、脚螺旋、三角压板和底板构成。调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中,即:使仪器调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中,即:使仪器粗略整平。粗略整平。4/13/20244/13/202422226 6 6 6、DS3DS3DS3DS3微倾式
21、水准仪的使用微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用 微微倾倾式式水水准准仪仪的的使使用用包包括括:()安置仪器、()粗略整平、()瞄准水准尺、()精平与读数等操作步骤。等操作步骤。1安置仪器 在测站上安置三脚架,架头大致水平。在测站上安置三脚架,架头大致水平。用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。2粗略整平(粗平)粗粗平平概概念念:用用脚脚螺螺旋旋使使圆圆水水准准器器的的气气泡泡居居中中,使使仪仪器器竖竖轴轴大大致铅直,从而使视准轴粗略水平。致铅直,从而使视准轴粗略水平。气气泡泡的的移移动动方方向向:与与左左手手大大拇拇指指(右右手手的
22、的食食指指)运运动动的的方方向向一致一致 操操作作:如如图图所所示示(脚脚螺螺旋旋顺顺时时针针转转动动该该端端升升高高,逆逆时时针针转转动动该端降低,气泡移向高处)该端降低,气泡移向高处)4/13/20244/13/20242323l操作:操作:w气气泡泡未未居居中中而而位位于于a a 处处,则则先先按按图图上上箭箭头头所所指指的的方方向向用用两两手手相对转动脚螺旋,使气泡移到相对转动脚螺旋,使气泡移到b b的位置。的位置。w然后单独转动另一脚螺旋使气泡居中。如有偏差可重复进行然后单独转动另一脚螺旋使气泡居中。如有偏差可重复进行。图图2-144/13/20244/13/202424246 6
23、6 6瞄准水准尺瞄准水准尺瞄准水准尺瞄准水准尺 目镜对焦:先转动目镜对光螺旋,使十字丝的成像清晰。目镜对焦:先转动目镜对光螺旋,使十字丝的成像清晰。粗粗略略瞄瞄准准:缺缺口口、准准星星、目目标标(尺尺)三三点点一一线线,制制动动望望远镜。远镜。物物镜镜调调焦焦(对对光光):转转动动物物镜镜调调焦焦螺螺旋旋,使使目目标标成成像像清清晰则消除视差。晰则消除视差。精精确确照照准准:转转动动水水平平微微动动螺螺旋旋使使目目标标的的中中心心与与竖竖丝丝重重合合(或在竖丝附近)(或在竖丝附近)注意:瞄准水准尺时必须消除视差。注意:瞄准水准尺时必须消除视差。4/13/20244/13/20242525 视视
24、差差:观观测测者者的的眼眼睛睛在在目目镜镜端端上上下下移移动动时时,物物像像与与十十字字丝丝间间有相对运有相对运动的现象,叫十字丝视差,简称视差。动的现象,叫十字丝视差,简称视差。视差产生的原因及消除的方法:视差产生的原因及消除的方法:产生视差的原因产生视差的原因:尺像未正确落在十字丝分划板平面上。尺像未正确落在十字丝分划板平面上。消除的方法:重新调焦(物镜)消除的方法:重新调焦(物镜)4/13/20244/13/20242626精精平平:转转动动微微倾倾螺螺旋旋使使符符合合水水准准管管气气泡泡居居中中(影影像像符合)。符合)。读读数数:用用十十字字丝丝横横丝丝切切尺尺上上的的刻刻划划直直接接
25、读读出出米米、分分米米和和厘厘米米数数,并并估估读读出出毫毫米米数数,保保证证每每个个读读数数均均为为四四位位数数,即即使使某某位位数数是是零零也不可省略。也不可省略。读数方法:读数方法:由小到大的原则由小到大的原则(倒像仪器时由上而下读取)(倒像仪器时由上而下读取)。图图中中的读数为的读数为:1.258m。7 7精平、读数、符合精平、读数、符合4/13/20244/13/20242727五、自动安平水准仪五、自动安平水准仪l用设置在望远镜内的自动补偿器代替水准管而自动获得水平视线的水准仪。l观测时,用圆水准器使仪器粗略整平后,点触补偿器按钮,即可直接读取水平视线读数。l具有观测速度快、精度高
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