四等水準及導線測量技術

1、2012年7月四等水準測量及導線測量技術一、四等水準測量水準測量原理水準測量的儀器和工具水準測量的外業(yè)實施水準測量的檢核水準測量的成果整理水準測量的誤差水準測量規(guī)范高程測量概述1.高程測量 測定地面點高程的工作（測高差定高程）2.高程測量的方法水準測量用水準儀進行高程測量的工作。是高程測量的主要方法使用儀器：水準儀 水準儀的主要功能是能指出一條水平視線。其它高程測量方法：三角高程測量,氣壓高程測量， GPS測量3.高程系統(tǒng) 我國國家高程系統(tǒng)：黃海高程系 1956年黃海高程系 (水準原點 H=72.289米） 我國國家高程基準： 1985年國家高程基準(水準原點 H=72.260米)4. 水準測

2、量的等級 （1）國家分一、二、三、四等、圖根（按精度要求、控制范圍） （2）城市分二、三、四等、圖根ab水平視線前進方向A B大地水準面HAHB hAB水準尺水準尺（一） 水準測量原理高差=后視讀數-前視讀數：1.1、水準測量原理1.1.1原理內容：求待定點高程的方法： 高差法 ：HBHA+hABHA+(a-b) 視線高法 ：HB（HA+a）-bHi-b1.1.2 連續(xù)高程測量當地面上A、B兩點的距離較遠，兩點的高差太大，安置一次儀器不能測定其高程時，就需要增設若干個臨時的立尺點，作為傳遞高程的過渡點，稱為轉點，用ZD表示 ，分段測量高差，取各分段高差的總和。hAB=h1+ h2+ hn =(

3、a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn) =a-bhAB1.2水準面曲率（地球曲率）對水準測量的影響結論：在進行水準測量時，總是把儀器安置在離前、后視點大致等距的地點 。2.水準儀2.1水準儀按精度劃分： DS05 DS1 DS3 DS10 型號下標：其中D表示“大地”，S表示“水準儀”，數字表示精度，毫米數，表示 1公里水準測量的中誤差(由儀器引起的) 。水準儀構造： 望遠鏡與視差 水準器 基座DS3 水準儀外型（二） 儀器和工具2.1.1望遠鏡與視差測量望遠鏡及十字絲上絲下絲豎絲橫絲望遠鏡的十字絲視距絲視準軸：十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。物鏡的作用：把目標成象（拉近）。目鏡的作用：

4、把十字絲（和目標象）放大。十字絲固定不動。為了讓儀器適用于不同視力的人，目鏡可以前后調節(jié)，稱為目鏡調焦。調焦鏡的作用：使遠近不同的目標都能成象于十字絲面上。移動調焦鏡稱為物鏡調焦。視差：如果目標象沒有落在十字絲面上，則當觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到目標象與十字絲之間有相對錯動。這種現象稱為視差。視差影響瞄準的精度。消除視差方法與經緯儀消除視差方法一樣。測量望遠鏡視差 視差： 產生原因：望遠鏡內目標成像平面與十字絲平面未重合。 現象：觀測時，改變眼睛與目鏡的相對位置， 十字絲與目標的像有相對移動。消除視差的步驟： 目鏡調焦，使十字絲最清晰； 物鏡調焦，使目標像最清晰，且無視差。 直到眼睛上

5、下移動，讀數不變?yōu)橹?。水準器圓水準器 靈敏度 8/2mm 用于儀器粗平 管水準器 靈敏度20/2mm 用于儀器精平圓水準器用來指示豎軸是否豎直。管水準器用來指示視準軸是否水平。2.1.2水準器水準器分圓形和管形兩種管水準器是個玻璃容器，其縱剖面上內側呈圓弧形?？虅澗€對稱中點處的切線就是水準管軸?！皻馀菥又小奔此疁使茌S水平。圓水準器是個玻璃容器，上面有同心圓的刻劃。上蓋的內表面是圓球形，同心圓圓心處的曲率半徑就是圓水準器的軸。“氣泡居中”即水準器的軸垂直。水準管圓水準器 水準管的精度：管子內壁光滑，液體與內壁的附著力小，則氣泡對傾斜反映的靈敏度高曲率半徑大，格值小則精度高氣泡長，兩端清晰，讀數誤

6、差小則精度高格值是相鄰分劃線之間的弧所對的圓心角。水準管圓弧2mm所對的圓心角稱為水準管分劃值。氣泡中心偏移零點2mm，軸線所傾斜的角值，稱為圓水準器的分劃值符合棱鏡系統(tǒng)把水準氣泡兩端成象在一起便于觀察。若直接用肉眼觀察則因為玻璃有厚度，斜視時會產生視差要同時觀察氣泡的兩端才能判斷氣泡是否居中用符合棱鏡系統(tǒng)觀察，可以避免上述缺點。判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。觀察窗10)(521tttmm符合棱鏡系統(tǒng)的精度： 為氣泡的格值肉眼觀察的精度：2.2水準尺、尺墊 直尺：雙面(黑、紅)水準尺， 尺常數4.687m、4.787m，用 于三等以下水準路線測量。塔尺：可伸縮，伸足為3米、 5米，用于一

7、般工程測量。尺墊：轉點立尺用。零點差二.水準儀使用2.3水準儀的使 用操作程序與方法 安置粗平瞄準(精平)讀數 安置時考慮前、后視等距(原因）； 粗平時掌握“左手大拇指法”； 瞄準時包括消除視差； 在精平狀態(tài)下(符合氣泡符合時)讀數； 讀數估讀至毫米。符合氣泡符合尚未符合符合氣泡符合，水準管軸與視線水平左手大拇指法“左手大拇指法”整平：氣泡移動的方向與左手大拇指轉動腳螺旋的方向一致。 abc粗平的操作普通水準尺水準尺的分劃不是線劃式而是區(qū)格式的。區(qū)格的邊緣是分劃的位置，區(qū)格內的小數“估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠處觀察并讀數。讀數bc瞄準與讀數 a070862261471（三）水準測量的方法及成果

8、整理3.1水準點和水準線路3.1.1水準點（Bench Mark）為了統(tǒng)一全國的高程系統(tǒng)和滿足各種測量的需要埋設的高程點1.永久性、臨時性（與轉點的區(qū)別） 2.點之記：圖、編號、高程2.水準路線3.1.2水準路線定義三種水準路線的布置形式（注：高差總合的理論值）TBM1BM.ATBM2TBM3TBM41.閉合水準路線2.附合水準路線BM.ABM.BTBM1TBM2TBM33.支水準路線BM.ATBM1TBM21.水準測量的方法3.2水準測量的外業(yè)實施 BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.385

9、1.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.5433.2.1普通水準測量水準測量記錄表普通水準測量的記錄水準測量記錄表 水 準 尺 讀 數 測 站 點 號 后 視 前 視 高 差 h米 視 距 改 正 后 高 差 高 程 H米 12345BMA 1.134TP1 1.677 -0.543TP1 1.444 TP2 1.324 +0.120TP2 1.822 TP3 0.876 +0.946TP3 1.820TP4 1.435 +0.385TP4 1.422 BMB 1.304 +0.118 7642 6616 +1.0266162606158576161

10、6162計算檢核a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2f=5mm3.2.2四等水準測量1.兩次儀器高法已知HA，求HB測站檢核水準測量記錄（兩次儀器高法）2、雙面尺法已知HA，求HB（主要方法）a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2f=5mm1）用途：加密國家高程控制網；小地區(qū)地形測量中首級高程控制網；工程建設中建立高程施工控制網。2）觀測步驟：（1）后前前后（黑、黑、紅、紅） （2）后后前前（黑、紅、黑、紅） 測站檢核水準測量記錄（雙面尺法）（四）水準測量檢核 4.1計算檢核 兩點高差等于各轉點之間高差的代數和，也等于后視讀數之和減去前視讀數之和。4.

11、2測站檢核只能檢核一個測站上是否存在錯誤或誤差超限。 1. 兩次儀器高法在每個測站上一次測得兩轉點間的高差后，改變一下水準儀的高度，再次測量兩轉點間的高差。 2.雙面尺法利用雙面水準尺分別由黑面和紅面讀數得出的高差，扣除一對水準尺的常數差后，兩個高差之差小于5mm 時可認為合格。4.3成果檢核 4.3.1附合水準路線理論上在兩已知高程水準點間所測得各站高差之和應等于起迄兩水準點間高程之差。如果它們不能相等，其差值稱為高程閉合差。 4.3.2閉合水準路線在閉合水準路線上亦可對測量成果進行檢核。對于閉合水準路線，因為它起迄于同一個點，所以理論上全線各站高差之和應等于零。如果高差之和不等于零，則其差

12、值即h就是閉合水準路線的高程閉合差。 4.3.3水準支線水準支線必須在起終點間用往返測進行檢核。理論上往返測所得高差的絕對值應相等，但符號相反，或者是往返測高差的代數和應等于零。如果往返測高差的代數和不等于零，其值即為水準支線的高程閉合差。（五）水準測量的內業(yè)5.1容許高程閉合差，用F h表示。四等水準測量的容許高程閉合差為：五等水準測量的容許高程閉合差則為5.2閉合差的分配當實際的高程閉合差在容許值以內時，可把閉合差分配到各測段的高差上。顯然，高程測量的誤差是隨水準路線的長度或測站數的增加而增加，所以分配的原則是把閉合差以相反的符號根據各測段路線的長度或測站數按比例分配到各測段的高差上。故各

13、測段高差的改正數為：（六）水準測量的誤差6.1自動安平水準儀的校正自動安平水準儀應滿足的條件是： (一) 圓水準器軸應平行于儀器的豎軸。(二) 十字絲橫絲應垂直于豎軸。(三) 水準儀在補償范圍內，應能起到補償作用。檢驗方法如下：將水準儀安置在一點，在離儀器約50m 處立一水準尺。安置儀器時使中兩個腳螺旋的連線垂直于儀器到水準尺連線的方向。用圓水準器整平儀器，讀取水準尺上讀數。旋轉視線方向上的第三個腳螺旋，讓氣泡中心偏離圓水準零點少許，使豎軸向前稍傾斜，讀取水準尺上讀數。然后再次旋轉這個腳螺旋，使氣泡中心向相反方向偏離零點并讀數、重新整平儀器，用位于垂直于視線方向的兩個腳螺旋，先后使儀器向左右兩

14、側傾斜，分別在氣泡中心稍偏離零點后讀數。如果儀器豎軸向前后左右傾斜時所得讀數與儀器整平時所得讀數之差不超過2mm，則可認為補償器工作正常，否則應檢查原因或送工廠修理。檢驗時圓水準器氣泡偏離的大小，應根據補償器的工作范圍及圓水準器的分劃值來決定。例如補償工作范圍為5，圓水準器的分劃值為8/2mm 弧長所對之圓心角值。則氣泡偏離零點不應超過5/82=1.2mm。補償器工作范圍和圓水準器的分劃值在儀器說明書中均可查得。(四) 視準軸經過補償后應與水平線一致。若視準軸經補償后不能與水平線一致，則也構成i 角，產生讀數誤差。這種誤差的檢驗方法與微傾式水準儀i 角的檢驗方法相同，但校正時應校正十字絲。6.

15、2水準測量的誤差 1、儀器誤差 （保持前后視距相等） 視準軸與水準管軸不平行引起的誤差調焦引起的誤差（調焦透鏡光心移動的軌跡和望眼鏡光軸不重合）。水準尺的分劃誤差和尺身構造誤差2、觀測誤差氣泡居中誤差、估讀水準尺分劃的誤差、水準尺不直引起的誤差3、外界環(huán)境的影響儀器和水準尺下沉、地球曲率和大氣折光引起的誤差、氣候的影響（七）水準測量規(guī)范7. 1水準測量主要技術要求如下：等級全中誤差mm路線長度km水準儀型號水準尺與已知點聯(lián)測次數附和或環(huán)線觀測次數平地閉合差mm山地閉合差mm二等2-DS1因瓦往返各一次往返各一次4L-三等650DS1因瓦往返各一次往一次12L4n三等650DS3雙面往返各一次往

16、返各一次12L4n四等1016DS3雙面往返各一次往一次20L6n五等15-DS3單面往返各一次往一次30L-387.2水準測量所使用的儀器及水準尺，應符合下列規(guī)定：水準儀視準軸與水準管軸的夾角i，DSl 型不應超過15；DS3 型不應超過20“。補償式自動安平水準儀的補償誤差a 對于二等水準不應超過02，三等不應超過05。水準尺上的米間隔平均長與名義長之差，對于因瓦水準尺，不應超過015mm；對于條形碼尺，不應超過010mm；對于木質雙面水準尺，不應超過05mm。397.3水準觀測的主要技術要求：407.4水準測量數據處理各等級水準網，應按最小二乘法進行平差并計算每千米高差全中誤差。高程成果

17、的取值，二等水準應精確至01mm，三、四、五等水準應精確至1mm。兩次觀測高差較差超限時應重測。重測后，對于二等水準應選取兩次異向觀測的合格結果，其他等級則應將重測結果與原測結果分別比較，較差均不超過限值時，取三次結果的平均數。一、導線測量導線測量概述導線的布設形式導線測量外業(yè)導線測量的內業(yè)計算附和導線計算支導線計算導線測量規(guī)范導線測量概述1導線 將測區(qū)內相鄰控制點連接成直線而構成的折線稱為導線。2導線點，導線邊構成導線的各點稱導線點，每相鄰兩個導線點要相互通視。折線邊稱為導線邊。3導線測量測定各轉角，各邊長，根據起算數據和一定的幾何關系推出各點的坐標。（一）導線的布設形式導線類型：閉合導線、

18、附和導線、支導線、導線網、結點網（二）導線測量的外業(yè)工作 導線的測量的外業(yè)工作包括：踏勘選點及建立標志，測角、測距。2.1 踏勘選點及建立標志 2.1.1資料搜集：測區(qū)及附近已有地形圖和控制點 2.1.2導線點位置的選擇: 1) 相鄰導線點間要通視。 2) 應選在土質堅實處，以保存和安置儀器。 3) 視野開闊，便于碎部測量。 4) 相鄰導線的邊長應大致相等。 5) 導線點應分布均勻，以便控制整個測區(qū)。2.1.3建立標志 1）臨時控制點：用木樁，樁上有釘做標志。 2）永久控制點：鋼釘，混凝土，中間十字或中間夾鋼筋。2.觀測轉折角（或內角）和連接角 采用測回法測角（1）附合導線：城市測量一般觀測導

19、線前進方向的左角，鐵路測量中一般觀測導線前進方向的右角。（2）閉合導線：觀測內角。（3）連接角：各圖中1、A均為連接角 導線前進方向3.邊長測量 用全站儀、測距儀或鋼尺精密測距進行導線邊長測量，讀數到毫米。導線測量手薄格式見下表所示。（三）導線測量的內業(yè)計算3.1根據導線類型進行角度閉合差計算及分配3.2根據連接角及導線轉折角計算導線各邊的方位角3.3根據已知點坐標、已知邊長及導線各邊的坐標方位角計算未知點的坐標3.4根據導線類型進行坐標增量閉合差計算及分配3.5計算導線點最終坐標3.1根據導線類型進行角度閉合差計算及分配3.1.1角度閉合差計算 1）附合導線測左（右）角 2）閉合導線測內角3

20、.1.2閉合差分配3.1.3改正后的角度計算注意：改正數與閉合差反號注意：閉合差是否滿足精度要求=180nmiBAEFbaaEFEFfaab-=3.2導線邊方位角計算3.2.1觀測左角：3.2.2觀測右角：計算的方位角小于零時，應加上360計算的方位角大于360時，應減去360注意:3.3根據導線類型進行坐標增量閉合差計算及分配3.3.1計算各導線邊坐標增量 已知A點坐標及AP直線邊長DAP，計算未知點P的坐標增量為3.4評價觀測結果精度（1）角度閉合差條件 城市測量一級導線： 城市測量二級導線：（2）導線全長相對閉合差 導線全長閉合差 相對閉合差3.3.2坐標增量閉合差計算及分配 1）計算坐

21、標增量閉合差 (a)閉合導線 (b)附合導線 2）計算坐標增量改正數 （3）計算改正后的導線點坐標注意：閉合差是否滿足精度要求54（四）導線測量規(guī)范3.1導線測量主要技術要求如下：等級導線長度km平均邊長km測角中誤差（“）測距中誤差mm測距相對中誤差1“儀器測回數2“儀器測回數6“儀器測回數方位角閉合差（“）導線全長相對閉合差三等1431.8201/150000610-3.6n1/55000四等91.52.5181/8000046-5n1/35000一級40.55151/30000-2410n1/15000二級2.40.258151/14000-1316n1/10000三級1.20.1121

22、51/7000-1224n1/5000當導線平均邊長較短時，應控制導線邊數不超過上表相應等級導線長度和平均邊長算得的邊數；當導線長度小于上表規(guī)定長度的13 時，導線全長的絕對閉合差不應大于13cm。導線網中，結點與結點、結點與高級點之間的導線段長度不應大于上表中相應等級規(guī)定長度的07 倍。553.2導線網、導線點布設應滿足以下要求：加密網可采用單一附合導線或結點導線網形式。結點間或結點與已知點間的導線段宜布設成直伸形狀，相鄰邊長不宜相差過大，網內不同環(huán)節(jié)上的點也不宜相距過近。相鄰兩導線點之間的視線傾角不宜過大。3.3水平角觀測：全站儀兩次重合讀數之差、半測回歸零差應滿足規(guī)范要求。當觀測方向不多

23、于3 個時，可不歸零。儀器或反光鏡的對中誤差不應大于2mm。 水平角觀測過程中，氣泡中心位置偏離整置中心不宜超過1 格。若一測回中重測方向數超過總方向數的13 時，應重測該測回。當重測的測回數超過總測回數的13 時，應重測該站。563.4測距作業(yè)，應符合以下規(guī)定：測站對中誤差和反光鏡對中誤差不應大于2mm。當觀測數據超限時，應重測整個測回，如觀測數據出現分群時，應分析原因，采取相應措施重新觀測。四等及以上等級控制網的邊長測量，應分別量取兩端點觀測始末的氣象數據，計算時應取平均值。3.5導線網平差：一級及以上等級的導線網計算，應采用嚴密平差法；二、三級導線網，可根據需要采用嚴密或簡化方法平差。當

24、采用簡化方法平差時，成果表中的方位角和邊長應采用坐標反算值。平差后的精度評定，應包含有單位權中誤差、點位誤差橢圓參數或相對點位誤差橢圓參數、邊長相對中誤差或點位中誤差等。當采用簡化平差時，平差后的精度評定，可作相應簡化。附合導線計算由于fx ；fy存在,使導線不能閉合在C點上產生差值C C長度稱為導線全長閉合差fS值與導線總長S的比值K稱為導線全長相對閉合差 附合導線計算 當K容=1/2000 KK容 成果不合格重測 KK容 成果合格本例中：S=1476.66米 ；fx=+0.30米 ； fy=-0.44米 因此： fS=0.53米 K=0.53/1477=1/2800 K容 (合格) （5）

25、增量閉合差調整將fx ；fy 反號按邊長成正比例原則分配到各邊坐標增量中去.計算式: 改正后x、y應等于理論值（6）計算各導線點坐標 x1 =xB+xB1 (改正后增量) . xc= x4+x4c 如不等于xc說明計算有誤附合導線計算實例表2、真坐標增量和坐標的計算 用改正后的邊長和方位角計算各邊的坐標增量x、y。1、先假定坐標方位角支導線的計算支導線的計算對于支導線觀測時角度須觀測左右角；每段距離須 往返測，合格后取中數。在計算時不需要計算閉和差，也就是不需要進行閉 和差的調整。設導線點的角度測錯了。由圖看出，從第點（或B點）出發(fā)計算至第點的坐標是正確的，第點以后的點4、5、1（或、C點）的

26、坐標是不正確的（圖中以實線表示）。如果按反方向計算，閉合導線按1-5-4-3-2-1（圖中以虛線表示），則、點坐標是正確的， 2 、1點坐標是不正確的；附合導線按C-4-3-2-1-B，則C、4、3點坐標是正確的，2 1 B 點坐標是不正確的?？梢?，正反兩個方向計算各導線點坐標，其中只有一個點坐標相等或接近時，就是該點角度有錯誤。導線測量粗差的檢查方法A2BC31BDC44211132425154如圖所示, 交會測量 交會測量概念：用交會測量的方法來加密控制點滿足施工或測圖所需的控制點，稱為交會測量。交會測量分為測角交會，測邊交會兩類。 前方交會 圖a （分別在兩已知點上設站） 測角交會 側方交會 圖b （分別在一個已知點上和未知點上設站） 后方交會 圖c （只在未知點上設站） 前方交會 前方交會,圖形簡單,外業(yè)少,計算公式簡單前方交會方法 如圖所示：前方交會就是在A B C已知點置儀器,P為待定點，觀測1，1，2，2，. 分兩組計算P點的坐標叫前方交會。(P點在實地選定)為了檢核觀測精度也可觀測、 。 P C AB11222、計算公式 以A、P、B三角形為例說明計算P點公式