水准仪及水准测量概要.pptx

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1、第1页/共66页2内容提要：2.1 2.1 水准测量原理水准测量原理 2.2 2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺2.3 2.3 水准测量方法水准测量方法2.4 2.4 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正2.5 2.5 水准测量的误差及注意事项水准测量的误差及注意事项 第2页/共66页3u高程(高差)测量是测量最基本的三项工作之一。高程测量根据所使用的仪器和测量方法可分为：水准测量三角高程测量气压高程测量按精度分：一等、二等、三等、四等、等外。按精度分：一等、二等、三等、四等、等外。第3页/共66页第4页/共66页5水准测量原理是：利用一台能够提供水平视线的仪器水准仪，并借助水准尺，来测定地

2、面两点间的高差，由已知点的高程推算出未知点的高程。根据水准仪望远镜的水平线视线在A点的水准尺上读数为a，在B点的水准尺上的读数为b，则A，B两点的高差为 图 水准测量原理 2.1 2.1 水准测量基本原理水准测量基本原理第5页/共66页第6页/共66页7l l测点测点：立尺点，有点位标记：立尺点，有点位标记l l测站测站：安置仪器的点位：安置仪器的点位l l水平视线水平视线：仪器所在水准面处：仪器所在水准面处在视线方向上的在视线方向上的切线切线l l后视读数后视读数 a a ：水平视线在：水平视线在已知已知点点水准尺上的读数水准尺上的读数 后视距后视距：仪器与：仪器与已知点已知点之之间距离间距

3、离l l前视读数前视读数 b b ：水平视线在：水平视线在未知未知点点水准尺上的读数水准尺上的读数 前视距前视距：仪器与：仪器与未知点未知点之之间距离间距离 两点间的高差为：两点间的高差为：“后视读数后视读数”“前视读数前视读数”。第7页/共66页8A后视点后视点 a后视读数后视读数 B前视点前视点 b前视读数前视读数 1 1、A A、B B两点间高差两点间高差2.B2.B点的高程点的高程大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向第8页/共66页视线高程视线高程H Hi i仪器高程法（仪高法）仪器高程法（仪高法）大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线

4、水准尺水准尺ab前进方向第9页/共66页10问题：在水准测量中，若后视点A上的读数a大于前视点B上的读数b，则A点和B点，哪点高？为什么？大地水准面hABABHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向第10页/共66页11 2.2 2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 水准仪按其精度分为DS05DS05，DS1DS1，DS3DS3，DS10DS10几种等级。水水水水 准准准准 仪仪仪仪 系系系系 列列列列 标标标标 准准准准 型号型号型号型号DSDS0505DSDS1 1DSDS3 3DSDS1010中误差（中误差（中误差（中误差（mm/kmmm/km）0.50.511331010

5、最小放大倍数最小放大倍数最小放大倍数最小放大倍数4545383828282020物镜有效孔径（物镜有效孔径（物镜有效孔径（物镜有效孔径（mmmm）5555474738382828水准器水准器水准器水准器2mm2mm偏角值偏角值偏角值偏角值管水准器管水准器管水准器管水准器1010 1010 2020 4545 圆水准器圆水准器圆水准器圆水准器3 3 338888测微器测微器测微器测微器范围范围范围范围（mmmm）5 55 5分微分微分微分微（mmmm）0.050.050.050.05第11页/共66页12一、水准仪的基本结构一、水准仪的基本结构（一）水准仪的基本结构（一）水准仪的基本结构望远镜基

6、座水准器第12页/共66页13如图所示 DS3型微倾式水准仪物镜物镜物镜调焦物镜调焦微动微动制动制动微倾微倾脚螺旋脚螺旋管水准管水准校正螺丝校正螺丝目镜目镜准星准星轴座轴座照门照门照门照门气泡观察窗气泡观察窗气泡观察窗气泡观察窗圆水准圆水准圆水准圆水准第13页/共66页141.望远镜DS3水准仪望远镜的构造图，主要由物镜1、目镜2、调焦透镜3和十字丝分划板4所组成。十字丝交叉点与物镜光心的连线，称为望远镜的视准轴(图CC)。1-物镜；2-目镜；3-调焦透镜；4-十字丝分划板；5-连接螺钉；6-调焦螺旋 望远镜第14页/共66页15圆水准器圆水准器圆水准器：顶面内壁是：顶面内壁是球面球面的玻的玻

7、璃短圆柱，只用于仪器的璃短圆柱，只用于仪器的粗略整粗略整平平分划圈分划圈：间隔：间隔2 mm2 mm的的同心圆同心圆，零点零点：分划圈的：分划圈的圆心圆心圆水准器轴线圆水准器轴线 LLLL：圆水准器球：圆水准器球面过面过零点法线零点法线2 水准器第15页/共66页16管水准器管水准器：沿纵向内壁：沿纵向内壁磨成磨成圆弧圆弧形的玻璃管，形的玻璃管，用于用于精确整平精确整平酒精酒精+乙醚乙醚分划线分划线：管水准器上面、：管水准器上面、垂直于长轴方向的垂直于长轴方向的2 mm2 mm间隔短线间隔短线符合棱镜符合棱镜：精精确整确整平平的的辅助工具辅助工具气泡气泡影像吻合影像吻合表示气表示气泡已泡已居中

8、居中管水准器（水准管）第16页/共66页173.基座 基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成(见图）。物镜物镜物镜调焦物镜调焦微动微动制动制动微倾微倾脚螺旋脚螺旋管水准管水准校正螺丝校正螺丝目镜目镜准星准星轴座轴座照门照门照门照门气泡观察窗气泡观察窗气泡观察窗气泡观察窗圆水准圆水准圆水准圆水准 脚螺旋作用：可使圆水准气泡居中，使望远镜粗略整平。第17页/共66页18（二）水准尺和尺垫 水准尺是水准测量时使用的标尺。常用干燥的优质木料、玻璃钢、铝合金等材料制成。根据它们的构造又可分为直尺、折尺和塔尺，如图所示。图 水准尺和尺垫 第18页/共66页19直尺包括：单面尺和双面尺（红黑两面）黑面尺

9、（主尺）从零开始；黑面尺（主尺）从零开始；红面尺从红面尺从4687mm4687mm或或4787mm4787mm开始，称为开始，称为零点差零点差。第19页/共66页20尺垫：标记临时点位和放置水准尺的生铁铸件只是在转点上使用防止点位下沉标记临时点位（转点）第20页/共66页212.3 2.3 水准测量方法水准测量方法此过程只能由一个人操作1)松开三脚架的皮扣和架腿固定螺旋，提升仪器座至肩高左右再旋紧固定螺旋（等长），打开三脚架稳定地置于地面（土质松软时要踩紧）2)仪器箱稳定地置于地面，打开箱盖，取出固定螺旋，同时双手取出仪器，平稳地置于三脚架的仪器座上，同时用固定螺旋将仪器固定，旋紧螺旋的同时要

10、求用另一支手扶住仪器1 1、仪器安置、仪器安置一、水准仪的使用一、水准仪的使用 步骤：粗平瞄准精平读数步骤：粗平瞄准精平读数第21页/共66页222、粗略整平圆水准器气泡居中调整脚螺旋分2步进行气泡移动方向：左手大拇指移动方向即气泡移动方向与左手大拇指移动方向相同第22页/共66页233、瞄准水准尺目镜对光：旋动目镜对光螺旋，使镜中十字丝清晰，可用白色板挡住物镜对光粗略瞄准：目标点位上立水准尺，然后松开制动螺旋，用照门和准星寻找目标并瞄准，固定制动螺旋物镜对光：旋动物镜对光螺旋，使目标清晰，消除视差精确瞄准：调整微动螺旋，使竖丝切水准尺的一条边第23页/共66页24视差概念：概念：眼睛在目镜端

11、上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。n n产生原因：产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。n n消除方法：消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋，直到眼睛上下移反复交替调节目镜和物镜对光螺旋，直到眼睛上下移反复交替调节目镜和物镜对光螺旋，直到眼睛上下移反复交替调节目镜和物镜对光螺旋，直到眼睛上下移动读数不变。动读数不变。动读数不变。动读数不变。第24页

12、/共66页254、精确整平与读数精平之后要立即读数1)精平：观察管水准器气泡符合窗口，用微倾螺旋调整使窗口中两边气泡等长（“右目”），同时检查瞄准情况并及时调整2)读数：从数字小往大的方向读，往小的数字凑整，米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。3)检查：气泡是否仍然符合，否则重复精平与读数过程第25页/共66页实验一 水准仪的认识和使用实验场地：楼下空地；要求：每人独立架设仪器，完成粗平、瞄准、精平、读数等操作，获得一组前视和后视读数，求出高差。注意：按照组号领取相应的仪器；成果当堂课打分后才可以归还仪器；注意仪器安全，不离人，螺旋旋紧；各组排成一条直线，才互不遮挡。第26页

13、/共66页271、水准点、水准点 水准点有永久性和临时性两种，水准点有永久性和临时性两种，如图所示。如图所示。图 标石水准点的埋设(单位cm)图 墙上水准点(单位mm)图 混凝土、木桩水准点二、水准测量一般方法及计算第27页/共66页282、水准路线（levelingline）在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。根据测区已知高程水准点分布情况和实际需要，水准路线可以布设成以下几种形式：图 水准路线 第28页/共66页29从理论上来说，闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即 这是闭合水准路线应满足的检核条件，用来检核闭合水准路线测量成果的正确性。1 1）闭合水准路线）闭合水准路

14、线(closed leveling line)(closed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM1BM11 1BMABMA2 23 34 4第29页/共66页30检核条件：2 2）附合水准路线）附合水准路线(annexed leveling line)(annexed leveling line)由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM2BM2BMABMABMBBMB 1 1 2 2 3 3第30页/共66页31检核条件:3 3）支水准路线）支水准路线(spur leveling line)(spur leveling line)由已知点由已知点BM1

15、BM1某一待定水准点某一待定水准点A A。BMBM 1 12 2第31页/共66页323、水准测量方法 当地面上当地面上A A、B B 两点间距离较远或高差太大，放置两点间距离较远或高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需设置若干个一次仪器不能测定其高差时，就需设置若干个转点转点，将将ABAB分为分为n n段，测得各段高差为段，测得各段高差为h h1 1，h h2 2 h hn n，然后取，然后取高差之和，称为高差之和，称为连续水准测量连续水准测量。BMABMB1.1341.677TP1h h1 1=-0.543=-0.5431.444 1.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1

16、201.8220.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=+0.118=+0.118第32页/共66页33hAB=h1+h2+hn=(a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n)1.444 1.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543BMABMB第33页/共66

17、页转点转点 起着起着高程传递高程传递的作用。的作用。u 在转点上有在转点上有前后两个读数前后两个读数（既有前视读（既有前视读数，又有后视读数）数，又有后视读数）u 在观测过程中，必须保持转点在观测过程中，必须保持转点稳定不动稳定不动第34页/共66页351）水准测量方法（外业）BMABMB1.444 1.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8220.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=+0.118=+0.118前进方向1.1341.677TP1h h1 1=-

18、0.543=-0.543（1 1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2 2）为及时发现错误，通常采用）为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法两次仪器高法”或或 “双面尺法双面尺法”。第35页/共66页362）测站检核 1、变动仪器高法：在同一测站上用不同的仪器高测两次高差，相互比较进行检核。变更仪器高度应大于10cm顺序：后前前后2、双面尺法：仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各自读数，测得两次高差，相互进行检核。顺序：后前前后高差之差h-h 5mm第36页/共66页表2-1水准测量手簿日期仪器型号观测天气地点记录TP1

19、TP2243.578BM.ATP11负正高程(m)平均高差(m)高差(m)前视读数(mm)后视读数(mm)测点测站37BMABMB14131301TP21.8220.876TP31.8201.435TP41.4221.304前进方向11451251TP1图形：水准测量实施与记录对照图1890199225152401+1.1011.1021.1001413130125152401+0.7430.7450.7411145125118901992第37页/共66页38 水准测量外业工作结束后，先检查外业手簿，确认无误后，转入内业计算。内业计算内容包括：1、水准路线闭合差计算，2、闭合差的分配，3、水

20、准点高程计算三、水准测量的成果计算（内业）第38页/共66页39（一）计算高差闭合差(closing error)公式：公式：故对于闭合水准路线，有：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于支水准路线，有：对于支水准路线，有：闭合差（闭合差（fh）：观测结果与应有的理论值之差）：观测结果与应有的理论值之差第39页/共66页40（二）高差闭合差调整1 1、计算高差闭合差的容许值（、计算高差闭合差的容许值（tolerancetolerance）对于普通水准测量：对于普通水准测量：式中，式中，f fh h容容高差闭合差限差，单位：高差闭合差限差，单位：mmmm；L L

21、水准路线长度，单位：水准路线长度，单位：km km；n n测站数，测站数，单位：个单位：个。第40页/共66页412 2、分配原则按与距离按与距离按与距离按与距离L L L L或测站数或测站数或测站数或测站数n n n n成正比原则，将高差闭合差反号成正比原则，将高差闭合差反号成正比原则，将高差闭合差反号成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上，相加得各段改正后的高差。分配到各段高差上，相加得各段改正后的高差。分配到各段高差上，相加得各段改正后的高差。分配到各段高差上，相加得各段改正后的高差。求出各段高差改正数后，进行检核求出各段高差改正数后，进行检核求出各段高差改正数后，进行检核求出各段

22、高差改正数后，进行检核:各测段改正后高差各测段改正后高差各测段改正后高差各测段改正后高差:第41页/共66页42 （三）计算各待定点高程 将改正后的高差和已知点的高程相加，计将改正后的高差和已知点的高程相加，计算各待定点的高程。算各待定点的高程。第42页/共66页实验二 水准路线测量实验场地：校园指定区域；要求：1、起点（假定高程为10m）与两个待定点（高程未知，待求）自定，标记BM，中间用转点，最后闭合到起点，以便检核。2、每个组要测6站以上3、计算累加值检核，求闭合差。fh20，需校正。，需校正。水准管轴水准管轴视准轴（视准轴（i角）的检校录像角）的检校录像第53页/共66页542、校正

23、方法有二种：（1）校正水准管旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a(a2 2计计=h=h1 1+b+b2 2)，拨动水准管拨动水准管“校正螺丝校正螺丝”，使水准管气泡居中。，使水准管气泡居中。（2）校正十字丝可用于自动安平水准仪保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校校正螺丝正螺丝”，使横丝对准，使横丝对准(a(a2 2计计=h=h1 1+b+b2 2)。第54页/共66页552.5 2.5 水准测量误差及注意事项水准测量误差及注意事项 来源有：仪器误差、操作误差、来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响外界条件影响 一、仪器误

24、差 主要有：视准轴不平行于水准管轴（主要有：视准轴不平行于水准管轴（i i角）的角）的误差、水准尺误差误差、水准尺误差第55页/共66页56二、观测误差 主要有：水准气泡未严格居中、视差、估主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。读误差、水准尺未竖直。三、外界条件的误差 主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。大气折光、气温和风力。第56页/共66页57成果不合要求，多是测量人员疏忽大意造成的1.读数的前、后都要检查气泡是否符合2.测量过程中，仪器、水准尺、尺垫都不能有移动或碰动3.迁站时，前视尺以及尺垫都不能动，一点

25、也不能动4.防止水准尺的整分米刻划线、读数增长方向读错5.防止把6读成96.误读整米数7.防止将前、后读数的位置记错，防止听错、记录错等8.防止用十字丝的上丝或下丝当作中丝（横丝）读数四、注意事项第57页/共66页58 2.62.6 自动安平水准仪自动安平水准仪一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪(compensator level)1原理望远镜的光路上加有一个望远镜的光路上加有一个补偿器。补偿器。请看自动安平水准仪照片请看自动安平水准仪照片第58页/共66页59第59页/共66页602使用 首先用脚螺旋使圆水准器气泡居中（仪器粗平）；然后用望远镜瞄准水准尺，由十字丝中丝在水准尺上读得的数，就

26、是视线水平时的读数。自动安平水准仪操作步骤比普通微倾式水准仪简便，是因为它不需要“精平”这一项操作。第60页/共66页61 2.72.7 精密水准仪介绍精密水准仪介绍1、精密水准仪(precise level)提供精确提供精确的水平视线和精确读数；的水平视线和精确读数；2、精密水准尺刻度精确刻度精确(铟瓦尺铟瓦尺invar invar leveling staff)leveling staff)。请看精密水准仪、水准尺照片请看精密水准仪、水准尺照片第61页/共66页62图形：精密水准仪、水准尺图片WILD N3WILD N3精密自精密自动安平水准安平水准仪精 密 水 准 尺第62页/共66页6

27、33、读数方法：n n精平后，转动精平后，转动“测微螺旋测微螺旋”，使十字丝的，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。楔形丝精确夹准某一整分划线。n n将整分划值和测微器中的读数合起来。将整分划值和测微器中的读数合起来。1.48655m第63页/共66页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第64页/共66页第65页/共66页感谢您的观看！第66页/共66页