第2章-水准测量课件.pptx

1、第二章第二章 水准测量水准测量2-1 水准测量原理水准测量原理2-2 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具2-3 水准测量基本方法水准测量基本方法2-4 精度要求及内业计算精度要求及内业计算2-5 水准仪的检验水准仪的检验2-6 水准测量误差分析水准测量误差分析2-7 地球曲率和大气折光影响的消除地球曲率和大气折光影响的消除n2023-5-13n12.1 水准测量原理水准测量原理 一、高程测量及原理一、高程测量及原理1高程测量高程测量(height leveling)测定地面点高程的工作。测定待测点和已知点间的测定地面点高程的工作。测定待测点和已知点间的高差。根据已知点高程，计算出另一点的高程

2、。高差。根据已知点高程，计算出另一点的高程。2高程测量常用方法高程测量常用方法水准测量水准测量(leveling)三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling)气压高程测量气压高程测量(air pressure leveling)GPS高程测量高程测量(GPS leveling)n2023-5-13n23水准测量原理水准测量原理利用水准仪利用水准仪(level)所所提供的水平视线提供的水平视线(horizontal sight)，并借助水准尺并借助水准尺(level staff)测定地面上测定地面上待测点与已知高程点的待测点与已知高程点的高差高差，再由已知点高程和所测

3、得的高差计算出待测点的高，再由已知点高程和所测得的高差计算出待测点的高程。程。n2023-5-13n3abh=a-bHB=HA+hgeoid二、高程计算公式二、高程计算公式1计算公式：计算公式：hAB后视读数前视读数后视读数前视读数ab（21）HBHAhAB （22）2视线高程法计算公式：视线高程法计算公式：HB（HAa）bHib （23a）Hi 称为称为视线高程视线高程(elevation of sight)HiHAa（23b）n2023-5-13n43视线高程应用视线高程应用当假设一次水准仪，依次观测多个前视点当假设一次水准仪，依次观测多个前视点B1、B2、Bn时，采用视线高程时，采用视线

4、高程Hi计算就非常方便。计算就非常方便。HiHAaHB1Hib1HB2Hib2HBnHibnn2023-5-13n54转点转点(Turning Point)传递高程的临时立尺点。记为传递高程的临时立尺点。记为TPin2023-5-13n62.2 测量仪器和工具测量仪器和工具一、水准测量的主要仪器和工具一、水准测量的主要仪器和工具（1）水准仪）水准仪(level)（2）水准尺）水准尺(level staff)（3）三脚架）三脚架(tripod)（4）尺）尺 垫垫(staff plate)n2023-5-13n71.水准仪（水准仪（Pentax 自动安平系列）自动安平系列）n2023-5-13n8

5、n2023-5-13n9水准仪的保管及水准仪的保管及标准配件标准配件2.水准尺和尺垫水准尺和尺垫n2023-5-13n10二、二、圆水准器与读数窗口圆水准器与读数窗口1.圆水准器圆水准器(circular bubble)2.目镜读数窗口目镜读数窗口n2023-5-13n11上丝上丝中丝中丝下丝下丝竖丝竖丝三、水准仪的操作步骤三、水准仪的操作步骤（1）安置）安置（2）粗平）粗平（3）瞄准）瞄准（4）读数）读数n2023-5-13n12步骤（步骤（1）：安置）：安置n2023-5-13n13步骤（步骤（2）：粗平）：粗平n2023-5-13n14步骤（步骤（3）：瞄准）：瞄准步骤（步骤（4）：读）

6、：读数数n2023-5-13n152.3 水准测量基本方法水准测量基本方法一、水准点简介一、水准点简介1.水准点（水准点（Bench Mark，记为，记为BMi）用水准测量方法测定的高程控制点。用水准测量方法测定的高程控制点。2.水准点等级水准点等级精密水准测量精密水准测量(precise leveling)：一等、二等：一等、二等普通水准测量普通水准测量(general leveling)：三等、四等：三等、四等图根水准测量图根水准测量(mapping leveling)：等外：等外/图根图根n2023-5-13n163水准路线水准路线(leveling line)（1）附合水准路线附合水准

7、路线(annexed leveling line)（2）闭合水准路线闭合水准路线(closed leveling line)（3）支水准路线支水准路线(spur leveling line)n2023-5-13n17HBHAHAHA（1）附合水准路线）附合水准路线(annexed leveling line)从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定点进行水准从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定点进行水准测量，最后附合到另一个已知的水准点。测量，最后附合到另一个已知的水准点。特点：两个已知水准点间实测高差与其理论高差应相等，特点：两个已知水准点间实测高差与其理论高差应相等，即：即：闭合差闭合

8、差(closing error)fh0。n2023-5-13n1801niABihHHhf（2）闭合水准路线）闭合水准路线(closed leveling line)从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定点进行从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定点进行水准测量，最后仍回到原水准点。水准测量，最后仍回到原水准点。特点：实测高差之和应为特点：实测高差之和应为0，即：，即：fh0n2023-5-13n190011niiniihhhf（3）支水准路线）支水准路线(spur leveling line)从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定点进行水准从一个已知高程的水准点出发，沿各高程待定点进行

9、水准测量。支水准路线应进行往返测量。测量。支水准路线应进行往返测量。特点：往测高差总和与返测高差总和应大小相等，符号相特点：往测高差总和与返测高差总和应大小相等，符号相反，即：反，即：fh=0n2023-5-13n20011ninihhhf返往二、水准测量的外业工作二、水准测量的外业工作1图根水准测量图根水准测量(Mapping Leveling)常应用于建筑工程中常应用于建筑工程中2水准测量的一般方法水准测量的一般方法（1）两次仪器高法）两次仪器高法（2）双尺面法）双尺面法n2023-5-13n21（1）两次仪器高法）两次仪器高法要点：要点：a）同一测站两次不同仪器高度的水平视线（改变）同一

10、测站两次不同仪器高度的水平视线（改变高度应在高度应在10cm以上）；以上）；b）理论上，两次测量的高差应相等。对于图根水）理论上，两次测量的高差应相等。对于图根水准测量，高差的绝对值准测量，高差的绝对值5mm，否则需要重测。，否则需要重测。n2023-5-13n22（2）双面尺法）双面尺法要点：要点：a）无需改变仪器高度。只是读取水准尺的红、黑）无需改变仪器高度。只是读取水准尺的红、黑尺面读数。理论上，两次测量的高差应相等。尺面读数。理论上，两次测量的高差应相等。b）为了加快测量速度，常采用）为了加快测量速度，常采用“后后前前后后前前”（黑红黑红黑红黑红）读尺顺序。）读尺顺序。c）黑尺面的起算

11、点均为黑尺面的起算点均为0，红尺面的起算点则为，红尺面的起算点则为4.687和和4.787。因此，应先将。因此，应先将红尺面计算出的高差红尺面计算出的高差100mm后才能与黑尺面的高差进行平均。后才能与黑尺面的高差进行平均。n2023-5-13n23（1）数字修约）数字修约将测量数据有效位数舍去的过程。目前比较科学的方法是按照将测量数据有效位数舍去的过程。目前比较科学的方法是按照“四舍六入五成双四舍六入五成双”规则进行。规则进行。（2）“四舍六入五成双四舍六入五成双”规则规则a）有效位数的后一位有效位数的后一位 4舍去舍去 1.3423 1.342b）有效位数的后一位有效位数的后一位 6进一进

12、一 1.6248 1.625c）有效位数的后一位有效位数的后一位=5时时：i）5后面还有数字后面还有数字进一进一 2.36251 2.3634.28153 4.282 ii）5后面没有数字，最后一位保留数字为偶数后面没有数字，最后一位保留数字为偶数，则，则舍去舍去3.2385 3.238，1.5425 1.542 iii）5后面没有数字，最后一位保留数字为奇数后面没有数字，最后一位保留数字为奇数，则，则进一进一 3.2375 3.238，1.5455 1.546n2023-5-13n24【补充知识补充知识】数字修约规则：四舍六入五成双数字修约规则：四舍六入五成双三、数据记录及初步计算三、数据记

13、录及初步计算【例题例题1】两次仪器高法两次仪器高法n2023-5-13n25【例题例题2】双面尺法双面尺法n2023-5-13n262.4 精度要求及内业计算精度要求及内业计算一、主要技术要求一、主要技术要求 依依据：工程测量规范（据：工程测量规范（GB 50026-2007）n2023-5-13n27二、水准测量校核二、水准测量校核n2023-5-13n28校核项目校核项目操作方法操作方法主要作用主要作用局限性局限性计算校核计算校核表格数据平衡计算表格数据平衡计算检查计算错误检查计算错误不能检查原始记不能检查原始记录是否有错录是否有错测站校核测站校核*两次仪器高法两次仪器高法*双面尺法双面尺

14、法检查测站数据检查测站数据只能证明各测站只能证明各测站读数正确读数正确成果校核成果校核计算闭合差计算闭合差 fh综合检查成果综合检查成果n2023-5-13n29水准路线水准路线闭合差闭合差 fh容许闭合差容许闭合差 fh闭合水准路线闭合水准路线fhh测测fh12 mmfh40 mm附合水准路线附合水准路线fhh测测h理理（h理理H终终H始始）支水准路线支水准路线fhh往往h返返三、内业成果校核及改正三、内业成果校核及改正1.闭合差校核闭合差校核2.闭合差调整闭合差调整（a）知道每测段的测站数）知道每测段的测站数ni（b）知道每测段的距离）知道每测段的距离Lin2023-5-13n30ihii

15、nfnvihiiLfLv四、例四、例 题题【例题例题4】附合水准路线附合水准路线n2023-5-13n31n2023-5-13n32注意注意：（1）最终结果里，改正数）最终结果里，改正数V一定等于闭合差一定等于闭合差fh；（2）如果改正数）如果改正数V不能整数分配（不能整数分配（mm为单位）到各测段，一般为单位）到各测段，一般情况将余数分配到测站最多（或者水平距离最长）的测段。情况将余数分配到测站最多（或者水平距离最长）的测段。n2023-5-13n33fh=h测测=3.708+2.456-1.947-2.980-1.195=0.0423.708+2.456-1.947-2.980-1.195

16、=0.042h=12 12 =1212 =76mm76mm；v=-h/n=-42/40=-1.05mmn40 40+0.042-8-6-11-5-12-423.7002.450-1.958-2.985-1.207052.37254.82252.86449.87948.672【例例题题5】闭闭合合水水准路线准路线2.5 水准仪的检验水准仪的检验一、水准仪的轴线与一、水准仪的轴线与关系关系1.水准仪的主要轴线水准仪的主要轴线视准轴视准轴 CC水准管轴水准管轴LL仪器竖轴仪器竖轴VV圆水准器轴圆水准器轴LL十字丝横丝十字丝横丝注：注：自动安平水准仪没有轴自动安平水准仪没有轴线线LLLL。n2023-

17、5-13n342.水准仪轴线之间的关系水准仪轴线之间的关系水准管轴水准管轴/视准轴视准轴 LL/CC圆水准器轴圆水准器轴/竖轴竖轴 LL/VV十字丝中丝十字丝中丝 竖轴竖轴 n2023-5-13n353.水准仪的检验水准仪的检验（1）圆水准器轴与仪器竖轴平行的检验）圆水准器轴与仪器竖轴平行的检验n2023-5-13n36（2）十字丝横丝与仪器竖轴垂直的检验）十字丝横丝与仪器竖轴垂直的检验n2023-5-13n37（3）水准管轴与视准轴平行的检验）水准管轴与视准轴平行的检验（自动安平水准仪不需此项）（自动安平水准仪不需此项）n2023-5-13n382.6 水准测量误差水准测量误差 1.仪器误差

18、仪器误差（1）水准仪校正的残余误差）水准仪校正的残余误差（i角角0）前、后视距相等，可消除或者减弱前、后视距相等，可消除或者减弱i角误差的影响。角误差的影响。（|i角角|2020时，可以不校正仪器时，可以不校正仪器）（2）水准尺误差）水准尺误差采用符合技术要求的水准尺采用符合技术要求的水准尺n2023-5-13n392.观测误差观测误差（1）读数误差）读数误差（2）水准尺（前后）倾斜）水准尺（前后）倾斜（3）视差）视差n2023-5-13n403.外界环境的影响外界环境的影响（1）仪器下沉和尺垫下沉的误差）仪器下沉和尺垫下沉的误差（2）地球曲率的影响）地球曲率的影响（3）大气折光的影响）大气折

19、光的影响（4）温度变化的影响）温度变化的影响n2023-5-13n412.7 地球曲率和大气折光影响的消除地球曲率和大气折光影响的消除一、地球曲率的影响及消除一、地球曲率的影响及消除1.地球曲率的影响地球曲率的影响2.消除方法消除方法前、后视距相等！前、后视距相等！n2023-5-13n42二、大气折光的影响及消除二、大气折光的影响及消除1.大气折光的影响大气折光的影响在阳光直射下，地面温度较高，靠近地面的空气温在阳光直射下，地面温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀薄。水准仪的水平视线离度也较高，其密度较上层为稀薄。水准仪的水平视线离地面越近，光线的折射就越大。地面越近，光线的

20、折射就越大。2.消除方法消除方法（a）视线离地面的距离不小于）视线离地面的距离不小于0.2m；（b）选择大气状况比较稳定的时段观测。）选择大气状况比较稳定的时段观测。n2023-5-13n43【课外思考题课外思考题】（1）pp44 题题2-2、2-4、2-5、2-6（2）完成课本表）完成课本表2-2中各转点中各转点TPi的高程计算，并要求列出的高程计算，并要求列出高程计算过程。高程计算过程。（3）习题）习题2-9（4）习题）习题2-8中，如果中，如果A点高程为点高程为16.335m，请列表计算各，请列表计算各转点高程及转点高程及B点高程。点高程。（5）课本表）课本表2-1中，如果中，如果BM-D的实际高程的实际高程HD14.462m，各测段的水平距离各测段的水平距离Li分别为分别为150m、250m、150m、250m、200m。请完成以下问题：。请完成以下问题：1）求出转点）求出转点15的高程；的高程；2）检验测量成果是否符合要求，并进行改正计算。）检验测量成果是否符合要求，并进行改正计算。n2023-5-13n44