建筑工程测量教学课件PPT水准测量 63页

'第二章水准测量 surveying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 surveying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 surveying2.1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-vHB=HA＋hABih’DABhABVsurveying surveying3.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。 surveying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-bb2.1.2水准测量原理hABabHAHB前视后视水平视线 surveying2.2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（㎜） surveying电子水准仪 surveying自动安平水准仪 surveyingDS3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surveying2.2.1DS3水准仪的构造 surveying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 surveying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surveying十字丝板 水准管分划值surveying2.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 surveying符合式水准管 微倾螺旋surveying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。surveying3.基座及脚螺旋 surveying2.2.2水准标尺和尺垫尺垫 surveying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) surveying2.3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）surveying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 091015倒像正像14注意单位，用米或毫米黑面红面0.9611.483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surveying关于视差的问题 surveying2.4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。 surveying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 已知点支水准路线surveying2已知点1345闭合水准路线已知点1已知点2附合水准路线单一路线形式 surveying2.4.2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) surveying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=2.000m2.3450.345A1A2h测点读数高差（m）后视读数（m）前视读数（m）A1A22.3450.3452.0002.两点高差的观测 surveying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 方向点名标尺读数K+黑-红高差中数黑面红面后A1前A2后-前等级观测顺序等级水准后—前—前—后等外水准后—后—前—前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。2.3457.0320.3455.0302.3457.0320.3455.0300+22.0002.002-22.001 surveying3.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 surveying4.水准测量技术要求等级最大视距前后视距差黑+K-红红黑面高差之差路线闭合差四等80m5m3mm5mm20或6图根100m10m4mm6mm40或12后视点前视距离后视距离前视点 surveying5.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） surveying2.5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。 surveying2.5.1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2.193.绘好计算表格。P19表2.24.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）h1h2h3h4h5h6h7h理=0H始点H终点h1h2h3h4h5h6h7h理=H终-H始 surveying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/SV1——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.附合水准路线计算点名测站数高差高程（m）点名观测值（m）改正数（mm）改正后高差（m）A2+2.150+6+2.15680.000A82.156BB2-1.506+6-1.50080.656CC3-0.502+9-0.493D80.163D3+1.828+9+1.83782.000EE10+1.970+30+2.000辅助计算:h=+1.970mƒh=+1.970–2.000=-0.03=-30㎜ƒh容=±12=±38㎜＞ƒh合格每站改正数V1=-ƒh/n=--30/10=+3㎜ surveying2.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surveying2.6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-b2ABa1b1a2b280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/Di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。surveying 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-bi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。iD1△2△1D2iab surveyingi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=+0.243m≠h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=0.820m然后用微倾螺旋使中丝对准确0.820m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。surveying surveying2.7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。 surveying1.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 surveying2.8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。 surveying2.8.2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 surveying2.8.3电子水准仪介绍1.构造特点条码尺 电子水准仪 surveying电子水准仪构造及测量原理 surveying2.使用方法：安置—粗平—瞄准—测量—记录 surveying本章作业P291、2、3、5、6、7、8'