第二章 水準測量.ppt

1、第二章 水準測量,第一節(jié) 水準測量原理 第二節(jié) DS3微傾式水準儀 第三節(jié) 測量坐標系 第四節(jié) 電子水準儀,第五節(jié) 水準測量的外業(yè)施測 第六節(jié) 單一水準路線的計算 第七節(jié) 水準儀的檢驗與校正 第八節(jié) 水準測量的誤差來源,第一節(jié) 水準測量原理,一、水準測量原理,A、B兩點間的高差為 hAB ab,若水準測量前進方向是由A點測到B點，規(guī)定： A點為后視點，A點尺上的讀數a 為后視讀數 B點為前視點，B點尺上的讀數b 為前視讀數 高差 后視讀數前視讀數,一、水準測量原理,當a 大于b 時，hAB 值為正，B點高于A點； 當a 小于b 時，hAB 值為負，B點低于A點。 hAB表示由A點至B點的高差；

2、 hBA表示由B點至A點的高差，,hAB hBA,一、水準測量原理,直接利用高差hAB計算B點高程的方法稱為高差法。,若已知A 點的高程HA，求未知點B 的高程HB HBHAhAB,利用儀器視線高程Hi 計算B點高程的方法稱為視線高法。,Hi HAa HBHA（ab）Hib,二、轉點和測站,若A、B兩點之間相距較遠或高差較大時 連續(xù)設站水準測量 轉點 起傳遞高程的作用,hABh1h2hn,第二節(jié) DS3微傾式水準儀,一、水準儀的分類,1按精度劃分 分為DS05、DS1、DS3、DS10等四個等級， “D”和“S”分別為“大地測量”和“水準儀”的漢語拼音第一個字母， 下標05、1、3、10表示儀

3、器的精度等級，即“每千米往返測高差中數的中誤差（單位：mm）?！?DS05、DS1稱為精密水準儀， DS3、DS10稱為普通水準儀。,光學水準儀 微傾式水準儀 自動安平水準儀 電子水準儀,2按結構劃分,二、DS3微傾式水準儀的基本構造,望遠鏡、水準器和基座,二、DS3微傾式水準儀的基本構造,主要由物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調焦透鏡、調焦螺旋和鏡筒組成。 十字絲中心交點與物鏡光心的連線稱為望遠鏡的視準軸。,二、DS3微傾式水準儀的基本構造,2水準器 （1）圓水準器,球面中心刻有一個小圓圈，小圓圈的中心稱為圓水準器的零點。 通過零點的球面法線，稱為圓水準器軸。 當圓水準氣泡中心與零點重合時，即氣泡

4、居中，說明圓水準器軸處于鉛垂位置。 圓水準器分劃值是指氣泡由零點向任意方向移動2 mm 時所對應的圓心角值。 DS3水準儀圓水準器分劃值一般為8/2 mm 。,二、DS3微傾式水準儀的基本構造,2水準器 （2）管水準器 又稱水準管，縱向圓孤的中心O為管水準器的零點， 過O點的切線 LL 稱為水準管軸。 當水準管氣泡中心位于零點時，稱為氣泡居中，此時水準管軸處于水平位置。 水準管圓弧2 mm 所對的圓心角，稱為水準管分劃值。 DS3水準儀的水準管分劃值一般為20/2mm。,2水準器（2）管水準器,管水準器的靈敏度比圓水準器高得多，因此，管水準器用于水準儀的精確整平，而圓水準器只能用于粗略整平。,

5、管水準器與符合棱鏡,二、DS3微傾式水準儀的基本構造,3. 基座 基座的作用 支承儀器的上部并與三腳架相接。 基座的構成 主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板。 通過調節(jié)三個腳螺旋可使圓水準器氣泡居中，供粗略整平用。,4. 腳架 腳架是用于支撐和安置水準儀的。 水準儀通過中心連接螺旋與腳架相連，并可根據需要調節(jié)腳架的高度。,三、水準尺和尺墊,區(qū)格式木質雙面水準尺多用于三、四等水準測量，其長度為3m。 黑面尺底為零，稱為基本分劃（或主尺）； 紅面尺底不為零，其中一根為4687mm，另一根為4787mm，稱為輔助分劃（或輔尺）， 兩根尺構成一對。,1水準尺,2尺墊 尺墊用在轉點處。,四、DS3水準儀

6、的使用,水準儀的基本操作包括以下步驟：,1.安置儀器,2.粗平,四、DS3水準儀的使用,3.瞄準水淮尺,使水準尺影像位于十字絲豎絲附近,注意消除視差,四、DS3水準儀的使用,4.精平,5.讀數,第三節(jié) 自動安平水準儀和精密水準儀,一、自動安平水準儀,1自動安平原理,一、自動安平水準儀,2.自動安平水準儀的使用,與微傾式水準儀相比，使用自動安平水準儀無需精平，從而使操作更為簡單方便。 操作步驟為：安置、粗平、瞄準和讀數。 在使用自動安平水準儀前，應對補償器進行檢驗。,DZS3-1型自動安平水準儀,一、自動安平水準儀,二、精密水準儀,精密水準儀主要用于國家一、二等水準測量，以及地震測量、大型建筑工

7、程高程控制測量、沉降觀測、精密機械設備安裝等精密測量。,1.精密水準儀的構造特點與測微原理,主要特征：值為（810）/2mm，安平精度不低于0.2的符合水準器。 望遠鏡和水準器均套裝在隔熱罩內，整體結構穩(wěn)定，受外界因素影響小。 望遠鏡放大倍率一般不小于40， 配有光學測微器 配套的精密水準尺。,二、精密水準儀,索佳PL1水準儀-DS1級水準儀,蘇光DS05光學精密水準儀,N3精密水準儀,1.精密水準儀的構造特點與測微原理,光學測微器,測微尺刻有100個分劃，測微螺旋轉動一周，測微尺恰好移動100 個分劃，標尺影像移5mm 或10mm。 因而，測微尺的分劃值為0.05mm 或0.1mm，測微周值

8、為5mm 或10mm。,2精密水準尺與讀數方法,精密水準尺又稱銦鋼水準尺，與精密水準儀配套使用。在優(yōu)質木標尺中間的尺糟內，裝有膨脹系數極小的銦鋼合金尺帶，尺帶底端固定，頂端用彈簧繃緊。,圖（a）所示水準尺分劃值為5mm，分別按左右分為奇數和偶數排列。由于將5mm 的分劃間隔注記為1cm，所以分劃注記值比實際長度大一倍，用這種水準尺讀數應除以2才代表實際的視線高度。,2精密水準尺與讀數方法,圖（b）所示水準尺分劃值為10mm， 右邊為基本分劃， 左邊為輔助分劃， 兩種分劃相差常數K（301.55cm），供讀數檢核用。,2精密水準尺與讀數方法,先直接讀出楔形絲夾住的整分劃讀數為1.98m，然后在望

9、遠鏡旁測微讀數顯微鏡中讀得尾數1.50mm。全部讀數為：1.98m+1.50mm=1.98150m， 實際讀數應為：1.98150m/2=0.99075m 。,S1型水準儀視場圖,新N3水準儀視場圖,讀數為 1.48m+6.55mm1.48655m。,第四節(jié) 電子水準儀,一、概述,電子水準儀是一種集電子、光學、圖像處理、計算機技術于一體的智能水準儀。 可以完成普通水準儀所能進行的測量， 利用內置應用軟件，進行高程連續(xù)計算、多次測量取平均值、斷面計算、水準路線和水準網測量閉合差調整（平差）， 實現(xiàn)測量數據的自動采集、儲存、處理和傳輸等， 具有測量速度快、精度高、作業(yè)強度小、易實現(xiàn)內外業(yè)一體化等特

10、點。 電子水準儀可視為CCD相機、自動安平水準儀、微處理器和條碼水準尺組成的地面水準測量系統(tǒng)。,二、電子水準儀的基本構造和原理,基本構造 由基座、水準器、望遠鏡、自動安平補償裝置、操作面板和影像數據處理系統(tǒng)等組成。,徠卡DNA03電子水準儀，顯示界面為中文，內置適合我國測量規(guī)范的觀測程序，可快速測量高程、高差和放樣，用于進行線路水準測量、建筑測量、碎部測量以及一等、二等水準測量。,二、電子水準儀的基本構造和原理,電子水準儀測量的基本原理：,徠卡電子水準儀光路圖,電子水準儀的關鍵技術是自動電子讀數和數據處理，目前采用的數據處理方法有: 幾何法 德國蔡司DiNi系列DiNi10，DiNi20電子水

11、準儀 相關法 瑞士徠卡NA系列NA2002，NA3003電子水準儀 相位法 日本拓普康DL系列DL-101C，DL-102C電子水準儀,三、條碼水準尺,條碼水準尺是與電子水準儀配套使用的專用水準尺。 用玻璃鋼、鋁合金或銦鋼制成， 尺長有2m、3m等幾種， 尺形分直尺和折尺兩種。 尺面上刻有寬度不同、黑白相間的碼條（稱為條碼），該條碼相當于普通水準尺上的分劃和注記。,四、電子水準儀的使用,使用DNA03 電子水準儀，在完成照準和調焦后，打開電源開關（開機），進入“水準測量”界面，該功能用于一般水準測量并可配合“碎部測量”及“放樣”。 開機后，可按MODE鍵設置測量模式；按PROG鍵，顯示程序清單

12、，可選擇簡單測量或線路測量；按INT鍵可進行碎部測量；按SHIFT INT啟動SET OUT放樣功能。,安置、粗平、照準標尺和調焦仍由人工目視進行。,四、電子水準儀的使用,注意事項： （1）使用電子水準儀前，應認真閱讀用戶操作手冊。 （2）電子水準儀是精密儀器，不宜受潮，使用時勿使儀器受到大的沖擊或震動。 （3）測量時，要求條碼水準標尺亮度均勻適中。應在有足夠亮度的地方豎立條碼標尺。若標尺被障礙物（如樹枝）遮擋，應使局部遮擋的總量少于30。 （4）安置電子水準儀時，須避免在強磁場內作業(yè)。 （5）使用條碼尺時要防摔、防撞，勿使尺面受到污損，要保持清潔、干燥，以防變形。 （6）保持目鏡、物鏡清潔。

13、裝卸電池時，必須先關機。,第五節(jié) 水準測量的外業(yè)施測,一、水準點,為了統(tǒng)一全國的高程系統(tǒng)和滿足各種測量的需要，測繪部門在各地埋設且用水準測量方法測定的高程控制點，稱為水準點，記為BM（Bench Mark）。 水準點是水準測量引測高程的依據。 水準點應設在土質堅實，便于保存和使用的地方，,永久性水準點,臨時性水準點,二、水準路線布設,1單一水準路線 （1）閉合水準路線 如圖（a），從一個已知高程的水準點BMA出發(fā)，沿一條環(huán)形路線進行水準測量，依次測定若干個待定高程的水準點1、2、3、，最后又回到水準點BMA，稱為閉合水準路線。,在普通水準測量中，路線長一般不超過8km。,二、水準路線布設,1單

14、一水準路線,（2）附合水準路線 如圖（b），從一個已知高程的水準點BMA出發(fā)，沿一條路線進行水準測量，依次測定若干個待定高程的水準點1、2、3、，最后附合到另一個已知高程的水準點BMB上，稱為附合水準路線。,在普通水準測量中，路線長一般不超過8km。,二、水準路線布設 1單一水準路線,（3）支水準路線 如圖（c），從一個已知高程的水準點BMA出發(fā)，沿一條路線進行水準測量，依次測定若干個待定高程的水準點1、2、，最后既不回到起始水準點，也不附合到另一個已知高程的水準點上，稱為支水準路線。,由于支水準路線缺乏檢核，故路線一般不超過4km。 通常要進行往返觀測，以加強檢核。,二、水準路線布設,2水準

15、網 （1）附合水準網 如（a），從多個已知高程的水準點出發(fā)，由若干條單一水準路線相互連接而構成的網狀圖形。 （2）獨立水準網 如（b），從一個已知高程的水準點BMA出發(fā)，由若干條單一水準路線相互連接而構成的網狀圖形。 在水準網中，至少連接三條水準路線的水準點稱為結點。,（a） （b）,三、普通水準測量,普通水準測量常用于一般工程的高程測量和地形圖測繪的圖根控制點高程測量。,1施測一般要求 普通水準測量采用DS3或DS10級水準儀，測量前應對儀器進行檢驗，采用中絲讀數法單程觀測，施測中各項限差應滿足相應測量規(guī)范的各項要求。,2觀測、記錄和計算,3.普通水準測量的檢核,（1）計算檢核 HBHAha

16、b,（2）測站檢核 兩次儀器高法 在同一測站上用兩次不同的儀器高度（儀器高度差在10cm以上），測得兩次高差進行比較，若兩次高差之差不超過容許值（普通水準測量容許值為6 mm），則取平均值作為該測站觀測高差，否則，必須重測。,雙面尺法 保持儀器高度不變，用雙面尺的黑、紅面兩次測量高差進行比較，若兩次高差之差不超過容許值，則取平均值作為該測站觀測高差，否則，必須重測。,第六節(jié) 單一水準路線的計算,一、附合水準路線的計算 1高差閉合差的計算,在水準測量中，由于測量誤差的影響，使水準路線的實測高差值與應有高差值不相等，其差值稱為高差閉合差，用 fh 表示。,fhh測h理h測（H終H始）,一、附合水準

17、路線的計算,2高差閉合差的調整 當 fhfh 容 時，即可進行高差閉合差的調整。 消除閉合差的原則是：將 fh 反號，按與各測段的路線長度或測站數成正比地改正各段觀測高差。,或,高差改正數的計算檢核： Vifh,一、附合水準路線的計算,3待求點高程的計算 根據各段改正后的高差和起始點的高程，分別求得各待求點的高程。,例2-1 下圖為某附合水準路線，各測段的路線長、實測高差和起點高程如圖所示，該附合水準路線的計算結果列于下表中。,二、閉合水準路線的計算,高差閉合差按下式計算: fhh測,例2-2 下圖為某閉合水準路線，各測段的路線長、實測高差和起點高程均注于圖中，該閉合水準路線的計算結果列于表中

18、。,fh18 mm h容12,三、支水準路線的計算,設A點為已知點，高程為68.200m， 從A點測到B點，高差為+4.385m， 若再從B點測到A點，高差為4.373m， 此時B點高程的計算方法如下： 高差閉合差：fhh往+h返+4.3854.373+0.012m 高差閉合差允許值為：,則B點的高程為：HBHA+ hAB 68.200+4.37972.579 m。,f h fh 容，說明觀測結果符合精度要求。,第七節(jié) 水準儀的檢驗與校正,一、微傾式水準儀的檢驗與校正 1.微傾式水準儀應滿足的幾何條件,主要軸線有： 圓水準軸LL 管水準軸LL 視準軸CC 縱軸（豎軸）VV,根據水準測量的原理，

19、水準儀應滿足的主要條件是LLCC。 兩個次要條件： LLVV； 十字絲中絲VV。,2.微傾式水準儀的檢驗與校正,(1)圓水準軸平行于儀器豎軸的檢驗與校正 目的 通過檢校，可使儀器圓水準氣泡居中時，儀器豎軸基本豎直。 檢校方法,一、微傾式水準儀的檢驗與校正,(2)十字絲中絲垂直于儀器豎軸的檢驗與校正 目的 通過檢校使十字絲中絲垂直于儀器豎軸，當豎軸豎直時，中橫絲 處于水平位置，即用中橫絲任何位置在水準尺上截得的讀數都是相同的。 檢校方法,(3)水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正 目的 使水準管軸平行于視準軸，當水準管氣泡居中時，視準軸處于水平位置，即獲得一條水平視線。 視準軸和水準管軸在豎直面上投

20、影是否平行的檢驗，稱為i 角檢驗，是水準儀檢校的重點。 在水平面上投影是否平行的檢驗，稱為交叉誤差檢驗。,2.微傾式水準儀的檢驗與校正, 檢驗方法,當儀器安置在中點時， hAB（a1x）（b1x）a1b1 無論儀器是否存在i角，在中點上測得的高差始終是正確的。, 檢驗方法,將水準儀搬至距B點（或A點）2m3m處，精平后分別讀取A點和B點上水準尺的讀數a2和b2，則 hABa2b2,hhABhAB,i 角的計算公式為：,對于DS3水準儀，一般要求 i 角不得大于20。,(3)水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正, 校正方法 儀器靠近B點處，根據b2和hAB計算出A尺上的正確讀數為： a2b2+hAB

21、,校正時，保持水準儀位置不動，轉動微傾螺旋，使A尺上的讀數對準正確讀數a2，此時視準軸處于水平位置，水準管軸傾斜。用校正針稍松水準管一端的左、右兩個校正螺絲，再拔動上下兩個校正螺絲，直到水準管氣泡居中。,二、自動安平水準儀的檢驗與校正,主要項目有： 圓水準軸平行于儀器豎軸的檢驗與校正； 十字絲中絲垂直于儀器豎軸的檢驗與校正； 望遠鏡視準軸位置正確性的檢驗與校正。 在作業(yè)前，應檢查補償器是否正常，有無粘擺現(xiàn)象。對新購置的用于一、二等水準測量的儀器還須進行補償器誤差的測定。,第八節(jié) 水準測量的誤差分析,一、儀器誤差 1儀器檢校后的殘余誤差 若保持前后視距相等，i 角對高差的影響可以消除或削弱。 2水準尺分劃誤差 3水準尺零點誤差 在觀測過程中，以兩根標尺交替放置，并使每一測段的測站數為偶數，可以消除