03第三章工程測量學的理論技術和方法

1、2017-11-082 主要內容 工程測量中四個基本觀測量 距離、角度和方向、高程、坐標、傾斜、基準線法、撓度等測量方法 測量誤差和測量基準4工程測量學的理論技術和方法 本章內容：p 3.1 工程測量學的觀測量p 3.2 角度測量p 3.3 距離測量p 3.4 高程測量p 3.5 坐標測量p 3.6 其他特殊測量p 3.7 測量誤差p 3.8 測量基準32017-11-083工程測量學的觀測量角度觀測量p 角度測量：確定相交于一點的任意兩條方向線之間角度的測量p 水平角：一點到兩目標點的方向線垂直投影在水平面上的角度p 豎直角/高度角/俯仰角：一點到目標點的視線與水平面的夾角p 天頂距：豎直面

2、內視線方向與鉛垂線的夾角角度測量的儀器主要是經(jīng)緯儀，分為光學經(jīng)緯電子經(jīng)緯儀兩大類。工程測量學的觀測量地面點確定的四個基本觀測量水平距離、水平角及高確定被測物置的三個基本幾何要素。要確定被測物置常規(guī)測量的基本觀測量是： 角度 距離 D 高差/高程 h 方位 2017-11-084工程測量學的觀測量距離觀測量兩點間的距離，包括斜距、平距，一點到直線的距離、一點到某一平面的距離距離測量方法：p 直接丈量法：尺子（鋼卷尺、皮尺、測繩）p 視距法：裝有視距絲裝置的測量儀器（如光學經(jīng)緯儀） 配合視距尺按三角原理測量p 物理測距法：電磁波測距儀、電子全站儀、GNSS測距工程測量學的觀測量方位觀測量p 方位角

3、：任一方向與向間夾角，是一種特殊的角度觀測量。方位角測量的儀器主要是陀螺經(jīng)緯儀、陀螺全站儀，在礦山巷道、地鐵隧道中應用。陀螺儀：任意方向與向間夾角，地理方位角羅盤、指南針：任一方向與磁北方向間夾角2017-11-0853.2 角度測量工程測量學的觀測量高差觀測量p 高差：兩點正常高程（海拔高程）之差，是特殊的距離p 高程測量：確定物體上任一點海拔高程或者相對高度的測量高差測量的方法：p 幾何水準測量：水準儀p 三角高程測量：全站儀p 鋼尺：獲取地面點與井下點間高差p 液體靜力水準測量p GNSS高程測量2017-11-086光學經(jīng)緯儀我國生產(chǎn)的光學經(jīng)緯儀，按精度從低排列，分為DJ07、DJ1、

4、DJ2、DJ6和DJ15數(shù)種，J為經(jīng)緯儀漢語拼音的第一個字母，下標表示儀器的精度指標。基本結構p 照準部（望遠鏡）p 讀數(shù)裝置（含水平度盤、垂直度盤）p 安平設備及基座和對點器等水平角測量原理水平角的概念：一點到兩目標點的方向線垂直投影在水平面上的角度。水平角測量公式：Ðaob = Ða¢o¢b¢ = n - m = b測量水平角的儀器必須滿足的條件：（1） 必須有一個帶 刻度的圓盤，測角時能水平放置，且圓盤中心位于角頂O的鉛垂線上。（2） 必須有一個能 上下、左右轉動用以瞄 準目標的望遠鏡，且在 儀器水平，望遠鏡上下 轉動時掃出一個豎直面。2

5、017-11-087光學經(jīng)緯儀1、望遠鏡十字絲分劃板：有上絲、下絲、中橫絲、豎絲，用來瞄準和讀數(shù)。上絲視 準軸：十字絲的交點和物鏡光心的豎絲連線稱為望遠鏡的視準軸，是用來瞄準和讀數(shù)的視線。望遠鏡的作用：提供一條瞄準目標的視線；中橫絲將遠處的目標放大，提高瞄準和讀數(shù)的精度。下絲光學經(jīng)緯儀1照準部望遠鏡：物鏡、對光透鏡，十字絲分劃板、目鏡水準器：管水準器和圓水準器豎盤在望遠鏡左邊稱為，反之為2017-11-088光學經(jīng)緯儀管水準器光學經(jīng)緯儀2、水準器水準器的作用：是用來指示視線是否水平或豎軸是否豎直的。水準器的種類：圓水準器和管水準器（水準管）兩種。水準管分劃值：水準管上相鄰兩分劃（即2mm）間的

6、弧長所對的圓心角值。水準管靈敏度：水準管分劃值越小，靈敏度越高。經(jīng)緯儀圖像2017-11-089光學經(jīng)緯儀水平度盤水平度盤系用光學 制成。在度盤上依順時針刻有0°到360°的分劃，用以測量水平角。配度盤方式有： 輪式和復測手柄式。光學經(jīng)緯儀圓水準器：用來粗略整平儀器。經(jīng)緯儀圖像2017-11-0810水平角測量1經(jīng)緯儀的安置對中：分為垂球對中和光學對中。p 垂球對中誤差：2-3 mm；對中桿：1 mm；光學對點器：0.5 mm；強制對中裝置：0.1 mm整平：將水準管整平，使水準管在任意方向。光學經(jīng)緯儀基座基座是用來支承整個儀器的底座，使用中心螺旋把整個經(jīng)緯儀與三腳架相連接

7、。2017-11-0811水平角測量強制對中裝置是一種機械接插件，一部分固定在標志頂部，其對 稱中心作為平面標志的中心；另一部分與經(jīng)緯儀或其他測量儀器 連接，通過接插件使儀器的旋轉中心精確地安置在平面標志中心， 精度可達0.1 mm點線面對中裝置三叉式對中裝置球對中裝置水平角測量注意事項：1、在垂球對中，對中與整平相互 ， 對中后再整平， 對中最大偏差一般不大于3mm，整平誤差在任意方向不超過半格2、在光學對中時，對中和整平相互影響。對中后，要應用腳架大致整平儀器（使圓氣泡居中），然后再利用腳螺旋整平，整平后觀測是否對中，如果不對中，可以松開中心螺絲，使精確對中，然后再整平，這個工作重復兩三次

8、即可完成對中整平工作。垂球對中光學對中2017-11-0812水平角測量測站（測回）目標豎盤位置水平度盤讀數(shù)半測回角值一測回角值各測回平均角值備注° ° ° ° O (1)A左0 01 0668 47 1268 47 09兩者相差不能超過24 68 47 08B68 48 18A右06B248 48 30O (2)A左90 01 2468 47 1268 47 06B158 48 36A右270 01 4868 47 00B338 48 48水平角測量1、測回法（1） 安置儀器，對中和整平；（2） 瞄準左方目標A；（3） 配度盤使水平度盤的讀數(shù)略大于0&

9、#176;；（4） 按順時針方向轉動照準部，瞄準右方目標B，讀出水平度盤讀數(shù)，兩者相減為上半測回角值；（5） 瞄準左方目標A讀數(shù)，再瞄準右方目標B讀數(shù)，稱為下半測回。取兩個半測回的平均值為一測回的角值；（6） 變換度盤位置，變換數(shù)值按180°/n計算（n個測回數(shù)）；（7） 計算水平角。2017-11-0813水平角測量各方向歸零方向值相差不能超過24 水平角測量2、測回法(1) 安置經(jīng)緯儀，對中整平(2) 配度盤讀數(shù)略大于0°，以位置瞄準起始方向A點，按順時針方向依次瞄準B、C各點，最后順時針旋轉又瞄準A點。讀數(shù)、歸零、。(3) 位置瞄準A點，按逆時針方向依次瞄準C、B點，

10、最后又瞄準A點。讀數(shù)、歸零。(4) 變換度盤位置，變換數(shù)值按180°/n計算（n個測回數(shù)） 。(5) 計算2017-11-0814垂/豎直角測量2、豎直度盤和讀儀器構造要求：(1) 豎直度盤隨著望遠鏡的轉動而轉動(2) 望遠鏡視線水平、豎盤指標水準管氣泡居中時，指標線所指的讀數(shù)應為0°、90°、180°或270°。(3) 指標線隨著指標水準管微動螺旋的轉動而運動。垂直角/豎直角/俯仰角測量1. 基本概念豎直角概念：在豎直面內視線方向與水平線的夾角。豎直角范圍：90°90°測量豎直角的條件：要求提供一條水平或豎直的基準線。20

11、17-11-0815垂/豎直角測量度盤逆時針注記，計算公式為：a= L - 90oa右 = 270o - R左一般性結論：（1） 當物鏡仰起時，如讀數(shù)逐漸增加，則 豎直角=讀數(shù)-始讀數(shù)（2） 當物鏡仰起時，如讀數(shù)逐漸減小，則 豎直角=始讀數(shù)-讀數(shù)上述法則，不論開始讀數(shù)為90 ° 、270 °還是0 ° 、 180 ° ，豎盤注記是順時針還是反時針都適用。垂/豎直角測量3、豎直角的計算度盤順時針注記，計算公式為：a= 90o - La= R - 270o左右2017-11-0816垂/豎直角測量豎盤指標差概念：在正常情況下，當望遠鏡的視線處于水平位 置，豎

12、盤指標水準管氣泡居中時，豎直度盤上的讀數(shù)應該是一 個整數(shù)（90°、270°或0°、180°），如果不是，它與整數(shù) 的差數(shù)即為豎盤指標差i。垂/豎直角測量4、豎直角觀測1、安置儀器，對中整平2、瞄準觀測目標，轉動豎盤指標水準管微動螺旋，使指標水準管氣泡居中，豎盤讀數(shù)，。3、，重復相同步驟。4、計算。測站目標豎盤位置豎盤讀數(shù)半測回豎直角一測回豎直角備注° ° ° AB83 37 126 22 48+6 22 51瞄準目標高度為2.0m276 22 546 22 54AC99 40 12-9 40 12-9 40 36瞄準目標高度

13、為1.2m260 19 00-9 41 002017-11-0817垂/豎直角測量例如：時豎直度盤的讀數(shù)為 L75°43 則：左=14°17 時豎直度盤的讀數(shù)為R284°18則：右14°18豎盤指標差為：i = L + R - 360o = 75°43¢ + 284°18¢ - 360° = +30 ¢22正確豎直角為：a = a左 + a右 =¢ +14o17¢ = +¢2垂/豎直角測量時測得的豎直角 左=90°L正確的豎直角=左十i若以位置瞄準同一目標

14、M，則得： 時測得的豎直角 右=R270°正確的豎直角=右i由上面關系有：豎盤指標差通過消除將豎直角的計算公式帶入上式得i = L + R - 360oa = a左 + a右222017-11-0818角度測量誤差及消弱方法水平角測量誤差3、儀器對中誤差結論：偏心距e越大或邊長S越短，則對水平角觀測的影響越大。削弱方法：特別注意儀器對中，采用光學對中，甚至強制對中。4、照準點偏心誤差結論：偏心距愈大或邊長S愈短，則誤差也愈大。削弱方法：測量時應將標桿豎度要求較高時，可以采用垂球對中、光學對中、強制角度測量誤差及消弱方法水平角測量誤差1、儀器誤差誤差來源：主要是校正后的殘余誤差。消除方

15、法：視準軸不垂直于橫軸以及橫軸不垂直于豎軸的誤差，可以用和兩個位置觀測，取其平均值來消除。照準部水準管軸不垂直于豎軸的殘余誤差是不能用、觀測的方法來消除的，因此在測角時應細心地整平儀器，使豎軸豎直。度盤刻劃不均勻的誤差，改變度盤位置觀測幾個測回。2、觀測誤差誤差來源：讀數(shù)誤差。削弱方法：消除視差、認真瞄準、仔細讀數(shù)。2017-11-0819角度測量誤差及消弱方法豎直角測量誤差1、儀器誤差誤差來源：度盤刻劃誤差、度盤偏心差及豎盤指標差。消除方法：豎盤指標差可采用觀測取平均值加以消除。2、觀測誤差與水平角觀測類似。3、外界條件的影響外界條件的影響與水平角測量時基本相同，但大氣折光的影響在水平角測量

16、中產(chǎn)生的是旁折光，在豎直角測量中產(chǎn)生的是垂直折光。角度測量誤差及消弱方法水平角測量誤差5、外界條件的影響結論：旁折光差影響較大，地面輻射、溫度變化、土質松軟或風力都會有影響。削弱方法：選擇較好時間，視線應離 物lm以外，視線應離地面在lm以上；觀測時必須打傘保護儀器；儀器從箱子里拿出來后，應放置 以上，令儀器適應外界溫度再開始觀測；安置儀器時應將腳架踩牢等等。2017-11-0820目標照準自動化p 相對于光學經(jīng)緯儀，目標照準和目標識別實現(xiàn)自動化p ATR（Automatic Target Recognition）p 測量過程：目標搜索、目標照準和測量三個電子經(jīng)緯儀相對于光學經(jīng)緯儀，電子經(jīng)緯儀

17、讀數(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，用電子度盤代替光學模擬度盤，實現(xiàn)角度數(shù)字顯示和進行數(shù)據(jù)自動歸算及 ，但角度觀測操作方法與光學經(jīng)緯儀一致。角度傳感器主要有兩種：編碼度盤和動態(tài)測2017-11-0821方向測量象端到從0方向測量p 方位角：從起始方向北端起，順時針方向量到某一直線的水平角稱為該直線的方位角。范圍0°-360°n 以向作為起始方向的方位角稱真方位角；n 以磁北方向作為起始方向的方位角稱磁方位角；n 以坐標縱軸作為起始方向的方位角稱坐標方位角p 方向測量（方位角測量）：確定地面任一方向與方向間夾角，陀螺經(jīng)緯儀。p 測量任一方向與磁北方向間夾角，指南針、羅盤p GNSS測量：任一

18、邊在某一坐標系下的方向2017-11-0822陀螺儀p 陀螺儀：指地理“”p 構造：陀螺轉子、轉子軸X、水平軸Y、垂直軸Zp 性質n ：沒有外力矩作用，高速旋轉的轉子軸方向保持不變n 進動性：在外力矩作用下，轉子軸產(chǎn)生進動現(xiàn)象。一個自轉的物體受外力作用導致其自轉軸繞某一 中心旋轉，這種現(xiàn)象稱為進動（歲差、陀螺進動）p 原理：由于地球自轉和重力矩的作用，陀螺儀轉子繞轉子軸高速旋轉朝子午面方向進動p 應用范圍：地理南北緯度不大于75度p 精度指標：±3” - ±40”，測量時間：2min 30min羅盤儀2017-11-0823陀螺經(jīng)緯儀陀螺經(jīng)緯儀的測量步驟* 將儀器安置到三腳

19、架上并精確對中、整平；* 連接陀螺儀與經(jīng)緯儀之間的數(shù)據(jù)通信電纜；* 經(jīng)緯儀開機，陀螺儀開機；* 啟動測量程序進行定向測量；* 經(jīng)緯儀照準測線目標，、觀測兩測回，將結果輸入到陀螺儀中，即可計算并顯示側線方位角。 在礦山、地鐵、隧道等工程測量以及機動發(fā)射等領域廣泛使用46陀螺經(jīng)緯儀p 經(jīng)緯儀與陀螺儀相結合，可以測量任一邊與向之間的夾角，即真方位角。p 自動化陀螺經(jīng)緯儀的主要有德國采礦公司的Gyromat2000和公司（SOKKIA）的AGP1等。Gyromat2000AGP1452017-11-08243.3 距離測量距離是幾何測量的基本元素，距離測量：確定任意兩點間距離的測量，主要方法：p 直接

20、丈量法：用尺子直接在地面上測定兩點間距離，鋼卷尺、皮尺、測繩、尺p 間接視距法：裝有視距絲裝置的測量儀器（如光學經(jīng)緯儀），配合視距尺按三角原理測量間接測定兩點間距離p 物理測距法：利用光波或者電磁波的波長與時間的關系確定兩點間距離。電磁波測距儀、電子全站儀、GNSS測距483.3 距離測量2017-11-0825直接丈量法鋼尺量距的一般方法1、在平坦地面上丈量水平距離目的：丈量AB直線兩點的水平距離。方法：目估定向，進行整尺段丈量，然后量最后的零尺段。為了提高精度一般需要往返測量。尺子長度為l，量了n個整尺段，零尺段長為q，則Lnlq直接丈量法丈量距離的工具1、鋼尺（20m、30m、50m）、

21、尺（24m）2、皮尺3、測繩4、輔助工具（花/標桿、測釬、拉力器、溫度計、垂球）2017-11-0826直接丈量法鋼尺量距的精密方法1、定線1） 清除在基線定向內的物和雜草；2） 經(jīng)緯儀定向，在略短于所使用鋼尺的長度處打樁，做標志。2、量距1） 用彈簧稱施以鋼卷尺檢定時相同的拉力（一般30m10kg、50m15kg），前后讀尺員讀數(shù)，測3次兩樁之間的距離，三個長度間最大互差若小于3mm，則取其平均值作為該尺段的丈量數(shù)值。2） 測量溫度，估讀到0.1°C，3、測定樁頂間高差用水準儀按一般水準測量方法測定各段樁頂間的高差。直接丈量法2、在傾斜地面丈量水平距離（1）（2）斜量法2017-1

22、1-0827直接丈量法2) 溫度改正設鋼卷尺在檢定時的溫度為t0，而丈量時的溫度為t，則一尺段長度的溫度改正數(shù)lt為：lt=(t-t0)l ，為鋼尺膨脹系數(shù)算例：第一尺段l=29.8650m，t25.8，t020，則該尺段的溫度改正數(shù)為：lt=0.000012×(25.8-20)×29.8650m=+2.1mm計算表格直接丈量法4、尺段長度的計算1）尺長改正設指定溫度下，被檢驗鋼尺的度為l0，與標準尺比較求得實際長度為l，則尺長改正值l可按下式求得：l = l l0算例：設鋼卷尺的度為30米，在標準溫度t =20和標準拉力10公斤時，其實際長度為30.0025m，則尺長度改

23、正數(shù)為：l = 30.0025m 30m=+2.5mm如果一段的尺段長為1.8050m，其尺長改正值為:Dl = + 2.5 ´1.8050 = +0.2mm30計算表格2017-11-0828直接丈量法4) 改正后尺段的長度計算每尺段進行以上三項改正后，即得改正后尺段的長度為：Ll十l十lt十lh5) 計算將各個改正后的尺段長度相加，即得往測（或返測）的。如往返丈量相對誤差小于值，則取往測和近測的平均值作為基線的最后長度。直接丈量法3) 傾斜改正設一尺段兩端的高差為h，量得的傾斜長度為l，將傾斜長度化為水平長度d應加入的改正數(shù)為lh，其計算公式推導如下：h2=l2-d2=(l-d)

24、(l+d)h2h2l - d = l + dDlh = -2l算例：該尺段兩端的高差h0.272m，傾斜長度 l29.8650m，則傾斜改正數(shù)：D= - (0.272)2= -lh2 ´ 29.86501.2mm計算表格2017-11-0829直接丈量法距離丈量誤差及其消減方法1、尺長本身的誤差。2、溫度變化的誤差。3、拉力誤差。4、丈量本身的誤差。5、鋼尺垂曲的誤差。6、鋼尺不水平的誤差。7、定線誤差。直接丈量法返回尺長改正返回溫度改正返回傾斜改正尺段次數(shù)前尺讀數(shù)(m)后尺讀數(shù)(m)尺段長度(m)尺段平均長度(m)溫度t/高差h/m尺長改正l(mm)改正后的尺段長度(m)備注溫度改

25、正lt（mm）傾斜改正lh（mm）A-1129 9300 06429 86629 865025 8+2 529 8684鋼尺名義長度 為30米， 在標準溫度20和標準拉力下實際長度為30 0025m2407664+2 1-1 235085651-2129 9200 01529 90529 905727 5+2 529 91042302505+2 7-0 5340330714-B11 8800 0765-0 065+0 21 80422706406+0 2-1 2360552017-11-0830視距法1、視線水視距尺視距絲fdpliDsBA距離公式k視距乘常數(shù) c視距加常數(shù)當 無 此當 無 此

26、D =fl +f + dp視距法測量原理在測距儀出現(xiàn)之前，當?shù)貐^(qū)地形起伏較大時，應用鋼尺量距和水準儀測定高差比較 。這時可以采用視距法測量的方法測定兩點的水平距離和高差。視距法測量是利用裝有視距絲裝置的測量儀器（經(jīng)緯儀、水準儀等）配合視距尺（標尺），根據(jù)幾何光學和三角原理， 同時測定距離和高差的方法。這種方法精度較低，距離相對誤差為1/200,高差誤差為3mm， 但當時由于速度快，在低精度測量中得到了廣泛應用。2017-11-0831視距法2、視線傾斜時l¢ = GM = QG¢ cosa + QM ¢ cosa= (QG¢ + QM ¢) c

27、osa = l cosaDKlKlCOS DDcosa=Klcos2ah¢ = Dtga則AB兩點間的高差：hhi s視距法常用的內對鏡的視距常數(shù)在設計時使k=100， c0在視線水，計算兩點間的水平距離公式為：D= k l在視線水，計算兩點間的高差公式為：h= is這種方法精度較低，距離相對誤差為1/200,高差誤差為3mm， 但當時由于速度快，在低精度測量中得到了廣泛應用。2017-11-0832視距法測量誤差1、儀器誤差包括視距常數(shù)K的誤差、豎盤指標差的殘余誤差、視距尺的誤差等。2、觀測誤差主要是估讀誤差3、外界影響視距法測量方法l、將經(jīng)緯儀安置在站點A上，對中和整平； 2、量

28、取儀器高i，量至厘米即可；3、將視距尺立于欲測B點上，瞄準視距尺，并使中絲截取視距尺上某一整數(shù)s，量取儀器高i，分別讀出上下絲和中絲讀數(shù)，將下絲讀數(shù)減去上絲讀數(shù)得視距間隔l；4、在中絲不變的情況下，豎直度盤的讀數(shù)（讀數(shù)前必須使豎盤指標水準管的氣泡居中），并將豎直度盤讀數(shù)化算為豎直角；5、根據(jù)測得的l、s和i按公式計算水平距離D和高差h，再根 據(jù)測站的高程計算出測點的高程。2017-11-0833電磁波測距法基于相位差式測距：由光源發(fā)出的電磁波通過調制器變成調制波，射向測線另一端的反射鏡，經(jīng)反射后被接收，然后發(fā)射信號（參考信號）與接收信號（測距信號）在相位計進行比較， 得到調制波在被測距離上往返

29、所產(chǎn)生的相位移。相位計測出？p 被測距離小于半波長，N=0p 直接測尺頻率法：短（波）測尺（精測尺）保證精度， 長（波）測尺（粗測尺）保證測程以精確獲取整尺段數(shù)p 間接測尺頻率法：66電磁波測距法測距原理電磁波測距是利用電磁波測定兩點間的距離，關鍵是測定電磁波在待測距離上往返的時間？直接測定/脈沖式測距：測定電磁波在測線上往返過程中的脈沖數(shù)來測定，從而測得距離，精度低，測程遠間接測定/相位差式測距：通過調制光在測線上往返所產(chǎn)生的相位差來測定，從而測得距離，精度高， 測程短652017-11-0834電磁波測距法電磁波測距儀分類* 按載波分：光波測距 載波測距儀；* 按測程分：短程測距儀（2km

30、內）、中程測距儀（2-7km）、 測距儀（7-15km）和超 測距儀（大于15km）；* 按精度分：超高精度測距儀、高精度測距儀、一般精度測距儀；* 按測距 ：脈沖式測距儀、相位式測距 混合式測距儀68電磁波測距法基于相位差式測距？p 間接測尺頻率法：采用一組數(shù)值比較接近的測尺頻率， 用其差頻作為粗測頻率間接確定整尺段數(shù)，將 作為精測頻率保證精度672017-11-0835電磁波測距法全站儀p 全站型電子速測儀（簡稱全站儀）：兼有電子測距、電子測角、計算和數(shù)據(jù)自動及傳輸功能的自動化、數(shù)字化的三維坐標測量和p 精度達0.5mm+1ppm，適用于中（2km以內）、短（2-7km）程測距電磁波測距法

31、電磁波測距儀使用注意事項1、測距時嚴禁將測距頭對準太陽和強光源，以免損壞儀器的電磁。陽光下必須撐傘以遮陽光。2、測距儀不要在高壓線附近設站，以免受強磁場影響。3、測距儀在使用及保管過程中注意防震、防潮、防高溫。4、蓄電池應注意及時充電。儀器不用時，電池要充電保存。2017-11-0836電磁波測距法雙頻激光測距利用 頻移原理，測距精度高（5×10-7），測程幾十米，適用于高精度工程測量， 水準尺、測距 全站儀的測距精度自檢72電磁波測距法GNSS測量p 包括方向測量和距離測量，除了測到的距離，還可以得到之間的距離以及這條距離所在邊的方向（基線測量）p 方向測量和距離測量，適用于中、短

32、、遠、超測距2017-11-08373.4 高差測量p 高差：兩點海拔高程（正常高）之差p 高程測量：確定地面或物體上任一點的海拔高程或相對高度的測量p 高程/差測量方法主要有n 幾何水準測量（光學/電子）n 三角高程測量n 液體靜力水準測量n GNSS高程測量743.4 高程測量2017-11-0838幾何水準測量前后后視前視視視前進方向水水準準水平視線尺尺Bb 前視讀數(shù)后視讀數(shù) aAhabH1（水平視線高程=HA+a）HBHA大地水準面高差法視線高法幾何水準測量提出問題：已知A點的高程為HA，要測定B點的高程HB。 解決問題：所需儀器水準水準尺，水準儀架在兩尺之間，水準尺在AB兩點各垂直豎

33、立一條。水準儀可以提供一AHBHA大地水準面條水平視線。B2017-11-0839幾何水準測量DS3型微傾式水準儀的構造水準儀：DS05、DS1、DS2、DS3、DS10幾何水準測量方法1：高差法AB高差：hAB = a - bB點高程：HB = H A + hAB方法2：視線高法視線高程：H1 = H A + aB點高程：HB = H1 - b = H A + a - b返回示意圖2017-11-0840幾何水準測量望遠鏡十字絲分劃板：有上絲、下絲、中橫絲、上絲豎絲，用來瞄準和讀數(shù)。豎絲視 準軸：十字絲的交點和物鏡光心的連線稱為望遠鏡的視準軸，是用來瞄準和讀數(shù)的視線。中橫絲望遠鏡的作用：提供

34、一條瞄準目標的視線；下絲將遠處的目標放大，提高瞄準和讀數(shù)的精度。望遠鏡：物鏡、對光透鏡， 十字絲分劃板、目鏡水準器：管水準器（水準管）、圓水準器基 座：軸套、腳螺旋2017-11-0841幾何水準測量圓水準器：用來粗略整平儀器。水準儀圖像幾何水準測量水準器水準器的作用：是用來指示視線是否水平。水準器的種類：圓水準器和管水準器（水準管，視線精平）兩種。水準管分劃值：水準管上相鄰兩分劃（即2mm）間的弧長所對的圓心角值。水準管靈敏度：水準管分劃值越小，靈敏度越高。水準儀圖像2017-11-0842幾何水準測量2 水準尺和尺墊幾何水準測量水準儀能提供水平視線是靠水準器調平實現(xiàn)，水準管軸平行于視準軸。

35、符合水準器：為了進一步提高水準管的靈敏度和方便測量，安裝了符 合水準。借助一系列棱鏡，把水準氣泡兩端氣泡的一半影像傳遞到符 合氣泡觀察窗中。由觀察窗看氣泡兩端的半像吻合與否，來氣泡是否居中水準儀圖像2017-11-0843幾何水準測量測量實施h1 = a1 - b1h2 = a2 - b2h3 = a3 - b3h4 = a4 - b4將上述各式相加即得AB兩點高差：hAB = h1 + h2 + h3 + h4 = å h = (a1 + a2 + a3 + a4 ) - (b1 + b2 + b3 + b4 )= å a - åb則B點高程為： HB = H

36、A + hAB查看表幾何水準測量水準儀的使用1、安置和粗略整平儀器粗略整平方法：，左手大拇指的運動方向是氣泡運動方向，右手相反。2、瞄準水準尺3、讀數(shù)2017-11-0844幾何水準測量水準測量的路線形式有多種，下面對單一水準測量路線形式進行校核：1）閉合水準路線BMA1閉合差Dh：Dh = åh測3等外水準測量閉合差要求：2平地Dh允 = ±40 L(mm)山地Dh允 = ±10 n(mm)式中L路線長度，以 km 計；n測站數(shù)。幾何水準測量查看圖測站測點后視讀數(shù)(m)高差(m)高程(m)備注前視讀數(shù)(m)+1A后1.8521.19471.63272.82619

37、85國家高程基準TP1前0.6582TP1后1.6720 31273.138TP2前1.3603TP2后1.0290.44372.695TP3前1.4724TP3后1.7540 35873.053B前1.396計算的校核å前å后6.307-) 4.886+1 4211 864-) 0.443+1 42173.053-) 71.632+1 4212017-11-0845幾何水準測量3）支水準路線Dh = h+ h往返BMA1返 測往 測2幾何水準測量2）附合水準路線Dh = åh測 - (H終 - H始）BMABMB122017-11-0846幾何水準測量2、高差閉

38、合差的調整高差閉合差的調整原則是：將閉合差反其符號，按路線長 度或測站數(shù)成正比分配到各段高差觀測值上。則高差改正值為：Dh = - Dh ´L （以路線長成正比分配） üiå LiïïDhý或Dh = - ån ´n （以測站數(shù)成正比分配）ïiiþDh = - Dh ´L = - 0.066 ´ 3.5 = -0.013m1å L117.2表格幾何水準測量閉合和附合水準路線高差閉合差的調整1、高差閉合差的計算閉合差Dh = å h測 - (H 終 - H

39、始）13.876（43.64029.830）0.066m閉合差 Dh允 = ±40 L mm = ±40 17.2 mm » ±166mmDh < Dh ，說明觀測成果符合要求，可進行閉合差調整。允BMA3.5km1.5km2.3km3.5km3.9km2.5kmBMB+8.364m 1 -3.827m 2 +3.464m3 +2.186m 4 -1.335m 5+5.024m表格2017-11-0847幾何水準測量支水準路線閉合差的調整原則是：取往測和返測高差絕對值的平均值作為兩點的高差值，其符號與往測同；然后根據(jù)起點高程以各段平均高差推算各測點

40、的高程。幾何水準測量3、計算調整后的高程點號路線長度（公里）高差(m)改正后高差（m）高程（m）備注觀測值改正值BM13 5-0 01329 8301985 年高程基準138 1811 5-3 827-0 006-3 833234 3482 3-0 009337 8033 5-0 013439 9763 9-1 335-0 015-5-0 010BM243 640å17 2-0 0662017-11-0848幾何水準測量觀測誤差1、視差由于對光善而引起的誤差稱為視差。消除方法：要認真做好對光工作。幾何水準測量測量誤差及其消減方法儀器誤差1、望遠鏡視準軸與水準管軸不平行的引起的讀數(shù)誤差

41、與儀器至標尺的距離成正比。消除方法：前后視距要相等。2、水準尺誤差水準尺誤差包括刻劃和尺底零點確等誤差。消除方法 ：水準尺應經(jīng)過檢驗才能使用。2017-11-0849幾何水準測量3、估讀誤差讀數(shù)誤差與望遠鏡的方法倍率和視距長有關。視距越長，讀數(shù)誤差越大。消除方法：遵循不同等級水準測量規(guī)范的視距長規(guī)定作業(yè)4、水準尺豎立不直的誤差消除方法：尺立正，視線不要太高。幾何水準測量2、整平誤差利用符合水準器整平儀器的誤差約為± 0.075t ¢ （t ¢ 為水準管分劃值），若儀器至水準尺的距離為 D，則在讀數(shù)上引起的誤差為：消除方法：嚴格精平，m = ± 0.075

42、t ¢ D快速讀數(shù)。平r ¢式中r¢ = 206265¢ ，指 1 弧度所對應的秒數(shù)。M平D2017-11-0850幾何水準測量地球曲率對水平距離的影響Dd = d 2d3R 2Dd1當 d10km時d = 122萬結論：在半徑為10km的范圍內，地球曲率對水平距離的以忽略不計，即可把該部分球面當作水平面。幾何水準測量外界條件的影響1、儀器和尺墊升降的誤差結論：儀器和尺墊要踩緊，不要松動。觀測要迅速，在高等級水準測量中采用一定的觀測。2017-11-0851幾何水準測量2、地球曲率的影響結論：將儀器安置于距A點和B點等距離處，可消除地球曲率的影響。幾何水

43、準測量地球曲率對高程的影響2Dh = d2R當 d100m時Dh = 0.8mm結論：盡管距離很短， 地球曲率對高程的影響是必須予以考慮的。2017-11-0852幾何水準測量自動安平水準儀自動安平水準儀是指在一定的豎軸傾斜范圍內，利用補償器自動獲取視線水 水準標尺讀數(shù)的水準儀。當圓水準器氣泡居中儀器 之后，不需再經(jīng)手工調整即可讀得視線水 的讀數(shù)，簡化操作手續(xù)，提高作業(yè)速度，以減少外界條件變化所引起的觀測誤差。幾何水準測量3、大氣折光的影響結論：在水準測量中，視線不能太接近地面，高度 0.3米以上；前后視地表應大致一樣；視線盡可能避免 河流、塘堰等水面，否則應特別注意。2017-11-0853

44、幾何水準測量電子水準儀的性能及特點與傳統(tǒng)光學水準儀相比有以下特點： 優(yōu)點：缺點：讀數(shù)客觀電子水準儀對標尺進行讀數(shù)不如精度高光學水準儀靈活，只能對配套標速度快尺進行照準讀數(shù)效率高電子水準儀受外界條件影響較大（視距不能太長<120m；要有一操作簡單定的視場，不能通過一個較窄的狹縫的讀數(shù)，標尺亮度適中）106幾何水準測量電子水準儀在自動安平水準儀基礎上發(fā)展起來，實現(xiàn)讀數(shù)、檢核、傳輸?shù)臄?shù)字化和自動化測量，是水準測量主要儀器主要儀器：DNA03/10DINI1010拓普康DL101/102SDL22017-11-0854液體靜力水準測量應用監(jiān)測地鐵、大壩、核電站、基坑、高鐵、隧道、橋梁等沉降位移尤

45、其是常規(guī)光學水準儀觀測角，且高差不大的情況，可實現(xiàn)上百個點的持續(xù)監(jiān)測液體靜力水準測量定義：依據(jù)靜止的液體表面（水平面）測定兩點（多點） 間的高差連通器內處于靜止的液體液體靜力水準測量原理方程：水管連通的容器間用連接，且封閉，如采用同一種液體，液面讀數(shù)則2017-11-0855三角高程測量當兩點較遠時，應考慮地球曲率和大氣折光改正的影響R：地球半徑，6371km K：大氣折光系數(shù)，0.14110三角高程測量原理根據(jù)兩點間的水平距離和經(jīng)緯儀觀測的垂直角，要用三角公式計算兩點間高差，可代替二、三、四等幾何水準水平距離D全站儀測出的斜距S1092017-11-0856GNSS高程測量采用GNSS可以確

46、定地面 任一點的大地高是確定大地水準面高/高程異常GNSS高程測量p 大地水準面：與平均海水面重合并延伸到大陸內部的包圍整個地球的封閉的重力位水準面，是海拔高程的起算面，但無法精確獲得p 似大地水準面：地面點沿正常重力線量取正常高所得端點 的封閉曲面，接近 水準面p GNSS測量，大地高HG： 地面點到過該點的參考 橢球法線與橢球面交點 的距離p 正高，Hg：地面點沿垂線到大地水準面的距離p 正常高，Hr ：地面點沿垂線到似大地水準面的距離2017-11-08573.5 坐標測量GNSS高程測量工程測量中：p 高程異常模型的建立n 利用已有模型n GNSS水準擬合法p GNSS測量，獲得大地高

47、p 數(shù)據(jù)處理，得到高差p 應用：四等水準測量2017-11-0858全站儀測量定義p 速測法：快速測量距離和角度（方位）的方法p 速測儀：實現(xiàn)速測法原理而設計的儀器p 全站型電子速測儀（簡稱全站儀）：兼有電子測距、電子測角、計算和數(shù)據(jù)自動及傳輸功能的自動 化、數(shù)字化的三維坐標測量和1163.5 坐標測量能夠直接測得物體上目標點或者離散點在某一坐標系下坐標的測量。主要方法：p 自由設站法：邊角后方交會n 定義：將儀器自由架設在地面上任一點，只要能對兩個或兩個以上已知點做邊角測量，即可得到設站點坐標。n 儀器：全站儀p 極坐標法n 定義：儀器設在一個已知點，后視另一個已知點， 測量到待測點的距離和角度