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第五章 6精密水准测量.ppt

第五章 6精密水准测量

精品课件库
2019-06-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第五章 6精密水准测量ppt》,可适用于工程科技领域

第五章Ⅵ精密水准测量精密水准测量的误差来源及影响精密水准测量的实施精密水准测量作业的一般规定精密水准测量观测水准测量的概算上一讲应掌握的内容一、精密水准仪的特点二、精密水准标尺的构造特点三、精密水准仪的读数方法四、电子数字水准仪读数基本原理条形码分划影像射向CCD探测器CCD将望远镜接收到的光图像信息转换成电信号并传输给信息处理器与机内原有的条形码本源信息进行相关处理从而得出水准标尺上水平视线的读数。由于标尺到仪器的距离不同条码在探测器上成像的宽窄也将不同随之电信号的“宽窄”也将改变于是引起上述相关的困难。采用二维相关法来解决也就是根据精度要求以一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄”与探测器采集的测量信号相比较如果没有相同的两信号则再改变再进行一维相关…概念:参考信号的“宽窄”与视距是对应的故在二维相关中一维是视距另一维是视线高。一、精密水准测量的误差来源及影响仪器误差视准轴与水准轴不平行(i角)的误差水准标尺每米长度误差的影响两水准标尺零点差的影响外界因素引起的误差温度变化对i角的影响仪器和水准标尺(尺台或尺桩)垂直位移的影响大气垂直折光的影响电磁场对水准测量的影响观测误差的影响(一)视准轴与水准轴不平行的误差二等水准测量:前后视距差应≤m。前后视距累积差应≤m。φ角误差的影响小教材错P设要求对高差的影响小到可以忽略不计的程度如=lmm那么前后视距之差的容许值为为了顾及观测时各种外界因素的影响所以规定二等水准测量前后视距差应不大于m。为了使各种误差不致累积起来还规定由测段第一个测站开始至每一测站前后视距累积差对于二等水准测量而言应不大于m。由此可见在i角保持不变的情况下一个测站上的前后视距相等或一个测段的前后视距总和相等则在观测高差中由于i角的误差影响可以得到消除。但在实际作业中要求前后视距完全相等是困难的。下面讨论前后视距不等差的容许值问题。i角的误差影响(二)水准标尺每米长度误差的影响在精密水准测量作业中必须使用经过检验的水准标尺。设f为水准标尺每米间隔平均真长误差则对一个测站的观测高差h应加的改正数为一个测段应加的改正数为:(三)两水准标尺零点差的影响水准测量作业中各测段的测站数目应安排成偶数且在相邻测站上使两水准标尺轮流作为前视尺和后视尺。(四)温度变化对i角的影响由于温度的变化(如仪器受热的部位不同)使仪器有关部件产生不同程度的膨胀或收缩而引起i角的变化。当太阳射向物镜或目镜端影响最大旁射水准管一侧时影响较小旁射与水准管相对的另一侧时影响最小。温度的变化对i角的影响是极其复杂的实验结果表明当仪器周围的温度均匀地每变化oC时i角将平均变化约为″有时甚至更大些有时竟可达到~″。i角与时间成比例地均匀变化则可以采取改变观测程序的方法在一定程度上来消除或削弱这种误差对观测高差的影响。奇数站的观测程序后(基)前(基)前(辅)后(辅)偶数站的观测程序前(基)后(基)后(辅)前(辅)打伞(五)仪器和水准标尺(尺台)垂直位移的影响()仪器升降的误差当仪器的脚架随时间而逐渐下沉时。用后前前后观测程序、作业熟练、硬路面观测误差小。()尺台升降的误差主要是发生在迁站的过程中由原来的前视尺转为后视尺而产生下沉于是总使后视读数偏大使各测站的观测高差都偏大成为系统性的误差影响。用往返观测取平均来削弱这项误差还要求往返观测的地面性质相同。(六)大气垂直折光的影响、视线高出地面m、选择合适的天气(阴天、晚上、无风等)、避开不利的环境(日出后、日落前半小时、中午、大风等)一般情况下空气上疏下密但当地近地面绝对吸热(晴天)时近地面是下疏上密由于视线发生折射近地面一般来说是向上弯折。(七)磁场对补偿式自动安平水准仪的影响由于补偿器受到地磁场的影响会在磁场中产生偏转以致使视线产生系统性变化。这种误差的基本特征是:与水准测量路线的方向有关在南北方向进行水准测量时表现出明显的系统误差每公里可达~mm与距离成正比地降低水准测量的传递精度在东西方向没有明显的系统误差的影响克服磁致误差影响较为有效的措施是改进补偿器的结构和选用新型非磁性材料(目前的抗磁性补偿器并不令人满意)。在存在强的电磁场情况下以使用精密水准器水准仪为好。(八)观测误差的影响精密水准测量的观测误差主要有水准器气泡居中的误差照准水准标尺上分划的误差和读数误差这些误差都是属于偶然性质的。由于精密水准仪有倾斜螺旋和符合水准器并有光学测微器装置可以提高读数精度同时用楔形丝照准水准标尺上的分划线这样可以减小照准误差因此这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。实验结果分析表明这些误差在每测站上由基辅分划所得观测高差的平均值中的影响还不到lmm。二、精密水准测量的实施(一)精密水准测量作业的一般规定()观测前分钟应将仪器置于露天阴影处使仪器与外界气温趋于一致观测时应用测伞遮蔽阳光迁站时应罩以白色仪器罩。()仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等其差应小于规定的限值:二等水准测量中规定一测站前、后视距差应小于m前、后视距累积差应小于m。这样可以消除或削弱与距离有关的各种误差对观测高差的影响如i角误差、地球曲率和垂直折光等影响。(一)精密水准测量作业的一般规定(续)()对气泡式水准仪观测前应测出倾斜螺旋的置平零点并作标记随着气温变化应随时调整置平零点的位置。对于自动安平水准仪的圆水准器须严格置平。()同一测站上观测时不得两次调焦转动仪器的倾斜螺旋和测微螺旋其最后旋转方向均应为旋进以避免倾斜螺旋和测微器隙动差对观测成果的影响。()在两相邻测站上应按奇、偶数测站的观测程序进行观测对于往测奇数测站按“后前前后”、偶数测站按“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。返测时奇数测站与偶数测站的观测程序与往测时相反即奇数测站由前视开始偶数测站由后视开始。这样的观测程序可以消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差对观测高差的影响如i角的变化和仪器的垂直位移等影响。(人盯人法)(一)精密水准测量作业的一般规定(续)()在连续各测站上安置水准仪时应使其中两脚螺旋与水准路线方向平行而第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧(一只手固定握着一个脚架法)。()每一测段的往测与返测其测站数均应为偶数由往测转向返测时两水准标尺应互换位置并应重新整置仪器。在水准路线上每一测段仪器测站安排成偶数可以削减两水准标尺零点不等差等误差对观测高差的影响。()每一测段的水准测量路线应进行往测和返测这样可以消除或减弱性质相同、正负号也相同的误差影响如水准标尺垂直位移的误差影响。()一个测段的水准测量路线的往测和返测应在不同的气象条件下进行如分别在上午和下午观测。()由后(前)视读数到前(后)视读数时不得重新调整圆水准器气泡居中。(一)精密水准测量作业的一般规定(续)()使用补偿式自动安平水准仪观测的操作程序与水准器水准仪相同。观测前对圆水准器应严格检验与校正观测时应严格使圆水准器气泡居中。大部分仪器有测量按钮按动测量按钮自动补偿器的重力摆轻微摆动静止后可读数。()水准测量的观测工作间歇时最好能结束在固定的水准点上否则应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置水准标尺的固定点作为间歇点加以标记间歇后应对两个间歇点的高差进行检测检测结果如符合限差要求(对于二等水准测量规定检测间歇点高差之差应≤mm)就可以从间歇点起测。若仅能选定一个固定点作为间歇点则在间歇后应仔细检视确认没有发生任何位移方可由间歇点起测。(二)精密水准测量观测测站观测程序往测时奇数测站照准水准标尺分划的顺序为后视标尺的基本分划前视标尺的基本分划前视标尺的辅助分划后视标尺的辅助分划往测时偶数测站照准水准标尺分划的顺序为前视标尺的基本分划后视标尺的基本分划后视标尺的辅助分划前视标尺的辅助分划。返测时奇、偶数测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇数测站相同。每站操作步骤对于“后前前后”的观测程序整置仪器水平(望远镜绕垂直轴旋转时符合水准器气泡两端影像分离不超过cm)将望远镜对准后视标尺(标尺立直)使符合水准器气泡两端的影像符合(即气泡两端影像分离不得大于mm)随后用望远镜的上丝和下丝照准标尺的基本分划进行视距读数视距读数的第四位数由测微器直接读取。然后使符合水准器气泡两端影像完全密合转动测微轮用楔形丝精确夹准标尺的基本分划线读取标尺的基本分划读数(前三位在标尺读取后两位在测微器读取)。每站操作步骤(续)旋转望远镜照准前视标尺使符合水准气泡两端影像精确符合转动测微轮用楔形丝精确夹准标尺的基本分划线读取标尺的基本分划和测微器读数然后用上丝和下丝照准标尺基本分划进行视距读数。照准前视标尺的辅助分划线并使符合水准气泡两端影像精确符合转动测微轮使楔形丝精确夹准标尺的辅助分划线读取标尺辅助分划和测微器的读数。旋转望远镜照照准后视标尺辅助分划线使符合水准气泡两端影像精确符合转动测微轮使楔形丝精确夹准标尺的辅助分划线读取后视标尺辅助分划和测微器的读数。对于“前后后前”的观测程序操作步骤类似测站的记录与计算()=()()()=()()()=()()()=()前站()()=()K()()=()K()()=()()()=()()()=()()=()()()={()()}例:二等水准测量往测时第一站、第二站的读数如下:第一站:,,,,,,,第二站:,,,,,,,。K=测站编号后尺下丝前尺下丝方尺及向号标尺读数基K减辅备考上丝上丝后距d前距∑d基本分划辅助分划   后A 前后前h后 前后前h   精密水准测量观测有关限差一、二等水准测量限差规定如下表:由测段往返测的高差不符值计算每公里高差中数的偶然中误差水准测量的精度式中△是各测段往返测的高差不符值取mm为单位R是各测段的距离取km为单位n是测段的数目。当水准路线构成水准网的水准环超过个时还需按水准环闭合差计算每公里水准测量高差中数的全中误差式中W是水准环线经过各项改正后计算的环闭合差以mm为单位F为水准环长度取km为单位N水准环数。每公里水准测量往返高差中数偶然中误差和全中误差的限值偶然中误差全中误差超限时应分析原因重测有关测段或路线。水准测量的精度等级一等mm二等mm≤≤≤≤三、水准测量的概算观测高差的各项改正数的计算和水准点概略高程表的编算水准标尺每米长度误差的改正数计算当一对水准标尺每米长度的平均误差f大于±mm时就要对观测高差进行改正大小为:f∑h正常水准面不平行的改正数计算水准路线闭合差计算高差改正数的计算计算水准点的概略高程结束谢谢!则由下图可知对测站Ⅰ、Ⅱ观测高差的影响分别为为视距为每次读数变化了的i角。由此可见在测站Ⅰ、Ⅱ的观测高差之和中就抵消了由于i角变化的误差影响温度变化对i角的影响仪器升降的误差测基本分划高差、辅助分划高差设仪器下降量均匀基本高差大了Δ辅助高差小了Δ取两次高差的平均值时可以有效地减弱仪器升降误差。国家三等以上水准测量程序:后(基)、前(基)、前(辅)、后(辅)或:前(基)、后(基)、后(辅)、前(辅)尺台升降的误差假设在转站时尺垫下沉使后视读数增大导致测段高差增大。往返观测取平均来消除这项误差一、精密水准仪的特点高质量的望远镜光学系统精密水准仪的放大倍率大于倍物镜的孔径大于mm。坚固稳定的仪器结构由特殊的合金钢制成在仪器上套有起隔热作用的防护罩高精度的测微器装置光学测微器可以读到lmm估读到lmm使用楔形丝照准高灵敏的管水准器管水准器的格值为″mm有倾斜螺旋装置高性能的补偿器装置二、精密水准标尺的构造特点当空气的温度和湿度发生变化时水准标尺分划间的长度必须保持稳定或仅有微小的变化。有因瓦合金带水准标尺的分划必须十分正确与精密分划的偶然误差和系统误差都应很小。水准标尺在构造上应保证全长笔直并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。优质木料制作在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置观测时使水准标尺保持在铅直位置。为了提高对水准标尺分划的照准精度水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调分划为黑色线条标尺面浅黄或白色。一边是基本分划一边是辅助分划。WildN精密水准仪读数方法转动倾斜螺旋使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合则视线精确水平。此时可转动测微螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝夹准水准标尺上的分划线也就是使分划线平分楔角再在测微器目镜中读出测微器读数(即mm)故水平视线在水准标尺上的全部读数为cm。用测微分划尺读数读数中应减去常数mm,才是视线在标尺上的读数。但因在水准测量中计算高差时能自动抵消这个常数故读数、记录、计算过程中都可以不考虑这个常数。但在单向读数时就必须减去这个常数。水准面不平行性如果沿另一条水准路线ONB施测则B点的高程应为水准路线ONB各测站测得高差之和即由于水准面的不平行性可知:也就是说用水准测量测得两点间高差的结果随测量所循水准路线的不同而有差异。因此精密水准测量要顾及水准面不平行性的改正如果沿水准路线OAB施测则B点的高程应为水准路线OAB各测站测得高差之和即

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