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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 工程监理 > 第2章水准测量_工程测量
1本章摘要本章主要介绍水准测量原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量的实施方法和成果计算、检核等内容。第二章水准测量2▲§2-1水准测量原理§2-2水准测量的仪器和工具§2-3水准仪的使用▲§2-4水准测量的方法§2-5水准仪的检验与校正§2-6水准测量误差与注意事项§2-7自动安平水准仪和数字水准仪本章目录3水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。水准测量—三角高程测量—气压高程测量—物理高程测量液体静力水准测量—重力测量—卫星导航定位高程测量—§2.0水准测量概述高程是确定地面点位的三要素之一。因此,如何测量地面上点的高程是测量的基本工作。高程测量方法:45§2.1水准测量原理问题:已知A点高程为HA,如何求得B点高程HB?一、水准测量原理已知A点高程HA,利用水准仪提供的水平视线,在A、B两水准尺读数a和b,经过计算即可得到HB。水平视线6二、计算待定点高程1、高差法如图所示,分别在A、B点立水准尺,利用水准仪提供的水平视线,在A尺上读数a(后视读数),在B尺上读数b(前视读数)a=b+hAB即hAB=a–b(后-前)待定点B的高程为:HB=HA+hAB=HA+a–b【注意】高差带有正负号(不能省略);脚标为前进方向;当hAB0时,由A到B为上坡。7视线高程:Hi=HA+a待定点高程:Hk=Hi-bk(k-1、2······n)2、视线高法适用于安置一次仪器测出若干个前视点待定高程的情况,在施工程测量中常用。8若已知HA=54.321m,在A点水准尺的读数为1.789m,在B点水准尺的读数为0.678m,求B点高程。解:高差:hAB=a-b=1.789-0.678=+1.111m高程:HB=HA+hAB=54.321+(+1.111)=55.432m返回【例题】9一、水准仪:按精度分类(我国):DS05、DS1、DS3、DS10;§2-2水准测量的仪器和工具D—大地测量仪器;S—水准仪数字—表示每公里一次往返测高差平均数的中误差。10按结构分类:数字水准仪自动安平水准仪微倾式水准仪水准仪的主要作用:为测量高差提供一条水平视线;1、望远镜——2、水准器——3、基座——11DS3型微倾式水准仪1-物镜;2-目镜;3-水准管;4-圆水准器;5-水平制动;6-脚螺旋;7-微倾螺旋;8-水平微动螺旋;9-调焦螺旋;121、望远镜——形成视线,放大目标(1)构成:物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板;视准轴CC:物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。(2)物镜调焦螺旋——使目标成像清晰;目镜调焦螺旋——使十字丝成像清晰;13视差现象:产生原因:目标像平面和十字丝平面不重合;消除方法:微调目镜和物镜对光螺旋;(3)照门、准星:粗找目标;(4)竖轴VV;(5)水平制动、微动螺旋(6)望远镜放大倍率v=28×14(1)管水准器(水准管)作用:使视线精确水平;构造:玻璃管;水准管零点:水准管圆弧上分划的对称中心。水准管轴:通过水准管零点所作水准管圆弧的纵切线,称为水准管轴,用LL表示。2、水准器15式中:τ——2mm所对的圆心角;ρ=206265″R——水准管圆弧半径,单位毫米;2R水准管分划值:2mm弧长所对的圆心角τ称为水准管分划值即水准管圆弧半径愈大,分划值τ就愈小,则水准管灵敏度就越高,也就是仪器置平的精度越高。DS3水准仪的水准管分划值为20″/2mm。16符合水准管--便于观测,提高气泡居中的精度17(2)圆水准器构造:球面玻璃管圆水准轴:即通过水准器零点所作球面的法线。用L´L´表示。圆水准器的分划值τ:DS3型水准仪圆水准器分划值为8′/2mm。特点:气泡居中,视线大致水平。18调节基座上的三个脚螺旋可使圆水准器气泡居中。3、基座19水准尺是水准测量的主要工具,有单面尺和双面尺两种。1、水准尺的种类单面尺:3-5米,精度较低。如塔尺、折尺。双面尺:2-3米,精度较高。红黑面尺零点差为4.687米、4.787米作用:防止读数错误2、尺垫:二、水准尺和尺垫20一、安置仪器——前后视距离相等,目测水准仪大致水平;§2-3水准仪的使用二、粗平——用脚螺旋使圆水准器气泡居中;三、瞄准水准尺——目镜对光→物镜对光→消除视差。21四、精确整平——用微倾螺旋,使水准管气泡居中;五、读数——221.定义:事先埋设标志在地面上,用水准测量方法建立的高程控制点称为水准点(BenchMark),常以BM表示。§2-4水准测量方法一、水准点2.等级:一、二、三、四等,普通水准点。3.类型:永久性、临时性。23二、水准测量的实施当DAB≤200米时,观测一个测站当DAB>200米时,分段测量,中间设置转点TP24从A点到B点逐站观测的高差:111222555habhabhab相加+)ABhhab则B点高程为:BAABHHh25【例2-1】如图2-16所示,自水准点BM0(高程为149.285米)起,利用普通水准测量方法测定P点的高程,观测数据如图所示。试将观测数据填入水准测量记录表中,推算P点的高程,并进行计算检核。2.0121.3621.0630.755BM0TP3TP1TP2P2.1381.4722.5101.16126测站点名水准尺读数高差h(m)高程H(m)备注后视a前视b+-BM02.012149.285已知点11.257TP11.4720.75521.038TP21.3622.51030.299TP32.1381.06340.977P1.161150.780待定点∑2.5531.0386.9845.489检核Σa=6.984Σb=5.489Σh=+1.495Σa-Σb=6.984-5.489=+1.495=Σh普通水准测量手簿271、测站检核目的:保证每站高差的正确性。方法:(1)双仪器高:观测两个高差;普通水准|h′-h″|≤6毫米(2)双面尺:基本分划与辅助分划两个高差;普通水准|h黑-h红|≤6毫米三、水准测量的成果检核问题:为什么要检核?如何检核?28目的:保证一条水准路线高差的正确性。方法:路线检核。(1)附合水准路线定义:从一水准点BMA出发,沿各待定高程点逐站进行水测量,最后附合到另一水准点BMB上。检核方法若等号两边不相等,则附合水准路线的高差闭合差fh为)(ABihHHhf精度要求:容hhff2、水准测量的成果整理29定义:从水准点BMA出发,沿环线逐站进行水准测量,经过各高程待定点,最后返回BMA点。检核条件:精度要求:ihhf容hhff(2)闭合水准路线30定义:从一水准点出发,既没有符合到另一水准点,也没有闭合到原来的水准点。检核方法:精度要求:返回(3)支水准路线返往+hhfh容hhff提示:支水准路线缺乏检核,路线不可太长。31毫米毫米容容Lfnfhh4012山地:平地:(4)普通(图根)水准测量限差的规定其中L-水准路线长度,以公里为单位n-水准路线测站数32§2.4水准测量成果计算一、附合水准路线计算已知:HA=65.376米,HB=68.623米,各段水准路线的高差hi和测站数ni以及测段距离Li列入表中求:1、2、3点高程33【思路】高差闭合差:)(BAhHHhf产生原因:观测高差有误差。消除方法:对高差加改正数Vi。分配原则:Vi与fh符号相反,Vi大小与测站数成正比。hiifvLLhiifvnn或34解:绘草图,表中填写测点、ni、hi、HA、HB()3.315(68.62365.376)0.068hBAfhHHm点号距离/km测站数n实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m备注1234567BMA1.08+1.575-12+1.56365.376166.9391.212+2.036-14+2.022268.9611.414-1.742-16-1.758367.2032.216+1.446-26+1.420BMB68.623∑5.850+3.315-68+3.247辅助计算|fh||fh允|351.计算fh,fh容合格。容hhff普通水准容许误差(限差):()3.315(68.62365.376)0.068hBAfhHHm40405.896mmkmmmhfLmm允362.闭合差fh的调整计算检核1:∑v=-68mm,∑v=-fh计算改正后的高差:计算检核2:iiivhhABiHHh685.8mmkmhiiikmfvLLL高差改正数:37一、水准仪应满足的几何条件1、四条主要轴线:视准轴CC水准管轴LL、圆水准器轴L´L´仪器竖轴VV§2.5微倾式水准仪的检验与校正2、条件(1)圆水准器轴平行于竖轴L′L′∥VV;(2)十字丝横轴垂直于竖轴(3)水准管轴平行于视准轴CC∥LL;其中(3)为主要条件。381.目的保证圆水准器轴L´L´平行于仪器竖轴VV。若不平行,所夹小角为δ。一、圆水准器的检验与校正393.校正(1)用脚螺旋调正气泡偏离的一半(2)用圆水准器校正螺旋再调一半2.检验(1)用脚螺旋使圆水准器气泡居中(2)望远镜旋转180°若气泡居中,则L´L´//VV若气泡不居中,则L´L´偏离2δ401.目的保证十字丝横丝垂直于仪器竖轴VV。二、十字丝的检验与校正412.检验(1)水准仪精平后,在墙上画P点,P点在横丝上(2)微动望远镜若P点在横丝上移动,则条件满足若P点偏离横丝,则条件不满足3.校正用十字丝的校正螺旋调正421.目的:保证望远镜视准轴CC平行于水准管轴LL。若不平行,其夹角为i角三、水准管的检验与校正432.检校方法一(1)检验平地上选AB两点,距离为80m左右。水准仪置中间。变动仪器高,测两次高差,高差之差≤3mm,取平均值为h1。仪器搬到A点外侧3米左右处,再测一次高差h2=a2´-b2´若h1=h2,则CC//LL;若h1≠h2,则存在i角;4445计算公式ABDbbi)'(22其中,b2是正确读数,b2=a2-h1≈a2′-h1i角为正值,气泡居中时,视线向上倾斜对于DS3,要求|i|≤20″i角计算的第二个公式为:ABDhhi)(21---(1)---(2)46用微倾螺旋使b2´b2用水准管校正螺旋,使水准管气泡居中。(2)校正47§2-6水准测量误差及注意事项水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境影响三个方面:481、水准管轴与视准轴不平行误差(i角误差)水准管轴与视准轴不平行,虽然经过校正,仍然可存在少量的残余误差。这种误差的影响与距离成正比,只要观测时注意使前、后视距离相等,便可消除此项误差对测量结果的影响。2、水准尺误差由于水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等原因,会影响水准测量的精度。因此,水准尺要经过检核才能使用。一、仪器误差491、水准管气泡的居中误差——2、估读水准尺的误差——3、视差的影响误差——观测时要仔细调焦,严格消除视差。4.水准尺倾斜的影响误差——水准尺倾斜,使尺上读数增大。水准尺必须扶直。二、观测误差50三、外界条件的影响误差1.水准仪下沉误差2.尺垫下沉误差3.地球曲率及大气折光的影响(球气差影响)可采用使前、后视距离相等的方法来消除。4、温度的影响误差51一、自动安平水准仪自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于,自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋,而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。§2-7自动安平水准仪和数字水准仪52若视准轴水平,正确读数a,在十字丝的交点上;若视准轴倾斜α角,不正确读数a′,在十字丝交点上为了使正确读数a能到达十字丝交点,在光路上安装自动补偿器,使光线偏转β角,从而使正确读数到十字丝。视线自动安平的原理53二、数字水准仪简介数字水准仪(亦称电子水准仪)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件,采用条形码分划水准尺和图像处理系统,构成光、机、电及信息存储与处理的一体
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