第四章高程测量

“工程测量”课程教学课件“十五”国家级规划教材《交通土木工程测量》(修订版)电子教案广东工业大学建设学院课程设计张坤宜魏德宏王国辉马莉网页设计梁靖波第四章高程测量学习目标：明确高程测量是确定地面点位置的基本工作。掌握地面点高程测量的二种技术：水准测量和三角高程测量的原理与方法。第一节水准测量原理•一、基本原理•水准测量是一种利用水平视线测量二个地面点高差的方法。•A、B是二个树立尺子的地面点，二个地面点之间安置一台水准仪，单实线是水准仪的水平视线，a、b是水平视线在尺子面上得到的观测数据。ABh=a-b(4-1)BH=AH+ABh(4-2)二、水准测量的仪器工具•1.水准仪DSO5、DS1、DS3、DS1O•主要有瞄准部和基座二大部分瞄准部•望远镜、水准器、托架及竖轴。水平制动、微动旋钮、微倾旋钮等。•1)望远镜2)水准器符合水准器•作用：调整水准仪观测视线处于水平状态的精密整平装置。•构成：由一个管水准器和一个棱镜组构成。•应用原理：利用光学反射原理，使水准气泡A端半影像按1、2、3、4的方向反映在显示面上，B端半影像从另一个棱镜开始按A端同样方式反映在显示窗上。3)托架与竖轴：4)基本轴系：•视准轴(cc)、管水准轴(LL)、圆水准轴(L’L’)、和竖轴(vv)。•瞄准部基本轴系在结构上必须满足：①LL∥cc；②LL⊥vv；③L’L’∥vv；④十字丝的中横丝与竖轴vv互相垂直。2.标尺：木质标尺和金属标尺•1)普通水准标尺：•2)塔尺：•刻划、注记•3.尺垫：三、几个基本概念•1.测站：水准仪及尺子所摆设的位置称为测站。•2.水准路线：连续若干测站水准测量工作构成的高差观测路线。3.后视：一测站中与水准路线前进方向相反的水平观测视线。后视所瞄的尺子称为后视尺，从后视尺面上得到的观测数据称后视读数，用a表示。•4.前视：一测站中与水准路线前进方向相同的水平观测视线。前视所瞄的尺子称为前视尺，从前视尺面上得到的观测数据称前视读数，用b表示。5.视线高程：后视尺立尺点的高程与后视读数之和。HB=HA+a-b•6..视距：水准仪到立尺点的水平距离，按视距测量方法测得，称为视距。•7.水准点：用于水准测量而设有固定标志的高程基准点。•8.高程转点：具有高程传递作用的立尺点。第二节一测站水准测量基本操作•一、一测站的基本操作•1.安置仪器，安置水准仪和竖立标尺。•2.粗略整平。•1)相对转动两个脚螺旋，使圆水准气泡移向两脚螺旋的中间位置。•2)转动第三个脚螺旋，使气泡移到圆水准器的中心。3.瞄准标尺。瞄准后视尺，开始，经历粗瞄、对光、精瞄过程。•4.精确整平。观察符合气泡影像如图4.3b)。•转动微倾旋钮，观察符合气泡影像如图4.3c)，实现望远镜视准轴精确水平。•5.读数和记录。先估读mm，后读m、dm、cm。•注意：刻划、注记•6.瞄准标尺，即瞄准前视尺。•7.精确整平。方法同4步骤。•8.读数和记录。方法同5步骤。二、水准仪自动安平的基本原理与操作•1．补偿装置。•补偿装置安装在水准仪望远镜的调焦镜与十字丝板之间。•补偿:在粗略整平的条件下，仪器自动精确整平，即自动安平。•补偿装置起自动安平的作用。•悬吊式自动安平补偿装置，屋脊棱镜与物镜、调焦镜、十字丝板、目镜的相对位置不变，直角反射棱镜由金属丝悬挂，可以在限定范围内摆动。2．自动安平原理。自动安平原理过程：•1)望远镜视准轴水平状态，补偿装置处于原始悬垂状态。•正确标尺读数Lo。•2)仪器未严格整平，视准轴处于倾斜状态，视准轴得到非水平标尺读数是L‘o。实际水平视线正确读数Lo落在B处，不为人眼所观察。2．自动安平原理。自动安平原理过程3)补偿装置重力起作用使直角反射棱镜摆向悬垂位置，直角反射棱镜与屋脊棱镜的相对位置发生变化，实际水平视线在补偿装置内的反射方向得到调整而射向十字丝中心位置(设计上必须满足这一要求)，人眼可观察到水平视线的标尺读数Lo。自动安平的原理实质：在仪器视准轴粗平时，补偿装置在自身重力的作用下自动为水准仪提供一条实际的水平观测视线及时获得标尺读数Lo。3．自动安平水准仪的基本操作：一测站一般操作的精确整平步骤省去不做，其余的操作步骤与微倾水准仪的操作相同。第三节水准测量高差观测技术•一、测站高差观测方法•1.改变仪器高法：•1)一次观测：顺序：后视距s后─后视读数a’─前视距s前─前视读数b’。•2)变动三脚架高度，重新安置水准仪。•3)二次观测：前视读数a”─后视读数b”。1.改变仪器高法：•4)计算与检核：h’=a’-b’,h”=a”-b”,δ2=h’-h”,d=s后-s前.•视距差d、高差变化值δ2是主要限差•d＜5m，∑d＜10m，δ容=±6mm，h=(h’+h”)/2•后视距s后─后视读数a’─前视距s前─前视读数b’•前视读数a”─后视读数b”改变仪器高法测站的观测记录　　　　　　　　　表4-1测站视距s测次后视读数a前视读数bh=a-b备注后s(1)1(2)(5)(7)前s(3)2(9)(8)(10)d(4)∑d(6)平均h(11)计算说明d：(1)-(3)→(4)h'：(2)-(5)→(7)h：(9)-(8)→(10)δ2=h'-hh=(h'+h)/2→(11)→：记入的意思后s56.3111.731前s21d∑d平均h一般技术要求后s、前s＜100md＜5m，∑d＜10mδ容=±6mm改变仪器高法测站的观测记录　　　　　　　　　表4-1测站视距s测次后视读数a前视读数bh=a-b备注后s(1)1(2)(5)(7)前s(3)2(9)(8)(10)d(4)∑d(6)平均h(11)计算说明d：(1)-(3)→(4)h'：(2)-(5)→(7)h：(9)-(8)→(10)δ2=h'-hh=(h'+h)/2→(11)→：记入的意思后s56.3111.731前s53.2021d3.1∑d平均h一般技术要求后s、前s＜100md＜5m，∑d＜10mδ容=±6mm改变仪器高法测站的观测记录　　　　　　　　　表4-1测站视距s测次后视读数a前视读数bh=a-b备注后s(1)1(2)(5)(7)前s(3)2(9)(8)(10)d(4)∑d(6)平均h(11)计算说明d：(1)-(3)→(4)h'：(2)-(5)→(7)h：(9)-(8)→(10)δ2=h'-hh=(h'+h)/2→(11)→：记入的意思后s56.3111.7311.2150.516前s53.2021d3.1∑d3.1平均h一般技术要求后s、前s＜100md＜5m，∑d＜10mδ容=±6mm改变仪器高法测站的观测记录　　　　　　　　　表4-1测站视距s测次后视读数a前视读数bh=a-b备注后s(1)1(2)(5)(7)前s(3)2(9)(8)(10)d(4)∑d(6)平均h(11)计算说明d：(1)-(3)→(4)h'：(2)-(5)→(7)h：(9)-(8)→(10)δ2=h'-hh=(h'+h)/2→(11)→：记入的意思后s56.3111.7311.2150.516前s53.2021.6931d3.1∑d3.1平均h一般技术要求后s、前s＜100md＜5m，∑d＜10mδ容=±6mm改变仪器高法测站的观测记录　　　　　　　　　表4-1测站视距s测次后视读数a前视读数bh=a-b备注后s(1)1(2)(5)(7)前s(3)2(9)(8)(10)d(4)∑d(6)平均h(11)计算说明d：(1)-(3)→(4)h'：(2)-(5)→(7)h：(9)-(8)→(10)δ2=h'-hh=(h'+h)/2→(11)→：记入的意思后s56.3111.7311.2150.516前s53.2021.6931.1730.5201d3.1∑d3.1平均h0.518一般技术要求后s、前s＜100md＜5m，∑d＜10mδ容=±6mm2.双面尺法：•1)观测程序：“a黑--b黑--b红--a红”.•2)观测步骤：•(1)观测黑面：后视尺黑面•上黑、下黑和a黑；前视尺黑面•上黑、下黑和b黑；•(2)观测红面：前视尺红面b红；•后视尺红面a红。三、测站观测的限差控制•“伴随观测，逐一检核，随时控制，逐步放行”。•伴随观测，逐一检核：观测开始就接受检核，不能观测完再检核。•随时控制，逐步放行：检核合格才容许下一步的观测工作。双面尺法观测记录实例表4-2下丝下丝后视尺上丝前视尺上丝标尺读数后视距前视距测站编号视距差d∑d方向及尺号黑面红面黑+k减红高差中数备注〔1〕〔4〕后〔3〕〔8〕〔14〕〔2〕〔5〕前〔6〕〔7〕〔13〕〔9〕〔10〕后-前〔15〕〔16〕〔17〕〔18〕〔11〕〔12〕记录计算检核说明1.5740.735后NO.51.3846.17101.1930.367前NO.60.5515.239-138.136.8后-前0.8330.93210.832511.31.3NO.5k=4.787NO.6k=4.6872.2252.302后NO.61.9346.62101.6421.715前NO.52.0086.796-158.358.7后-前-0.074-0.1751-0.07452-0.40.9四、测段高差的观测•1.测段:二个水准点之间构成的水准路线。•2.测站的搬设：•测段多测站连续观测，水准仪、标尺按前进方向逐一搬站，方法：•(1)一测站检核无误，记录员发搬站口令；•(2)观测员、扶尺员按口令搬站：•①前视尺扶尺员不离原立尺点，确保尺垫不变动;新设站的后视尺。•②观测员将水准仪搬到下一测站适当位置，距离适当。•③后视尺扶尺员在新设站的位置。新设站的前视尺。3.测段的高差计算：•1)概念：往测，前进方向从A到B的逐站水准测量；•返测，前进方向从B到A的逐站水准测量。•2)测段高差计算：(1)往返测高差计算：•h往=hi往。检核：hi往=ai往-bi往。•h返=hi返。检核：hi返=ai返-bi返。(2)测段高差计算：Δh=h往+h返742返往hhh第四节水准测量误差及其预防•一、仪器误差：•1.视准轴与管水准轴不平行误差：2.水准标尺的误差：3.望远镜调焦机构隙动差：•二、操作误差:1.管水准器气泡居中误差。2.标尺瞄准误差。3.水准标尺的倾斜误差。•三、外界环境影响：1.地球曲率的影响。2.大气折射的影响。3.温度的影响。4.仪器标尺升沉的影响。消除减少误差方法：•1)检验校正水准仪，i角小(DS3少于20“)，摈弃不合格标尺。•2)一测站前、后视距尽量相等，视距差符合规定。•3)测站观测只一次对光。•4)做好精平。•5)限制视距长度。•6)立尺直、稳。•7)避阳光直晒，最宜阴天观测，视线高出地面0.3米。•8)往返测。第五节精密水准仪•一、精密水准仪特点：•1)设有精密可靠的测微设施。•读数可精确到0.01mm。•(1)标尺稳定性能好，刻划精密。•(2)水准仪设有平板测微器。•(3)望远镜十字丝板采用楔形十字丝分划。•2)精确整平的灵敏度高。•3)抗干扰能力强。二、电子水准仪•1.采用条纹编码的标尺长度注记方式。•2.采用摄像技术，对标尺测量进行摄像观测。•3.自动实现图象的数字化处理以及观测数据的测站显示、检核、运算等。电子水准仪第六节水准路线图形和计算•工程建设需要设立更多水准点，水准点之间形成多种图形。•一、水准路线的布设图形：•1.闭合水准路线：•2.附合水准路线：•3.水准支线：•4.水准网：二、水准路线的计算•水准路线的水准点之间的观测高差h’i.。•1.闭合水准路线：•1)闭合差W计算：水准路线闭合差,即水准路线的观测高差与有关已知值比较而存在的差值。•W=∑h'i=h'1+h'2+h'3-h'4+h'5•2)检核：W容=±30〔平缓地区〕，•或W容=±9〔高差起伏大地区〕。•3)观测高差改正数计算：•(1)改正数按测站数成比例分配（高差起伏大的地区）•(2)改正数按距离成比例分配（平缓地区）•4)测段高差计算：hi=h‘i+vi•5)水准点高程计算：][DN254NnWii264][DDWii二、水准路线的计算•