數(shù)字測圖原理與方法(4)

1、數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 退出4.1 水準測量原理與方法4.2 水準儀和水準尺4.3 水準測量外業(yè)施測4.4 水準測量的誤差分析4.5 水準儀的檢驗和校正 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.1 水準測量原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀水準測量是測定地面點高程的主要方法之一。水準測量是使用水準儀和水準尺，根據(jù)水平視線測定兩點之間的高差，從而由已知點的高程推求未知點的高程。 4.1.1 4.1.1 水準測量原理水準測量原理 ABABhHH設(shè)水準測量的前進方向是由A點向B點，則規(guī)定A點為后視點，其水準尺讀數(shù)為a，稱為

2、后視讀數(shù)；B點為前視點，其水準尺讀數(shù)為b，稱為前視讀數(shù)。則A、B兩點間的高差為 bahAB)(baHHAB數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.1 水準測量原理與方法為了避免計算高差時發(fā)生正、負號的錯誤，在書寫高差時必須注意下標的寫法。例如hAB是表示由A點至B點的高差；而hBA表示由B點至A點的高差，即 BAABhh 直接利用高差hAB計算B點高程的方法稱為高差法高差法。 利用儀器視線高程Hi計算B點高程的方法稱為視線高法視線高法。Hi HAa HBHA（ab）Hib 當安置一次水準儀，根據(jù)一個已知高程的后視點，需求出若干個未知點的高程時，用上

3、式計算較為方便，這在建筑工程中經(jīng)常用到。 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.1.2 水準測量方法 如果兩點之間的距離較遠，或高差較大時，僅安置一次儀器便不能測得它們的高差，這時需要加設(shè)若干個臨時的立尺點，作為傳遞高程的過渡點，稱為轉(zhuǎn)點。每安置一次儀器，稱為一個測站 。 高差hAB由下式算得： 第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.1 水準測量原理與方法 111111112211)()()()(nnnnnABbababababah數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法.1.3 地球曲率和大氣折光的影響第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.1 水準測量原理與方法為了討論

4、地球曲率對水準尺上讀數(shù)的影響，現(xiàn)把水準面看作圓球面。地球曲率對水準尺上讀數(shù)的影響分別用 p1，p2表示（稱為球差改正）。 由于大氣折光的影響，實際視線不是水平直線，而是曲線。實際視線的形狀十分復(fù)雜，但當視線不太長時，可將其當做圓弧看待。大氣折光的影響分別用f1, f2表示（稱為氣差改正）。 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.1 水準測量原理與方法4.1.3.1 地球曲率對一根水準尺上讀數(shù)的影響 RSp224.1.3.2 大氣折光對一根水準尺上讀數(shù)的影響RSKKRSf2)(222設(shè)通過儀器中心的水準面的半徑為，儀器至水準尺的弧長為，儀器至水準尺

5、的切線長為t，地球曲率對水準尺上讀數(shù)的影響為p。得 設(shè)彎曲視線的曲率為 ，此處k為折光系數(shù)。由于R遠遠大于R，故k小于1，通常取平均值 k=0.11 KRR 地球曲率與大氣折光對讀數(shù)的聯(lián)合影響用r表示，稱為球氣差改正，簡稱兩差改正。 RSKfpr2)1 (2)()(21rrbahAB)()(2211pfbpfahAB當前、后視距離相等時，r1與r2互相抵消。目錄數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀4.2 水準儀和水準尺.水準儀的基本部件下圖為一種S3微傾式水準儀的外形和各部件名稱。它主要由望遠鏡、水準器和基座三部分組成。水準儀系列型號DS05DS1D

6、S3DS10每千米往返測高差中數(shù)偶然中誤差0.5mm1mm3mm10mm 主要用途國家一等水準測量及地震監(jiān)測國家二等水準測量及其他精密水準測量國家三、四等水準測量及一般工程水準測量一般工程水準測量水準儀的構(gòu)造、望遠鏡和水準管固連在一起，使水準儀提供一條水平視線。、圓水準器用于粗略整平儀器。、制動螺旋和微動螺旋是控制望遠鏡的水平方向的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動調(diào)焦螺旋使物像清晰。、調(diào)節(jié)微傾螺旋使水準管氣泡居中。數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.2.2 測量望遠鏡的構(gòu)造及其成像和瞄準原理 第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.2 水準儀和水準尺觀測者的眼睛作上、下（或左、右）移動，若發(fā)覺目標像與

7、十字絲之間有相對移動，這種現(xiàn)象稱為“視差”。 消除視差的方法 1.物鏡；2.目鏡；3.調(diào)焦透鏡；4.十字絲分劃板；5.物鏡調(diào)焦螺旋；6.目鏡調(diào)焦螺旋；7.十字絲放大像數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.2.3 水準器及其靈敏度目錄第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.2 水準儀和水準尺4.2.3.1水準管 水準管的零點水準管軸 氣泡居中水準管分劃值水準管上兩相鄰分劃線間的圓?。ɑ￠L為2mm）所對的圓心角， R24.2.3.2 圓水準器圓心是圓水準器的零點，通過零點和球心的連線（點的法線），稱為圓水準軸。 當氣泡居中時，圓水準軸就處于鉛垂位置?？墒顾疁蕛x的縱軸大致處于鉛垂位置數(shù)字

8、測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.2 水準儀和水準尺4.2.4水準尺和尺墊 因瓦水準尺 尺墊與尺樁 區(qū)格式木質(zhì)雙面水準尺數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.2.5水準儀的使用 水準儀的基本操作包括以下步驟步驟： 1.安置儀器 2.粗平 3.瞄準水淮尺 4.精平 5.讀數(shù)第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.2 水準儀和水準尺數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.2.6 電子水準儀電子水準儀與光學水準儀相比，具有以下優(yōu)點：速度快、精度高、讀數(shù)客觀、使用方便、能減輕作業(yè)勞動強度、可自動記錄、存儲測量數(shù)據(jù)、易于實現(xiàn)水準測量內(nèi)外業(yè)一體化

9、的。 4.2.6.1 概述目前電子水準儀采用的自動電子讀數(shù)方法有以下三種：相關(guān)法，如Leica公司NA2002，NA3003的電子水準儀；幾何法，如蔡司廠的DiNi10，DiNi20；相位法，如拓普康公司的DL-101C，DL-102C。 第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.2 水準儀和水準尺數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.2.6.2. 電子水準儀的一般結(jié)構(gòu)在望遠鏡中裝置了一個由光敏二極管構(gòu)成的行陣探測器，儀器采用數(shù)字圖像識別處理系統(tǒng)，并配用條碼水準標尺。第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.2 水準儀和水準尺目錄數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.3 水

10、準測量外業(yè)施測第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀4.3.1 普通水準測量施測程序 在每一測站的水準測量中，為了能及時發(fā)現(xiàn)觀測中的錯誤，通常采用雙面尺法或兩次儀器高法進行觀測，以檢查高差測定中可能發(fā)生的錯誤。 雙面尺法為每一測站上用兩組不同的水準尺面的讀數(shù)來測定相鄰兩點間的高差，兩次儀器高法為每一測站上用兩次不同儀器高度的水平視線來測定相鄰兩點間的高差。 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.3 水準測量外業(yè)施測4.3.2 國家三、四等水準測量 一測站上水準儀照準雙面水準尺的順序為：1.照準后視標尺黑面，進行視距絲、中絲讀數(shù)；2.照準前視

11、標尺黑面，進行中絲、視距絲讀數(shù)；3.照準前視標尺紅面，進行中絲讀數(shù)；4.照準后視標尺紅面，進行中絲讀數(shù)； 即“后前前后”（黑、黑、紅、紅）四等水準測量每站觀測順序也可為“后后前前”（黑、紅、黑、紅）。 等級儀器類型標準視線長度后前視距差后前視距差累計黑紅面讀數(shù)差黑紅面所測高差之差檢測間歇點高差之差三等S365m3.0m6.0m2.0mm3.0mm3.0mm四等S380m5.0m10.0m3.0mm5.0mm5.0mm數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.3 水準測量外業(yè)施測4.3.3 精密水準測量 精密水準測量一般指國家一、二等水準測量。在兩相鄰

12、測站上，應(yīng)按奇、偶數(shù)測站的觀測順序進行觀測： （1）往測：奇數(shù)站為后前前后；偶數(shù)站為前后后前。（2）返測：奇數(shù)站為前后后前；偶數(shù)站為后前前后。 在一測段的水準測量路線上，測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。每一測段的水準路線應(yīng)進行往測與返測，且應(yīng)分別在上午和下午觀測。 水準觀測中的注意事項：水準觀測中的注意事項：（1）觀測之前應(yīng)將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時應(yīng)用測傘遮蔽陽光；遷站時應(yīng)罩以儀器罩。（2）觀測前應(yīng)測出傾斜螺旋的置平零點，并做標記；隨著氣溫變化，應(yīng)隨時調(diào)整置平零點的位置。（3）除路線拐彎處外，每一測站上儀器和前后視標尺的3個位置，應(yīng)盡可能接近于一條直線。（4）同一測站上觀測時，

13、不得重復(fù)調(diào)焦。轉(zhuǎn)動儀器的傾斜螺旋和測微輪時，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進。（5）每一測段的往測與返測，其測站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)，否則應(yīng)加入標尺零點差改正。由往測轉(zhuǎn)為返測時，2根標尺必須互換位置，并應(yīng)重新整置儀器。（6）在觀測工作間歇時，最好能結(jié)束在固定的水準點上，否則應(yīng)選擇2個堅穩(wěn)可靠的固定點，作為間歇點。間歇后，應(yīng)對2個間歇點的高差進行檢測，檢測結(jié)果符合要求后從間歇點起測。目錄數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.4 水準測量的誤差分析 4.4.1儀器誤差4.4.1.1 視準軸與水準管軸不平行的誤差 視準軸與水準管軸 在豎直面上投影的夾角稱i角。aaaS

14、itgiSx 1.i角對讀數(shù)的影響 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法iSxaaiSxbbABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh0ABbahSS時，2.i角對高差的影響 第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.4 水準測量的誤差分析 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.4 水準測量的誤差分析 4.4.1. 水準尺誤差 水準尺刻劃不準確，尺長變化、彎曲等，會影響水準測量的精度，因此，水準尺需經(jīng)過檢驗才能使用。一對水準尺的零點差，可在一測段中使測站數(shù)為偶數(shù)的方法予以消除。 4.4.2 觀測

15、誤差觀測誤差主要包括有：.精平誤差.調(diào)焦誤差.估讀誤差.水準尺傾斜誤差 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.4 水準測量的誤差分析 4.4.3 外界環(huán)境的影響4.4.3.1 水準儀、水準尺下沉誤差 若水準儀在測站上隨安置時間的增加而下沉 ，采用“后前前后”的觀測程序可減少儀器下沉對高差的影響。 消除水準尺下沉的影響 ，辦法有：踩實尺墊；觀測間隔間將水準尺從尺墊上取下，以減小下沉量；采用往返觀測，取高差平均值的方法可減弱其對高差影響。 4.4.3. 大氣折光的影響 1、視線應(yīng)高出地面0.3m， 2、選擇合適的天氣 3、避開不利的環(huán)境4.4.3.3

16、 日照及風力引起的誤差光照會造成儀器各部分受熱不均使軸線關(guān)系改變；風大時會使儀器抖動、不易精平等；消除和減弱其影響的方法：選擇好的天氣測量，給儀器打傘遮光等。目錄數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀4.5 水準儀的檢驗與校正 4.5.1 水準儀應(yīng)滿足的條件水準儀的主要軸線 1、水準儀應(yīng)滿足的主要條件有：q 水準管的水準軸應(yīng)與望遠鏡的視準軸平行q 望遠鏡的視準軸不因調(diào)焦而變動位置2、水準儀應(yīng)滿足的次要條件有：q 圓水準器的水準軸應(yīng)與儀器的旋轉(zhuǎn)軸平行q 十字絲的橫絲應(yīng)與儀器的旋轉(zhuǎn)軸垂直水準管水準軸望遠鏡視準軸圓水準器水準軸儀器旋轉(zhuǎn)軸數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字

17、測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 4.5.2 水準儀的檢驗與校正4.5.2.1 圓水準器水準軸應(yīng)與儀器旋轉(zhuǎn)軸平行的檢驗和校正（1）檢驗原理 （2）檢驗方法 先用腳螺旋將圓水準器氣泡居中，然后將儀器旋轉(zhuǎn)，若氣泡仍在居中位置，則表明此項條件已得到滿足；若氣泡有了偏移，則表明條件沒有滿足。氣泡偏移弧長代表了儀器旋轉(zhuǎn)軸和水準軸的交角的兩倍。 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法（3）校正校正工作可用裝在圓水準器下面的校正螺釘來實現(xiàn)。分別調(diào)動三個校正螺釘使氣泡向居中位置移動偏離長度的一半；如果操作完全準確，經(jīng)過校正之后，水準軸將與儀器旋轉(zhuǎn)軸平行，見圖

18、（a）。如果此時用腳螺旋將儀器整平，則儀器旋轉(zhuǎn)軸處于豎直狀態(tài)，見圖（b）。 第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 4.5.2.2 十字絲橫絲應(yīng)與儀器旋轉(zhuǎn)軸垂直的檢驗和校正 校正工作用固定十字絲環(huán)的校正螺釘進行。放松校正螺釘使整個十字絲環(huán)轉(zhuǎn)動，讓橫絲與圖（b）中所示的虛線位置重合或平行。 （1）檢驗原理 （2）檢驗方法 （3）校正數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 4.5.2.3

19、 望遠鏡視準軸應(yīng)與水準管水準軸平行的檢驗和校正望遠鏡視準軸與水準管水準軸，在豎直面上的投影是否平行的檢驗稱為i角檢驗。在水平面上的投影是否平行的檢驗稱為交叉誤差檢驗。（1）檢驗i角的基本原理BAABABSSihhBAABABSSihh BABAABABSSSShhi在地面選定兩個固定點、B，測出、B 間的兩次高差hAB和hAB 。設(shè)儀器存在i角誤差， 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 （2）第一種方法檢驗 BABAABABSSSShhiBASS BAABABSShhi水準測量規(guī)范規(guī)定，用于一、二等水準測量的儀器i角不得

20、大于15；用于三、四等水準測量的儀器i角不得大于20，否則應(yīng)進行校正。 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 校正（1）儀器在B點一端不動，計算A點標尺的正確讀數(shù)a2 AAAxaaSix 22（2） 用微傾螺旋使讀數(shù)對準a2 。（3）調(diào)節(jié)校正螺釘使水準管氣泡居中。這種校正方法的實質(zhì)是先將視線水平，即讀數(shù)對準，然后校正水準軸至水平位置。檢驗校正應(yīng)反復(fù)進行，直到符合要求為止。 實際操作時，需先將左（或右）面的螺釘（如圖）略微松開一些，使水準管能夠活動，然后再校正上、下兩螺釘。校正結(jié)束后仍應(yīng)將左（或右）面的螺釘旋緊。 數(shù)字測圖原

21、理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 （3）第二種方法)(BABAABSSSSSABABABShhi2 BABAABABSSSShhi22AxaaAASix校正檢驗數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法4.5.2.3 微傾式水準儀交叉誤差的檢驗與校正 第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀 4.5 水準儀的檢驗與校正 水準測量時儀器旋轉(zhuǎn)軸不嚴格豎直，兩軸在水平面上的投影不平行可能會導致兩軸在豎直面上不平行，即交叉誤差轉(zhuǎn)變?yōu)閕角誤差，用符號i表示。 i交叉誤差在一個測站上的影響是系統(tǒng)性的，它與前、后視距離之和成正比。交叉誤差在高差中的影響對各個測站而言是偶然性的。 在水準測量中，儀器旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向相對于三腳架大體保持在某一固定的位置，三腳架的某兩個腳如果固定在線路的一方，儀器旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向沒有變化，各測站交叉誤差在水準測量成果中的影響便是系統(tǒng)性的。為了消除這種系統(tǒng)誤差，水準測量規(guī)范規(guī)定：在連續(xù)各站上安置水準儀的三腳架時，應(yīng)使其中兩腳與水準線路方向平行，而第三腳輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。 數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法第第4章章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀