02水准仪及水准测量

第二章水准测量水准测量原理水准仪的基本结构及使用主要内容12第二章水准测量重点水准测量原理、水准仪的技术操作和检验校正难点水准仪的操作及水准测量实施程序与成果检核§2.1水准测量原理知识回顾：什么是高程？高程（标高）【elevation】指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程。简称高程。某点沿铅垂线方向到某假定水准基面的距离，称假定高程。2.1水准测量原理A——后视点a——后视读数B——前视点b——前视读数bHaHHBAiABABhHH1、A、B两点间高差2.B点的高程3.视线高程bahAB大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向1简单水准观测（基本高差段的距离较短或高差较小）---安置一次仪器测出基本高差段的高差hA1A1.3682.563点号后视前视高差高程BMA320.065112.5631.1951.368321.260§2.1水准测量原理水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程A点处高程已知，A为已知点，A为后视点，A处水准尺为后视尺，A点读数为a，称后视读数B为待测高程点，B点为前视点，B处水准尺为前视尺，B点读数为b，称前视读数测站：每安置一次仪器，称为一个测站。2.1水准测量原理a——后视读数；b——前视读数高差等于后视读数减去前视读数。高程测量的实质就是测量高差。注意：1．高差hAB本身可正可负，当a大于b时hAB为正，此时B点高于A点；当a小于b时hAB为负，即B点低于A点。2．高差hAB的书写其下标的次序是固定的，不能随意变换，hAB表示从A到B的高差；hBA则表示从B到A的高差。提问：如果已知A点高程，怎么求图上其它点的高程？（要求尽量减少仪器的搬运）b1bab2b3B2B1AB3当仪器安置在一个地方,根据一个已知高程的后视点A去测定几个前视点的高程时,用这种计算各点的高程要比分别计算出各点的高差再去求高程的方法简便得多b1bab2b3B2BB1AB3那么：HB=HI–bHB1=HI–b1HB2=HI–b2HB3=HI–b3HI=HA+a2.2水准仪的基本结构及使用水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。工程测量中广泛使用的是DS3级水准仪。“3”表示该仪器每千米往返观测高差精度为±3mm。2.2.1DS3微倾式水准仪的构造水准仪是能够提供水平视线的仪器，主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。1物镜2目镜3物镜对光螺旋4管水准器5圆水准器6脚螺旋7制动螺旋8微动螺旋9微倾螺旋10轴座(一).望远镜1、望远镜的主要作用是看清不同距离的目标和提供照准目标的视线。它包括物镜、十字丝分划板、对光凹透镜（调焦透镜）和目镜等四个部分。十字丝分划板物镜物镜调焦螺旋十字丝分划板目镜调焦透镜CC（1）构成视准轴（望远镜提供的一条视线）物镜光心与十字丝交点的连线，称为视准轴，用CC表示，简称视线。竖丝横丝视距丝物镜、目镜、调焦螺旋、调焦透镜、十字丝分划板1、望远镜十字丝交点2、十字丝十字丝是照准尺子和读数用的。竖丝横丝（中丝）视距丝十字丝中心(或称十字丝交点)和物镜光心的连线，称为视准轴。用c-c表示。物镜调焦螺旋（又称物镜对光螺旋）水平微动微倾螺旋（精确整平）目镜调焦螺旋图水准仪主要螺旋制动：不动微动：小范围动注意：先制动再微动，不制动就不能微动(二)水准器水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。水准器分为圆水准器和管水准器两种。圆水准器装在基座上，供粗略整平之用；管水准器装在望远镜旁，供精确整平视准轴之用。管状水准器（水准管）：精平，使视准线水平圆水准器：粗平，使竖轴竖直①管水准器管水准器又称水准管，水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点O，称为水准管零点。水准管内充满酒精或乙醚，中间有一气泡。通过零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴。水准管上每2mm分划所对应的圆心角，称为水准管分划值。分划值越小，则水准管越灵敏。特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。棱镜组小目镜微倾螺旋02、水准器符合管水准器②圆水准器－粗平圆水准器分划值：气泡由零点向任意方向偏2mm，圆水准器轴相对铅垂线偏离的角值。水准仪上圆水准器的角值为8′～15′(R=0.46～0.86m)。轴座脚螺旋连接螺旋底板（三）、基座组成：轴座、脚螺旋（定平螺旋）、连接螺旋、底板。脚螺旋---用来调节圆水准气泡居中，使仪器大致整平。2.2.3水准尺和尺垫1.水准尺水准尺通常用干燥不易变形的木质材料或玻璃钢制成。双面尺多用双面尺的一面采用黑白相间刻划，称黑面尺或主尺，另一面采用红白相间刻划，称红面尺或副尺。双面尺必须成对使用。1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。0.730水准仪读数2.尺垫尺垫是在转点处放置水准尺用的。尺垫用生铁铸成，一般为三角形，中间有一突起的半球体，下方有三个支脚。使用时用力将尺垫的三个支脚踩入土中，以防下沉，上方突起的半球形顶点作为竖立标尺和标志转点之用。2.2.4水准仪的使用水准仪的正确操作程序：仪器安置——〉粗略整平——〉瞄准水准尺——〉精确整平——〉读数1.安置脚架（置架）打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上三脚架头大致水平：固定两条脚，移动第三条脚脚架要踩实地面倾斜较大时，可调节位于上坡一架腿长短来安置脚架。2.粗略整平（粗平）用脚螺旋将圆水准气泡调至居中。气泡移动的方向与左手大拇指旋转时的移动方向一致。①对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向的中间②转动脚螺旋3，使气泡居中。粗略整平3.瞄准水准尺目镜对光、粗瞄将望远镜朝向明亮背景，使十字丝影像清晰，然后松开制动螺旋，转动螺旋，使用照门和准星瞄准水准尺，使水准尺进入望远镜视场，随即拧紧制动螺旋。物镜对光、精瞄调焦螺旋－水准尺影像清晰微动螺旋－使十字丝竖丝与水准尺重合目镜对光螺旋松开制动螺旋，转动望远镜，通过镜筒上部准星、缺口概略瞄准标尺，然后拧紧制动螺旋。概略照准物镜对光-转动物镜对光螺旋使标尺成像清晰精确照准-转动微动螺旋，使十字丝竖丝贴近标尺中央。视差为了检查对光质量，可用眼睛在目镜后上下微微晃动，若发现十字丝与目标影像有相对运动，则说明物像平面与十字丝平面不重合，这种现象称为视差。消除方法是重新对光，直到眼睛上下移动，水准尺读数不变。视差：眼睛在目镜一端上下移动时，十字丝和目标影象间产生的相对移动现象称为视差。视准轴无视差现象物象目镜•产生视差的原因是对光不完善。视差给我们测量成果带来很大的误差，因此一定要消除视差！•消除视差的方法：精确对光（重新仔细对光）。有视差现象视准轴十字丝物象4.精确整平（精平）调节微倾螺旋，使符合水准器气泡两半弧影像符合成一光滑圆弧缓慢地转动微倾螺丝，同时由望远镜旁气泡观察窗中进行观察，当水准管气泡两端的影像吻合时，则水准管气泡居中，即表示水准仪的视准轴已精确水平。气泡观察窗微倾螺旋精确整平5.读数在标尺竖直、气泡居中、方向正确的前提下读取中横丝的尺面读数。1.米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2．规律：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，即从下往上读。补充：扶尺和搬站1.扶尺站在尺后，双手握住把手，两臂紧贴身躯，借助水准尺上的水准器将尺铅直立在测点上使用尺垫时，应事先将尺垫踏紧，将尺立在半球顶端2.搬站短距离搬站时，先检查仪器中心连接螺旋是否可靠，将脚螺旋调至等高，然后收拢架腿，一手扶着基座，一手斜抱着腿架夹在腋下,安全搬站地形复杂，应将仪器装箱搬站严禁将仪器扛在肩上搬站§2.3水准测量一般方法及计算2.3.1水准点水准点：国家测绘部门在全国各地埋设且测定了其高程的固定点，用BM表示。有永久性和临时水准点两种。2.3.2水准路线水准路线：水准测量进行的路径1．闭合水准路线(closedlevelingline)由已知点BM1——已知点BM12．附合水准路线(annexedlevelingline)由已知点BM1——已知点BM23．支水准路线(spurlevelingline)由已知点BM1——某一待定水准点A。2.3.2水准路线4.水准网由多条单一水准路线相互连接构成的网状图形§2.3.3水准测量的实施1.一般要求测量应尽可能采用中间法，即仪器安置在距离前后视尺大致相等的地方简单水准观测（基本高差段的距离较短或高差较小）---安置一次仪器测出基本高差段的高差hA1A1.3682.563点号后视前视高差高程BMA320.065112.5631.1951.368321.2602.施测程序当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行bahhbahbahbahABnnn2221112.施测程序1）第一测站：将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，安置水准仪和前视点。圆水准气泡居中粗平，瞄准后视尺，精平，读数。旋转望远镜瞄准前视尺，精平读数。记录、计算高差。2）第二测站：后尺和测站向前移动，前尺不动并转为第二测站的后尺，原后尺变为前尺，同第一站的方法一样继续向前观测。注意（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。（2）∑a-∑b=∑h只表明计算无误，不表明观测和记录无误。2.3.4水准测量检核1.计算检核2.测站检核①.双仪高法②.双面尺法3.成果检核1.计算检核在水准测量计算手簿辅助计算栏中进行计算BAABAiHHhHhBAiHHh2.测站检核－变动仪器高法变更仪器高法（双仪高法)在一个测站上，观测一次高差h’＝a’－b’后，将仪器升高或降低10cm左右，再观测一次高差h’’＝a’’－b’’。当两次高差之差（较差）满足⊿h＝h’－h’’≤⊿h容取平均值作为本站高差，否则应重测。⊿h容——容许值，在相应规范中查。等外水准测量中容许值为6mm。2.测站检核－双面尺法在一个测站上，用同一仪器分别观测水准尺黑面和红面的读数，获得两个高差h黑=a黑-b黑h红=a红-b红若满足：⊿h≤⊿h容取平均值作为结果，否则重测若同一水准尺红面与黑面读数（加常数后）之差，不超过3mm，且两次高差之差，不超过5mm，取其平均值作为该测站观测高差。黑面均以00为起点红面47——468748——4787K——尺常数3.成果检核通过测站检核和计算检核，只能检核读数误差和计算错误，不能排除其他诸多误差对观测成果的影响。高差闭合差——1、闭合水准路线：2、附合水准路线：hfhh理测hhfhhf理测容hfh测()hBAfhHH测容许高差闭合差对于普通水准测量，有：——适用于平原区——适用于山区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4012hhfmmLfmmn容容2.3.5水准测量的内业1.高差闭合差的计算与检核2.高差改正数ν的计算与高差闭合差调整3.高程计算4.算例hf2.高差改正数ν的计算与高差闭合差调整①.高差改正数计算改正条件：改正原则：将反号按测程L或测站n成正比例分配。（各站产生误差机会相同）设路线有i个测段（两水准点间的水准路线，i＝1，2，3…），第i测段的水准路线长度为（以km计），或测站数为，总里程或总测站数为∑L或∑n，则测段高差改正数为：ihhff容hfiLinihiLLfihinnf高差改正数计算注意：改正数凑整至mm，按进行验算。如因凑整引起的微小不符值，可将其加分配在任一测段上。iif②.调整后高差计算iihh’测＋ii1ihHH’－＝＋③.高程