水準測量課件

1、水準測量基本原理,高程的定義： 地面點沿鉛垂線到大地水準面的距離稱該點的絕對高程或海拔，簡稱高程(height)。通常用加點名作下標表示,如HA、HB。,——高程系是一維坐標系，基準是大地水準面?！蚝Ｋ媸艹毕L浪等影響，它的高低時刻在變化?！诤＿呍O立驗潮站(tide gauge station)，進行長期觀測，求得海水面的平均高度作為高程零點，以通過該點的大地水準面為高程基準面(height datum)。

2、也即大地水準面上的高程恒為零。,水準測量基本原理,水準測量基本原理,水準測量基本原理,例1：已知點A的高程為HA=52.623m，后視讀數(shù)a=1.571m，前視讀數(shù)b=0.685m，求B點高程。,根據高程測量原理： hAB = a - b =1.571-0.685 =0.886 mB點高程為： HB =HA+ hAB

3、= 52.623＋0.886 = 53.509 m,水準測量基本原理,例2： 已知A點高程HA=423.518m，要測出某水平場地待定點1、2、3的高程。,視線高程Hi=HA+a=23.518＋1.563＝25.081m各待定點高程分別為：H1＝Hi－b1＝25.081－0.953＝24.128mH2＝Hi－b2＝25.081－1.152＝23.929mH3＝Hi－b3＝25.081－1.32

4、8＝23.753m,在安置一次儀器需求出幾個點的高程時，視線高法比高差法方便，因而視線高法在地形測量和施工測量中被廣泛采用。,水準測量基本原理,轉點、測站,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,C,D,E,轉點：如果兩點A、B之間的距離較遠，或高差較大時 僅安置一次儀器不能測得A、B的高差，需加設 若干臨時的立尺點，作為傳遞高程的過渡點

5、。,測站：每安置一次儀器稱為一個測站,水準測量基本原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,C,D,E,若A、B 兩點間布設一些過渡點（轉點）1、2、3…，將其分為n段，則用水準儀分別測得各段高差為h1， h2… hn，則有：,hAB=h1+ h2+??+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+??+(an-bn) =?a-?b,水準測量儀器和工具,儀器：1、按精度劃分 可

6、分為DS05、DS1、DS3、DS10等四個等級2、按結構劃分 可分為微傾式水準儀、自動安平水準儀和電子水準儀等 D—大地測量儀器 S—水準儀數(shù)字 — 表示儀器的精度，即每千米往、返測得高差中數(shù)的中誤差（mm）。水準儀的作用是提供一條水平視線； 工程測量中常使用DS3型水準儀，該儀器 精度為±3mm/km。其中：,DS3微傾式水準儀,主要由望遠鏡、水準器、基座三部分組成,自動

7、安平水準儀利用自動安平補償器代替 水準管，使視準軸水平。特點：1、視準軸自動安平；2、提高水準測量精度；3、減少操作步驟，提高工作效率。,DSZ3自動安平水準儀,DSZ2自動安平水準儀,主要用于一、二等水準測量和精密工程測量。特點：1、結構精密、性能穩(wěn)定、測量 精度高；2、望遠鏡放大率不小于40倍；3、水準管分劃值為10"/2mm；4、采用光學測微器讀數(shù)，可直 接到0.1mm，估讀到0.0

8、1mm；5、配專用精密水準尺；操作方法與DS3水準儀基本相同。,激光水準儀,激光水準儀有水準儀、 激光器、電源等組成特點：1、視準軸為一束 紅色可見光。2、廣泛應用于水平 場地的測設、 大型設備安裝。,電子水準儀,水準測量儀器和工具,水準尺、尺墊,水準測量儀器和工具,水準尺,材料——干燥的木料、鋁合金、因鋼尺構造 ——折尺、塔尺、直尺長度 ——2m、3m、5m,水準尺的要求：直、變形小

9、、刻劃精確、觀測時應豎直,常用三、四等水準測量的水準尺為木質3m的、雙面水準尺，黑面尺（主尺）底端刻劃為0，而紅面尺（輔助尺）底端刻劃分別為4687mm、4787mm。尺墊：放在過渡點上即轉點上，傳遞高程用。防止點位移動和水準尺下沉。,DS3微傾式水準儀的構造,主要由望遠鏡、水準器、基座三部分組成,望遠鏡,DS3微傾式水準儀的構造,望遠鏡,1—物鏡2—目鏡3—調焦鏡4—十字絲分劃板5—調焦螺旋,視準軸：物鏡光心與十字絲中心的連

10、線。,十字絲分劃板：由橫絲（中絲）、縱絲（豎絲）構成。稱視距絲：豎絲上互相平行的短絲。,視準軸：望遠鏡物鏡的光心與十字絲交點的連線。視差：當望遠鏡瞄準目標后，眼睛在目鏡處上下左右作少量的移動，發(fā)現(xiàn)十字絲和目標有相對的運動，這種現(xiàn)象稱為視差。視差產生的原因：目標通過物鏡之后的像沒有與十字絲分劃板重合。消除視差的方法：轉動目鏡，使十字絲由不清晰至清晰的初始位置，然后在瞄準目標由物鏡調焦螺旋使目標也能看清楚。眼睛應放松。,DS3微傾

11、式水準儀的構造,消除視準差的方法,DS3微傾式水準儀的構造,DS3微傾式水準儀的構造,管水準器：水準管零點、水準管軸、水準管分劃值；符合水準管：,水準器,圓水準器：圓水準器零點、圓水準器軸、圓水準管分劃值；,DS3微傾式水準儀的構造,水準管,水準管的零點：在水準管上刻有2mm的分劃線，分劃線與中間的S點成對稱，S點稱為零水準管的水準軸：過零點S與圓弧相切的切線LL水準管的分劃值τ ：相鄰兩分劃線間弧長所對的圓心角，也稱靈敏度。,R

12、越大，τ越小，靈敏度越高一般為6″～30″ DS3 : R=20.6265米 τ=20″，表示為20″/2mm,DS3微傾式水準儀的構造,符合水準器,符合水準器在水準管上裝有符合棱鏡系統(tǒng)，通過符合棱鏡系統(tǒng)將氣泡兩端的影像反射到同一平面上，影像底端符合，則氣泡居中。氣泡不符合的位置正好是符合位置的兩倍，可使氣泡居中的精度提高一倍。,DS3微傾式水準儀的構造,圓水準器,圓水準器是將一圓柱形的玻璃盒子裝嵌在金屬筐內，盒內部是 裝滿酒

13、精或氯華鋰后加熱密封的。盒頂面的內壁磨成圓球形，頂面的中央劃一小圓，其圓心S即為圓水準器的零點。連接S與球面的球心O的直線稱為圓水準器的水準軸。,作用：粗略整平結構：如圖所示 精度：一般為5＇~ 10＇/2mm（氣泡中心偏離零點2mm所對的圓心角）,當氣泡位于圓內中央位置時，圓水準器的水準軸即成豎直，切于零點的平面也就成水平了。圓水準器的靈敏度較低，常用于粗略整平。,DS3微傾式水準儀的構造,基座,軸座：承托儀器上部腳螺旋：

14、調節(jié)腳螺旋使圓水準器氣泡居中連接板：連接三腳架,水準儀的使用,水準儀的安置,安置方法,打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，腳架伸縮螺旋擰緊適度。架腿安置穩(wěn)固。 打開儀器箱取出水準儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。,水準儀的使用,儀器粗平,氣泡未居中而位于a 處，則先按圖上箭頭所指的方向用兩手同時相對轉動腳螺旋①和②，氣泡將沿①和②連線方向移動，使氣泡移到b的位置。 然后單獨

15、轉動腳螺旋③，氣泡將沿①和②連線垂線方向移動，使氣泡居中。如有偏差可重復進行。原則：氣泡移動的方向始終和左手大拇指移動的方向一致。,粗平方法：（左手法則）,水準儀的使用,調焦和照準將望遠鏡對準明亮目標，旋轉目鏡，使十字絲成像清晰,,水準儀的使用,調焦和照準轉動照準部使準星、照門、目標（尺）共一線，然后制動望遠鏡。,,,水準尺,粗略瞄準,水準儀的使用,調焦和照準轉動物鏡調焦螺旋，使目標成像清晰。,物鏡調焦,,水準儀的使用,精平,,

16、,,轉動微傾螺旋使符合水準管氣泡符合，即成U形。,水準儀的使用,讀數(shù),在氣泡成U形后即可讀數(shù)。讀數(shù)規(guī)則由小向大方向讀取。讀數(shù)前應消除視差,視差現(xiàn)象：產生視差的原因：視差的危害：消除視差方法：,水準儀的使用,水準儀的使用,水準尺的讀數(shù),水準測量的方法,水準點,水準點：水準測量的方法測定其高程的控制點。水準點分：永久點、臨時點。點之記：記錄水準點位的略圖。,水準測量的方法,水準測量的方法（線路觀測方法）,,,,,,,,,,,,,A

17、,B,1,2,hA1,h2B,hAB,,h12,,,hAB= ∑h = hA1+h12+h2B,=(a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3),=∑a－∑b,多測站水準測量原理,,水準測量的方法,水準測量的方法（測站觀測方法）,雙儀高法,,,,,a→,←b,a′ →,← b′,為進行測站檢核，各測站的觀測采用兩次儀器高法或雙面尺法。,水準測量的方法,水準測量的方法（測站觀測方法）,雙面尺法,,,雙面尺法：是儀器高度保持不變，分別對尺子

18、的黑面、紅面進行觀測。,,,水準測量的方法,雙儀高法記錄計算,,,,,,1134,1134,1677,1677,,,-0.543,1011,1011,1554,1554,-0.543,高差/m,-0.543,平均高差/m,1444,1444,1324,1324,+0.120,1624,1624,1508,1508,+0.116,+0.118,1822,1822,0876,0876,+0.946,1710,1710,0764,0764

19、,+0.946,+0.946,A,1,2,3,水準測量的方法,水準測量的方法,水準路線成果計算,水準路線,水準測量所經過的路線，稱為水準路線。水準路線常布設成閉合水準路線、附合水準路線和往返支水準路線等。,水準測量的方法,水準路線成果計算,附合水準路線的計算,MN段實測值高差與MN兩點已知高差的差值，稱高差閉合差。,涵義：,表達式：,1、計算高差閉合差,水準測量的方法,水準路線成果計算,附合水準路線的計算,分配方法：,將閉合差反號后，按

20、與距離或測站數(shù)成正比分配于各測段。,表達式：,條件：,閉合差不大于限差。,2、高差閉合差的分配,水準測量的方法,水準路線成果計算,附合水準路線的計算,3、未知點高程計算,表達式：,計算檢核：,水準測量的方法,閉合水準路線的計算,閉合水準路線成果計算，除閉合差的計算形式與附合水準不同外，改正數(shù)的計算、改正后高差計算、待定點高程計算均與附合水準計算方法一樣。,閉合差的計算：,水準路線成果計算,水準測量的方法,水準路線成果計算,支線水準路線的

21、計算,支線水準路線成果計算是取往返測高差的平均值，作為高差的最或是值（改正后高差），然后進行高程的計算。 高差閉合差是用往返測高差的差值進行與限差比較的。,高差的計算：,水準測量成果計算實例,,+2.331,+2.813,-2.244,+1.430,1.6,2.1,1.7,2.0,-8,-11,-8,-10,+2.323,+2.802,-2.252,+1.420,45.286,47.609,50.411,48.159,49.

22、579,A,01,02,03,B,∑,7.4,+4.330,-37,+4.293,1.6,+2.331,2.1,+2.813,1.7,-2.244,2.0,+1.430,改正數(shù)/m,改正后高差/m,高程/m,HB - HA = 49.579 - 45.286= + 4.293,fh=∑h-(HB-HA) =+4.330-4.293 =+37mm<f允,計算說明,水準測量成果計算實例,水準測量誤差的主要來源,水準測量的誤

23、差來源與減弱措施,水準測量誤差的主要來源,水準測量誤差包括儀器誤差、觀測誤差、外界環(huán)境的影響三個方面,水準測量誤差的主要來源,水準測量誤差的主要來源,水準測量誤差的主要來源,,,——水準管氣泡居中的誤差,符合水準器：,水準測量誤差的主要來源,——水準尺零點誤差,前、后兩水準尺的零點不一致。如由于尺子的磨損等原因，可以采用高程點之間測量偶數(shù)站的方法。,水準測量誤差的主要來源,,,——水準尺豎立不直的誤差,,,,,,,,,,,一個測站：,一

24、條水準路線：,對讀數(shù)的影響：,和高差的大小有關,水準測量誤差的主要來源,,,——儀器升沉誤差,,,,,,,,,,儀器下沉：,,,,,,采用后前前后的觀測程序、作業(yè)很熟練、硬的路面觀測可減小誤差,水準測量誤差的主要來源,,,——水準尺下沉,,,,,,,,,,,,,,,,,,往返觀測取平均可減小尺子的升沉誤差,水準測量誤差的主要來源,,,,,,,,,,,1）視線高出地面0.3m， 2）選擇合適的天氣（陰天、晚上、無風等） 3）避開不利的

25、環(huán)境（日出后、日落前半小時、 中午、大風等）,在晴天，地面溫度高，空氣的密度較上面的稀，光線向上折射。,——大氣折光的影響,水準儀的主要軸線主要軸線：視準軸CC 水準管軸LL 儀器豎軸VV 圓水準器軸,水準儀的檢驗與校正,水準儀的檢驗與校正,1、水準儀應滿足的主要條件有：,水準管的水準軸和望遠鏡的視準軸平行,望遠鏡的視準軸不因調焦而變動位置,圓水準器的水準軸和儀器的旋轉軸平行,2、水準儀應滿足的次要

26、條件有：,十字絲的橫絲應當與儀器的旋轉軸垂直,圓水準器的水準軸與儀器的旋轉軸的平行的檢驗與校正,圓水準器的水準軸與儀器的旋轉軸的平行的檢驗與校正,,,,,,,,,,,,,,V,V,L,L,,V,V,,L,L,,,,,,,,,,,,,,,,,檢驗：先用腳螺旋將圓水準器氣泡居中，然后旋轉180º，檢查氣泡是否居中。,校正：用校正螺釘校一半，反復檢查，反復校正。,校正：用校正螺釘校一半，反復檢查，反復校正。,水準儀的檢驗與校正,十

27、字絲橫絲應與儀器旋轉軸垂直的檢驗與校正,,,,,,,,,,,,,A,,A,A,A,校正：松開目鏡保護蓋，放松十字絲環(huán)的校正螺釘轉 動十字絲環(huán),水準儀的檢驗與校正,望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸平行的檢驗與校正,望遠鏡的視準軸和水準管的水準軸是空間的兩條直線。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的檢驗。,水準儀的檢驗與校正,望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸平行

28、的檢驗與校正,,,1、i角對讀數(shù)和高差的影響,,,,,,,,,,,A,B,,,,,,,向上傾斜i 角的符號為正,水準儀的檢驗與校正,望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸平行的檢驗與校正,,,2、檢驗i角的基本原理,,,,,,,,,B,A,,,,,,,,,,,,水準儀的檢驗與校正,望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸平行的檢驗與校正,,,第一種檢驗i角的方法,,,,,,,,,,B,A,,,,,,,,,,,,,水準儀的檢驗與校正,望遠鏡的視準軸與水準