普通測(cè)量學(xué)第二章水準(zhǔn)測(cè)量.ppt

普通測(cè)量學(xué),單位：山東省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院農(nóng)管系 作者：房元?jiǎng)?電話13156110662 Email:F,第二章 水準(zhǔn)測(cè)量,2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理 2.2水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器和用具 2.3水準(zhǔn)儀的使用 2.4水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施 2.5四等水準(zhǔn)測(cè)量 2.6水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算 2.7水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正 2.8水準(zhǔn)測(cè)量誤差與注意事項(xiàng),2.1 水準(zhǔn)測(cè)量原理,水準(zhǔn)測(cè)量是利用一條水平視線，并借助水準(zhǔn)尺，來測(cè)定地面兩點(diǎn)間的高差，這樣就可由已知點(diǎn)高程推算出未知點(diǎn)高程。 實(shí)質(zhì)：定地面兩點(diǎn)間的高差,然后通過已知點(diǎn)的高程,求出未知點(diǎn)的高程 方法 高差法 hAB=a-b HB=HA+hAB 儀器高法(視線高法) Hi=HA+a HB=Hi-b,2.2 水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器和用具,DS3水準(zhǔn)儀 望遠(yuǎn)鏡:其作用是瞄準(zhǔn)目標(biāo)并提供一條讀數(shù)的視線。 水準(zhǔn)器用來指示儀器豎軸是否垂直和視準(zhǔn)軸是否水平的裝置。 基座:其作用是支撐儀器上部并連接腳架。 水準(zhǔn)尺 尺墊,2.2.1 DS水準(zhǔn)儀-望遠(yuǎn)鏡,望遠(yuǎn)鏡:其作用是瞄準(zhǔn)目標(biāo)并提供一條讀數(shù)的視線。 望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板等部件構(gòu)成。 視準(zhǔn)軸:十字絲中央交點(diǎn)與物鏡光心的連線。 望遠(yuǎn)鏡的放大率:從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)所看到的目標(biāo)影像的視角與人眼直接觀察該目標(biāo)的視角之比。DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡的放大率一般為28倍。,2.2.1 DS水準(zhǔn)儀-水準(zhǔn)器,水準(zhǔn)器用來指示儀器豎軸是否垂直和視準(zhǔn)軸是否水平的裝置。 水準(zhǔn)器分劃值水準(zhǔn)器上每2mm弧長(zhǎng)所對(duì)的圓心角值。 水準(zhǔn)器有管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器。 DS3型水準(zhǔn)儀其水準(zhǔn)器分劃值分別為20“/2mm 和 8/2mm。 水準(zhǔn)管軸LL:過水準(zhǔn)管零點(diǎn)所作水準(zhǔn)管圓弧的切線。 圓水準(zhǔn)器軸L0L0:過圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)的球面法線。,2.2.1 DS水準(zhǔn)儀-水準(zhǔn)器,2.2.1 DS水準(zhǔn)儀-水準(zhǔn)器,2.2.1 DS水準(zhǔn)儀-基座,基座:其作用是支撐儀器上部并連接腳架。它主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構(gòu)成。,2.2.2 水準(zhǔn)尺1,是水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)使用的有刻度的標(biāo)尺。 雙面尺、塔尺一般由優(yōu)質(zhì)木材制成，也有用玻璃鋼或鋁合金制作的。 雙面尺多用于三、四等水準(zhǔn)測(cè)量，長(zhǎng)度有2m和3m兩種。 雙面尺的兩面均有刻劃，最小分劃值一般為cm。一面為黑白相間，起點(diǎn)均為0；另一面為紅白相間，起點(diǎn)不為0，而是一常數(shù)K，一對(duì)水準(zhǔn)尺的K值一般相差0.1m：例如一根尺為4.687，則另一根尺常數(shù)為4.787。 塔尺用于等外水準(zhǔn)測(cè)量，一般套接，展開后有3m和5m兩種。,2.2.2 水準(zhǔn)尺2,2.2.3 尺墊,在轉(zhuǎn)點(diǎn)處放置水準(zhǔn)尺，以標(biāo)定臨時(shí)點(diǎn)的位置。它用生鐵鑄成，一般為三角形，中央有一突起的半球體，下方有三個(gè)支腳。用時(shí)將支腳牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形頂點(diǎn)作為豎立水準(zhǔn)尺和標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)之用。,2.3 水準(zhǔn)儀的使用,一、安置水準(zhǔn)儀 二、粗略整平 三、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 四、精平與讀數(shù),2.3.1 安置水準(zhǔn)儀,打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開儀器箱取出水準(zhǔn)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。,2.3.2 粗略整平,粗平是借助圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準(zhǔn)軸粗略水平。在整平的過程中，氣泡的移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向致。,2.3.3 瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺,首先進(jìn)行目鏡對(duì)光，即把望遠(yuǎn)鏡對(duì)著明亮的背景，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋，使十字絲清晰。再松開制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡筒上的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊制動(dòng)螺旋。然后從望遠(yuǎn)鏡中觀察；轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋進(jìn)行對(duì)光，使目標(biāo)清晰，再轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，使豎絲對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。 當(dāng)眼睛在目鏡端上下微微移動(dòng)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標(biāo)影像有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為視差。 產(chǎn)生視差的原因是目標(biāo)成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會(huì)影響到讀數(shù)的正確性，必須加以消除。消除的方法是重新仔細(xì)地進(jìn)行物鏡對(duì)光，直到眼睛上下移動(dòng)，讀數(shù)不變?yōu)橹?。此時(shí)，從目鏡端見到十字絲與目標(biāo)的像都十分清晰,2.3.4 精平與讀數(shù)1,眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準(zhǔn)管氣泡，右手轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸已精確水平。這時(shí)，即可用十字絲的中絲在尺上 讀數(shù)?，F(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多采用倒像望遠(yuǎn)鏡，因此讀數(shù)時(shí)應(yīng)從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數(shù)，然后報(bào)出全部讀數(shù)。 精平和讀數(shù)雖是兩項(xiàng)不同的操作步驟，但在水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施過程中，卻把兩項(xiàng)操作視為一個(gè)整體；即精平后再讀數(shù)，讀數(shù)后還要檢查管水準(zhǔn)氣泡是否完全符合。只有這樣，才能取得準(zhǔn)確的讀數(shù),2.3.4 精平與讀數(shù)2,2.4水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施,水準(zhǔn)點(diǎn)（Bench Mark）及水準(zhǔn)測(cè)量路線形式 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施 水準(zhǔn)測(cè)量的檢核,2.4.1 水準(zhǔn)點(diǎn),用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定的高程控制點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)按其精度分為一、二、三、四等，按國家規(guī)范要求埋設(shè)永久性標(biāo)石標(biāo)志。 地形測(cè)量時(shí)需設(shè)置圖根水準(zhǔn)點(diǎn)，施工測(cè)量時(shí)需設(shè)置施工水準(zhǔn)點(diǎn)，它們可采用臨時(shí)性標(biāo)志，如用木樁或道釘標(biāo)示，或涂油漆標(biāo)示。 簡(jiǎn)記BM,圖上符號(hào),2.4.2水準(zhǔn)測(cè)量路線形式,閉合水準(zhǔn)路線：從一高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過測(cè)定沿線其它待定點(diǎn)高程，最后又回到原起始點(diǎn)的環(huán)形路線。 附合水準(zhǔn)路線：從一高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過測(cè)定沿線其它待定點(diǎn)高程，最后又附合到另一高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的路線。 支水準(zhǔn)路線：從一已知水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，測(cè)定沿線其它待定點(diǎn)高程，不閉合也不附合，但為了校核必須往返測(cè)。 水準(zhǔn)網(wǎng)：由多條單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成的網(wǎng)狀路線。,2.4.3 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施,方法：當(dāng)欲測(cè)的高程點(diǎn)距水準(zhǔn)點(diǎn)較遠(yuǎn)或高差很大時(shí)，就需要連續(xù)多次安置儀器以測(cè)出兩點(diǎn)的高差。為測(cè)A、B點(diǎn)高差，在AB線路上增加1、2、3、4等中間點(diǎn)，將AB高差分成若干個(gè)水準(zhǔn)測(cè)站。其中間點(diǎn)僅起傳遞高程的作用，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)，簡(jiǎn)寫為TP。轉(zhuǎn)點(diǎn)無固定標(biāo)志，無需算出高程。 分類： 等外水準(zhǔn)測(cè)量 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量, 等外水準(zhǔn)測(cè)量1,精度適用于圖根或一般工程測(cè)量。 在離已知水準(zhǔn)點(diǎn)A適當(dāng)距離處(一般不超過100m)選擇轉(zhuǎn)點(diǎn)1(編號(hào)ZD1或TP1)，安放尺墊，在A、1兩點(diǎn)上分別豎立水準(zhǔn)尺，在兩點(diǎn)大致等距處安置水準(zhǔn)儀，整平后瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)A，精平后讀出后視讀數(shù)為a1；再瞄準(zhǔn)前視點(diǎn)1，精平后讀出前視讀數(shù)為b1，其高差計(jì)算如下，此為一個(gè)測(cè)站的觀測(cè)，其它測(cè)站也如此觀測(cè)，并記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)填入水準(zhǔn)測(cè)量手簿。 h1=a1-b1，h2=a2-b2，hn=an-bn h= a - b 為提高精度，一般采用“變更儀器高”法或者“雙面尺”法觀測(cè), 等外水準(zhǔn)測(cè)量2,2.4.4 水準(zhǔn)測(cè)量檢核,測(cè)站檢核 變更儀器高/雙面尺 兩次高差之差=6mm 水準(zhǔn)路線檢核（高差閉合差） 閉合水準(zhǔn)路線 fh= h測(cè) 附合水準(zhǔn)路線 fh= h測(cè)-(H終-H始) 支水準(zhǔn)路線 fh= h往測(cè)+ h返,2.5 四等水準(zhǔn)測(cè)量,精度適用于區(qū)域高程控制或施工控制測(cè)量。 主要技術(shù)指標(biāo) 一個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)記錄程序 測(cè)站檢核與計(jì)算,2.5.1 主要技術(shù)指標(biāo)1,2.5.1 主要技術(shù)指標(biāo)2,2.5.2一個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)記錄程序1,雙面尺法一個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)順序?yàn)椋ê?jiǎn)稱為后、前、前、后）： 照準(zhǔn)后視尺黑面，讀取上、下、中絲讀數(shù)； 照準(zhǔn)前視尺黑面，讀取上、下、中絲讀數(shù)； 照準(zhǔn)前視尺紅面，讀取中絲讀數(shù)； 照準(zhǔn)后視尺紅面，讀取中絲讀數(shù)（每次讀數(shù)前，注意精平）。 總共觀測(cè)記錄8個(gè)數(shù)據(jù)。至此，觀測(cè)程序完成，應(yīng)立即進(jìn)行測(cè)站計(jì)算，共計(jì)10個(gè)數(shù)據(jù)。檢核無誤后方可進(jìn)行下一測(cè)站的工作。,2.5.2一個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)記錄程序2,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+0. 6,-0. 1,6. 611,1. 825,前K2,1. 670,0. 580,-1. 190,-1. 091,后-前,30. 9,30. 8,+0. 7,+1. 3,6. 028,1. 340,前K1,1. 225,1. 333,+0. 215,+0. 116,后-前,23. 2,24. 5,-0. 6,-0. 6,5. 997,1. 209,前K2,1. 093,1. 646,+0. 450,+0. 551,后-前,23. 5,22. 9,d,d,下絲,下絲,上絲,上絲,紅面,黑面,前視距m,后視距m,-1. 0905,0,5. 421,0. 734,后K1,1. 979,0. 888,ZD2 ZD3,3,+0. 1155,0,6. 243,1. 456,后K2,1. 457,1. 578,ZD1 ZD2,2,K1= 4. 687 K2= 4. 787,+0. 5505,0,6. 447,1. 760,后K1,1. 328,1. 875,A ZD1,1,備 注,高差 中數(shù) (m),黑紅面讀數(shù)差 K+黑-紅(mm),水準(zhǔn)尺讀數(shù),方向及 尺號(hào),前尺,后尺,點(diǎn) 號(hào),測(cè)站編號(hào),=3mm,=80m,=5m,=10m,=5mm,2.5.3測(cè)站計(jì)算與檢核,每測(cè)站計(jì)算與校核如下： 1.視距計(jì)算 后、前視距離為：100（上絲-下絲），四等應(yīng)小于80米； 后、前視距差為：d = 后視距離 - 前視距離 后、前視距差累積差為：d=前站d + 本站d 2.同一水準(zhǔn)尺紅、黑面中絲讀數(shù)差的校核 同一水準(zhǔn)尺紅、黑面中絲讀數(shù)之差，應(yīng)等于該尺紅、黑面的常數(shù)差K(4.687或4.787)，即紅面中絲讀數(shù)=黑面中絲讀數(shù) + K。 3. 黑、紅面所測(cè)高差的計(jì)算與校核 黑面高差=后視尺黑面中絲-前視尺黑面中絲 紅面高差=后視尺紅面中絲-前視尺紅面中絲 檢核：黑面高差=紅面高差0.100m，黑、紅面所測(cè)高差之差四等應(yīng)小于5mm。 高差中數(shù)等于黑面高差加上加減0.100m后的紅面高差再除以 2。,2.6 水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算,1.高差閉合差的計(jì)算 2.高差閉合差的改正 3. 計(jì)算改正后高差 hi = hi+ Vi 4. 計(jì)算各點(diǎn)高程 H未= H已 + hi,2.6.1 高差閉合差的計(jì)算,水準(zhǔn)路線的高差閉合差為： f h= h測(cè) h理， 其應(yīng)小于規(guī)定的容許數(shù)值，對(duì)于圖根水準(zhǔn)來說， f h容 =40*sqrt(L)（平地） 對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線： h理=0，則f h= h測(cè) 對(duì)于附合水準(zhǔn)路線： h理=(H終 H始) ，則 f h = h測(cè) (H終 H始) 對(duì)于支水準(zhǔn)路線：則 f h=h往 h返,2.6.2 高差閉合差的改正,高差閉合差的改正是按與距離或與測(cè)站數(shù)成正比反符號(hào)分配到各測(cè)段高差中。第 i測(cè)段高差改正數(shù)按下式計(jì)算： Vi =f h / LLi 或 Vi =f h / nni,2.6.3 實(shí)例,2.7水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正,一、水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的軸線條件 圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器豎軸； 十字絲橫絲垂直于儀器豎軸； 水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)軸。,2.7水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正,二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 1.圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正 檢驗(yàn)：安置儀器后，用腳螺旋調(diào)節(jié)圓水準(zhǔn)氣泡居中。旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部180后，如氣泡仍居中，則滿足；否則需校正。 校正：用腳螺旋校正偏離長(zhǎng)度的一半，再用圓水準(zhǔn)器下面的三個(gè)校正螺絲校正另一半。反復(fù)檢驗(yàn)與校正。 2.十字絲分劃板的檢驗(yàn)與校正 檢驗(yàn)：用十字絲橫絲對(duì)準(zhǔn)一個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo)，水平制動(dòng)螺旋制動(dòng)后，用微動(dòng)螺旋使十字絲橫絲左右移動(dòng)，若點(diǎn)偏離，則需校正。 校正：打開目鏡端護(hù)蓋，松固定螺絲后，旋轉(zhuǎn)十字絲分劃板到正確位置。反復(fù)檢驗(yàn)與校正。 3. 水準(zhǔn)管的檢驗(yàn)與校正 檢驗(yàn)：在高差不大的相距約80米左右的地方固定A、B兩點(diǎn)，用變儀高法或雙面尺法精確測(cè)出兩點(diǎn)高差；然后將儀器搬至距其中一點(diǎn)最近的地方，再測(cè)兩點(diǎn)高差，若兩次高差值大于5mm，則需校正。 校正：根據(jù)近尺讀數(shù)和正確高差計(jì)算遠(yuǎn)尺正確讀數(shù)，用微傾螺旋使遠(yuǎn)尺為正確讀數(shù)后，此時(shí)水準(zhǔn)管氣泡偏離中心位置，調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管校正螺絲使氣泡居中。,2.8水準(zhǔn)測(cè)量誤差與注意事項(xiàng),一、儀器誤差 1. 水準(zhǔn)儀的誤差有視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差，望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦時(shí)運(yùn)行誤差，可使前后視距相等加以消除。 2. 水準(zhǔn)尺誤差包括水準(zhǔn)尺尺長(zhǎng)誤差、刻劃誤差及零點(diǎn)差等。一般可成對(duì)使用并使測(cè)站數(shù)為偶數(shù)站來減弱或消除其影響。 二、觀測(cè)誤差 1.水準(zhǔn)管氣泡居中誤差其誤差為 2. 讀數(shù)誤差與人眼分辨能力、望遠(yuǎn)鏡放大率及視線長(zhǎng)度有關(guān)。 3. 水準(zhǔn)尺傾斜誤差使讀數(shù)增大，觀測(cè)時(shí)須豎直尺，避免誤差。 三、外界條件影響產(chǎn)生的誤差 1. 儀器升沉采用“后、前、前、后”的觀測(cè)次序或往返測(cè)取高差平均值可基本消除其影響。 2. 尺墊升沉往返測(cè)取高差平均值可基本消除其影響。 3. 地球曲率與大氣折光誤差使前后視距相等加以消除。 4. 溫度變化的影響選擇有利的觀測(cè)時(shí)間；不使陽光直