3章 水準測量(1).pptx

1、主講人：馬明舟 測繪工程教研室 2015-3,HB=HA+hAB=HA+(a -b) （高差法）,一、 水準測量的基本概念： 利用水準儀提供一條水平視線，照準兩端點處水準尺并截取讀數求兩點之間的高差，進而由已知點高程推算待定點高程。,測站：安置儀器觀測的位置 后視點：前進方向上后面的高程點； 后視尺：后視點上豎立的水準尺； 后視讀數：水平視線在后視尺上截取的讀數； 前視點：前進方向上前面的高程點； 前視尺：前視點點上豎立的水準尺； 前視讀數：水平視線在前視尺上截取的讀數； 視線高（儀器高、儀高）：水準儀提供的水平視線到大地水準面的鉛垂距離。 ,h =后視讀數前視讀數,B點高程的另一種求法：視線

2、高法（儀高法） （1）求視線高度 （2）求B點高程,Hi = HA + a,HB = Hi b,高差法適用于安置一次儀器只需求一個前視點的高程時； 儀高法適用于安置一次儀器需求出若干個前視點的高程。,二、連續(xù)水準測量 當A、B兩點之間（1）距離較遠 或者（2）高差較大時，安置一次儀器無法直接觀測出兩點之間的高差。這時，需要在兩點之間加設若干個臨時的立尺點，作為傳遞高程的過渡點，被稱為轉點（記為TP）。然后依次在相鄰兩點之間架設儀器，測定相鄰兩點之間的高差，進而求得AB兩點間所有高差之和，即可得到A點到B點之間的高差，這種方法被稱為連續(xù)水準測量。,二、連續(xù)水準測量,為保證高程傳遞的正確性，在相鄰

3、兩站的觀測中，轉點必須保持穩(wěn)定不動。,水準測量的儀器：水準儀 水準測量的工具：水準尺、尺墊 水準儀的型號： DS05、DS1、DS3、DS10 DS分別表示“大地測量”和“水準儀” 數字表示該型號儀器每公里水準測量往、返觀測高差中數的中誤差，單位mm。,一、水準儀的結構和各部件的作用,一、三腳架 材質：金屬或木質 作用：支撐水準儀 構造： 1.架頭中心連接螺旋，連接水準儀基座 2.架腿上有伸縮螺旋 （蝶形螺旋、蝴蝶螺旋），調節(jié)架腿長度,二、基座 基座呈三角形，中間是一個空心軸套，照準部的豎直軸就插在這個軸套內。當照準部繞豎軸在水平方向內轉動時，基座保持不動?；虏垦b了一塊有彈性的三角底板。腳

4、螺旋分別安置在底板的三個叉口內，底板的中央有一個螺 母，用于和三腳架頭上的中心 螺旋連接，從而使水準儀連在 三腳架上。,三、照準部 望遠鏡 水準管 圓水準器 制動螺旋 微動螺旋 微傾螺旋 照準部底盤,三、照準部 （一）望遠鏡 外部構造： A.物鏡 B.目鏡 C.準星與缺口 D.物鏡對光螺旋 E.目鏡對光螺旋,三、照準部 （一）望遠鏡 內部構造： 1.物鏡 2.目鏡 3.調焦透鏡 4.十字分劃板 5.物鏡對光螺旋 6.目鏡對光螺旋 7.十字絲分劃板放大像 8.分劃板座止頭螺絲,三、照準部 （二）水準器：分為水準管和圓水準器兩個部件 1.水準管（管狀水準器、管水準器）,三、照準部 （二）水準器：

5、2.圓水準器,四、水準尺和尺墊 （一）水準尺 分類：直尺（雙面尺）、塔尺、折尺 1.雙面尺 外觀：有黑、白兩個尺面，尺長2m或3m，基本刻畫均為1cm，整分米處有文字注記，黑尺面底端注記從“0”開始，紅尺面底端注記從“4.687m”或“4.787m”開始。（公母尺） 用途：三等、四等和等外水準測量、視距測量；,雙面尺（倒尺）,四、水準尺和尺墊 （一）水準尺 2.塔尺 塔尺是一種可以伸縮的水準尺，材質多以鋁合金為主，長度4m或5m規(guī)格；每節(jié)尺段后有卡扣固定，塔尺也有兩面，一面與雙面尺黑吃面相同，基本刻畫為1cm，整分米處有數字注記，底端從“0”開始，用于等外水準測量；另一面，基本刻畫為0.5cm

6、，整理米處有數字注記，底端從“0”開始，用于施工測設。,塔尺,四、水準尺和尺墊 （二）尺墊 尺墊一般是由三角形的鑄鐵制成，中央有突起的半圓球進行水準測量時，常在轉點處放置尺墊，將水準尺底端（零點端）放在半圓球的頂上。 作用：防止轉點處水準尺下沉或位移。,注意 （1）水準測量施測過程中，相鄰兩站間轉點的尺墊不能移動！ （2）已知水準控制點和待定高程點上不使用尺墊！,水準儀的操作包括了五個步驟： （1）安置儀器 （2）粗略整平 （3）瞄準目標 （4）精確整平 （5）讀數,水準儀操作技術要領 安、粗、瞄、精、讀 牢記每個步驟的技術要點,水準儀的操作包括了五個步驟： （1）安置儀器 A.取距離兩水準點

7、距離相等，且地面堅固處，安置水準儀；（注意：距離相等、地面堅固） B.先松開腳架的蝶妝螺旋，調節(jié)腳架的高度，至適合觀察的位置即可；（竅門：腳架打開的高度與胸口平齊） C.打開腳架，取出儀器，用中心連接螺旋，將水準儀固定在架頭，調整腳架位置使圓水準器氣泡接近中心位置；（注意： 堅實地面、泥土地面操作差異）,視頻播放,水準儀的操作包括了五個步驟： （2）粗略整平 用微傾螺旋置望遠鏡視準軸水平時，螺旋活動范圍有限，所以在安置儀器后先依圓水準器進行粗略整平，簡稱粗平。 注意：圓水準器氣泡 移動方向與左手拇指 運動一致，稱為左手 拇指定理。,視頻播放,水準儀的操作包括了五個步驟： （3）瞄準目標 A.松

8、開制動螺旋，將望遠鏡對準遠處淺色墻壁或天空； B.目鏡調焦：轉動目鏡對光螺旋，使十字絲成像清晰； C.瞄準目標：轉動照準部，用準星缺口對準水準尺目標后，旋緊制動螺旋； D.物鏡調焦：轉動物鏡對光螺旋， 使水準尺目標成像清晰，再轉動 微動螺旋，使十字絲的豎絲靠近 水準尺的一側，檢查水準尺是否 傾斜。,水準儀的操作包括了五個步驟： （3）瞄準目標 瞄準目標后，應注意消除視差！ 視差：是物鏡調焦過程中，水準尺目標成像未落在十字絲分劃板上而產生的視覺位移，會影響讀數的精度，因此必須消除！ 判斷視差方法：在目鏡上下移動眼睛， 若橫絲讀數位置發(fā)生改變，則存在視 差。 消除方法：反復調節(jié)目鏡對光螺旋、物鏡對

9、光螺旋至視差消除為止！,水準儀的操作包括了五個步驟： （4）精確整平 方法：轉動微傾螺旋，使水準管氣泡嚴格居中（符合水準泡觀鏡中的兩邊的氣泡影像對齊或稱符合）從而使望遠鏡的視線精確水平。 具體操作步驟：用眼睛看著水準管氣泡觀察鏡，邊用右手旋轉微傾螺旋。氣泡影像精確符合后方達到精平的目的。由于氣泡的移動有慣性，所以轉動微傾螺旋的速度不能太快，特別在符合水準器的兩端氣泡影像將要對齊的時候尤要放慢。,注意觀察左側氣泡移動位置與螺旋轉動方向的關系！,水準儀的操作包括了五個步驟： （5）讀數 儀器精平后使可用十字絲的中橫絲在水準尺上的讀數。讀數時應由小往大的方向讀取讀數，依次判讀米、分米、厘米位，估讀毫

10、米，讀數以毫米為單位四位整數，不足一米應讀 0。,圖中的水準尺讀數是多少？,水準測量的工作包括外業(yè)測量和內業(yè)數據處理兩個環(huán)節(jié)。 外業(yè)工作包括： （1）外業(yè)踏勘，已知高程點的檢查，待定高程點位的選擇，水準路線設計； （2）水準路線測量，三四等水準測量采用雙面尺法，等外水準測量采用兩次儀器高法施測，記錄并檢核外業(yè)數據。 外業(yè)人員構成： 立尺員2人，觀測員1人，記錄員1人。,一、水準點和水準路線 （一）水準點 定義：用水準測量的方法測定的高程控制點，稱為水準點（Benchmark）。 水準點有永久性和臨時性兩種。 永久性水準點為混凝土結構，頂部有半球形金屬標志。,一、水準點和水準路線 （一）水準點

11、臨時性水準點可用露出地面的堅硬巖石、或用大木樁等打入地下，樁頂釘以半球狀鐵釘。 注意：水準點埋設以后，應繪出水準點與附近固定建筑物或其他地物的關系圖，并寫明水準點的編號，稱之為點之記。其用途是便于日后尋找水準點位置。,一、水準點和水準路線 （一）水準路線 水準測量所經過的路線，稱為水準路線（Leveling Line）。水準路線的作用是為水準測量提供精度檢核的條件。 根據已知高程水準點的分布情況和實際需要，水準路線一般布成以下幾種形式： 1.閉合水準路線 2.附合水準路線 3.支水準路線,一、水準點和水準路線 （一）水準路線 1.閉合水準路線 特點：從一個已知高程的水準點出發(fā)，沿新建的水準點進

12、行水準測量，最后又回到已知高程的水準點。,理論上，整條閉合水準路線的高差之和應該等于0。,一、水準點和水準路線 （一）水準路線 2.附合水準路線 從一個已知高程的水準點出發(fā)，沿新建的水準點進行水準測量，最后附合到另一個已知高程的水準點。,理論上，整條附和水準路線的高差之和應該等于 H終H始,一、水準點和水準路線 （一）水準路線 3.支水準路線 從一個已知高程的水準點出發(fā)，沿新建的水準點進行水準測量，最后沒有附和到任何已知高程的水準點。,支水準路線缺少檢核的條件，因此施測過程中，采用往返觀測的方法，是閉合水準路線的特例。,一、水準點和水準路線 （二）水準路線 4. 水準網 以上三種水準測量路線的

13、共性是從開始到終了都是一條路線，故將這樣水準測量路線稱為單一水準路線。 如果單一水準路線構成網狀，稱為水準網。單一路線相互連接的點稱為結點。,水準網平差及數據成果計算過程較復雜，本課程中暫不涉及，具體方法在誤差理論與測量平差課程中講授！,二、水準測量方法 （一）測段與測站 1.水準路線上從一個水準點到另一個水準點的全部測量工作稱為一個測段。 2.兩水準點之間距離較遠或高差較大時，無法安置一次儀器就測定兩點高差，需要在兩點之間增加轉點，采用連續(xù)水準測量的方法來傳遞高程。每架設儀器觀測兩點間高差的過程，稱為一個測站。,水準路線、測段和測站之間的關系： （1）一條水準路線上至少有一個以上的測段； （

14、2）一個測段上至少有一個以上的測站。,二、水準測量方法 （二）一個測段上的連續(xù)水準測量工作 AB是水準路線上一個測段，AB是水準路線的前進方向； 1.首先在A點處豎立水準尺，A為后視點；前進100m-150m，設立轉點1，放置尺墊，在尺墊頂部豎立水準尺，1為前視點。 2.在A和1之間大致相等的位置安置儀器，粗平后，先瞄準后視尺，精平后讀數1481，再瞄準前視尺，精平后讀數1347，記錄員記入數據并計算A1兩點間高差為+0.134m。 3.第一測站觀測完成，然后以 第一測站的前視點為第二測站 的后視點，繼續(xù)向前按照1、2 步驟，分別測定第二、三、四、 五測站，繼而求出AB兩點間高 差。,二、水準

15、測量方法 （二）一個測段上的連續(xù)水準測量工作 注意：按照上述方法進行水準測量，如果在一個測站上的觀測、記錄或計算有錯誤，那錯誤將會傳遞給整個測段，乃至整條水準路線，觀測的數據就不準確。,如何來解決這個問題？,二、水準測量方法 （三）兩次儀器高法 適用范圍：等外水準測量。 具體的步驟： （1）在一測站上安置一次儀器，測出兩點間的一組高差； （2）改變儀器高度，再測出這兩點間的一組高差； （3）要求：兩次儀器高度變化應大于10cm。,解決方法：在一測站上進行兩次高差觀測， 相互檢核,兩次儀器高法在一個測站上觀測順序的口訣：后-前-后-前,精度要求：兩組高差之差不超過6mm,-0.002,二、水準測

16、量方法 （四）雙面尺法 適用范圍：三等、四等水準測量。 具體的步驟：（注：必須用雙面尺） （1）在一測站上安置一次儀器，測出兩點間的一組高差（黑面）； （2）變換尺面，再測出這兩點間的一組高差（紅面）。,解決方法：在一測站上進行兩次高差觀測， 相互檢核,二、水準測量方法 （四）雙面尺法 精度要求：,解決方法：在一測站上進行兩次高差觀測， 相互檢核,二、水準測量方法 （四）雙面尺法 觀測和記錄的順序 三等： 1照準后視標尺黑面，按視距絲（上、下）、中絲讀數； 2照準前視標尺黑面，按中絲、視距絲（上、下）讀數； 3照準前視標尺紅面，按中絲讀數； 4照準后視標尺紅面，按中絲讀數。 四等： 1照準后視

17、標尺黑面，按視距絲（上、下）、中絲讀數； 2照準后視標尺紅面，按中絲讀數； 3照準前視標尺黑面，按視距絲（上、下）、中絲讀數； 4照準前視標尺紅面，按中絲讀數。,二、水準測量方法 （四）雙面尺法 測站上的高差計算和檢核 （1）計算后視距離=（-）0.1 （2）計算前視距離 =（-） 0.1 （3）計算視距差= - （注意號） （4）計算累計視距差=上一站累計視距差+ （5）計算后視紅黑尺面讀數差 =+K后- （6）計算前視紅黑尺面讀數差 =+K前- 注意：兩把尺子紅尺K值不同，應在記錄表中標注,二、水準測量方法 （四）雙面尺法 測站上的高差計算和檢核 （7）計算黑尺面高差=- （8）計算紅尺面

18、高差=- （9）計算紅黑尺面高差之差=- 檢核： 5mm（四等）/ 3mm（三等） 且： = - 0.1 后視47：- ( -0.1)；后視46：-( +0.1) （10）計算本站平均高差= (+ 0.1)/2,三、普通水準測量成果整理 成果整理包括：,三、普通水準測量成果整理 （一）高差閉合差計算 1. 閉合差的概念：觀測值與重復觀測值，或與已知點的已知數據的不符值。 2. 整條水準路線的高差閉合差記作 fh （1）閉合水準路線上 一條閉合水準路線的,三、普通水準測量成果整理 （一）高差閉合差計算 （2）附和水準路線上 所以：一條附和水準路線的 閉合差不可避免，但要控制在一定限度范圍內，即高

19、差閉合差容許誤差（圖根水準）：,三、普通水準測量成果整理 （二）高差閉合差的調整及 各點高程計算 1. 繪制水準路線施測圖， 填寫水準測量內業(yè)計算表,三、普通水準測量成果整理 （二）高差閉合差的調整及各點高程計算 2. 計算高差閉合差及高差閉合差容許誤差,三、普通水準測量成果整理 （二）高差閉合差的調整及各點高程計算 3. 計算高差改正數 v改= fh n 或 v改= fh L 每個測段上高差改正數 vi = v改 ni 或 vi = v改 Li,三、普通水準測量成果整理 （二）高差閉合差的調整及各點高程計算 4. 計算各測段改正后的高差hi 改 hi 改= hi vi,三、普通水準測量成果整

20、理 （二）高差閉合差的調整及各點高程計算 5. 計算各點高程Hi H后 = H前 hi 改,完成下例附和水準路線測量成果整理,1.6km,1.4km,1.0km,2.2km,0.9km,BMA HA=140.765m,BMB,1,2,3,4,-1.875m,-3.440m,-2.556m,3.596m,HB=151.450m,一、儀器誤差 1. i角誤差 誤差來源： 水準儀視準軸不平行于水準面。 消除方法： 每站觀測時，儀器安置于兩點中間位置，不易偏差過大（視距差、累計視距差）。,一、儀器誤差 2. 水準尺誤差 誤差來源： 水準尺刻劃不均勻、尺長變化、彎曲； 水準尺零點誤差。 消除方法： 嚴格

21、檢定水準尺，合格后方可使用； 水準路線的總站數應為偶數站，以抵消零點誤差。,二、觀測誤差 1.水準管氣泡居中誤差 誤差來源： 來源：水準管氣泡未嚴格居中，導致視準軸與水平面平行產生的測量誤差； 影響：當視距為100m，水準管氣泡偏移2mm時，讀書誤差約為0.7mm。 消除方法： 每次架站的位置應位于前后視點中間的位置； 讀數前均應注意讓氣泡影像嚴密符合。,二、觀測誤差 2.視差誤差 誤差來源： 來源：水準尺的像未準確落在十字絲分劃板上； 判定方法：上下移動視線，中絲讀數位置移動； 影響：DS3水準儀，視距100m時，視差誤差約為1mm。 消除方法： 每次讀數前，若視差存在，應反復調節(jié)目鏡對光螺

22、旋、物鏡對光螺旋至視差消除為止 。,二、觀測誤差 3.在水準尺上讀數的估讀誤差 誤差來源： 來源：人眼的視覺分辨率及水準尺刻劃的粗細； 影響：DS3水準儀，視距100m時，估讀誤差約為1.4mm。 消除方法： 不同等級的水準測量，對視距 的最大長度有嚴格的規(guī)定。,二、觀測誤差 4.水準尺傾斜的誤差 誤差來源： 來源：水準尺未豎直豎立； 影響：隨著讀數的增大和傾角，而誤差增大。 消除方法： 平地：保證水準尺豎直豎立。 山地：使用附帶有圓水準器的水準尺，確保觀測時水準尺氣泡居中。,三、外界因素 1.儀器下沉（上升） 誤差來源： 來源：觀測過程中儀器下沉，使視線降低，從而使觀測高差產生誤差； 消除方法： 安置儀器位置，宜為堅固地面； 一測站的觀測順序為“后-前-前-后” 三、四等水準測量，檢核紅黑尺面讀數差。,三、外界因素 2.水準尺下沉（上升） 誤差來源： 來源：觀測過程中水準下沉，使讀數變大，從而使觀測高差產生誤差； 消除方法： 轉點時盡量選擇土質堅