测量学-水准测量

内容回顾地球大小和形状测量常用坐标系大地坐标系、空间直角坐标系、平面直角坐标系高斯投影横轴、圆柱投影高斯平面直角坐标系方位角坐标方位角第二章水准测量第三章水准测量水准测量原理水准测量的仪器和工具水准测量的外业观测方法水准测量的内业成果整理学习要点第三章水准测量3.1水准测量原理与方法一、高程测量概念：测量点高程的工作。高程概念回顾：绝对高程：相对高程：高差：测量的基本工作：测角，测距，测高差一、高程测量高程测量方法：水准测量：最基本，精度最高三角高程测量(6.5祥)：适于山区GPS测量：精度高水准测量的等级：按精度要求及控制范围普通水准（等外水准）：三、四等水准：小地区高程控制国家一、二等水准：国家或大城市的高程控制二、水准测量原理在A，B上竖立标尺用水准仪构筑一条水平视线，该视线在两尺上截得读数a和b，则A，B两点间高差：hAB＝a-b注：高差h有正有负正?负?高程测量的实质就是测量高差。大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向A—后视点a—后视读数B—前视点b—前视读数iABHHaHbBAABHHh1、A、B两点间高差2、B点的高程3、视线高程ABhab大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线后视水准尺前视水准尺ab前进方向二、水准测量原理三、水准测量方法1、高差法：（适用于测站有一个前视和后视点）转点：两点间加的临时立尺点。在施测路线上，依次测出每两点间的高差hi，hi=后视读数-前视读数，则：HB=HA+(a1-b1)+(a2-b2)+----+(an-bn)=HA+a-b或HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h三、水准测量方法----高差法例：h1=2.250-1.000=1.250h2=0.640-1.350=－0.710h3=2.146-1.500=0.646h4=2.469-0.783=1.686H4=H0+∑h=H0+2.8722、视线高程法（适用于一个后视和多个前视）视线高程：水准仪的视线位置的高程。视线高程Hi=HA+a未知点高程HB=Hi-b=HA+a-bHihAB三、水准测量方法ab四、地球曲率对高差的影响1、曲率对一跟尺上读数的影响：A、B两点同在一水准面上，高程相等，若以水平面代替水准面，则B点的高差误差为Δh。由图可知：(R十Δh)(R十Δh)＝RR十tt则Δh＝tt/(2R+Δh)则上式可简化为：Δh=D*D/2R四、地球曲率对高差的影响理论：hAB=EA-FB实际：hAB=MA-NB=(ME+EA)-(NF+FB)=EA-FB+(ME-NF)ME=D1*D1/2RNF=D2*D2/2RABI水平线EFMN大地水准面2、地球曲率对高差的影响结论:当前后视距相等即D相等时，r1与r2相等，则一个测站的球气差改正相互抵消。3.2水准仪和水准尺一、水准仪型号表示：DS+下标D大地，S水准仪，下标：每公里往返测高差平均值的中误差按精度划分：四等DS05，DS1：精密水准仪（国家一、二等）。DS3，DS10：普通水准仪（国家三、四等及等外水准）工程测量中广泛使用的是DS3级水准仪。二、水准仪基本构造分类：光学\自动安平\数字基本组成:望远镜水准器基座3.2水准仪和水准尺二、水准仪基本构造1、望远镜：瞄准尺并读数。由物镜,对光透镜,十字丝,目镜组成。物镜及物镜调焦螺旋：转动物镜调焦螺旋，移动对光透镜的位置，可使目标在分划板面上成像清晰。望远镜成像光路图1、物体2、物镜3、对光透镜4、分划板5、目镜原理：物体通过物镜和对光透镜在十字丝平面上成倒立实像，目镜又将倒立实像放大。若目镜有转相装置，则成放大正立的虚像。1、望远镜目镜及目镜调焦螺旋：转动目镜调焦螺旋，可使十字丝成像清晰。十字丝分划板：目标成像。中丝：视距丝（上、下丝）：视差：望远镜内目标像与分划板未重合。消除方法：进行目镜、物镜调焦。注：一般的望远镜只需望远，不需瞄准。测量望远镜还要瞄准目标读数，所以要有十字丝。目标的像与十字丝重合即瞄准。上丝下丝竖丝横丝中丝二、水准仪基本构造水准管轴：过圆弧零点的纵向切线。水准管是水平状态指示器。用于把其轴置平.视准轴(视线)：十字丝分划中心与物镜光心的连线。圆水准轴：通过零点和球心的连线。二、水准仪基本构造2、水准器（指示视准轴是否水平的装置）2、水准器管水准器：装在望远镜旁。其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。(精平)圆水准器：装在基座上，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。“气泡居中”即水准器的轴垂直。(粗平)19二、水准仪基本构造2、水准器水准管的格值：水准管上两相邻分划线之间的弧所对的圆心角。设弧长为2毫米，曲率半径为R毫米，则格值秒圆水准器灵敏度8′/2mm用于仪器粗平管水准器灵敏度20″/2mm用于仪器精平R2二、水准仪基本构造212、水准器符合棱镜系统：把水准管两端半个气泡的像，经过三次全反射，进入望远镜旁的放大镜内。如果气泡居中，则气泡两端的两个半边影像即合二为一。用符合棱镜系统观察，判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。二、水准仪基本构造3、基座及其它脚螺旋：粗平中心螺旋：固定仪器三脚架：放置仪器控制螺旋：制动螺旋：粗略对准目标微动螺旋：微动对准目标微倾螺旋：精平二、水准仪基本构造三、自动安平水准仪无水准管和微倾螺旋由自动安平补偿器来代替其功能四、水准尺和尺垫1、水准尺：材质：木质玻璃钢长度：2米，3米，5米外形：直尺塔尺折尺精度：普通：双面尺精密：铟瓦水准尺副尺起始读数则分别为4.687m和4.787m。腰部水准器手柄红\黑面四、水准尺和尺垫2、尺垫作用：防止下沉或用于转点标志。材质：生铁形状：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：用力将尺垫的三个支脚踩入土中，以防下沉。四、水准尺和尺垫3、三脚架作用：支撑仪器材质：木质、铝合金使用：脚架的长度可以伸缩，根据观测者身高调整好三脚架高度，用力将脚架的三个支脚踩稳实，再安置仪器。四、水准尺和尺垫五、数字水准仪速度快，精度高，自动读数。线阵探测器：采用数字图像识别处理系统。条码水准标尺五、数字水准仪结构：其望远镜光学部分和机械结构与光学自动安平水准仪基本相同。调焦发送器：计算仪器与尺之间的概略视距值。补偿器监视：监视补偿器的功能是否正常。分光镜：将光线分离成红外光和可见光。线阵探测器：接受红外光探测标尺图像，并用电信号传送给信息处理机。引：水准测量原理一、水准点、转点水准点：高程点的标志水准点埋设：临时点：钉子，木头永久点：水泥桩，钢筋转点：传递高程的过渡点3.3水准测量观测方法1、安置：打开三脚架，踩实脚架尖，固定水准仪。2、粗平：固定两个脚架，动第三个脚架，配合使用脚螺旋使圆水准器的气泡居中。3、瞄准：转动仪器，利用准星粗略瞄准，转动调焦螺旋使目标象清晰，利用微动螺旋精确瞄准。4、精平：用微倾螺旋使水准管气泡居中。5、读数：用十字丝的横丝在水准尺上取“读数”每次取四位数，（“0”也是必须记录的数字。）二、水准仪使用2、粗平（调节脚螺旋）（左手拇指法则）32二、水准仪使用3、瞄准目镜对光：十字丝成像清晰瞄准目标：瞄准后制动物镜对光：目标成像清晰微动螺旋：使尺子贴近十字丝一侧消除视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦重新对光可以消除视差。二、水准仪使用符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察，使两端气泡的像放大。要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中.。用符合棱镜系统观察，可以把判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。4、精平(微倾螺旋)二、水准仪使用5、读数水准尺的分划是区格式的。区格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。每次读四位数。例：0858mm注：仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。二、水准仪使用三、普通水准测量施测程序：安置仪器：打开三脚架,固定水准仪粗平：使圆水准气泡居中瞄准后视尺：外瞄，内瞄，制动精平：使管水准气泡居中读后视尺上的数a：读四位数字瞄准前视尺：瞄准，制动精平：同上读前视尺上的数b：同上计算高差：hAB=a-b施测方法：两次仪器高、双面尺法1、两次仪器高法已知HA，求HBh1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2≤±6mm注：变动仪器高度，幅度大于10厘米。a2a1b2三、普通水准测量方法b1水准测量记录（两次仪器高法）38测站点号水准尺读数高差(h)平均高差改正后高差高程（H）后尺前尺1A113410.0001011TP.11677-0.5439.4571554-0.543-0.5432TP.114441624TP.21324+0.1209.5751508+0.116+0.1182、双面尺法已知HA，求HB。h1=a1-a2h2=a1-a2h1-h2≤±6mm后视黑面---前视黑面---前视红面---后视红面39a1b1前进方向a2b2三、普通水准测量方法水准测量记录（双面尺法）测站水准尺读数点号后视前视高差(h)平均高差改正后高差高程（H）1A112510.0005811(4687)TP.10876+0.24910.2505661(4787)+0.150+0.250TP.113186103(4787)TP.21106+0.21210.46225790(4687)+0.313+0.212三,四等、等外、一二等水准测量测站技术要求比较等级视线长度(m)前、后视距离差（m）前、后视距离累计差（m）红、黑面度数差(mm）红、黑面所测高差之差（mm）三等S3≤65≤3≤6≤2≤3四等S3≤80≤5≤10≤3≤5等外S3S10≤4≤641一等S05≤35≤0.5≤1.5≤0.4二等S1s05≤60≤1.0≤3.0≤0.642单一路线1、附合导线2、闭合导线3、支导线四、水准路线的布设形式四、水准路线的布设形式水准网独立附合外业：双面尺法两次仪器高法内业：闭合差计算与分配，高程计算五、单一水准路线的计算1、高差闭合差的计算：fh=∑h测-∑h理2、高差闭合差的分配：将fh与测站成正比反号分配到各段高差中：Vi=–fh/n或将fh与路线长度成正比反号分配到各段高差中：Vi=–fh/L*i3、高程计算：Hi=Hi-1+hi45例：水准测量计算A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m)(037.0293.4330.4)()(293.4286.45579.49mHHhfmHHhABhAB理)(10940mmLfh容（一）高差闭合差计算高差闭合差的允许值Lfh40容L---以公里为单位例：水准测量计算)(10940)(037.0293.4330.4)(mmLfmHHhfhABh容ioiholvVkmmmLfv)/(54.737（二）高差闭合差的分配（三）高程计算Hi+1=Hi+hi+vi例：水准测量计算点号距离（km）测得高差（m）改正值（m）改正后高差（m）高程（m）BM.A45.2861.6+2.331-0.008+2.323BM.147.6092.1+2.813-0.011+2.802BM.249.4111.7-2.244-0.008-2.252BM.348.1592.0+1.430-0.010+1.420BM.BΣ49.579h=4.2937.4+4.330-0.037+4.293)(037.0293.4330.4)()(293.4286.45579.4