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第四章 水准测量

第四章 水准测量. 本章主要内容： 一、高程测量的概念 * 二、水准测量原理 三、水准仪和水准尺 四、数字水准仪简介 * 五、水准测量的实施及成果整理 六、水准仪的检验和校正 七、水准测量误差及注意事项. 本章重点及目的要求. 本章重点： 1、了解水准测量原理； 2、掌握水准测量方法； 3、掌握成果整理。 目的与要求: 1、了解水准仪的结构及使用； 2、掌握水准测量的外业工作； 3、掌握水准测量的内业计算工作。. 一. 高程测量概述. §4-1 高程测量概述. 1.高程测量

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第四章 水准测量

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  1. 第四章 水准测量 • 本章主要内容： • 一、高程测量的概念 • * 二、水准测量原理 • 三、水准仪和水准尺 • 四、数字水准仪简介 • * 五、水准测量的实施及成果整理 • 六、水准仪的检验和校正 • 七、水准测量误差及注意事项

  2. 本章重点及目的要求 本章重点： 1、了解水准测量原理； 2、掌握水准测量方法； 3、掌握成果整理。 目的与要求: 1、了解水准仪的结构及使用； 2、掌握水准测量的外业工作； 3、掌握水准测量的内业计算工作。

  3. 一.高程测量概述 §4-1 高程测量概述 1.高程测量 测定地面点高程的工作（测高差定高程） 2.高程测量的方法 水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。 是高程测量的主要方法 使用仪器：水准仪 水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。 其它高程测量方法：三角高程测量、 GPS高程测量、气压高程测量（通过气压变化）等。

  4. 3.高程系统 我国国家高程系统： 1956年黄海高程系 水准原点 H=72.289米 我国国家高程基准： 1985年国家高程基准 水准原点 H=72.260米 4. 水准测量的等级 （1）国家分一、二、三、四等、图根（按精度要求、控制范围） （2）城市分二、三、四等、图根

  5. 前进方向 §4-2 水准测量原理 1.水准测量原理 水准尺 b a 水准尺 ▲高差=后视读数-前视读数： 水平视线 hAB B A HB=HA+hAB HA 大地水准面 hAB >0，高差为正，前视点高； hAB <0，高差为负，前视点低。 高差必须带“+、-”号； hAB的下标 次序必须与测量的前进方向一致。 例： 已知 hAB=+1.436 m 则 hBA=-1.436 m

  6. hAB hAB=h1+ h2++ hn =(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn) =a-b 2.连续安置水准仪的测量方法 2. 连续高程测量 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。

  7. §4-3 水准测量仪器、工具及使用 水准测量仪器叫水准仪,工具有水准尺、尺垫 一．水准仪构造 1、水准仪简介 ⑴ 水准仪的作用:为两点间高差测定提供一条水平视线。 ⑵仪器的类型:按精度分:DS05 ； DS1 ；DS3 ；DS10； DS20 D表示大地测量仪器，汉语拼音开头的第一个字母。 S表示水准仪，汉语拼音开头的第一个字母。 ⑶仪器的精度：以每公里往返测高差中数的中误差表示。 如DS3每公里测高差其中误差可达到±3mm的精度。

  8. 1－准星　　2－水准管　　3－照门　　4－目镜　　5－圆水准器　　6－圆水准器校正螺丝　7－脚螺旋 8－三角底板　　9－水平制动螺旋　　10－调焦螺旋11－物镜　　 12－水平微动螺旋 13－微倾螺旋　 水准仪构造: 水准仪由望远镜，水准器，和基座三个主要部分组成。

  9. 2、水准器 • 观察气泡方式有： 3、基座 基座支撑仪器，有三个脚螺旋起到整平仪器用。 放大 符合水准器

  10. 水准尺及尺垫 1、水准尺 1）简介 2）水准尺类型 ⑴单面尺 ⑵双面尺 3）水准尺读数方法 2、尺垫 尺 桩 尺 垫

  11. 水准尺读数方法 • 以尺子的零端开始，在望远镜里从上往下（或者从下往上），从小到大读取水准尺上的读数。记录分别记为： • 米，分米，厘米，毫米。如1235、 0842、0096、1530等 。

  12. 水准仪的使用 • 操作步骤: • 1.水准仪粗平 • 2.瞄准水准尺 • 3.水准仪精平（如右图所示） • 4.读取水准尺上的读数 • 注意：读数前一定精平（即气泡居中）读数后检查气泡居中情况。

  13. DiNi 12 图示 电子水准仪（数字水准仪）简介 提 把 条码尺图例 对焦目镜 水平微动螺旋 水平气泡 电池锁扣 PCMCIA 卡插槽 键盘和显示面板

  14. 电子水准仪工作原理 • 利用仪器里的十字丝瞄准的电子图象感应器（CCD） 。当您按下了Measure 测量键时，仪器就会把您瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照，然后把她和仪器内存中的同样的尺子条码图片进行比较和计算。这样，一个尺子的读数就可以计算出来并且保存在内存中了。

  15. §4-4水准测量方法及成果整理 • 几个概念： • 1）水准点 • 用国家等级水准测量的方法在全国各地埋设，并测定起一定控制作用的高程点,这些高程点称为水准点（Bench Mark），记为BM， 水准点是作为引测其它高程点的起始点。 • 我国1985国家高程基准：72.260米 • 2）水准点类型:永久性水准点、 • 临时性水准点。

  16. 3）水准路线布设形式 • ⑴闭合水准路线（见图a)； • ⑵附合水准路线(见图b)； • ⑶支水准路线 (见图c)； • ⑷水准网（见图d）

  17. 一、水准路线的测量方法（外业） • 1）测量水准路线中各测段之间每测站的高差hi; • 2）计算各测段高差h=∑hi • 3）测段高差检： • (1)计算检核 hAB=h1+h2+···　=(a1-b1)+(a2-b2)+··· =∑a-∑b (2)测站检核 • ①变动仪器方法（双仪高法） • ②双面尺法 （双面尺法 ）

  18. 双仪高法

  19. 双面尺法

  20. 普通水准测量记录（双仪高法）

  21. 普通水准测量记录（双面尺法）

  22. 二、水准测量成果整理 (一)计算高差闭合差 1.闭合水准路线 闭合水准路线终点、起点是同一点，则闭合水准路线的高差闭合差理论值 ∑h理=0, 则高差闭合差: fh=∑h测- ∑h理= ∑h测 2.附和水准路线 符合水准路线起始点A与路线终点B的高程是已知的，所以这两点之间理论高差值为 ∑h理=H终-H起=HB-HA 则高差闭合差： fh= HA +∑h测- HB = ∑h测-∑h理 3.支水准路线 ∑h往、∑h返应绝对值相同,符号相反。∑h理=∑h往+∑h返=0 则高差闭合差： fh=∑h往+∑h返

  23. 二、水准测量成果整理 （二）高差闭合差限差(即允许范围) 普通水准测量的容许高差闭合差规定: fh容=±40 (mm) 适用于平原地区 fh容=±12 (mm) 适用于高山地区 式中：fh—表示容许的高差闭合差(mm)； L —水准路线总长（km） N —整条水准路线测站总数 (三)高差闭合差分配 1.计算每公里(每测站)高差改正数 2.各段高差改正数 利用用两点间距离或测站数计算各段高差改正数 3.计算改正后各测段高差 (四)高程计算 根据已知高程和改正后的高差计算待测点的高程。

  24. 例题： • 一附合水准路线从已知点BMA施测至已知点BMB,观测数据和已知数据如下图所示，求待测点1、2、3的高程。

  25. 一. 计算高差闭合差 fh=∑h测-∑h理=+4.330-4.293=+37（mm） fh容=±40 =±40 =±109（mm） fh＜fh容,，成果合格,可以分配计算 例题 二.闭合差分配 1.每公里高差改正数 Vh公里=－fh/∑L=－37/7.4=－5mm/km 2.各段高差改正数=每公里高差改正数×Li 见下页表所示 总改正数大小等于闭合差总和，但符号相反。

  26. 3．改正后高差 hBMA-１＝2.331-0.008=+2.323 h1－3＝2.813-0.011=+2.802 h2－3＝-2.244-0.008=-2.252 h3-BM.B= 1.430-0.010=+1.420 ∑h=4.293 改正后高差应等于理论值 二.高程计算 HA= 45.286；H1= 47.609；H2= 50.411 H3= 48.159；HB= 49.579 已知A点高程利用高差推算B点高程等于理论高程.说明计算无误 例题

  27. 水准测量成果整理

  28. §4-5 水准仪的检验与校正 • 一、水准仪轴线应满足的条件 • （一）水准仪主要轴线 • 1、望远镜的视准轴 C C； • 2、水准管的水准轴 L L； • 3、仪器旋转轴（竖轴）V V； • 4、圆水准器的水准轴 L′L′。 （二）各轴线应满足的条件 1、 C C ⊥ V V； C C // L L； V V // L′L′。 2、十字丝分划板横丝必须水平。

  29. §4-5 水准仪的检验与校正 • 二、水准仪的检验与校正 • （一）圆水准器的检验与校正 • 目的：使 L′L′// V V • 检验： 转动脚螺旋，使圆水准气泡居中，将仪器绕竖轴旋转 • 180°，若气泡仍居中，说明此条件满足，否则需校正。 • 校正：用改锥拧松圆水准器底部中央的固定螺丝，再用校正 • 针拨动圆水准器的校正螺丝， • 使气泡返回一半，然后转动 • 角螺旋使气泡居中，复重检 • 验校正，直至圆水准器的气 • 泡在任何位置都在核划圈内 • 为止，最后拧紧固定螺丝。

  30. §4-5 水准仪的检验与校正 • （二）十字丝横丝的检验与校正 • 目的：使十字丝分划板横丝保持水平。 • 检验： • 校正：

  31. §4-5 水准仪的检验与校正 • （三）水准管轴平行于视准轴的检验和校正(i角检验) • 目的： 使L L// C C • 检验：在地面上选A、B两点，相距约80 ～100m，各点钉木桩（或放置尺垫）立水准尺。安置水准仪于距A、B两点等距离处，用变动仪器高（或双面尺）法正确测出A、B两点高差，两次高差之差不大于3mm时，取其平均值，用hAB表示。再在B点附近2～3m处安置水准仪，分别读取A、B两点的水准尺读数a2、b2，应用公式a2′= b2＋hAB 求得B尺上的水平视线读数。若a2＝ a2′，则说明水准管轴平行于视准轴，若a2≠ a2′应计算i角，当i角＞20″时需要校正。计算i角的公式为： • 式中：DAB—A、B两点间距离；ρ″=206265。 • 校正：转动微倾螺旋，使横丝对准正确读数a2′，这时水准管气泡偏离中央，用校正针拨动水准管一端的上、下两个校正螺丝，使气泡居中。再重复检验校正，直到i＜20″为止。 见下页图

  32. §4-5 水准仪的检验与校正

  33. §4-6 水准测量误差来源及注意事项 • 一. 水准测量误差来源 • 1、仪器误差（i角、尺子分划等） • 2、观测误差 （瞄准、读数等） • 3、外界条件影响（温度、风力、大气折光等） 二．注意事项 1、每次读数前都应使气泡居中（精平）。 2、读数时应注意尺子结构和分划特点，看准尺底注记，不要误读。 3、只有当该测站观测合格后，才能移动仪器到 下一站，后视尺子才能移动到下一测站的前视。 4、使用塔尺时应防止尺子下滑。 5、读数时不要看错十字丝。

  34. 本章小结 • 基本内容： • 1.利用水准仪进行两点间高差的测定。 • 2.水准路线各点高程的计算。 • 重点掌握： • 1、水准测量的原理。 • 2、水准测量的外业实施与内业成果整理。 • 3、水准测量中的注意事项。 • 作业：P95 • 14、15、25* 、26*

  35. 实验二：DS3水准仪认识及普通水准测量 • 一、实验时间、地点 • 时间：第6周星期一，5、6节；全体同学提前10 分种到指定地点，各组安排2～3名同学到实验室（ 实验楼室）借领仪器、工具 • 实验地点：实验楼附近。 • 二、各组借领的仪器、工具 • 每组借S3水准仪一套；水准尺一副；尺垫2个； • 自备记录纸（打好格）、记录笔（铅笔）等。 • 三、任务及要求 • 1、任务：熟悉仪器和利用仪器正确读数； • 2、要求：每个同学掌握仪器的结构、操作；掌握仪器的安置方法；每个同学至少观测一个测站、记录一个测站及立尺的工作，每组形成一个闭合水准路线。在提交实验报告时将成果整理在报告上。 • 四、注意事项 • 同实验一； • 注意实验前的预习工作。

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