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1、2-1 2-1 水准测量原理名词解释名词解释:后视点、前视点、后视点、前视点、后视读数、前视读后视读数、前视读数、视距数、视距.注意注意,测量的方向测量的方向！问题问题:(1).(1).水平视线如何水平视线如何获得获得?(2).(2).读数大小与地读数大小与地势高低的关系势高低的关系?第1页/共58页求未知点高程的方法(1).(1).高差法 H HB B=H=HA A+h+hABAB =H =HA A+(a-+(a-b)b)(2).(2).视线高法 H HB B=H=Hi i-b -b 式中 H Hi i=H=HA A+a+a优点:可以一次测多个点的高程.第2页/共58页2-2 2-2 水准测
2、量的仪器与工具2-12-3 原理、仪器构造与使用课堂实习“水准仪的认识”。1.望远镜的构造、作用、望远镜的视准轴望远镜的构造、作用、望远镜的视准轴.物镜光心与十字丝中心交点的连线，称做望远镜的视准轴。用物镜光心与十字丝中心交点的连线，称做望远镜的视准轴。用CCCC表示。表示。CCABFab目镜调焦镜物镜十字丝分划板第3页/共58页2.2.水准器的种类与作用圆水准器：粗平圆水准器：粗平零点：圆水准器中央小圆零点：圆水准器中央小圆圈的圆心圈的圆心圆水准器轴：过圆水准器零点的圆水准器轴：过圆水准器零点的球面法线。球面法线。第4页/共58页管水准器：精平管水准器：精平水准管轴水准管轴：过水准管零点：过
3、水准管零点所作水准管圆弧的切线。所作水准管圆弧的切线。常用常用LLLL表示。表示。气泡居中气泡居中,LL,LL水平水平,若仪器若仪器满足满足LLCCLLCC条件条件 CCCC水水平平LLCCLLCC条件条件主条主条件件3.3.水准管分划值水准管分划值常数=57.3 =3438=206265 0LL水平线水平线R第5页/共58页符合棱镜系统第6页/共58页4.4.视差视差成因：目标成像与十字成因：目标成像与十字丝分划板不重合丝分划板不重合消除措施：反复进行目消除措施：反复进行目镜、物镜调焦。镜、物镜调焦。5.5.水准仪的操作步骤水准仪的操作步骤置仪置仪粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数第7页/共5
4、8页2-32-3水准测量的方法及成果整理水准测量的方法及成果整理问题:1.水准测量中转点的作用2.水准测量检核方法3.高差闭合差的概念一.外业工作(一).水准点和水准路线1.水准点BM(BenchMark)标定要求:稳定、安全、便于保存和使用第8页/共58页分类:基本水准标石-一、二等水准点普通水准标石-三、四等水准点墙角水准标志-三、四等水准点临时水准标志-水准(木桩、岩石、屋脚等)墙上水准点一、二等水准点第9页/共58页三、四等水准点临时水准点点之记第10页/共58页2.水准路线(1).闭合水准路线(2).附合水准路线(3).支水准路线20,20,25的仪器.(2).(2).前后视距尽可能
5、相等,视距100m,100m,最大150m.10cm,10cm,若 h5mm,h5mm,取 平均值作为最后结果.双仪器法:同双仪高法 b)b)双面尺法:(3).(3).成果检核高差闭合差fh：fh=h测-h已知闭合路线、附合路线、支水准路线的fh=？若fhfh允,则成果可用,否则应检查原因.平地fh允=40 L(mm)L-公里数山地fh允=12 n(mm)n-测站数第15页/共58页二.内业(水准测量成果整理)目的：消除fh，求出正确高差步骤：1.计算fh2.若fh fh容，则对测量值进行调整根据按比例分配原则检核：vfh3.计算改正后高差：4.计算各点高程检核：H终(计)=H终(已)例：检核
6、：第16页/共58页表2-2水准测量成果处理表测段编号点号测站数实测高差 (m)改正数(mm)改正后高差(m)高程(m)1A12 2.785-10 2.77556.345159.120218-4.369-16-4.385254.735313 1.980-11 1.96956.7043411 2.345-10 2.335B59.03954 2.741-47 2.694第17页/共58页2-62-6自动安平水准仪自动安平水准仪一一.水准器的缺点水准器的缺点1.费时2.受外界条件的影响二二.自动安平原理自动安平原理最初设想：200年前，悬吊整个望远镜，尽管失败了，但揭示了规律：利利用用重重力力可可使
7、使视视线线自自动水平。动水平。现在，用补偿器代替水准器，能使仪器的视准轴，在12秒钟内自动、精确、可靠地安放在水平位置。第18页/共58页第19页/共58页1.悬吊十字丝板(可动十字丝)z0z0zfsa0a0afs满足条件：fs=zz0第20页/共58页2.悬吊棱镜(可动水平视线)第21页/共58页aa0AZ水平视线倾斜视线a0屋脊棱镜直角棱镜阻尼器调焦镜物镜十字丝分划板目镜第22页/共58页2-52-5精密水准仪和水准尺一一.精密水准仪精密水准仪：DS1、DS05、wildN3、蔡司Ni004。1.用途：国家一、二等精密水准测量；地震水准测量；精密工程测量；变形观测。2.构造特点(1).小。
8、610/2mm(2).v 40*;物镜镜筒通光孔径大，因而亮度大。(3).外壳用铟钢制造。第23页/共58页(5).楔形十字丝。(6).专用水准尺(4).装有平行玻璃板测微器，最小读数0.10.05mm，可估读到0.010.005mm。转动测微螺旋，可使水平视线在10mm范围内上下平移。二二.测微原理测微原理它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。第24页/共58页平行玻璃板安装在物镜前，它与测微尺间用带有齿条的传动杆连接，当旋转测微螺旋时，传动杆带动平行玻璃板绕其旋转轴作俯仰倾斜。视线经过倾斜的平行玻璃板时产生上下平行移动，可以使原来并不对准尺上某一分划的视线能够精确对准某一分划
9、，从而读到一个整分划读数(图中的148cm分划)，而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。第25页/共58页二二.测微原理测微原理irada=(d/cosr)sin(i-r)d(i-r)n=sini/sinr i/rr=i/na=d(i-i/n)=di(1-1/n)=ki56物镜物镜riWU平行玻璃板测微螺旋测微分划尺测微指标读数显微镜第26页/共58页三三.精密水准尺精密水准尺(因瓦水准尺因瓦水准尺)2种：5mm、10mm10mm尺面有两排分划线：基本分划-黑面分划辅助分划-红面分划如图a，基辅差为一常数，例如，N3K=3.01550m5mm尺，
10、按10mm刻划，如图b分划:左为奇数值,右为偶数值。注记：右m，左dm三角形：长的表示dm,小的表示dm/2的起始线,cm的实际间隔为5mm，尺面值为实际长度的2倍。第27页/共58页四四.操作操作粗平瞄准基本分划精平测微读数瞄准辅助分划精平测微读数。读数尺上读数(三位)测微窗上读数(三位)注意：当尺子分划是实际分划的两倍时，应除以2，才是实际读数。图中读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m第28页/共58页2.7数字数字(电子电子)水准仪和条码水准尺水准仪和条码水准尺数字水准仪(digitallevel)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件
11、，采用条形码分划水准尺(coding levelstaff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。第29页/共58页数字水准仪的特点是：用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差；精度高，多条码(等效为多分划)测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响；速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化。数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。第30页/共58页(1)数字水准仪的原理图2-34为采用
12、相关法的徕卡NA3003数字水准仪的机械光学结构图。当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份。第31页/共58页可见光影像成像在分划板上，供目视观测；红外光影像成像在光电探测器上，探测器将接收到的光图像先转换成模拟信号，再转换为数字信号传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码本源数字信息进行相关比较，当两信号处于最佳相关位置时，即可获得水准尺上的水平视线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。第32页/共58页(2)条码水准尺与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，尺子的分划一面
13、为二进制伪随机码分划线或规则分划线，其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码，右图为与徕卡数字水准仪配套的条码水准尺，它用于数字水准测量；双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。第33页/共58页(3)徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪DNA03第34页/共58页第35页/共58页第36页/共58页6-6三、四等水准测量（P137）一、用途1用于国家高程控制网加密2建立小地区首级高程控制3工程施工、变形观测中高程基本控制二、技术要求见表1、表2：等级水准仪型号
14、视线长度视线高度前后视距差前后视距累积差黑红面读数差黑红面高差之差三四DS1DS3DS365800.30.23m5m5m10m2mm3mm3mm5mm表1第37页/共58页技术要求等级水准仪型号水准尺路线长度观测次数往返较差、附合或环线闭合差平地山地附合或环线与已知点联测三四DS1DS3DS3因瓦双面双面5016往返各一次往一次往返各一次往一次往返各一次mmmm表2第38页/共58页三、测量方法瞄前尺红面-精平-读中(7)丝读数；瞄后尺红面-精平-读中(8)丝读数(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1、测站观测程序粗平,瞄后尺黑面-精平-读上(1)-下(2)-中(3)丝读数；瞄前尺
15、黑面-精平-读上(4)-下(5)-中(6)丝读数将读数记入表格相应位置第39页/共58页测站编号后视上丝下丝前视上丝下丝后视距前视距方向与尺号标尺读数(m)黑面红面K+黑减红高差中数（m）备注视距差累积差2、计算与校核1.4260.9950.801(4)0.371(5)1.211(3)0.586(6)5.997(8)5.274(7)0.625(15)0.723(16)43.143.00.10.11(14)-1(13)2(17)51.651.8-0.2-0.10.071-0.029-1-100.6240.071KA=4.787KB=4.6871.8121.2961.7431.2251.5541.
16、4836.2426.271后A前B后-前后B前A后-前(1)(2)(9)(11)(10)(12)(18)12第40页/共58页2-4水准仪的检验与校正一、仪器应满足的条件LLVV十字丝横丝水平LLCC二、水准仪的检验、校正方法第41页/共58页1）圆水准器轴平行于竖轴的检验与校正检验校正第42页/共58页2)十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正。检验校正第43页/共58页3）管水准器轴平行于视准轴的检验与校正检验第44页/共58页校正：第45页/共58页2-5水准测量误差分析三、四等水准测量的观测方法水准测量误差仪器误差操作误差外界条件影响LL与CC不平行的误差水准尺分划误差零点误差气泡居
17、中误差估读误差视差水准尺未竖直地球曲率大气折光仪器、尺垫下沉影响气候变化消减措施中间法检验改正法减小视距消除视差认真、气泡居中中间法后前前后程序选择观测时间 打伞第46页/共58页外界因素的影响太阳直射、风力、能见度等地球曲率及大气折光影响地球曲率的影响：地球曲率的影响：大气折光的影响：综合两项的影响：r：有正负注意：水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差第47页/共58页地球曲率及大气折光的影响第48页/共58页习题一、填空题一、填空题1水准测量的原理：。2高程测量按采用的仪器和测量方法分别有、和四种。3水准测量中，调节圆水准气泡居中的目的是使；调节管水准气泡居中的目的是使。两者的关系是。
18、4由已知点A测量并计算未知点B的高程的方法有两种，一是，其计算公式是；二是；其计算公式是。第49页/共58页5写出水准仪上3条轴线的定义：1）视准轴；2）水准管轴；3）圆水准器轴。6水准仪应满足的几何条件有：1）；2）；3）。7水准路线的布设形式有、和。8三、四等水准支线，必须进行观测或观测。9珠穆朗玛峰高为8848.13米，其含义是：。10水准测量中，转点的作用是：。第50页/共58页11在某一段水准测量内，用双面尺法观测的结果中，红、黑面后视读数总和减去红、黑面前视读数总和，应等于。二、选择题1水准测量是利用水准仪提供的（）来测定两点间高差的。A）水平面B）水平视线C）竖直面D）铅垂线2在
19、水准测量中，仪器视线高应等于（）。A）后视读数+后视点高程B）前视读数+后视点高程C）后视读数+前视点高程D）前视读数+前视点高程3水准测量中，后视点A的高程为40.000m，后视读数为1.125m，前视读数为2.571m，则前视点B的高程应为（）。A）43.696mB）38.554mC）41.446mD）36.304m第51页/共58页4关于微倾水准仪的视准轴与水准管轴不平行所产生的误差，下面说法正确的是（）。A）误差大小一定，与前后视距无关B）误差大小与两点间高差成比例，但与距离无关C）误差与前、后视距之和成比例D）误差与前、后视距之差成比例5中心十字丝交点与物镜光心的连线称为望远镜的（）
20、。A）视准轴B）横轴C）竖轴D）水准管轴6在水准测量中，转点所起的作用是（）。A）传递高程B）传递距离C）传递高差D）A和C7下列误差中，利用中间法不能消减的是（）。A）对光透镜运行误差B）标尺零点误差C）地球曲率影响D）大气折光影响第52页/共58页8水准测量中，调节圆水准气泡居中的目的是使（）。A）竖轴竖直B）视准轴水平C）十字丝横丝水平D）十字丝竖丝竖直9水准测量中，调节管水准气泡居中的目的是使（）。A）竖轴竖直B）视准轴水平C）十字丝横丝水平D）十字丝竖丝竖直10水准仪四条主要轴线必须满足三个几何条件才能用之进行水准测量，下面条件中，不必要满足的是（）。A）LLVVB）LLCCC）十字
21、丝横丝仪器竖轴D）VVCC11圆水准器轴的检验校正是为了满足（）。A)LLVVB）LLCCC）LLVVD）LLCC第53页/共58页三、名词解释1.水准测量2.望远镜视准轴3.水准路线4.水准点5.高差闭合差四、简答题1.水准仪必须满足那些条件？2.为什么把水准仪安置在距离前、后视两根尺子大致相等的地方？3.为什么水准测量读数时，视线不能靠近地面？4.转点在测量中起何作用？转点由前视点变为后视点及仪器搬至下一站的过程中，为什么不容许发生任何移动？如何选择转点？第54页/共58页五、计算题1根据下表中的观测数据完成四等水准测量的计算。第55页/共58页测站编号后视上丝下丝前视上丝下丝后视距前视距
22、方向与尺号标尺读数(m)黑面红面K+黑减红高差中数（m）备注视距差累积差五、计算题1.5711.1970.79704171.3840.5516.1715.239KA=4.787KB=4.6872.1211.7472.1961.8211.9342.0086.6216.796后A前B后-前后B前A后-前121根据下表中的观测数据完成四等水准测量的计算。第56页/共58页BM1h2=1.424mh1=2.134mh3=1.787mh4=-1.714m11站h5=-0.108m10站8站8站12站N1N2N3N42调整下列闭合水准路线成果，并计算各点高程。其中：水准点的高程HBM1=44.313m第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页