水准测量原理及方法

高程测量的方法水准测量三角高程测量CHAPTER2水准测量气压高程测量GPS高程测量A：后视点，a：后视读数；B：前视点，b：前视读数。a计算高程的方法：高差法：hAB=a-b;HB=HA+hAB视线高程法：HI=HA+aHB=HI-b§2-1水准测量原理HA平均海水面水平视线hABHIHB?ABb前进方向利用仪器提供水平视线，测定地面上两点间的高差，推算待测点的高程水准仪按精度分精密水准仪DS05DS1普通水准仪DS3DS10§2-2水准测量的仪器和工具一、DS3型水准仪的构造望远镜水准器基座目镜物镜调焦螺旋物镜左右微动螺旋水平制动螺旋脚螺旋准星微倾螺旋②视准轴（CC）：十字丝交点与望远镜物镜光心的连线①组成：由物镜、对光透镜十字丝分划板和目镜等部分组成。③十字丝作用：瞄准目标时的读数基准线。④望远镜的作用:瞄准远方的目标2、望远镜1、基座⑤性能指标：ff物目像实物放大率3、水准器;4'8'15'2;203060mmR作用：衡量竖轴是否竖直粗平圆水准器2mm分划值：=、、R作用：衡量视准轴是否水平精平管水准器分划值：、、L0L0二、水准尺和尺垫1、水准尺直尺折尺塔尺尺底起始刻划：黑面：0m红面：4.687mor4.787m2、尺垫：三角形、半圆形；铸铁制造作用：标志转点位，防止土质下沉§2-3水准仪的使用安置仪器概略整平步骤瞄准水准尺精平与读数调目镜，看清十字丝用照门、准星，初找目标对光、精瞄检查、消除视差2、转点（TPi/ZDi)：传递高程的过渡点作用：传递高程（无固定点位，无须计算其高程）1、水准点（BenchMark）：已知高程点作用：统一全国的高程系统满足各种测量需要引测其它点的高程种类：永久性临时性一、水准点、转点的概念§2-4水准测量的外业二、水准测量的实施h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h=a-bHB=HA+hAB第1站：第2站：第3站：第4站：a1b1a2b2a3b3a4b41234ABTP1TP2TP3测站测点后视读数前视读数高差(m)高程(m)备注1A14670.34327.354已知TP111242TP11385-0.289TP216743TP218690.926TP309434TP314250.213TP412125TP41367-0.365B173228.182计算校核7513-6685=0.828（一）测站校核１、变仪器高法(两次成果之差≤5mm)２、双面尺法三、水准测量的检核（二）计算校核abh２、附合水准路线ƒh=h测-（H终-H始)≤fh允３、支水准路线ƒh=h往+h返≤fh允AB123A12１、闭合水准路线高差闭合差：ƒh=h测≤fh允h2A1234h1h3h4h5（三）成果校核（路线校核）精度要求：fh允=40mm12mmLn式中：L----路线长度，以km计。n----测站总数。※支：L、n以单程计。§2-5水准测量的内业iihhhiihiihiiiifffLLfnnfhhhh允正测正理调整的前提条件：；否则重测调整的原则：计算校核：第测段改正后的高差：校核：闭合、附合水准路线第i待测点的高程：Hi=Hi-1+hi正平差高差闭合差、计算点的高程112hhiiiiiiffihhhiHHh允正返往正前提条件：；否则重测。第测段的正确高差：（）第待测点的高程：支水准路线例题AB123点号测站数hi测（m)改正数(m)hi正(m)高程(m)备注A12+2.785-0.010+2.77556.345已知159.12018-4.369-0.016-4.385254.73513+1.980-0.011+1.969356.70411+2.345-0.010+2.335B59.039已知54+2.741-0.047+2.694∑fh=2.741-(59.030-56.345)=+0.047m125488hhhfmmff允允，实验一、二1、内容：①水准仪的认识和使用②闭合水准路线测量2、要求：（1）每人独立观测完成一条水准路线，设待测点1~2个，测站总数n≥4（2）3、仪器安排1台/4人；水准尺一付；尺垫一付；记录板一只12hfnmm实验室排球场N待测点已知点HBMi=10m二、水准仪应满足的条件1、L′L′∥VV2、十字丝横丝⊥VV3、LL∥CC→主条件§2-8微倾式水准仪的检验与校正一、水准仪的一般检查三、检验与校正1、L′L′∥VV的检校方法和步骤：（1）检验：用脚螺旋整平仪器，转动仪器180°，若气泡居中，不需要校正，否则，需要校正。（2）校正：用校针拨动圆水准管校正螺丝，使气泡向中间移动偏离量的一半，再用脚螺旋整平仪器，反复1、2、两步，直到条件满足为止。L′L′VVVVL′L′（1）原理：若条件满足，精平仪器后，横丝扫过的面是水平面。（2）检验：让横丝的一端对准固定点A，微动视线，若A始终在横丝上移动，则条件成立，不需要校正，否则，需要校正。（3）校正方法和步骤：2、十字丝横丝⊥VV的检校(a)(b)护盖3、LL∥CC的检校（5）校正转动微倾螺旋→使A尺读数为:a2正=hAB正+b2→用拨针拨动校正螺丝，使长水准管气泡居中→反复几次，直至条件满足为止。abhAB（1）准备场地在平坦地上标定A、B，约为80m，C为AB的中点。（2）测hAB正=a1-b1（3）在B附近约3m处，测得a2,b2读数（4）计算a2正，a2正=hAB正+b2检查：△a=|a2-a2正|≤5mm，不需校正，否则校正。a2正实验三：1、内容：水准仪的检校2、要求：按序检查仪器应满足的几何条件3、仪器安排：1台/2人；水准尺一付；尺垫一付；记录板一只；皮尺一把§2-9水准测量误差分析一、误差来源：（1）仪器不够完善（2）观测者感觉的限制（3）外界条件的变化二、误差分析1、仪器误差：1）校正残余误差2）对光误差（对光透镜非线形运动）3）水准尺误差（零点不准）v20.151m260(2)m(3)4DDV、观测误差（）整平误差：读数误差：视差影响（）水准尺倾斜影响3、外界条件的影响（1）仪器垂直位移“后、前、前、后”（2）尺垫垂直位移“往返观测取中数”（3）温度影响“撑伞遮阳”（4）地球曲率及大气折光影响AB水平视线γ1c1γ2c2f1f2D后≈D前f1≈f2D后D前地球曲率与大气折光影响211122220.430.43DfRDfR后前习题：P29：1、2、5、6、9、10、11、12§2-7自动安平水准仪、电子水准仪简介一、自动安平水准仪（DSZ3）补偿器→管水准器、微倾螺旋，补偿角：8′～10′二、电子（数字）水准仪电子(数字)水准仪是集电子、光学、图像处理、计算技术于一体的水准仪。1、望远镜2、铟钢RAB标尺3、电子水准仪的主要特点：1）精度高（电子读数±0.4mm/km，人工读数±1.0mm/km）2）自动化程度高3）较强的储存功能4）菜单和按键操作功能丰富§6-5三、四等水准测量一、高程控制网由国家测绘部门在全国范围统一建立的高程系统。(Ⅰ~Ⅳ）分为：①1956黄海高程系②1985国家高程基准关系：H85=H56-0.029m1985年国家高程基准1956年黄海高程系废黄河零点吴淞零点0.1829m江苏境内各新旧高程系统的关系沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状。路线全长为93000多公里，有100个闭合环，环长为800～1500公里国家一等水准网在一等水准网上加密，一般沿铁路、公路和河流布设，环长为300～700公里，有822个闭合环，全长为137000多公里二等水准网加密三等、四等水准网它是确定地形海拔高程的坐标系统，按等级和精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的85国家高程系统共有水准点114041个，水准路线长度为416619.1公里。（一）三、四等水准测量技术要求项目等级使用仪器高差闭合差的限差（mm)视线长度（m)视线高度前后视距离差（m)前后视距离累积差（m)黑红面读数差（mm)黑红面所测高差之差（mm)附合、闭合路线往返测三DS3≤65三丝能读数≤2≤523四DS3≤80三丝能读数≤3≤103512L20L12K12K注：1.L为水准路线长度，以km计2.K为路线或测段长度，以km计表6-11二、三四等水准测量1、安置仪器2、先黑：①读后视尺黑面：下、上、中（a黑）②读前视尺黑面：下、上、中（b黑）3、后红：①读前视尺红面：中（b红）②读后视尺红面：中（a红）※将上述读数分别对应填入记录手簿（二）观测方法双面尺法观测顺序：“先黑后红”“后后前前”先黑后红(三)计算与校核1、视距部分：D后=（下丝-上丝）×100≤65m、80mD前=（下丝-上丝）×100≤65m、80m要求：△D=|D后-D前|≤2m、3m∑△D≤5m、10m2、高差部分：要求：|K+黑-红|≤2mm、3mm|△h|=|h黑-（h红±0.100m)|≤3mm、5mm△a-△b=△h△a、△b计算校核310.100)2hhh黑红中、测站成果：（1+++=2n+++=20.100n2-==+aabbhhhaabbhhhDDDDDD黑红黑红黑红中黑红黑红黑红中后前末总后前（四）每页计算的检核、高差部分（）（）（）（为偶数）（）（）（）（为奇数）、视距部分12mm20Lmm(4mmmmhhhhhfhHHhhLfnnff测中中终始中往中返允测允（五）成果计算高差闭合差：（单一水准路线）闭合（）附合支、平坦区）、6（山区）要求：※fh测的调整同§2-5测站点号后尺下前尺下方向尺号水准尺读数K+黑-红mm高差中数(m)备注上上黑面m红面mD后D前△D∑△D1BM1～ZD114260.774后1前2121159980+0.6250K14.787K24.68709950.32605865273043.143.0+0.625+0.7250+0.1+0.12ZD1～ZD218120570后2前1155462410+1.24351296005203115097+151.651.8+1.243+1.144-1-0.2-0.1¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨每页校核∑：169.5169.629.291-24.935=+2.1780×2∑：△D末=-0.1m∑h黑+∑h红=+4.356∑：D总=339.1m实验四1、内容：四等水准测量2、要求：①路线形成闭合水准路线，②线路上设置1～2个待测点，测站数≥4③每组完成2组有效数据成果排球场N待测点已知点HBMi=10maABDiDtgavh§6-6三角高程测量→地面起伏较大一、原理：如图，已知A点的高程：HAAB的距离为：D求测：B点高程HB计算公式：h+v=Dtga+ih=Dtga+i-vHB=HA+hi二、曲率、折光等因素的影响1、单向观测(A→B）1）D＜300m→忽略f2）D≥300m→加改正数f2、对向观测（A→←B）→消减f的影响当│hAB+hBA│≤4cm/100m时则：h正=1/2（hAB-hBA)3、S≥1m→减少大气折光和地面反射光的影响4、形成闭合、附合路线形式→便于成果校核