三水准测量.pptx
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1、本节重点本节重点n掌握水准测量原理掌握水准测量原理n认识水准仪和水准尺认识水准仪和水准尺高程测量的方法分类高程测量的方法分类按使用的仪器和测量方法分为:按使用的仪器和测量方法分为:n 水准测量水准测量(leveling)仪器仪器:水准仪、水准尺:水准仪、水准尺 方法方法:利用水平视线测量两点之间的高:利用水平视线测量两点之间的高 差,再由已知点差,再由已知点高程求出未知点高程。高程求出未知点高程。n 三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling)n 气压高程测量气压高程测量(air pressure leveling)n GPS测量测量(GPS leveling)3-
2、1 水准测量原理水准测量原理n在两个点上分别竖立水准尺,利用水准测量仪器在两个点上分别竖立水准尺,利用水准测量仪器提供的一条提供的一条水平视线水平视线,瞄准并在水准尺上读数,瞄准并在水准尺上读数,从而求得两点间的高差。从而求得两点间的高差。前进方向前进方向水平视线水平视线大地水准面大地水准面HiHAHBAB后视尺后视尺前视尺前视尺abhab(1 1)高差法)高差法 根据水准仪提供的水平视线在根据水准仪提供的水平视线在A A点水准尺点水准尺上读数为上读数为a a(后视读数),(后视读数),B B点水准尺上读数为点水准尺上读数为b b(前视读数),则(前视读数),则A A、B B两点的高差为:两点
3、的高差为:h hABAB=a-b=a-b B B点的高程:点的高程:H HB B=H=HA A+h+hABAB =H=HA A+(a-b)+(a-b)注意:注意:在计算高差在计算高差h hABAB时,一定要注意时,一定要注意h hABAB的下的下标字母顺序:标字母顺序:h hABAB表示表示A A点至点至B B点的高差。点的高差。已知已知H HA A,求,求H HB B?已知已知H HA A,求,求H HB B?(2 2)视线高法视线高法 B B点高程也可以通过水准仪视线高程点高程也可以通过水准仪视线高程H Hi i(也称为仪器高程)来计算,(也称为仪器高程)来计算,即即 H Hi i=H=H
4、A A+a+a 则则 H HB B=(H=(HA A+a)-b=H+a)-b=Hi i-b-b 连续水准测量连续水准测量 转点转点 测站测站n转点(转点(TP turning point):如果两点间高差较如果两点间高差较大或相距较远,仅安置一次仪器不能测得它们的大或相距较远,仅安置一次仪器不能测得它们的高差,这时需要加设若干个临时的立尺点,作为高差,这时需要加设若干个临时的立尺点,作为传递高程的临时点,即转点。传递高程的临时点,即转点。n测站测站:相邻两个立尺点间安置仪器的位置称为测:相邻两个立尺点间安置仪器的位置称为测站。站。n连续水准测量连续水准测量:依次连续地在两个立尺点中间安:依次连
5、续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差,最后取各个测置水准仪来测定相邻各点间高差,最后取各个测站高差的代数和,即求得两点间的高差值。站高差的代数和,即求得两点间的高差值。BMA BMB 1.444 1.324TP2TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.822 0.876TP3TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.435TP4TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=+0.118=+0.118前进前进方向方向1.1341.677TP1TP1h h1 1=-0.543=-0.543连续测量示意图连续测量示意图n欲求
6、欲求h hABAB,在,在A A点至点至B B点水准路线上增设点水准路线上增设n n-1-1个转点,个转点,安置安置n n次水准仪,依次连续地测定相邻两点间高差次水准仪,依次连续地测定相邻两点间高差h h1 1h hn n,即,即 h h1 1=a=a1 1-b-b1 1 h h2 2=a=a2 2-b-b2 2 h hn n=a=an n-b-bn n 则则 h hABABh h1 1+h h2 2+h hn n=h=a=h=a-bb H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a a-bb)3-2 水准测量仪器及其操作水准测量仪器及其操作 主要仪器:主要仪器:水准仪、水准尺
7、、尺垫水准仪、水准尺、尺垫1、水准仪、水准仪 精度系列精度系列:分分DS05DS05、DS1DS1、DS3DS3,DS10,DS10,下标下标“0505”、“1 1”、“3 3”及及“1010”等数字表示该类等数字表示该类仪器的精度,每公里往返测高差中数的中误差。仪器的精度,每公里往返测高差中数的中误差。精密水准仪(精密水准仪(DS05DS05、DS1DS1),配有相应的精密),配有相应的精密水准尺,用于国家一二等水准测量、大型工程建水准尺,用于国家一二等水准测量、大型工程建筑物施工及变形测量以及地下建筑测量。普通水筑物施工及变形测量以及地下建筑测量。普通水准仪(准仪(DS3DS3,DS10D
8、S10),用于国家三四等及普通水准),用于国家三四等及普通水准测量(等外)。测量(等外)。照准目标和读数照准目标和读数望远镜望远镜水准器水准器基座基座仪器整平仪器整平支撑仪器支撑仪器1准星准星 2水准管水准管 3缺口缺口 4目镜目镜 5圆圆水水准准器器 6圆圆水水准准器器校校正正螺螺丝丝 7脚脚螺螺旋旋 8三三角角底底板板9水水平平制制动动螺螺旋旋10物物镜镜调调焦焦螺螺旋旋 11物镜物镜 12水平微动螺旋水平微动螺旋 13微倾螺旋微倾螺旋 水准仪构造(1 1)望远镜望远镜(telescope)由物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜由物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜调焦螺旋、目镜调
9、焦螺旋组成,调焦螺旋、目镜调焦螺旋组成,用于照准和读用于照准和读数数。望远镜视准轴望远镜视准轴:通过物镜光心与十字丝交点的:通过物镜光心与十字丝交点的连线连线CC。CCn成像原理成像原理:目标经过物镜和调焦(凹)透镜的:目标经过物镜和调焦(凹)透镜的作用在镜筒内成一倒立实像,转动物镜调焦螺作用在镜筒内成一倒立实像,转动物镜调焦螺旋让调焦透镜与物镜作相对移动,使目标的实旋让调焦透镜与物镜作相对移动,使目标的实像清晰地反映到十字丝分划板平面上,经过目像清晰地反映到十字丝分划板平面上,经过目镜的作用,目标的实像和十字丝同时被放大成镜的作用,目标的实像和十字丝同时被放大成虚像,这样即可看清并照准远处目
10、标。虚像,这样即可看清并照准远处目标。物物镜镜目目镜镜调调焦焦透透镜镜倒立小实像倒立小实像放大的虚像放大的虚像n放大倍率放大倍率:放大的虚像对眼睛所张的视角:放大的虚像对眼睛所张的视角与远处目标视角与远处目标视角之比之比V=/。物物镜镜目目镜镜调调焦焦透透镜镜n视差:视差:当望远镜瞄准目标后,眼睛在目镜处当望远镜瞄准目标后,眼睛在目镜处上下左右作少量的移动,发现十字丝和目标上下左右作少量的移动,发现十字丝和目标有着相对的运动,这种现象称为视差。有着相对的运动,这种现象称为视差。造成视差的原因:造成视差的原因:由于物镜调焦螺旋调焦不完善由于物镜调焦螺旋调焦不完善,使目标成像与十字丝分划板不在同一
11、平面内。,使目标成像与十字丝分划板不在同一平面内。消除视差的方法:消除视差的方法:先进行目镜调焦,使十字先进行目镜调焦,使十字丝十分清晰;再瞄准目标进行物镜调焦,使丝十分清晰;再瞄准目标进行物镜调焦,使目标十分清晰,使目标与十字丝平面之间没目标十分清晰,使目标与十字丝平面之间没有相对移动。有相对移动。(2)水准器)水准器(bubble)水准器是用来指示仪器的某一轴线或平面是水准器是用来指示仪器的某一轴线或平面是否水平或垂直的一种装置。包括:否水平或垂直的一种装置。包括:圆水准器圆水准器:指示仪器竖轴是否垂直,仪器粗平:指示仪器竖轴是否垂直,仪器粗平管水准器管水准器:指示视准轴(物镜光心与十字丝
12、的:指示视准轴(物镜光心与十字丝的连线)是否水平,仪器精平;连线)是否水平,仪器精平;符合水准器符合水准器:仪器精平。:仪器精平。圆水准器:圆水准器:圆水准器顶面玻璃圆水准器顶面玻璃的内表面是球面,中央的内表面是球面,中央有一圆分划圈,圆圈的有一圆分划圈,圆圈的中心为水准器零点,过中心为水准器零点,过零点的球面法线零点的球面法线LLLL为圆水准器的水准轴。为圆水准器的水准轴。指示仪器竖轴是否垂直指示仪器竖轴是否垂直管水准器管水准器n分划线的中点分划线的中点S S作为作为水准管零点水准管零点;过零点且与;过零点且与圆弧相切的切线圆弧相切的切线LLLL称为水准管的称为水准管的水准轴水准轴。n当水准
13、气泡中点与水准管零点重合时,称为当水准气泡中点与水准管零点重合时,称为气泡居中气泡居中,此时水准轴处于水平位置。气泡,此时水准轴处于水平位置。气泡每移动一格(每移动一格(2mm2mm),水准轴所倾斜的角度),水准轴所倾斜的角度称为水准管角值(分划值)。称为水准管角值(分划值)。指示视准轴是否水平指示视准轴是否水平符合水准器符合水准器n为了提高水准管气泡的居中精度和便于观察,在水准为了提高水准管气泡的居中精度和便于观察,在水准管的上方安装一组符合棱镜系统。通过符合棱镜的反管的上方安装一组符合棱镜系统。通过符合棱镜的反射作用,使气泡两端的半像反映在望远镜旁的符合气射作用,使气泡两端的半像反映在望远
14、镜旁的符合气泡观察窗中。当气泡的两个半像吻合时,表示气泡居泡观察窗中。当气泡的两个半像吻合时,表示气泡居中;错开时则表示没有居中,此时,可转动微倾螺旋中;错开时则表示没有居中,此时,可转动微倾螺旋使气泡吻合。使气泡吻合。(3)基座)基座(tribrach)基座的作用基座的作用:支承仪器的上部支承仪器的上部 并通过连接螺旋并通过连接螺旋使仪器与三脚架相连。它包括轴套、脚螺旋、使仪器与三脚架相连。它包括轴套、脚螺旋、三角形底板等,仪器竖轴插入轴套内。三角形底板等,仪器竖轴插入轴套内。整个仪器的上部可以绕仪器竖轴在水平方向整个仪器的上部可以绕仪器竖轴在水平方向旋转。转动脚螺旋,可使圆水准器气泡居中。
15、旋转。转动脚螺旋,可使圆水准器气泡居中。2、水准尺、尺垫、水准尺、尺垫n水准尺水准尺n双面水准尺双面水准尺:用于三、四等水用于三、四等水准测量,准测量,cmcm分划。分划。n单面水准尺单面水准尺:代替双面尺,:代替双面尺,cmcm分划分划n铟钢水准尺铟钢水准尺:用于一、二等水:用于一、二等水准测量,准测量,mmmm分划。分划。双面水准尺双面水准尺n分分“黑面尺黑面尺”和和“红面尺红面尺”,尺面,尺面基本分划基本分划1cm,分划处用倒写的数,分划处用倒写的数字加以标记,以便观测时呈正像数字加以标记,以便观测时呈正像数字字。n必须成对使用必须成对使用:为了避免观测时产:为了避免观测时产生印象误差和
16、各站的计算检核,黑生印象误差和各站的计算检核,黑面尺尺底均从零开始,而红面尺尺面尺尺底均从零开始,而红面尺尺底,从固定数值底,从固定数值4.687m4.687m或或4.787m4.787m开开始,此数值称为零点差。始,此数值称为零点差。尺垫尺垫n尺垫(尺台)尺垫(尺台):用于转点立尺,:用于转点立尺,生铁铸成,一般为三角形,中生铁铸成,一般为三角形,中央有一突起的圆顶,以便放置央有一突起的圆顶,以便放置水准尺,下有三尖脚可以插入水准尺,下有三尖脚可以插入土中。土中。第三节第三节 常规水准仪的使用常规水准仪的使用n掌握水准仪的使用方法掌握水准仪的使用方法n掌握等外水准测量方法掌握等外水准测量方法
17、水准仪的使用步骤:水准仪的使用步骤:安置安置粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数 将水准仪装于三脚架上,将水准仪装于三脚架上,安置安置在选好的测站上,在选好的测站上,三脚架头大致水平,仪器的各种螺旋都调整到适三脚架头大致水平,仪器的各种螺旋都调整到适中位置,以便螺旋向两个方向均能转动。用脚螺中位置,以便螺旋向两个方向均能转动。用脚螺旋调整圆水准器的气泡居中,称为旋调整圆水准器的气泡居中,称为粗平粗平;放松制;放松制动螺旋,水平方向转动望远镜,用准星和照门大动螺旋,水平方向转动望远镜,用准星和照门大致致瞄准瞄准水准标尺;固定制动螺旋,用微动螺旋使水准标尺;固定制动螺旋,用微动螺旋使望远镜精确瞄准水准
18、尺;用微倾螺旋使水准管气望远镜精确瞄准水准尺;用微倾螺旋使水准管气泡居中,称为泡居中,称为精平精平;最后通过望远镜用十字丝中;最后通过望远镜用十字丝中间的横丝在水准尺上间的横丝在水准尺上读数读数。操作要点操作要点(1)安置)安置n安置水准仪时,先考虑测站安置水准仪时,先考虑测站前、后视距近似相等前、后视距近似相等。n安置水准仪的方法,通常是先将脚架的两条腿取安置水准仪的方法,通常是先将脚架的两条腿取适当位置安置好,然后一手握住第三条腿作前后适当位置安置好,然后一手握住第三条腿作前后移动和左右摆动。一手扶住脚架顶部,眼睛注意移动和左右摆动。一手扶住脚架顶部,眼睛注意圆水准器气泡的移动,使之不要偏
19、离中心太远。圆水准器气泡的移动,使之不要偏离中心太远。n如果地面比较松软则应用脚踏实,使仪器稳定。如果地面比较松软则应用脚踏实,使仪器稳定。n当地面倾斜较大时,应将三脚架的一个脚安置在当地面倾斜较大时,应将三脚架的一个脚安置在倾斜方向上,将另外两个脚安置在与倾斜方向垂倾斜方向上,将另外两个脚安置在与倾斜方向垂直的方向这样可以使仪器比较稳固。直的方向这样可以使仪器比较稳固。(2)粗平()粗平(左手大拇指法左手大拇指法)n粗平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡居中。粗平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡居中。n方法:方法:对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋1 1、22使气泡移至使气泡移至1 1、2 2方向中间方
20、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。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方向一致运动方向一致 a a123b b312c c312 123(3)瞄准)瞄准n先将十字丝调至清晰。先将十字丝调至清晰。n使用望远镜的瞄准器,在基本瞄准水准尺使用望远镜的瞄准器,在基本瞄准水准尺后立即用制动螺旋将仪器制动。后立即用制动螺旋将仪器制动。n转动调焦螺旋至成象清晰,并转动调焦螺旋至成象清晰,并消除视差消除视差。n最后用微动螺旋转动望远镜使十字丝的竖最后用微动螺旋转动望远镜使十字丝的竖丝对准水准尺。丝对准水准尺。(4)精平)精平n用微倾螺旋调整水准管气泡居中,
21、使视线用微倾螺旋调整水准管气泡居中,使视线精确水平。精确水平。n由于气泡的移动有惯性,所以转动微倾螺由于气泡的移动有惯性,所以转动微倾螺旋的速度不能快,特别在符合水准器的两旋的速度不能快,特别在符合水准器的两端气泡影象将要对齐的时候尤应注意。端气泡影象将要对齐的时候尤应注意。n只有当气泡已经只有当气泡已经稳定不动而又居中稳定不动而又居中的时候的时候才达到精平的目的。才达到精平的目的。(5)读数)读数n精平状态下精平状态下(符合气泡符合时符合气泡符合时)读数。读数。n先看好厘米的估读数(毫米),然后将全部读先看好厘米的估读数(毫米),然后将全部读数报出。数报出。n一般习惯上是报四个数字,即米、分
22、米、厘米、一般习惯上是报四个数字,即米、分米、厘米、毫米,并且以毫米为单位。例如毫米,并且以毫米为单位。例如1.367m或或1367四字。四字。n在尺上读数时务必坚持从小往大读的原则,特在尺上读数时务必坚持从小往大读的原则,特别是当望远镜中看到的标尺为倒像时更应注意,别是当望远镜中看到的标尺为倒像时更应注意,此时应从上往下读。此时应从上往下读。水准测量的瞄准和读数示例水准测量的瞄准和读数示例水准测量的瞄准和读数示例水准测量的瞄准和读数示例07310731 6228622814591459水准测量现场水准测量现场3-5 普通水准测量的外业普通水准测量的外业n水准测量工作可分成水准测量工作可分成外
23、业外业和和内业内业两部分。两部分。n主要包括:主要包括:1 标定标定水准点,水准点,2 选定选定水准路线水准路线,3 水准测量水准测量,4 水准测量的水准测量的检核检核。1、标定水准点、标定水准点n水准点水准点(Bench Mark):):用水准测量的方用水准测量的方法测定的高程控制点,记为法测定的高程控制点,记为“BMBM”,分永久,分永久性和临时性性和临时性。n等级水准点等级水准点:为了统一全国的高程系统和满足为了统一全国的高程系统和满足各种测量工作的需要,测绘部门在全国各地各种测量工作的需要,测绘部门在全国各地埋设并测定的一系列高程点。这些点是我们埋设并测定的一系列高程点。这些点是我们引
24、测高程的依据。引测高程的依据。n我国水准点的高程是从我国水准点的高程是从青岛水准原点青岛水准原点起算的。起算的。n水准点的标定水准点的标定:当要在某测区进行水准测量:当要在某测区进行水准测量时,就需选择、标定足够数量的新水准点。时,就需选择、标定足够数量的新水准点。水准点应选在土质坚硬、便于长期保存和使水准点应选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。用方便的地点。n水准点的标定方法:水准点的标定方法:埋石、刻线、打木桩、埋石、刻线、打木桩、钉铁钉和钉铁钉和墙脚水准标志墙脚水准标志等等,所有水准点都应,所有水准点都应绘制绘制水准点点之记水准点点之记。n点之记点之记:对水准点进行编号,并写明水
25、准点对水准点进行编号,并写明水准点的高程,并绘出水准点与附近固定建筑物或的高程,并绘出水准点与附近固定建筑物或其它明显地物关系的点位图,作为水准测量其它明显地物关系的点位图,作为水准测量的成果一并保存。水准点编号前通常加的成果一并保存。水准点编号前通常加BMBM字字样,作为水准点的代号样,作为水准点的代号。2、选定水准路线、选定水准路线n水准路线水准路线(leveling line):由已知水准点由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进开始或在两已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线行水准测量的测量路线。n水准路线分水准路线分单一水准路线单一水准路线和和水准网,水准网,普通普通
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