水准测量讲义

水准仪及水准测量水准测量的原理水准仪及其使用普通水准测量及超平水准仪的检验与校正水准测量误差分析及其注意事项测量学课件第一页，共97页。绝对高程大地水准面假定水准面相对高程高差高程的概念第二页，共97页。高程测量高程测量是测量工作的三项基本任务之一，通常确定点地面高程的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 有：水准测量和三角高程测量。水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。GPS测高。第三页，共97页。一、水准测量的原理水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。ABabhAB前进方向大地水准面HA（已知）HB=？后视前视第四页，共97页。水准测量的原理ABabhAB前进方向大地水准面HA（已知）HB=？后视前视A、B两点间高差hAB为：A点为后视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。高差等于后视读数减去前视读数。第五页，共97页。水准测量的原理hABABab前进方向大地水准面HAHBHB视线高度计算未知点的高程高差法视线高法第六页，共97页。水准测量的原理∑hAB大地水准面HB=?ＨA连续水准测量hAB=∑h=h1+h2+…=(a1－b1)+(a2－b2)+…=∑a－∑b第七页，共97页。二、水准仪为水准测量提供水平视线的仪器。常用的水准仪精密水准仪DS05、DS1普通水准仪DS3、DS10第八页，共97页。水准仪DS3型水准仪望远镜水准器基座水准仪的结构第九页，共97页。水准仪目镜微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜水平微动螺旋水平制动螺旋脚螺旋准星水准仪的结构第十页，共97页。连接螺旋 物镜调焦螺旋第十一页，共97页。第十二页，共97页。S3普通水准仪水准仪的构造物镜目镜圆水准器管水准器水平制动螺旋脚螺旋准星缺口校正螺丝第十三页，共97页。水准仪的构造物镜调焦螺旋脚螺旋水平微动螺旋目镜调焦螺旋微倾螺旋三脚架S3普通水准仪第十四页，共97页。S3自动安平水准仪物镜目镜脚螺旋物镜调焦螺旋三脚架目镜调焦螺旋第十五页，共97页。S3自动安平水准仪水平微动螺旋三脚架准星圆水准器脚螺旋第十六页，共97页。S1自动安平水准仪配重器测微器准星三脚架脚螺旋圆水准器第十七页，共97页。S1自动安平水准仪测微螺旋水平微动螺旋物镜调焦螺旋目镜调焦螺旋第十八页，共97页。水准仪物镜对光透镜目镜视准轴上丝下丝中丝竖丝十字丝分划板望远镜望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。它主要由:物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。物镜、目镜调焦的目的。第十九页，共97页。水准仪圆水准器圆水准器轴长水准管长水准管轴水准器是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。水准器又分为圆水准器和管水准器。第二十页，共97页。水准仪气泡L′L′水准器圆水准器用以粗平仪器。过零点的球面法线L′L′，称为圆水准器轴。圆水准器轴L′L′平行于仪器竖轴VV。气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值。第二十一页，共97页。水准仪OLL水准器管水准器管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。水准管上2mm圆弧所对的圆心角τ，称为水准管的分划值，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20″，记作20″/2mm。第二十二页，共97页。水准仪水准器符合管水准器为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。第二十三页，共97页。水准仪基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。第二十四页，共97页。水准尺和尺垫尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称辅尺）。尺常数立尺点第二十五页，共97页。水准尺和尺垫第二十六页，共97页。水准仪的使用安置：安置三脚架和水准仪；粗平：使圆水准器气泡居中；瞄准：粗瞄和精瞄；精平：使长水准管气泡居中；读数：用中丝读数；第二十七页，共97页。水准仪的使用安置仪器在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。第二十八页，共97页。水准仪的使用粗平使圆水准器气泡居中b312c312a132气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。第二十九页，共97页。水准仪的使用缺口准星水平微动螺旋水平制动螺旋对光螺旋消除视差瞄准目标粗瞄、对光、精瞄和消除视差第三十页，共97页。瞄准方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精确瞄准。视差：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。第三十一页，共97页。水准仪的使用微倾螺旋每次读中丝读数前都要精平精平使长水准管气泡居中第三十二页，共97页。水准仪的使用1213111.251m0.717m读数用中横丝读数第三十三页，共97页。水准仪读数实例bca0.7236.2541.478第三十四页，共97页。读数：1555读数：6248第三十五页，共97页。三、水准点和水准路线水准点：我们将用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点。水准点记为BM(BenchMark)。水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。国家等级永久性水准点第三十六页，共97页。水准点和水准路线BM23BM24BM259.0m9.8m8.4mH23＝56.437mH24＝58.392mH25＝53.168m水准点的“点之记”建筑工程水准点临时性水准点水准点第三十七页，共97页。水准点和水准路线水准网水准路线单一水准路线附和水准路线闭合水准路线支水准路线第三十八页，共97页。水准点和水准路线水准路线附和水准路线从已知高程的水准点BM1出发，沿待定高程的水准点1、2、…进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点BM2所构成的水准路线，称为附合水准路线。BM1BM2第三十九页，共97页。水准点和水准路线水准路线闭合水准路线从已知高程的水准点BM1出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BM1的环形路线，称为闭合水准路线。BM0第四十页，共97页。水准点和水准路线水准路线支水准路线从已知高程的水准点BM0出发，沿待定高程的水准点1，2进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。BM0第四十一页，共97页。水准点和水准路线BM3BM1BM2结点通过平差方法求得各待定点的高程水准路线水准网第四十二页，共97页。水准测量的外业ABabhAB前进方向大地水准面HAHBHB第四十三页，共97页。水准测量的外业BMABDAB＝50mhAB＝＋12.500mAHACHChAC大地水准面D＝1000m第四十四页，共97页。水准测量的外业当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时，不能安置一次仪器即可测得两点间的高差。这时需要在两点间加设若干个立尺点，分段设站，连续进行观测。加设的这些立尺点并不需要测定其高程，它们只起传递高程的作用，故称之为转点，用TP（TurningPoint） 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。转点上需放置尺垫。第四十五页，共97页。水准测量的外业已知水准点BMA的高程HA＝19.153m，现欲测定B点的高程HB，由于A、B两点相距较远，需分段设站进行测量，具体施测步骤如下。HAHBhAB大地水准面AB第四十六页，共97页。水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP1Ⅰh1后视点前视点进行方向1.2711.632测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-19.153已知1BMATP11.6321.2710.36119.514第四十七页，共97页。水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP11h1后视点前视点进行方向2第四十八页，共97页。水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP11h1后视点前视点进行方向0.95221.862测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-1BMA1.6320.36119.153已知TP11.27119.5142TP11.8620.91020.424TP20.952第四十九页，共97页。水准测量的外业测站点号水准尺读数（m）高差高程(m)备注后视前视＋－1BM.A1.6320.36119.153TP.11.27119.5142TP.11.8620.910TP.20.95220.4243TP.21.3460.094TP.31.25220.5184TP.30.9310.547TP.41.47819.9715TP.40.8360.389B1.22519.582计算检核6.6076.1781.3650.936a－b＝＋0.429h＝＋0.429HB－HA＝＋0.429第五十页，共97页。水准测量的外业校核∑a=∑b=∑a－∑b=∑h=高程高差前视读数后视读数测点测站BM1TP111BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.828－0.0663.3252.814+0.511+0.511第五十一页，共97页。水准测量的外业注意事项：架仪器要注意前后视距大致相等；仪器不能架在路中央；尺垫只在转点处使用；读数前要精平；后视完毕转向前视，一定要重新精平再读数，（但切记不能动脚螺旋）；视线要小于100米。课间实习时我要求大家视距控制在30～40米之间。第五十二页，共97页。水准测量的内业计算测站校核：在一个测站上观测两次高差，两次高差不符值应在允许范围内。方法有变仪器高法和双面尺法。线路校核：把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。线路方式主要有闭合水准路线、附合水准路线、往返水准路线第五十三页，共97页。水准测量的内业计算计算高差闭合差(closingerror)公式：对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于支水准路线，有：第五十四页，共97页。水准测量的内业计算高差闭合差的容许值（tolerance）对于普通水准测量：式中，fh容——高差闭合差限差，单位：mm；L——水准路线长度，单位：km；n——测站数。第五十五页，共97页。水准测量的内业计算下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA＝6.543m，HB＝9.578m，1、2、3为待定高程的水准点。h1＝＋1.331mh2＝＋1.813mh3＝－1.424mh4＝＋1.340mL1＝0.60kmL＝2.0kmL＝1.6kmL4＝2.05km13BMBBMA2第五十六页，共97页。水准测量的内业计算原始数据填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmhi/mvhi/mHi’/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核第五十七页，共97页。水准测量的内业计算高差闭合差的计算：高差闭合差的计算和调整计算各点改正后的高差计算各点改正后的高差填表填表填表填表第五十八页，共97页。水准测量的内业计算辅助计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核返回第五十九页，共97页。水准测量的内业计算高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025返回第六十页，共97页。水准测量的内业计算高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.035返回第六十一页，共97页。水准测量的内业计算高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.0357.8729.6778.246第六十二页，共97页。水准测量的内业计算Excel表格实现第六十三页，共97页。水准测量的内业计算Excel表格实现第六十四页，共97页。水准仪的检验与校正CCLLL′L′VV水准仪应满足的几何条件圆水准器轴L′L′应平行于仪器的竖轴VV；十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV；水准管轴LL应平行于视准轴CC。第六十五页，共97页。水准仪的检验与校正水准仪应满足的几何条件第六十六页，共97页。水准仪的检验与校正圆水准器的检校检校目的：当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上处于铅垂位置L′L′∥VV?第六十七页，共97页。水准仪的检验与校正圆水准器的检校检验方法：转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远镜旋转180°，如果仍然居中，说明满足此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。第六十八页，共97页。水准仪的检验与校正圆水准器的检校检验方法第六十九页，共97页。水准仪的检验与校正圆水准器的检校校正方法：转动脚螺旋，使气泡向中间移动偏离量的一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。第七十页，共97页。水准仪的检验与校正圆水准器的检校校正方法：第七十一页，共97页。水准仪的检验与校正十字丝的检校检校目的：当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。横丝⊥竖轴VV？第七十二页，共97页。水准仪的检验与校正十字丝的检校检验方法：整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横丝，则需校正。MMM第七十三页，共97页。水准仪的检验与校正十字丝的检校检验方法第七十四页，共97页。水准仪的检验与校正十字丝的检校校正方法：拨正十字丝环第七十五页，共97页。水准仪的检验与校正i角的检验检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。LL∥CC？第七十六页，共97页。水准仪的检验与校正i角的检验检验方法：在比较平坦的地面上，相距约80m左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和B。检验时先将水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，分别读取A、B点上的水准尺的读数a1和b1，求得高差h1=a1-b1。（h1不含有该项误差的影响）a1b1x1x1iiABC第七十七页，共97页。水准仪的检验与校正i角的检验检验方法将仪器搬至B点附近（相距约3米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺A和近尺B，分别读得读数a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2。若h2=h1，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若h2h1，则计算如果i角大于20″，则需要进行校正。ABia2b2a2′xD第七十八页，共97页。水准仪的检验与校正i角的检验检校方法第七十九页，共97页。水准仪的检验与校正i角的检验校正方法算出远尺的正确读数a2′，a2′=h1+b2。转动微倾螺旋，令远尺A上读数恰为a2′，此时视线已水平，而符合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两校正螺丝，使气泡居中，这时水准管轴就平行于视准轴。第八十页，共97页。水准仪的检验与校正i角的检验校正方法第八十一页，共97页。水准测量误差与注意事项仪器误差：水准仪在使用前应进行严格的检验，但由于检验不完善或其他方面的影响，使仪器存在残差。例如水准管轴与视准轴不平行的残余误差，可采用等距离观测可以消除。此外水准尺误差如尺长、弯曲、零点误差等，可采用采用前后视交替放置尺子，凑成偶数站等方法加以消除。观测误差：水准管气泡的居中误差：水准管居中误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有关。实践证明一般人判断气泡居中误差约为±0.15τ，采用符合水准器后，居中精度约提高一倍即：±0.15τ/2，引起的读数误差为：例如：τ″=20″，D=100米时，则：第八十二页，共97页。水准测量误差与注意事项观测误差估读水准尺的误差：估读毫米数的误差与十字丝粗细、望远镜放大率、视线长度有关。一般认为在100米内。m估=1.2mm。照准误差：照准误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率、视线长度有关。V＝28，D＝100米，则：水准尺倾斜的影响误差 ：由于扶尺不直引起读数变大。其误差为：Δb=b′-b=b′(1–cosθ),可见与尺上读数和倾角有关，当b′=2.5m，θ＝2º时，Δb＝1.5mm。视差对读数的影响：必须消除视差。水准仪与尺垫下沉和反弹误差：可采用“后－前－前－后”的观测顺序。第八十三页，共97页。水准测量误差与注意事项外界环境的影响大地水准面BAbab′a′b″a″rfcHAHB地球曲率对读数的影响大气折光对读数的影响地球曲率和大气折光的共同影响第八十四页，共97页。水准测量误差与注意事项观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺；仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架；前后视距应尽可能相等；每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数；注意对仪器的保护，做到“人不离仪器”；只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄；字体要端正、清楚、不准连环涂改，不准用橡皮擦，如按 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写；每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。扶尺人员认真竖立水准尺；转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫；水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。第八十五页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪索佳B20型自动安平水准仪第八十六页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪自动安平原理f-组合焦距s-补偿器到分划板的距离-倾斜视线-水平视线偏转角n-补偿系数sdK′(十字丝交点）水准尺水平光线倾斜视线物镜补偿器f即：第八十七页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪第八十八页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪第八十九页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪第九十页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪第九十一页，共97页。自动安平水准仪及精密水准仪第九十二页，共97页。课间休息记事本香水有毒第九十三页，共97页。主要误差误差:仪器及工具误差:水准管轴与视准轴不平行、误差水准尺误差观测误差：水准管气泡的居中误差、估读水准尺的误差、视差的影响误差、水准尺倾斜的影响误差外界条件的影响：水准仪下沉误差、尺垫下沉误差、地球曲率及大气折光的影响、温度影响第九十四页，共97页。精密水准仪简介能够精密地整平视线和精确地读取读数。结构特点：水准器具有较高的灵敏度。如DS1水准仪的管水准器τ值10″/2mm。望远镜具有良好的光学性能。如DS1水准仪望远镜的放大倍数为38倍，望远镜的有效孔径47mm，视场亮度较高。十字丝的中丝刻成楔形，能较精确地瞄准水准尺的分划。具有光学测微器装置。可直接读取水准尺一个分格（1cm或0.5cm）的1/100单位（0.1mm或0.05mm），提高读数精度。视准轴与水准轴之间的联系相对稳定。精密水准仪均采用钢构件，并且密封起来，受温度变化影响小。第九十五页，共97页。各种水准仪图片美国天宝电子水准仪南方自动安平水准仪NL20-32瑞士徕卡精密水准仪日本索佳精密水准仪及铟钢尺苏一光自动安平水准仪第九十六页，共97页。谢谢大家！第九十七页，共97页。