水准测量的原理与操作课件

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1、2.1水准测量的原理水准测量的原理水准测量的原理：是利用水准仪建立一条水平视线，并借助水水准测量的原理：是利用水准仪建立一条水平视线，并借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程推算出未准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程推算出未知点的高程。知点的高程。则则A、B两点间的高差为：两点间的高差为：hAB =a-b =后视读数后视读数-前视读数前视读数后视尺后视尺前视尺前视尺2以上述计算以上述计算B点高程的方法称为高差法点高程的方法称为高差法 高差法：高差法：HB=HA+hAB=HA+(a-b)另一种测高法另一种测高法仪高法或视线高法仪高法或视线高法:水准仪分成四个等级即：水准

2、仪分成四个等级即：DS05DS05、DS1DS1、DS3DS3、DS10DS10拓普康拓普康北光北光DZS3-1(水准仪水准仪)第三章第三章 水准测量水准测量2.2.1 水准仪的结构水准仪的结构2 水准器：管水准器、圆水准器：管水准器、圆水准器水准器水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。竖直的装置。DS3：水准器分划值分别为：水准器分划值分别为20“/2mm 和和 810/2mm。管水准器用来指示视准轴是否水平；管水准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指示竖轴是否竖直。圆水准器用来指示竖轴是否竖直。圆水准器轴圆水准器轴线线L L

3、L L圆水准器零点(1)圆水准器圆水准器用于指示仪器竖轴是否垂直。用于指示仪器竖轴是否垂直。水准管分划值水准管分划值=2/R.其中：其中：=206265，R为水准管半经（为水准管半经（mm）水准管轴水准管轴:过零点作水准管圆弧的切线。当气泡居中过零点作水准管圆弧的切线。当气泡居中,水准管轴水准管轴水平，即水平，即管水准器轴管水准器轴LL望远镜视准轴望远镜视准轴CC，用于仪器的精确整用于仪器的精确整平。平。其分划值为：其分划值为：20“/2mm (2)管水准器管水准器3基座轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成 轴座脚螺旋连接板2.2.2 水准仪的主要轴线水

4、准仪的主要轴线2.2.3 水准尺和尺垫水准尺和尺垫21尺垫尺垫起传递高程的作用起传递高程的作用，在已知点和待求点上不能放，在已知点和待求点上不能放。尺垫尺垫几个概念1 1、测站：测量仪器所安置的地点。、测站：测量仪器所安置的地点。2 2、后视：水准路线的后视方向。、后视：水准路线的后视方向。3 3、前视：水准路线的前视方向。、前视：水准路线的前视方向。4 4、视距：水准仪至标尺的水平距离。、视距：水准仪至标尺的水平距离。5 5、视线高程：后视高程、视线高程：后视高程+后视读数。后视读数。6 6、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。7 7、水准点

5、：水准测量的固定标志。、水准点：水准测量的固定标志。8 8、水准点高程：指标志点顶面的高程。、水准点高程：指标志点顶面的高程。9 9、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。水准路线：进行水准测量时所行走的路线。第三章第三章 水准测量水准测量2.粗平粗平方法方法：调整脚螺旋。调整脚螺旋。将圆将圆水准器气泡调居中，水准器气泡调居中，使仪器竖轴大致铅垂，使仪器竖轴大致铅垂，视准轴粗略水平。视准轴粗略水平。目的目的：使圆水准气泡居中。使圆水准气泡居中。3.瞄准瞄准视差视差：眼睛上下移动，眼睛上下移动，标尺成像与十字丝像标尺成像与十字丝像之间相对移动。之间相对移动。原因：原因：目标通过物镜之后的像没有与

6、十字丝分划板重合目标通过物镜之后的像没有与十字丝分划板重合。消除方法：消除方法：旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。(或者说反复对光或者说反复对光)。方法方法：目镜调焦：十字丝目镜调焦：十字丝清晰清晰粗瞄目标：拧紧止动螺旋粗瞄目标：拧紧止动螺旋物镜调焦：物像物镜调焦：物像清晰清晰精瞄目标：调微动螺旋精瞄目标：调微动螺旋4.精平精平第三章第三章 水准测量水准测量 读数读数之前之前应应用微倾螺旋调整用微倾螺旋调整水准管气泡符合，水准管气泡符合，使视线（即视准使视线（即视准轴）精确水平。轴）精确水

7、平。若为若为自动安平水自动安平水准仪，此步骤可准仪，此步骤可以省略。以省略。注意：每次读数前注意：每次读数前必须使水准管符合必须使水准管符合 微倾螺旋微倾螺旋水准仪多为倒像望远镜，水准仪多为倒像望远镜，读数时应读数时应由上而下由上而下进行进行。自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种一种“补偿器补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。的特别装置，使视线自动处于水平状态。自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面2.3 自动安平水准仪数

8、字水准仪一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面自动安平水准仪安平的工作原理自动安平水准仪安平的工作原理第三章第三章 水准测量水准测量 自动安平水准仪的使用自动安平水准仪的使用 安置仪器安置仪器 粗平粗平 瞄准瞄准 读数读数微倾水准仪的使用微倾水准仪的使用安置仪器安置仪器粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数二、数字水准仪二、数字水准仪望远镜望远镜基座基座 脚螺旋脚螺旋自动安平补偿器自动安平补偿器 电子电子水准水准 仪仪调焦螺旋调焦螺旋制动、微动螺旋制动、微动螺

9、旋调焦发送器：计算概略视距值；调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水准仪）（电子水准仪）二、数字水准仪二、数字水准仪2.4 水准测量的实施水准测量的实施BMABMB123h1h2h3h4h1BMA123h2h3h3h2h1BMA123456例：注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。ATP1TP2TP31011B155

10、4144413241822087616041488HA=123.446mHB大大 地地 水水 准准 面面前进方向11341677ATP1 ab1 1、安置仪器于、安置仪器于A A、TP1TP1大致中大致中间，立尺于间，立尺于A A、TP1TP1点（尺垫点（尺垫）上；）上；2 2、粗略整平；、粗略整平；3 3、瞄准后视尺、瞄准后视尺A A，精平、读，精平、读数数a a，记录，记录11341134；4 4、瞄准、瞄准TP1TP1前视尺，精平、前视尺，精平、读数读数b b，记录，记录1677m1677m；5 5、计算：、计算：h h1 1=a =a b=1.134-1.677=-0.543m b=1

11、.134-1.677=-0.543m6 6、仪器高度变化、仪器高度变化10cm10cm，同法测得，同法测得 a=1.011，b=1.554 h1=-0.543 h1=h1-h1=06mm7 7、计算高差的平均值：、计算高差的平均值：h1=-0.543m。8 8、搬站：同法依次测出，数据记录如下表、搬站：同法依次测出，数据记录如下表 后视尺后视尺前视尺前视尺前进方向前进方向ab2.4.3 成果处理 水准测量时，一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线；在水准测量的施测过程中，测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限；计算检核只能发现每页计算是否有误；对一条水准路线来讲必须进行成果

12、检核。1 1、检核的主要内容、检核的主要内容 闭合差：观测值与理论值的差值。闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；用用f fh h表示，即表示，即 fh=h测-h理限差：限差：1 1）附合水准路线检核）附合水准路线检核 2 2）闭合水准路线检核）闭合水准路线检核 3）支水准路线检核）支水准路线检核 LfLfnfnfhhhh40 20 12 6 容容容容平地山地等外水准四等水准 限差的单位为限差的单位为mm.其中：其中：L水准路线的长度，单位km。n水准路线的测站数 要求：要求：fh fh允允2、闭合差闭合差f fh h的计

13、算的计算 附和水准路线：附和水准路线：h测测=h1+h2+h3+hn h理理=H终终 H始始 fh=h测测-h理理=h测测-（H终终 H始始）闭合水准路线：闭合水准路线：h测测=h1+h2+h3+hn h理理=0 fh=h测测-h理理=h测测 支水准路线支水准路线：h测测=h往往+h返返 h理理=0 fh=h测测-h理理=h往往+h返返 水准测量的内业处理步骤水准测量的内业处理步骤3、分配高差闭合差并检验闭合差是否分配完全、分配高差闭合差并检验闭合差是否分配完全4、计算各未知高程点的高程、计算各未知高程点的高程高差闭合差按每一测段的测高差闭合差按每一测段的测站数或路线长成比例分配。站数或路线长

14、成比例分配。hiihiihfLLfnnVi 或由已知高程点开始，用改正后的由已知高程点开始，用改正后的高差逐点推算出各点的高程。高差逐点推算出各点的高程。)(4332321211检核hHHhHHhHHhHHBAhfv一、附合水准路线的内业计算 如图为一符合水准路线：A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.623m点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：kmLnh0.18575.1111kmLnh2.112036.2222kmLnh4.114742.1333kmLnh2.216446.1444AB123前进方向举例举例备注测段 点名 距离 km测站数实测高差 m

15、改正数 m改正后的高差 m高程 m1234567891234A123B1.0 8 +1.5751.2 12 +2.0361.4 14 -1.7422.2 16 +1.4465.8 50 +3.315辅助计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420+3.24765.37666.93968.96167.20368.623mmfh68)376.65623.68(315.3mmmmfh968.540允kmL8.5mmLfh12附合水准测量成果计算表已知已知1、计算闭合差：)(ABhHHhf)376.65623.68(315.3m068

16、.02、检核：mmLfh40允mm968.540允hhff 故其精度符合要求。3、计算改正数 分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。ihillfv按距离：按测站数：ihinnfv以第1测段为例，测段改正数为：11llfvhm012.01)8.5068.0(检核：hfv4、计算改正后高差iiivhh改检核：ABiHHh改以第1测段为例，改正后的高差为：mvhh563.1012.0575.1111测改5、计算高程改iiihHH1如：mhHHA939.66563.1376.6511改检核：mHHBB623.66(（已知）算）否则说明高程计算有误。二、

17、闭合水准路线成果计算二、闭合水准路线成果计算 1、计算闭合差：、计算闭合差：2、检核：、检核：3、计算高差改正数：、计算高差改正数：闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。测hfh允hhff ihillfvihinnfv 4、计算改正后高差：5、计算各测点高程：iiivhh改改iiihHH1三、支水准路线成果计算三、支水准路线成果计算11、计算闭合差：、计算闭合差：返往hhfh2、检核：、检核：m021.0396.1375.1mmnfh48161212允，故精度符合要求。3 3、计算高差（、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其取往、返测绝对值的平均

18、值，其符号与往测相同）符号与往测相同）mhA386.12)396.1375.1(14、计算高程、计算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)允hhff AmhA357.11（往）mhA396.11（返）n=16站站误差来源：仪器误差仪器误差 +观测误差观测误差 +外界条件的影响外界条件的影响 一、仪器误差 1、仪器校正后的残余误差、仪器校正后的残余误差主要是主要是i角误差角误差。（前后视距相等前后视距相等可消除）2、水准尺误差、水准尺误差 包括刻划不准、尺长变化（或零点差）、包括刻划不准、尺长变化（或零点差）、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，尺身弯曲等

19、误差。（作业前必须检验，前后视尺交替使前后视尺交替使用、测站数为偶数用、测站数为偶数可减弱或消除）可减弱或消除）仪器残余误差仪器残余误差主要表现为水准管轴与视准轴不平行。此误差常称为主要表现为水准管轴与视准轴不平行。此误差常称为i角误差。角误差。abababABii存在存在i角误差时，角误差时，)()()(bababbaabahAB只有前后视距相等时，只有前后视距相等时，a=b，i角对高差的影响为零。角对高差的影响为零。二、观测误差二、观测误差 1、视差、视差（仔细调焦仔细调焦可消除）可消除）2、读数误差（、读数误差（减小视线长度、读数认真果断减小视线长度、读数认真果断）3、水准器泡居中误差（

20、、水准器泡居中误差（符合后立即读数符合后立即读数）4、水准尺倾斜的影响（、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中认真扶尺、气泡居中）三、外界条件的影响 1、仪器下沉（、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间踩紧脚架、减少观测时间）2、尺垫下沉（、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数尺垫踩实、往返测取中数）3、地球曲率和大气折光（、地球曲率和大气折光（前后视距相等前后视距相等可消除）可消除）4、大气温度和风力（、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气打伞遮阳、选择好的天气）水 准 尺 倾水 准 尺 倾斜时，斜时，标尺的标尺的读数怎读数怎样变化？样变化？仪器下沉和尺垫下沉仪器下沉和尺垫下沉正红黑平均正红红红正

21、黑黑黑）（假设hhhhhbahhbah2/321 3 1-实际测量时，应尽量将脚架、尺垫踩实。实际测量时，应尽量将脚架、尺垫踩实。a黑a红b黑b红后尺前尺123所以采用“后、前、前、后后、前、前、后”，或称“黑、黑、红、红黑、黑、红、红”的观测程序可以消除或减弱。当仪器下沉，可使观测视线降低，则：当仪器下沉，可使观测视线降低，则：当尺垫下沉时，下一站的后视读数增大，造成高程传递当尺垫下沉时，下一站的后视读数增大，造成高程传递误差，难以消除。误差，难以消除。本章作业：本章作业：教材后所有的思考题和习题实验一：实验一：水准仪的认识及使用水准仪的认识及使用 了解水准仪的结构及各部件的作用，掌握S3型水准仪的读数方法及水准测量方法。二、二、实实旋的作用，掌握水准仪的操作使用方法。2、用DS3水准仪测量地面二点之间的高差。制动螺旋制动螺旋微倾螺旋微倾螺旋水平微动螺旋水平微动螺旋物镜调焦螺旋物镜调焦螺旋目镜调焦螺旋目镜调焦螺旋脚螺旋脚螺旋圆水准器圆水准器管水准器管水准器气泡观测窗气泡观测窗双面水准尺铟钢条码尺尺垫脚架四、水准仪的使用图1-1十字丝与水准尺成像图（中丝读数为1.612米，毫米级为估读数）上丝上丝中丝中丝下丝下丝