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1、第二章铁路测量基本第1页，共64页，编辑于2022年，星期三一、目的：一、目的：获得某点的高程；一般测高差，根获得某点的高程；一般测高差，根据已知点的高程，求算未知点的高程据已知点的高程，求算未知点的高程二、方法：二、方法：水准测量水准测量（采用水准仪和水准尺根据水平视（采用水准仪和水准尺根据水平视线测定两点的高差，适用于平坦地区）线测定两点的高差，适用于平坦地区）三角高程测量三角高程测量（用经纬仪和测距仪测定垂直角（用经纬仪和测距仪测定垂直角和距离，按照三角原理计算两点间的高差，适用和距离，按照三角原理计算两点间的高差，适用于非平坦地区）于非平坦地区）221 1 高程测量概述高程测量概述第2
2、页，共64页，编辑于2022年，星期三水准测量原理水准测量原理用一条水平视线比较两点的高低用一条水平视线比较两点的高低高差高差高程高程a a：后视读数：后视读数 b b：前视读数：前视读数1 1、高差法、高差法第3页，共64页，编辑于2022年，星期三2 2、仪高法、仪高法视线高程：视线高程：B B点高程：点高程：B B点高程通过水准仪的视线高程计算点高程通过水准仪的视线高程计算第4页，共64页，编辑于2022年，星期三 为统一全国的高程系统，我国采用黄海平为统一全国的高程系统，我国采用黄海平均海水面作为全国高程系统的基准面，在该均海水面作为全国高程系统的基准面，在该面上的任一点，其绝对高程为
3、零面上的任一点，其绝对高程为零(zero(zero elevation)elevation)。为确定这个基准面，在青岛设立。为确定这个基准面，在青岛设立国家水准原点，经测定，国家水准原点，经测定，水准原点的高程为水准原点的高程为72.260m72.260m三、水准原点三、水准原点第5页，共64页，编辑于2022年，星期三 19561956黄海高程系统黄海高程系统 ：根据（根据（19501950年年19561956年）的潮汐观测资料年）的潮汐观测资料 19851985年黄海高程系统：年黄海高程系统：青岛验潮站青岛验潮站19521952年年19791979年的潮汐观测资料，年的潮汐观测资料，198
4、51985年国家高程基准年国家高程基准已于已于19871987年年5 5月开始启用，月开始启用，19561956年黄海高程系同年黄海高程系同时废止。时废止。19851985年国家高程基准高程年国家高程基准高程=1956=1956年黄海高程年黄海高程-0.029m0.029m。黄海高程系统黄海高程系统第6页，共64页，编辑于2022年，星期三 从水准原点出发，用一、二、三、四等从水准原点出发，用一、二、三、四等水准测量在全国范围内测定一系列水准点水准测量在全国范围内测定一系列水准点的高程。（的高程。（BMBM：benchmarkbenchmark）四、水准测量等级四、水准测量等级 一、二等水准测
5、量一、二等水准测量称为称为“精密水准测量精密水准测量”，是国家高程全面控制的基础，又可以为研，是国家高程全面控制的基础，又可以为研究地壳形变、地面沉降、地震预报等提供数据。究地壳形变、地面沉降、地震预报等提供数据。一般大、中城市都建立了独立的二等水准网作一般大、中城市都建立了独立的二等水准网作为本地区的高程基础（高程系统）。为本地区的高程基础（高程系统）。第7页，共64页，编辑于2022年，星期三 三、四等水准测量三、四等水准测量直接为地形测量和各直接为地形测量和各种工程建设提供必须的高程控制依据。种工程建设提供必须的高程控制依据。二等水准点二等水准点第8页，共64页，编辑于2022年，星期三
6、第9页，共64页，编辑于2022年，星期三五、水准面曲率对水准测量的影响五、水准面曲率对水准测量的影响如果距离相等，则影响抵消。如果距离相等，则影响抵消。A AB B大地水准面大地水准面过水准仪的水准面过水准仪的水准面过过B B点的水准面点的水准面过过A A点的水准面点的水准面第10页，共64页，编辑于2022年，星期三 两点间距离远或高差大，不可能安置一侧仪两点间距离远或高差大，不可能安置一侧仪器即可测得两点间的高差，应该在水准路线中间器即可测得两点间的高差，应该在水准路线中间加设若干个临时的立尺点，称转点（加设若干个临时的立尺点，称转点（TPTP：Turning PointTurning
7、Point），转点的作用是传递高程。），转点的作用是传递高程。（测段、测站、转点）（测段、测站、转点）六、连续水准测量：六、连续水准测量：第11页，共64页，编辑于2022年，星期三A TP1TP2Bb2a2a3b1a1b3第12页，共64页，编辑于2022年，星期三一、水准尺和尺垫一、水准尺和尺垫1 1、用干燥优质木材、铝材或玻璃钢制成，长度有、用干燥优质木材、铝材或玻璃钢制成，长度有2m2m、3m3m、5m5m；有整尺、折尺和塔尺。；有整尺、折尺和塔尺。黑面尺：黑面尺：00000000；红面尺：（红面尺：（46874687或或47874787：称零点差）：称零点差）2 2、尺垫：由平面为三
8、角形的铸铁制成，下面有三、尺垫：由平面为三角形的铸铁制成，下面有三个尖角，踩入土中，比较稳定；上面有一突起的个尖角，踩入土中，比较稳定；上面有一突起的半球形。半球形。222 2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺第13页，共64页，编辑于2022年，星期三1 1、等级、等级：按精度分为按精度分为DSDS0505，DSDS1 1，DSDS3 3，DSDS10 10 。D D：大地；：大地；S S：水准仪；下标：每公里水准测量：水准仪；下标：每公里水准测量的误差，以毫米计。的误差，以毫米计。DSDS0505，DSDS1 1：精密水准仪；：精密水准仪；DSDS3 3，DSDS1010：工程水准仪或普通水准
9、仪：工程水准仪或普通水准仪二、水准仪二、水准仪第14页，共64页，编辑于2022年，星期三第15页，共64页，编辑于2022年，星期三水准尺和尺垫水准尺和尺垫第16页，共64页，编辑于2022年，星期三水准尺的刻划水准尺的刻划第17页，共64页，编辑于2022年，星期三 望远镜望远镜（提供视线，读出远处水准尺上的读（提供视线，读出远处水准尺上的读数）数）水准管水准管（指示仪器或视线是否处于水平位（指示仪器或视线是否处于水平位置）置）基座基座（支撑仪器的上部并能使仪器的上部在水（支撑仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动）平方向转动）2 2、构造：、构造：第18页，共64页，编辑于2022年，
10、星期三望远镜望远镜圆水准器圆水准器 管水准器管水准器（水准管）（水准管）基座基座DSDS3 3水准仪水准仪第19页，共64页，编辑于2022年，星期三组成组成：物镜和目镜物镜和目镜 物镜：物镜：倒立的实像（透镜组合：正立像）倒立的实像（透镜组合：正立像）目镜：目镜：正立的放大的虚像正立的放大的虚像 分划板：分划板：刻在薄玻璃片上的三根横丝和一根刻在薄玻璃片上的三根横丝和一根纵丝。纵丝。（中丝中丝：读取水准尺的读数；：读取水准尺的读数；上丝和下丝上丝和下丝，又又称视距丝：测定水准仪到水准尺的距离）称视距丝：测定水准仪到水准尺的距离）二、望远镜二、望远镜：（瞄准远处的目标和读数）：（瞄准远处的目标
11、和读数）第20页，共64页，编辑于2022年，星期三1 1、视准轴：、视准轴：物镜光心和十字丝交点的连线。物镜光心和十字丝交点的连线。物镜物镜目镜目镜十字丝分划板十字丝分划板调焦透镜调焦透镜物镜调焦螺旋物镜调焦螺旋第21页，共64页，编辑于2022年，星期三物镜调焦螺旋：物镜调焦螺旋：目标清晰，精确瞄准目标。目标清晰，精确瞄准目标。物镜与十字丝分划板之间的距离是固定不变物镜与十字丝分划板之间的距离是固定不变的，的，由目标发出的光线在望远镜内的成像的位置随由目标发出的光线在望远镜内的成像的位置随着目标的远近而改变，着目标的远近而改变，需要转动物镜调焦螺旋移动调焦透镜，使需要转动物镜调焦螺旋移动调
12、焦透镜，使目标成像与十字丝分划板重合。目标成像与十字丝分划板重合。第22页，共64页，编辑于2022年，星期三目镜调焦螺旋：目镜调焦螺旋：十字丝像清晰十字丝像清晰视差：视差：如果目标像与十字丝平面不重合，观测者如果目标像与十字丝平面不重合，观测者的眼睛上下、左右移动时，发觉目标像与十字丝的眼睛上下、左右移动时，发觉目标像与十字丝之间有相对移动，这种现象称之间有相对移动，这种现象称“视差视差”。消除视差：消除视差：转动目镜调焦螺旋，十字丝清晰；转转动目镜调焦螺旋，十字丝清晰；转动物镜物镜调焦螺旋，目标像清晰。动物镜物镜调焦螺旋，目标像清晰。第23页，共64页，编辑于2022年，星期三2 2、性能
13、：、性能：放大率：放大率：通过望远镜所看到物象的视角与肉眼直接通过望远镜所看到物象的视角与肉眼直接看物体的视角之比。看物体的视角之比。分辨率：分辨率：望远镜能够分辨出两个相邻物点的能力。望远镜能够分辨出两个相邻物点的能力。视场角：视场角：望远镜所能看到的视野范围。望远镜所能看到的视野范围。亮度：亮度：通过望远镜所能看到物体的明亮程度。通过望远镜所能看到物体的明亮程度。第24页，共64页，编辑于2022年，星期三 水准气泡水准气泡：由玻璃圆管制成，内壁被磨成一定半径的圆弧，管内注满酒精和乙醚，加热封闭冷却以后，管内形成空隙为液体的蒸汽充满，为水准气泡。水准管的零点水准管的零点：水准管表面刻有2m
14、m间隔的分划线，分划线与水准管的圆弧中点O对称，O点称为水准管的零点。三、水准器（水准管和圆水准器）水准器（水准管和圆水准器）1、水准管水准管：第25页，共64页，编辑于2022年，星期三 水准管轴：水准管轴：通过水准管的零点作圆弧的切通过水准管的零点作圆弧的切线，称水准管轴。线，称水准管轴。气泡居中：气泡居中：气泡的中点与水准管的零点重气泡的中点与水准管的零点重合时，称气泡居中。合时，称气泡居中。水准管的安装：水准管的安装：装在圆柱形的上面揩油装在圆柱形的上面揩油窗口的金属管内，用石膏固定，一端用球窗口的金属管内，用石膏固定，一端用球形支点形支点A A，另一端用校正螺丝，另一端用校正螺丝B
15、B、C C把金属管把金属管连在仪器上。连在仪器上。第26页，共64页，编辑于2022年，星期三特点特点 封闭的圆形玻璃容器；封闭的圆形玻璃容器；顶盖的内表面为球面；顶盖的内表面为球面；容器内盛乙醚类液体；容器内盛乙醚类液体；留有一小圆气泡。留有一小圆气泡。2 2、圆水准器、圆水准器第27页，共64页，编辑于2022年，星期三 零点零点 ：容器顶盖中央刻有小圈，小圈的中心容器顶盖中央刻有小圈，小圈的中心是圆水准器的零点。是圆水准器的零点。圆水准器轴：圆水准器轴：通过零点的球面法线是圆水准通过零点的球面法线是圆水准器的轴。器的轴。（圆水准器气泡居中，圆水准器轴位于铅垂（圆水准器气泡居中，圆水准器轴
16、位于铅垂位置）位置）第28页，共64页，编辑于2022年，星期三 四、各级水准仪的技术参数四、各级水准仪的技术参数工程水准工程水准测量测量28282020DSDS1010三、四等三、四等水准测量水准测量38382828DSDS3 3二等水二等水准测量准测量47473838DSDS1 15555放大倍数不小放大倍数不小于（倍）于（倍）物镜有效孔径物镜有效孔径不小于不小于 mmmmDSDS0505一等水准一等水准测量测量4242水准仪等级水准仪等级主要用途主要用途望远镜望远镜每千米水准测量高差中误每千米水准测量高差中误差（差（mmmm）项目项目第29页，共64页，编辑于2022年，星期三一、三角架
17、：三角架：1、松开松开3 3个制动螺旋，个制动螺旋，伸缩架腿，三角架高度适当，旋紧制动螺旋；2、三角等距分开，三角等距分开，使架头大致水平；3、取出水准仪，取出水准仪，放在架头上，连接螺旋旋入水准仪基座的螺孔内；23 水准仪的使用水准仪的使用第30页，共64页，编辑于2022年，星期三 粗略整平仪器，使圆水准器气泡居中。粗略整平仪器，使圆水准器气泡居中。转动脚螺旋（和左手大拇指移动方向一致）转动脚螺旋（和左手大拇指移动方向一致）方法：方法：两手同时反方向转动两个脚螺旋；再转两手同时反方向转动两个脚螺旋；再转动另一脚螺旋。动另一脚螺旋。二、粗平二、粗平第31页，共64页，编辑于2022年，星期三
18、 望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦，望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦，使十字丝和水准尺像清晰使十字丝和水准尺像清晰 1 1、转动目镜，、转动目镜，进行调焦，十字丝清晰；进行调焦，十字丝清晰；2 2、准星：准星：照准目标，制动螺旋；照准目标，制动螺旋；3 3、调焦螺旋：、调焦螺旋：物象清晰；物象清晰；4 4、微动螺旋：、微动螺旋：十字丝竖丝照准水准尺。十字丝竖丝照准水准尺。三、瞄准三、瞄准第32页，共64页，编辑于2022年，星期三微倾螺旋微倾螺旋调焦螺旋调焦螺旋水平微动螺旋水平微动螺旋目镜调焦螺旋目镜调焦螺旋准星准星水准管水准管圆水准器圆水准器第33页，共64页，编辑于2022年，星期
19、三微倾螺旋，水准管气泡居中。四、精平四、精平第34页，共64页，编辑于2022年，星期三十字丝中丝在水准尺上的读数十字丝中丝在水准尺上的读数:0.858m 0858mm 0.858m 0858mm五、读数五、读数0797079709000900第35页，共64页，编辑于2022年，星期三一、水准点：一、水准点：永久性和临时性永久性和临时性 永久性：混凝土制成标识，标识顶部有金属标志，永久性：混凝土制成标识，标识顶部有金属标志，顶部标志该点的高程。顶部标志该点的高程。临时性：大木桩打入地面，桩顶钉入铁钉。临时性：大木桩打入地面，桩顶钉入铁钉。224 4 水准测量的方法水准测量的方法第36页，共6
20、4页，编辑于2022年，星期三第37页，共64页，编辑于2022年，星期三 在水准点之间进行水准测量所经过的路线，在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称水准路线。称水准路线。分类：分类：1 1、闭合水准路线：、闭合水准路线：从某一已知高程的水准点从某一已知高程的水准点出发，经过若干待定的水准点出发，经过若干待定的水准点1 1、2 2、3 3、4 4进行进行水准测量，最后仍回到原水准点，称闭合水准水准测量，最后仍回到原水准点，称闭合水准路线。路线。（各相邻点间高差的总和理论为零，可以作为（各相邻点间高差的总和理论为零，可以作为观测正确性的检核）观测正确性的检核）二、水准路线二、水准路线第38页
21、，共64页，编辑于2022年，星期三 2 2、附和水准路线：、附和水准路线：从一已知高程的水准点出发，从一已知高程的水准点出发，沿各高程待定的水准点进行水准测量，最后附和沿各高程待定的水准点进行水准测量，最后附和到另一个已知高程的水准点。到另一个已知高程的水准点。（高差总和理论等于两端已知点间的高差）（高差总和理论等于两端已知点间的高差）3 3、支水准路线：、支水准路线：从一个已知高程的水准点出从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定的水准点进行水准测量，发，沿各高程待定的水准点进行水准测量，其路线既不闭合也不附和，称支水准路线。其路线既不闭合也不附和，称支水准路线。第39页，共64页，编辑于
22、2022年，星期三（往返测量，往测高差与返测高差的总和（往返测量，往测高差与返测高差的总和绝对值相等，符号相反。可以通过往返测绝对值相等，符号相反。可以通过往返测量徕检核）量徕检核）第40页，共64页，编辑于2022年，星期三 1 1、方法：、方法：起始点立后视尺；选转点立前视起始点立后视尺；选转点立前视尺；中间架水准仪；前视尺不动；后视尺前移；尺；中间架水准仪；前视尺不动；后视尺前移；中间架水准仪。中间架水准仪。三、施测方法三、施测方法第41页，共64页，编辑于2022年，星期三2 2、水准测量记录手簿、水准测量记录手簿 测站测站测点测点水准尺读数水准尺读数高差高差高程高程备注备注A ATP
23、1TP1TP2TP2TP3TP3TP4TP4B B146714671385138518691869142514251367136711241124167416740943094312121212173217320.3430.3430.2890.2890.9260.9260.2130.2130.3650.36527.35427.35428.18228.182计算检核计算检核 7.5137.5136.6856.6851.4821.482 0.6540.65428.182 28.182 27.35427.354=0.828=0.8286.6856.685=0.828=0.828 0.6540.654
24、=0.828=0.828后视后视前视前视第42页，共64页，编辑于2022年，星期三四、水准测量的检核四、水准测量的检核1 1、计算检核：、计算检核：hh aabbH HB BH HA A2 2、测站检核：、测站检核：变仪器高法（高差容许值：变仪器高法（高差容许值：6mm6mm）双面尺法（水准尺黑面和红面读数之差：双面尺法（水准尺黑面和红面读数之差：3mm3mm；两次高差之差：；两次高差之差：5mm5mm）3 3、成果检核、成果检核（水准路线）（水准路线）附和水准路线：附和水准路线：理论：理论：hh H H终终H H起起 实际：实际：hHhH终终H H起起 高程闭合差：高程闭合差：f fh h
25、hh（H H终终H H起起 ）第43页，共64页，编辑于2022年，星期三闭合水准路线：闭合水准路线：理论：理论：hh 0 0；实际：实际：h0h0 高程闭合差：高程闭合差：f fh hhh支水准路线：支水准路线：理论：理论：hh往往 hh返返 实际：实际：hh往往 hh返返 高程闭合差：高程闭合差：f fh hhh往往 hh返返 （往返测量）（往返测量）f fh hhh1 1 hh2 2 （并行测量）（并行测量）第44页，共64页，编辑于2022年，星期三一、高程闭合差计算：一、高程闭合差计算：闭合水准路线上各点之间的高差代数和理闭合水准路线上各点之间的高差代数和理论上应等于零；论上应等于零
26、；附和水准路线各点之间高差代数和应等于附和水准路线各点之间高差代数和应等于两个水准点的高程差值；两个水准点的高程差值；支水准路线往返测量的高差代数和应等于支水准路线往返测量的高差代数和应等于零。但由于测量误差的存在，理论条件不能零。但由于测量误差的存在，理论条件不能满足，所以产生高程闭合差。满足，所以产生高程闭合差。23 水准测量内业水准测量内业第45页，共64页，编辑于2022年，星期三闭合水准路线闭合水准路线附和水准路线附和水准路线支水准路线支水准路线高程闭合差计算高程闭合差计算容许高程闭合差容许高程闭合差第46页，共64页，编辑于2022年，星期三（1 1）存在闭合差的原因：测量误差是不
27、可避免）存在闭合差的原因：测量误差是不可避免的，但应在限差范围内。的，但应在限差范围内。（误差是随着线路长度或测站数的增加而增加的）（误差是随着线路长度或测站数的增加而增加的）水准测量成果整理水准测量成果整理f fh hh h（H HB BH HA A）如果如果 f fh hFFh h第47页，共64页，编辑于2022年，星期三（2 2）改正数）改正数(v)(v)：由于：由于存在误差，所以对高差存在误差，所以对高差进行改正，即改正数的进行改正，即改正数的计算。计算。计算原则：计算原则：反符号、按比例反符号、按比例注意注意：改正数为整数；改正数为整数；改正数的和与闭合差大小改正数的和与闭合差大小
28、相等符号相反。相等符号相反。第48页，共64页，编辑于2022年，星期三如果符合限差要求，进行内业计算例：一条附和水准路线的野外观测数据如下：二、水准测量的内业计算（闭合差的分配）二、水准测量的内业计算（闭合差的分配）h1=+2.785h2=-4.369h3=+1.980h4=+2.345HA=56.345HB=59.039第49页，共64页，编辑于2022年，星期三1 1、闭合差计算：、闭合差计算：f fh hhh（H HB BH HA A）2.7412.741(59.039(59.03956.345)=+0.047m56.345)=+0.047m f fh hF20I20秒时，需要进行校正
29、）秒时，需要进行校正）校正：校正：第60页，共64页，编辑于2022年，星期三第61页，共64页，编辑于2022年，星期三一、仪器误差(一)视准轴与水准管轴不平行引起的误差(二)调焦引起的误差(三)水准尺的误差二、观测误差(一)气泡居中误差(二)估读水准尺分划的误差(三)扶水准尺不直的误差 226 6 水准测量的误差分析和注意事项水准测量的误差分析和注意事项 第62页，共64页，编辑于2022年，星期三三、外界环境的影响(一)仪器下沉和水准尺下沉的误差1.仪器下沉的误差2.水准尺下沉的误差(二)地球曲率和大气折光的误差1.地球曲率引起的误差2.大气折光引起的误差(三)气候的影响第63页，共64
30、页，编辑于2022年，星期三 1 1、观测、观测（检验校正仪器；连接螺旋拧紧；（检验校正仪器；连接螺旋拧紧；土质坚实；前后视距离相等；消除视差；搬站土质坚实；前后视距离相等；消除视差；搬站时，仪器收拢，一手握脚架，另一手托仪器）时，仪器收拢，一手握脚架，另一手托仪器）2 2、记录、记录（边记录边回报；字体清晰端正，（边记录边回报；字体清晰端正，记错划线重写；高差当场计算）记错划线重写；高差当场计算）3 3、立尺、立尺（转点在土质坚实处；水准尺竖（转点在土质坚实处；水准尺竖直；搬站时，保护前视尺的转点尺垫）直；搬站时，保护前视尺的转点尺垫）四、注意事项四、注意事项第64页，共64页，编辑于2022年，星期三