建筑工程测量2水准测量.ppt

第二章 水准测量,水准测量是测定高程的常用方法之一。本章主要介绍水准测量原理和方法、水准仪的构造及使用、水准仪测定高差的作业方法及数据处理，水准测量误差来源及注意问题。重点是水准测量作业方法及成果计算。难点是仪器的检校。,第二章 水准测量,本章内容,2.1 水准测量原理 2.2 水准测量仪器和工具 2.3 水准仪的使用 2.4 水准测量的施测方法 2.5 水准测量的成果计算 2.6 水准仪的检校与校正 2.7 水准测量误差与注意事项 2.8 其他水准仪简介,2.1 水准测量原理,2.1.1 高程测量的方法 1. 气压高程测量：利用地面高度不同、大气的压力也不同，气压与海拔高度成比例的原理来测定高程。 此法简便，但精度很低。通常用在登山探险、资源考察方面。,测定地面点高程的工作就叫高程测量。,2.三角高程测量：根据几何原理测定高差。 （精度较水准测量低，但传递快，平原、 山区均可用，特别适用于山区）。 h=D×tan hAB= h+i-v HB=HAhAB,i,h,D,A,B,hAB,V,3. 水准测量 利用水准仪提供的水平视线来测定两点间的高差。 精度较高，但山区不适用。 4. GPS卫星定位系统测定 通过接收卫星信号,利用电磁波空中距离后方交会来测定高程。 全天候，不受地形限制，但精度不如水准测量。,利用水准仪提供的水平视线,在铅垂的水准尺上读数,由于水平视线与水准面以及标尺构成矩形,因而有 hAB = a-b 即 高差=后视读数-前视读数 HB=HA+ hAB=(HA+a)-b=Hi-b,b,2.1.2 水准测量原理,2.2 水准测量仪器和工具,水准仪的类别 精密水准仪 DS05、DS1 按精度分: 普通水准仪 DS3 （重点学习） 工程水准仪 DS10 电子水准仪 （精密、自动安平） 按性能分： 自动安平水准仪（有精密、有普通） 微倾式水准仪 激光水准仪 D大地测量仪器 S水准仪系列 05、1、3、10往返观测1公里高差中数中误差（）,电子水准仪,自动安平水准仪,DS3普通水准仪,1.望远镜 作用：提供一条清晰的视线 分三部分 2.水准器 作用：整平视线 3.基座 作用：支承上部,2.2.1 DS3水准仪的构造,微倾螺旋,制动螺旋,调焦螺旋,微动螺旋,各部件名称,物镜,目镜,水准管,圆水准器,脚螺旋,制动螺旋,粗瞄器,望远镜的构成: 由物镜、目镜、十字丝、调焦透镜四个 部分构成 物镜的作用：成像，把目标成像于望远镜内。 目镜的作用：把目标的像放大。 十字丝的作用：用于精确瞄准目标。 调焦透镜的作用：使远近不同的物体都能够成像于十字丝板上。 望远镜视准轴：物镜光心与十字丝的连线。,1. 望远镜的构造,十字丝板,竖丝,横丝或中丝,上丝,下丝,十字丝交点,十字丝板,水准管分划值,2. 水准器,水准器分: 圆水准器 作用是：粗略整平仪器。 水准管 作用是：精确整平视线。,圆水准器轴,水准管轴,符合式水准管,微倾螺旋,水准管的符合影像及气泡居中,脚螺旋的操作规律：气泡往高处走，脚螺旋顺时针转升高，逆时针转为降低。 脚螺旋的作用：调平基座，粗略整平仪器。,3. 基座及脚螺旋,2.2.2 水准标尺和尺垫,尺垫,水准尺种类,普通水准尺 ： 3米单面、双面尺(红、黑面) 精密水准尺 （配精密水准仪用） 条码尺 (配电子水准仪用),2.3 水准仪的使用,精平,根据水准测量原理的要求,水准仪必须提供一条水平视线,瞄准目标,进行读数。也就是说，读数前必须把视线调成水平。,1. 安置水准仪（将水准仪安装到脚架上） 2. 粗略整平（用脚螺旋或脚架使圆气泡居中） 3. 瞄准水准尺（粗瞄-对光-精瞄-消除视差） 4. 精确整平（用微倾螺旋使符合气泡影像居中） 5. 读数（读取中丝所切的标尺高度）,水准仪的安置及使用,用脚架粗平,用脚螺旋粗平,调微倾螺旋精平,瞄准标尺,读数,瞄准读数记录,立尺,09,10,15,倒像,正像,14,注意单位，用米或毫米,黑面,红面,0.961,1.483,读数方法,什么是视差？当眼睛在目镜处稍微上下移动时，发现标尺的读数（像）也有相对移动的现象称为视差。 视差产生的原因：主要是由于调焦不准确，目标的像没有落在十字丝平面上（两者不重合）。 视差消除的方法：重新进行目镜、物镜精确调焦，使十字丝与目标成像都清晰。,十字丝平面,标尺的像,视准轴,关于视差的问题,2.4 水准测量的施测方法,2.4.1 水准点与水准路线形式 1. 水准点:用水准测量方法测定高程的高程控制点。 2. 水准测量等级：一般分为一、二、三、四等和图根水准。 一、二、三、四等水准点为永久点，图根点一般是临时水准点。 根据水准点等级不同，埋设要求也不同,见书中P15。,闭合水准路线 单一形式 附合水准路线 支水准路线 水准网 环形网 结点网,3. 水准路线形式,单一路线形式,2.4.2 水准测量外业工作,水准测量外业工作包括：选点、埋石、观测高差。 1. 选点、埋石或打桩 (图上初选-实地定点-埋石或打桩) 选点要求:尽可能沿平坦道路布设，要求土质坚硬，便于长期保存和使用的地方。等级水准点要埋设标石。,水准点布设 (沿道路布设),单面观测法 后视点A1，前视点A2 （1)在两点中间安置水准仪 （2)粗平 （3)先瞄后视点A1 （4)精平 （5)读记中丝读数2.345m （6)转瞄前视点A2 （7)精平 （8)读记中丝读数量0.345m （9)计算两点高差 h=2.345-0.345 =2.000m,2.345,0.345,A1,A2,h,2.345,0.345,2.000,2. 两点高差的观测,双面观测法(红黑面观测法),（1）在两点中间安置水准仪 （2）粗平 （3）瞄准后视点（黑面） （4）精平 （5）读数A1（黑）2.345m （6）转过红面再读数A1（红）7.032m （7) 转瞄前视点(黑面) （8) 精平 （9) 读数A2(黑)0.345m （10)转过红面再读A2(红)5.032m （11)计算黑红面高差,后视点,前视点,测站检核方法：可用双面尺观测或变动仪器高观测. 注意：由后视转向前视时，水准管气泡居中才能读数，若圆水准器气泡不居中，不能再调脚螺旋。,2.345,7.032,0.345,5.030,2.345,7.032,0.345,5.030,0,+2,2.000 2.002,-2,2.001,3. 水准路线的观测（图根）,测站、后视点、前视点 转点：在水准测量中起传递高程作用的临时立尺点。 观测方法:从已知点开始按两点间高差观测方法一站一站地往前测，直到闭合回来或符合到另一已知点上。 记录计算,4. 水准测量技术要求,后视点,前视距离,后视距离,前视点,5. 观测成果检核,测站高差检核 可用双面尺观测或变动仪器高观测来检核. 路线闭合差检核 闭合或附合路线测完后，计算路线闭合差与允许闭合差比较，若不合格，分析原因，重测。,闭合路线高差闭合差 fh =h 附合路线高差闭合差 fh =h-（H终-H始）,2.5 水准测量的成果计算,水准测量的目的是要得到各待定水准点的准确高程。 外业测出来的是各站高差,并且,由于各方面的原因,高差观测值是带有误差的，必须通过误差处理,求出准确高差,然后再计算出各个水准点的高程。 水准测量成果计算的内容包括: 1. 计算误差（路线闭合差），并进行精度评定。 2. 误差分配，求出改正后的各段高差。 3. 计算出各点高程。,2.5.1 水准测量计算步骤：,1. 对外业记录计算进行全面检查。 2. 绘出计算略图。 P19图2.19 3. 绘好计算表格。 P19表2.2 4. 填入有关数据。 5. 计算路线闭合差，并评定精度。 6. 分配闭合差，计算改正后高差。 7. 计算各点高程。 计算实例,闭合差计算,闭合差=观测值-理论值 1. 闭合路线闭合差 fh=h观- h理= h观 2. 附合路线闭合差 fh=h观-（H终-H始）,h1,h2,h3,h4,h5,h6,h7,h理=0,H 始点,H 终点,h1,h2,h3,h4,h5,h6,h7,h理= H终- H 始,精度评定,允许误差参照技术要求,图根级规定如下: 平坦地区 fh容= () 山区 fh容= () 若fh fh容 ，则合格,L路线长度,以km为单位； n测站总数。,闭合差分配原则,由于水准路线测量误差的大小是与测站数或距离成正比的。因此，闭合差分配原则是：反号，按与测站数或距离成正比分配。 即每站(或每公里)高差改正数 V1= - fh/n 或 V1= - fh/ S V1一个站或一公里的改正数； n 全路线测站数总和； S全路线总长，以公里为单位。 若这一段有5 个站，则这一段的改正数为5V1 ；若这一段长是0.5公里,则这段改正数为0.5V1。,1. 附合水准路线计算,2. 闭合水准路线计算,=48,2.6.1 水准仪的主要轴系及应满足的几何关系 主要轴系 1. 仪器的竖轴 2. 望远镜视准轴 3. 圆水准器轴 4. 水准管轴 应满足的几何关系 1. 竖轴圆水准器轴 2. 水准管轴视准轴（主要条件） 3. 十字丝应水平,2.6 水准仪的检校与校正,2.6.2 水准仪检验与校正,检验原理： 检验方法：粗平后转180°观察 气泡偏离情况。 校正方法：各调一半,1.竖轴圆水准器轴的检校,2.十字丝横丝的检校,检验原理： 检验方法：用横丝瞄点或用竖丝瞄准锤球线看是否重合。,3. 水准管轴视准轴的检校（i角的检校）,检验原理： 检验方法：中端点法 （1)在平坦地段量一段距离80m，定两点A和B，并立上水准尺。 （2）先在中点安仪器，测出AB两点的正确高差hAB=a1-b1（改变仪器高测两次取中数） （3）把仪器搬到离端点A或B约3m处安置，再测高差 hAB=a2-b2,A,B,a1,b1,a2,b2,80米,b2正,若中点与端点所测高差相等，则i角为0，说明水准管轴视准轴。 若不等，说明条件不满足，如果差值大于4则要校正。(或i=h/D i角20则要校正) 校正方法：在端点校正。先计算b2正= a2 hAB ，然后调微倾螺旋使中丝对准正确读数，此时水准管气泡不居中，再校正水准管。反复进行。,关于i角的问题,什么是i角？ i角是水准管轴不平行视准轴所形成的小角。 i角对标尺读数和高差的影响 与距离成正比，距离越大，对读数的影响越大。 若前后视距离相等，则i角对前后视读数的影响相等。对高差没有影响。 若 D1=D2 1 =2 则 h=(a+1) (b+ 2)= a - b i角误差是仪器的残余误差，属于系统误差。 消除方法：可以通过中间法（即前后视距相等）消除其对高差的影响。,i,D1,2,1,D2,i,a,b,i角检验举例,两点距离80m，中间站测得两点高差h1=+0.235m, h2=+0.231m,搬到后视点附近后,测得后视读数为1.053m,前视读数为0.810m,问仪器i角有多大？视线偏上或偏下？如何校正？ 解:正确高差h=+0.233m, 端点测得高差h=1.053-0.810=+0.243mh 所以有i角存在， h= h - h = -10 i角= h/D=-10×206265/80000=-26 视线偏下。,校正:先计算正确的前视读数 b正=a-h=1.053-0.233=0.820 m 然后用微倾螺旋使中丝对准确0.820 m处,此时再用校正针调水准管校正螺钉使气泡居中即可。 校正后还需再检验一次，直到符合要求为止。,2.7 水准测量误差与注意事项,2.7.1 水准测量误差来源 1.仪器、工具残余误差 主要有：i角误差，标尺分划误差，尺零点差，十字丝中丝不水平误差等。 2.人为误差(观测误差) 气泡居中误差，读数误差，调焦误差、立尺误差等。 3.外界环境影响 风、气温、大气折光、地球曲率、光线明暗等。,1.作业前仪器、工具要检校合格； 2.仪器尽可能放在中间（前后视距相等）； 3.读数前一定要注意水准管气泡居中； 4.观测时注意消除视差，估读要准确； 5.测站检核，计算检核，防止出错； 6.立尺要直、稳； 7.选择合适的观测时间。 前后视距相等，可以消减i角误差、地球曲率和大气折光对高差的影响。,2.7.2 水准测量时应注意的问题,2.8 其他水准仪简介,2.8.1 精密水准仪介绍,1.精密水准仪的构造及特点 老式的精密水准仪构造与DS3类似，也是由三个部分构成。但老式的精密水准仪个头大，质量也是DS3的几倍，望远镜镜筒特别长、特别大，光学性能非常好，放大倍数通常在40倍，清晰度非常高，水准管的灵敏度高，还装有光学测微器，可以估读到0.05mm。,老式精密水准仪,精密电子水准仪,精密水准仪,2.使用方法 与DS3水准仪安置方法一样，光学测微式精密水准仪读数稍复杂一点，要加上测微器上的精确值。与之配套的精密水准尺，由特钢做成，变形系数非常小。每公里高差中误差小于1mm。,2.8.2 自动安平水准仪介绍,1.自动安平水准仪的 构造特点,2.使用方法 (最大特点:不用精平) 安置粗平瞄准读数记录,2.8.3 电子水准仪介绍,1.构造特点,条码尺,电子水准仪,电子水准仪构造及测量原理,2.使用方法：安置粗平瞄准测量记录,本章作业 P29 1、2、3、5、6、7、8,