测量第三章.pptx

第三章第三章 高程测量高程测量内容提要：3.1 3.1 水准测量原理与仪器操作水准测量原理与仪器操作3.2 S33.2 S3级微倾式水准仪的构造与使用级微倾式水准仪的构造与使用3.33.3 普通水准测量普通水准测量3.43.4 其他类型水准仪器其他类型水准仪器3.53.5 三角高程测量三角高程测量u高程测量概念高程测量概念（Height Measurement）根据已知点高程，测定该点与未知点根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的的高差，然后计算出未知点的高程的方法。方法。u高程测量的方法分类高程测量的方法分类1、水准测量、水准测量(leveling)2、三角高程测量、三角高程测量(trigonometric leveling)3、气压高程测量、气压高程测量(air pressure leveling)4、GPS测量。测量。(GPS leveling)一一.基本原理基本原理 利用水准仪提利用水准仪提供的供的“水平视线水平视线”，测量两点间，测量两点间高差，从而由已高差，从而由已知点高程推算出知点高程推算出未知点高程。未知点高程。大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向2.1 水准测量原理水准测量原理A后视点后视点 a后视读数后视读数B前视点前视点 b前视读数前视读数1 1、A A、B B两点间高差两点间高差2.B2.B点的高程点的高程3.3.视线高程视线高程大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向n n由水准测量的原理可知：水准测量的基本要求是：1、水准仪提供的视线必须水平；2、水准尺必须竖直。n n高差=后视读数-前视读数n n水准测量的方法包括：高差法：利用高差计算待定点高程；仪高法：利用仪器视线高计算待定点高程。hAB=h1+h2+hn =(a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n)=a-a-b b4.转点TP(turning point)的概念 若若A A、B B 两点间布设一些过渡点两点间布设一些过渡点（转点）（转点）1 1、2 2、3 3，将其分为，将其分为n n段，段，则用水准仪分别测得各段高差为则用水准仪分别测得各段高差为h h1 1，h h2 2 h hn n，则有：，则有：1、望远镜、望远镜(telescope)u物镜物镜u目镜目镜u十字丝（上、中、下丝）十字丝（上、中、下丝）三个部分组成。三个部分组成。3.2 S33.2 S3级微倾式水准仪的构造与使用级微倾式水准仪的构造与使用（一）水准仪(level)构造构造 u圆水准器圆水准器(circular bubble)：用于整平。：用于整平。u水准管水准管(bubble tube)：用于精平。用于精平。特性：气泡始终向高处移动。特性：气泡始终向高处移动。3、基座、基座(tribrach)2、水准器、水准器(bubble)（二）水准尺(leveling staff)主要有单面尺、双面尺和塔尺。1 1、尺面分划为、尺面分划为1cm1cm，每，每10cm10cm处（处（E E字形刻划字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。的尖端）注有阿拉伯数字。2 2、双面尺的红面尺底刻划：一把为、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm4687mm，另一把为另一把为4787mm4787mm。（三）尺垫（三）尺垫(staff plate)放在转点上，以防水准尺下沉。放在转点上，以防水准尺下沉。三.水准仪的使用操作程序：操作程序：粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数（一）粗平（一）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1方法：方法：对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋1 1、2 2使气泡移至使气泡移至1 1、2 2方方向中间向中间转动脚螺旋转动脚螺旋3 3，使气泡居中。，使气泡居中。水准仪的使用水准仪的使用图形：粗平的操作方法示意图图形：粗平的操作方法示意图 a a123b b312c c3122 2规律：规律：气泡移动方向与气泡移动方向与左手大拇指左手大拇指运动的方向一致。运动的方向一致。（二）（二）瞄准瞄准1 1方法：方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2 2视差：视差：n n概念：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。像有相对运动。n n产生原因：产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。n n消除方法：消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。（三）精平（三）精平1、方法：、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。管气泡成像抛物线符合。2、说明：、说明：自动安平水准仪（自动安平水准仪（compensator compensator levellevel），不需进行精平。），不需进行精平。（四）读数（四）读数 精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1 1方法：方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。尺面上的格数，毫米估读。2 2规律：规律：读数在尺面上由小到大的方向读。读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。即从下往上读。图形：水准仪读数实例4.4.水准仪读数实例水准仪读数实例6.2526.2521.4771.4770.7250.725 bc a3.33.3 普通水准测量普通水准测量一、水准点(Bench Mark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用准点，一般用准点，一般用准点，一般用BMBM表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。水准点示意图水准点示意图水准点示意图水准点示意图二、水准路线二、水准路线(leveling line)1 1闭合水准路线闭合水准路线(closed leveling line)(closed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM1BM12 2附合水准路线附合水准路线(annexed leveling line)(annexed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM2BM23 3支水准路线支水准路线(spur leveling line)(spur leveling line)由已知点由已知点BM1BM1某一待定水准点某一待定水准点A A。图形：水准路线布设形式图形：水准路线布设形式3.3.支水准路线支水准路线BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.闭合水准路线闭合水准路线2.2.附合水准路线附合水准路线BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3三、水准测量的实施（外业）三、水准测量的实施（外业）1 1、观测要求、观测要求 BMABMB1.444 1.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8220.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=+0.118=+0.118前进方向1.1341.677TP1h h1 1=-0.543=-0.543（1 1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2 2）为及时发现错误，通常采用）为及时发现错误，通常采用）为及时发现错误，通常采用）为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法两次仪器高法两次仪器高法两次仪器高法”或或或或 “双面尺双面尺双面尺双面尺法法法法”。两次仪器高法：高差之差两次仪器高法：高差之差h-h 5mm BMABMB1.444 1.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543图形：水准测量实施与记录对照图图形：水准测量实施与记录对照图123BMA 1.134TP1 1.677 -0.543TP1 1.444 TP2 1.324 +0.120TP2 1.822 TP3 0.876 +0.946四四.水准测量成果整理步骤水准测量成果整理步骤（一）计算高差闭合差（一）计算高差闭合差(closing error)公式：公式：故对于闭合水准路线，有：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于附合水准路线，有：（二）分配高差闭合差（二）分配高差闭合差1 1、计算高差闭合差的容许值（、计算高差闭合差的容许值（tolerancetolerance）对于普通水准测量：对于普通水准测量：对于普通水准测量：对于普通水准测量：式中，式中，式中，式中，f fh h容容容容高差闭合差限差，单位：高差闭合差限差，单位：高差闭合差限差，单位：高差闭合差限差，单位：mmmm；L L水准路线长度，单位：水准路线长度，单位：水准路线长度，单位：水准路线长度，单位：km km；n n测站数测站数测站数测站数。2 2、分配原则、分配原则按与距离按与距离L L或测站数或测站数n n成正比原则，将高差成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。闭合差反号分配到各段高差上。（三）计算各待定点高程（三）计算各待定点高程用改正后的高差和已知点的高程，来计算用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。各待定点的高程。五五.水准测量成果整理实例水准测量成果整理实例【例例例例】如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略图。果略图。果略图。果略图。BM-ABM-ABM-ABM-A和和和和BM-BBM-BBM-BBM-B为已知高程的水准点，图中箭头表为已知高程的水准点，图中箭头表为已知高程的水准点，图中箭头表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示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间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的高差的高差的高差(以以以以m m m m为单位为单位为单位为单位)，路线下方数字为该段路线的长度，路线下方数字为该段路线的长度，路线下方数字为该段路线的长度，路线下方数字为该段路线的长度(以以以以kmkmkmkm为单位为单位为单位为单位)，试计算待定点，试计算待定点，试计算待定点，试计算待定点1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3点的高程。点的高程。点的高程。点的高程。第一步计算高差闭合差：第一步计算高差闭合差：第二步计算限差：第二步计算限差：故可进行闭合差分配例题解算（例题解算（Page1）第三步计算每第三步计算每km改正数：改正数：例题解算（例题解算（Page2）第四步计算各段高差改正数：第四步计算各段高差改正数：。第五步计算各段改正后高差后，计算第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的各点的高程。高程。改正后高差改正后高差=改正前高差改正前高差+改正数改正数Vi 四舍五入后，使：四舍五入后，使：故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。例题解算（例题解算（Page3）故可得：故可得：H1=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)用用EXCEL软件程序计算水准路线软件程序计算水准路线课间课间实验实验4:4:等外闭合水准路线测量等外闭合水准路线测量uu实验目的实验目的:使学生掌握等外闭合水准路线的测量使学生掌握等外闭合水准路线的测量使学生掌握等外闭合水准路线的测量使学生掌握等外闭合水准路线的测量方法。方法。方法。方法。uu仪器设备仪器设备:每每每每组水准仪组水准仪组水准仪组水准仪1 1 1 1台、水准尺台、水准尺台、水准尺台、水准尺2 2 2 2把、记录板把、记录板把、记录板把、记录板1 1 1 1个。个。个。个。uu实验任务实验任务:已知已知已知已知H H H HBMBMBMBM=785.631m=785.631m=785.631m=785.631m，按等外水准精度，按等外水准精度，按等外水准精度，按等外水准精度要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭合差合差合差合差f f f f h h h h。普通水准仪的检验与校正 uu水准管轴水准管轴LLLL视准轴视准轴CCCCuu圆水准轴圆水准轴L LL L 竖轴竖轴VVVVuu横丝要水平（即：横丝要水平（即：VVVV）CCLLVVLL一、水准仪轴线应满足的几何关系二二.水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正（一）圆水准器的检验与校正（一）圆水准器的检验与校正1、检验：、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180180，看气泡是否居中。，看气泡是否居中。2、校正：、校正：用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用三个再用三个“校正螺旋校正螺旋”，使气泡居中。，使气泡居中。（二）十字丝横丝的检验与校正（二）十字丝横丝的检验与校正 1、检验：、检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看，转动微动螺旋，看P点是否沿着横丝移动。点是否沿着横丝移动。2、校正：、校正：旋下目镜处十字丝环外罩，转动左右旋下目镜处十字丝环外罩，转动左右2个个“校正螺丝校正螺丝”。（三）水准管轴（三）水准管轴视准轴（视准轴（i角）的检校角）的检校1、检验：、检验：（1）平坦地上选）平坦地上选A、B两点，约两点，约50m。（2）在中点）在中点C架仪，读取架仪，读取a1、b1（3 3）在距）在距B B点约点约2 23m3m处架仪，读取处架仪，读取a2a2、b2b2，得，得h2=a2-b2h2=a2-b2 。若若h2h1,h2h1,则水准管则水准管轴不平行视准轴。轴不平行视准轴。h h1 1无误差无误差 b2b2的误差可忽略不计。的误差可忽略不计。说明：对说明：对S3S3水准仪，若水准仪，若i20i20，需校正。，需校正。（4 4）按下式，可计算出）按下式，可计算出i i角：角：原因？原因？2、校正、校正 方法有二种：方法有二种：（1）校正水准管）校正水准管旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a(a2 2=h=h1 1+b+b2 2)，拨动水准管拨动水准管“校正螺丝校正螺丝”，使水准管气泡居中。，使水准管气泡居中。（2）校正十字丝）校正十字丝可用于自动安平水准仪可用于自动安平水准仪保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校校正螺丝正螺丝”，使横丝对准，使横丝对准(a2(a2=h1+b2)=h1+b2)。课间实验课间实验5:5:水准仪检校水准仪检校uu实验目的实验目的:使学生掌握水准仪检验的项目及方法。使学生掌握水准仪检验的项目及方法。uu仪器设备仪器设备:每组自动每组自动每组自动每组自动安水准仪安水准仪安水准仪安水准仪1 1 1 1台、水准尺台、水准尺台、水准尺台、水准尺2 2 2 2把、皮尺把、皮尺把、皮尺把、皮尺1 1 1 1把、记录板把、记录板把、记录板把、记录板1 1 1 1个。个。个。个。uu实验任务实验任务:每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、水准管平行于视准轴（水准管平行于视准轴（水准管平行于视准轴（水准管平行于视准轴（i i i i角）三项检验。角）三项检验。角）三项检验。角）三项检验。uu说明说明:进行进行进行进行i i i i角检验时，要求用两次仪器高法来测量，角检验时，要求用两次仪器高法来测量，角检验时，要求用两次仪器高法来测量，角检验时，要求用两次仪器高法来测量，以保证精度，才能把仪器误差与观测误差区分开来。以保证精度，才能把仪器误差与观测误差区分开来。以保证精度，才能把仪器误差与观测误差区分开来。以保证精度，才能把仪器误差与观测误差区分开来。3.43.4 其他类型水准仪器其他类型水准仪器一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪(compensator level)1原理原理望远镜的光路上加有一个补偿器。望远镜的光路上加有一个补偿器。自动安平水准仪照片自动安平水准仪照片3检校检校要增加一项补偿器的检验，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警告指示窗是否出现红色。告指示窗是否出现红色。2使用粗平后，望远镜内观察警告指示窗应全部呈绿色；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。二、精密水准仪(precise level)1、精密水准仪、精密水准仪提供精确的水平视线和提供精确的水平视线和精确读数；精确读数；2、精密水准尺、精密水准尺刻度精确刻度精确(铟瓦尺铟瓦尺invar invar leveling staff)leveling staff)。3、读数方法：、读数方法：n n精平后，转动精平后，转动“测微螺旋测微螺旋”，使十字丝的，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。楔形丝精确夹准某一整分划线。n n将整分划值和测微器中的读数合起来。将整分划值和测微器中的读数合起来。1.48655m三数字水准仪三数字水准仪(digital level)及条及条纹码水准尺纹码水准尺(coding level staff)优点优点:具有自动安平、显示读数和视距功能。具有自动安平、显示读数和视距功能。与计算机数据通讯，避免人为观测误差。与计算机数据通讯，避免人为观测误差。水准测量水准测量误差及注意事项误差及注意事项 来源有：仪器误差、操作误差、来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响外界条件影响一、仪器误差一、仪器误差主要有：视准轴不平行于水准管轴（主要有：视准轴不平行于水准管轴（i i角）的角）的误差、水准尺误差误差、水准尺误差二、操作误差二、操作误差主要有：水准气泡未严格居中、视差、估主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。读误差、水准尺未竖直。三、外界三、外界条件影响的误差条件影响的误差主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。大气折光、气温和风力。3.53.5 三角高程测量三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling)（一）适用于：（一）适用于：地形起伏大的地区进行地形起伏大的地区进行高程控制。实践证明，电磁波三角高程的高程控制。实践证明，电磁波三角高程的精度可以达到四等水准的要求。精度可以达到四等水准的要求。（二）原理（二）原理 B点的高程：点的高程：注意：当两点距离较大（大于注意：当两点距离较大（大于300m）时：）时：1 1、加球气差改正数：、加球气差改正数：、加球气差改正数：、加球气差改正数：2 2、可采用对向观测后取平均的方法，、可采用对向观测后取平均的方法，抵消球气差的影响。抵消球气差的影响。（三）观测与计算（三）观测与计算测竖直角、量仪器高、量觇标高测竖直角、量仪器高、量觇标高（棱镜高）。（棱镜高）。其技术要求，见各种规范。其技术要求，见各种规范。；即有：；即有：；即有：；即有：球差为正，气差为负球差为正，气差为负图形：电磁波三角高程测量记录表图形：电磁波三角高程测量记录表