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1、比:第二章水准测量教学要点一、教学内容(1) 水准测量的原理;(5)水准测量的内业计算(2) 水准仪的构造和水准测量工具(6)水准仪的检验与正;(3) 水准仪的使用;(7)水准测量的误差;(4) 水准测量的施测方法;(8)其他水准仪简介。二、重点和难点(1) 、重点: 水准仪的使用,水准测量的施测方法;(2) 、难点: 水准测量的内业计算和水准仪的检验与校正。三、教学要求(1) 1 了解水准测量路线的布设,水准仪的检验与校正,水准测 量误差及注意事项,自动安平水准仪.精密水准仪和电子水准仪 的(2) 、掌握采准测量的原理,DS3水准仪的构造及使用,普通水准 测量的施测方法及内业计算。四、计划教
2、学时数:理论教学6学时,操作练习2学时。第一节水准测量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线,读取竖立在两个地面点上 的水尺的读数,直接测定地面上两点间的高差,然后根据已知点高程 和测得的差,推算出未知点高程。大地水准面图21水准测原理图2-1如示,设水准测量是由“向进行的,则彳点为后视点,B点为前 视点彳点冬上的后视型为叭B尺上的前视读数为b。A、B两点间高差 hAB为:蠢!( 2-1)因此,高差等于后视读数减去前视读数。在测量中,有时安置一次仪器,需测定多个地面点的高程,采用视线高法就比较方便。第二节 水准测量的仪器和工具 水准测量所使用的仪器为水准仪,工具有水准尺和尺垫。国产水准仪按其
3、精度分DS05, DSi, DS3及DS10等几种型号。 05、1、3和10表示水准仪精度等级。DS表示大地水准仪。 精度等级表示每千米往返测得的高差中数的中误差毫米值。 DS3微倾式水准仪的构造 DS3水准仪主要由望远镜、水准器及基座组成。如图23所示图23 DS3水准仪立体图视准轴的延长线即L图27符水准器分划値图26管水准器(1)、管水准器管水准器用于赭确整平仪器.如图26 所示.它是玻璃管.其纵剖而方向的内膺 研磨成一定半径的圆弧形,水准管上一般 刻有间隔为2mm的分划线,分划线的中点0 称为水准管零点,通过零点与圆弧相切的 纵向切线厶尿为水准管轴L-L.糜水准管轴平行于视准轴.如图2
4、5 所示水准管上2mm圆弧所对的圆心角r 称为水准管的分划值,水准管分划愈 小,水准管灵敏度愈高,用其整平仪 器的精度也愈高.DS3型水准仪的水准 管分划值为20,记作20 /2mm. 如图2 7所示.望远镜的作用是精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的部件望远 镜由物镜、目镜、对光透镜 和十字丝分划成,如图2 -4(1) 、物镜和目镜:物镜是水准仪对准目标的镜头,目镜是眼睛观看的镜头。物镜和目镜采用复合 图2-4望远镜纵平面图 透镜组,目标经过物镜成像后形成一个缩小实像。(2) 、十字丝分划板十字丝分划板由光学玻璃制成,如图25 所示.十字丝分划板的作用是瞄准目标和读 数用的。移动对光透镜,可
5、使不同距离的目 标均能清晰地成像在十字丝平面上。(3 )、视准轴十字丝交点与物镜光心的连线,称为视准轴C-C.为视线,水准测量就是在视准轴水平时,用十字丝的中丝在 水准尺上 截取读数的。(2).符合水准器为了提高水准管气泡居中的精度采 用符合水准器。如图28所示.(3) 、圆水准器图2-8符介水准器圆水准器装在水准仪基座上用 于粗略整平。圆水准器顶面的玻内表 面研磨成球面,球面的正中刻有圆圈, 其圆心称为圆水准器的点.过零点的 球面法线 U ,称为圆水准器轴。 如图29所示3、基座:支座作用是支承仪器的上部,并通 过连接螺旋与三脚架连接。它主要由轴座、 脚螺旋、底板和三脚压板构成.转动脚螺旋,
6、 可使圆水准气泡居中。二、水准尺水准尺是进行水准测量时与水准仪配合使用的标尺.常用的水准尺有塔尺和双面尺两种.(1).塔尺是一科逐节缩小的组合尺,其长度为3m-5m,有两节或三节连接在一起,尺面上有宽度为lcm黑白相间的刻划.(2)、双面水准尺尺长为3m 两根尺为一对.尺的双面均有刻划,一面为黑白相间,称为黑面尺,尺底为0. 000m;另一面为红白相间,称为红面尺,一宜尺的尺底为4. 787%另一宜尺的尺底为4.687;两尺差为常数0. Im,这个常数称为尺专 三、尺垫尺垫是由生挾铸成.一般为三角形板座,其下方有三个脚,可以踏入土中.尺垫上方有一突起的半球体,水准尺立 于半球顶面.第三节水准仪
7、的使用一、安置仪器微倾式水准仪的基本操作程序为:从仪器箱中取出水准仪, 头上。如图2-11所示。松开三脚架架腿的固定 螺旋,调整架腿长度,再 拧紧固定螺旋,张开三脚 架将架腿踩实,使三脚架 架头大致水平。通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。图2-12圆水准器榕平(1) 、先调平两个脚螺旋将园水准器置于两脚螺 旋之间,用两手按相对方 向转动两脚螺旋,使气泡 沿两脚螺旋连线方向由& 移至6调平两个脚螺旋。(2) 调平另一个脚螺旋用手转动另一个脚螺旋使气泡由6移至中心,调平脚螺旋。 整平时,气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋的方向一致, 与右手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向相反。如图2-12所示(1)
8、 、目镜调焦松开制动螺旋,将望远镜转向明亮的背景, 转动目镜对光螺旋,使十字丝成像清晰。(2) 、初步瞄准通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准 尺,旋紧制动螺旋。(3) 、物镜调焦W2-13梢确嘲准0谀数转动物镜对光螺旋,使水准尺的成像清晰。14所示a)存在视空b)没右视腔(4) 、精确瞄准转动微动螺旋,使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央,直至尺像与十字丝平面重合,如图2-13十今丝宁係乐自眼曲水准竹气泡=6精确整平简称精平观察水准气泡窗内的气泡 影像,用右手缓慢地转动 微倾螺旋,使气泡两端的 影像严密吻合。此时视线即为水平视线。如图2-15所示。符合水准器气泡居中后,应立即用十字丝 中丝在水
9、准尺上读数。读数时应从小数向大 数读,直接读取米、分米和厘米,并估读出 毫米,共四位数。如图2-16所示,读数是 1. 336叽 读数后再检查符合水准器气泡是否 居中,若不居中,应再次精平,重新读数。1M l 第三讲教学要点1、水准测量的施测方法2、水准测量的内业计算1. 重点: 水准测量的施测方法2、难点:水准测量的内业计算1、了解水重点和水准路线的布设。2、掌握水准测量的方法和内业计算方法。1、思考题:2-5、2-72、作 业:2-6.2-8第四节水准测量的施测方法用水准测量的方法测定的高程 控制点称为水准点,记为BMx 水准点有永久性和临时性两种。图217国家就等级水准点国家等级水准点设
10、为永久性 水准点如图2-17和图2-18所示。 建筑工地上的永久性水准点, 其形式如图2-189所示。图219建筑工程水准点a)永久性水准点 b)临时性水准点临时性水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打 入地下,桩顶钉铁钉,作为水准点的标志,如图2-19b示。水准路线的布设形式分类(1) .附合水准路线从已知高程水准点出发,沿待 定高程的水准点进行测量,最后 附合到另一已知高程水准点的水 准路线,称附合水准路线.如图2-20(2) 、闭合水准路线从已知高程水准点出发,沿各待定 高程点进行水准测量,最后又回到原 出发点的环形路线,称为闭合水准路线(3)、支水准路线从已知高程水准点出发,沿待定
11、高程 水准点进行水准测量,既不闭合又不 附合的水准路线,称为支水准路线. 支水准路线要进行往返测量.图2-22转点用TPx表示,在水准测量中它们起传递高程的作用。如图2-23所示,已知水准点BM/的高程为印,现欲测定点的高程沟.1、水淮測咖测:2.现测与记录1BMA1.4530.580132.815TP.l0.8732TRI2.5320.770TR21.7623TP.21.3721.337TP.30.0354TP.30-8740.929TR41.8035TP.41.0200.564B1.584134.009计算检核7.2516.0572.6871.493工一工归+1.194v/l=+1.194
12、仏沪丹一丹1=+1.1943. 计算与计算检核每一测站都可测得前、后视两点的高差,即:方 1 = S - 斤 h2 = a 2 _方2方 5 = a 5 _方5将上述各式相加,得:hAB=lh = lab则B点高程为:Hb二Ha+I!ab二Ha+功为了保证记录表亜数据的正确,应对后视读数总和减前视读总和、高差总、3点高程与彳点高程之差进行检核,这三个数字应相等一= 7.251m- 6.057m = +1.194mh = 2.687 m- 1.493m = +1.194mH B - H A = 134.009m-132.815m = 4-1.194m三.水准测量成果检测水准路线测量成果检测附合水
13、准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点间的高 差,即 W厂JX-宓厂豺十(町附)实测离差代数和与其理论离 差的差称为离差闭合差= Hb-Ha闭合水准路线各测段高差代数和应等于零,即:Z hth = o 如果不等于零,则高差闭合差为:wh = Y.hm支水准路线往测高差与返测高差的代数和应等于零。2h f + 工hb = o如果不等于零,则高差闭合差为:w二f +2力2. 水准测量的测站检核在同一个测站上用两次不同的仪器高度,测得两次高差进行检 核。要求:改变仪器高度应大于10cm,两次所测高差之差不超过 容许值(等外水准测量容许值为 6mm),取其平均值作为该测 站最后结果,否则须要
14、重测。分别对双面水准尺的黑面和红面进行观测。利用前、后视的黑 面和红面读数,分别算出两个高差。如果不符值不超过规定的限 差(四等水准测量容许值5呗),取其平均值作为该测站最后结果,否则须要重测。3、普通水准测量的高程闭合差容许值规定:普通水准测量的高差闭合差均不得超过规定的容许值,即fhv fh容 伟容=土 40Vt mm仕容=12 a/qmm注:Z为水准路线长度(ktn);力为测站数.第四讲1、水准仪的检验与校正2、水准测量的误差3、其他水准仪简介1、重点:水准仪的检验与校正2、难点:其他水准仪简介1、了巒他水准仪的构造和使用原理,理解水准测量误差原因及减小方法和措施。2、掌握水准仪的检验和
15、校正方法。1、思考题:2-10、2-122、作业:2-11第六节微倾式水准仪的检验与校正根据水准测量的原理,水准仪必须能提供一条水平的视线,它 才能正确地测出两点间的高差。为此,水准仪在结构上应满足以 下的几何条件。图224水准仪的轴线(1) 圆水准器轴 U应 平行于仪器的竖轴VV-(2) 十字丝的中丝应垂直 于仪器的竖轴W(3 )水准管轴瓦应平行于视准轴CC。如图2-4所示在水准测量之前,应对水准仪进行检验和校正二.水准仪的检验与校正(1) .检验方法旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中,然后将仪器绕竖轴旋转180,如果气泡仍居中,则表示该几何条件满足;否则需要校正。(2 )、校正方法先调整脚螺旋,
16、使气泡向零点方向移动偏离值的一半,此时 竖轴处于铅垂位置。然后稍旋松圆水准器底部的固定螺钉,用校 正针拨动三个校正螺钉,使气泡居中,紧固定螺钉。圆水准器校正螺钉的结构如图2-25所示。此项校正,需反复 进行,直至仪器旋转到任何位置时,圆水准器气泡皆居中为止。 最后旋紧固定螺钉。2.十字丝中丝垂直于仪器的竖轴的检验与校正安置水准仪,使圆水准器的气泡严格居中。用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标,旋紧制动螺旋。转动微动螺旋,如果目标点沟不离开中丝,中丝垂直于仪器竖轴 如果目标点离开中丝,如图2-26C所示,则需要校正。松开十字丝分划板座 的固定螺钉,转动十字丝 分划板座,使中丝一端对 准目标点必再将
17、固定螺 钉拧紧。此项校正也需反 复进行。a2 =2 w 初1/图335水M校正隹X4)瞄准点水准尺,读出中丝 的读数22,如果32与22相等,表示 两轴平行。否则需要校正。如图2-28所示1)转动微倾螺旋,使十字丝的中丝对准彳点尺上应读读数鋭,2)用校正针拨松水准管一端左、右和上、下校正螺钉,使气泡 居中,将校正螺钉旋紧。如图2-35所示3)再进行检验,直至达到要求。图227水准管轴平行视准轴的检验3)在离B点大约3m左右的点处安置水准仪,精平后读得$点尺上 的读数为勿。根据勿和高差加屛出点尺上视线水平时的应读读 数为:PHwwvmw3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正(1)、检验方法1).在
18、较平坦的地面上选择相距约80m的久两点,打木桩或 放置尺垫。用皮尺丈量定出的中间点C2)、在CE安置水准仪,用变动仪器高法,连续两次测出儿B 两点的高差,若两次测定的高差之差不超过3mm,则取两次高差 的平均值作为高差勿於。由于距离相等,前、后视读数误差迅相 等,故高差加/不受视准轴误差的影响。图228水准存轴平行J视准轴的检验第七节水准测量误差与注意事项 1、水准管轴与视准轴不平行误差经校正任存在的残余误差.这种误差的彩响与距离成正比,观测时 使前、后视距离相等,可消除此项误差。 2、水准尺误差因水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等原因产生的误差.因此, 水准尺要经过检核才能用.1. 水准管气
19、泡的居中误差气泡不居中存在误差,致使视线偏离水平位置,产生的读数误 差为减小该误差,每次读数时,都要使水准管气泡严格居中。2. 读数误差估读水准尺毫米数的误差为读数误差。读数误差的大小与望远镜的放大倍率以及视线长度有关。测量工作中,对不同等级的水准测量应满足对望远镜放大倍率和 最大视线长度的规定,以保证估读精度。3. 视差的影响误差存在视差时,由于十字丝平面与水准尺影像不重合,若眼睛的 位置不同,便读出不同的读数,而产生读数误差。因此,观测时 要仔细调焦,严格消差。4. 水准尺倾斜的影响误差水准尺倾斜,将使尺上读数增大,从而带来误差。为了减少这种误差的影响,水准尺必须扶直。 1水准仪下沉误差
20、由于水准仪下沉,使视线降低,而引起高差误差。如采用“后、 前、前、后”的观测程序,可减弱其影响。 2.尺垫下沉误差 如果在转点发生尺垫下沉,将使下一站的后视读数增加,也将 引起高差的误差。釆用往返观测的方法,取成果的中数,可减弱 其影响。为了防止水准仪和尺垫下沉,测站和转点应选在土质实处,并踩 实三脚架和尺垫,使其稳定。3. 地球曲率及大气折光的影响图230地球曲率及人气折光的影响NX由于大气折光的形响,视水准测量时用水平视线 代替水准面在水准尺上的读 数产生的误差为”0.07 务f = c / = 0.43 :线要发生弯曲,在水准尺上 的读数将减小Z值就是大气折 光对读数的影响,在稳定的气象
21、条件下,r约为c的1/7, 地球曲率和大气折光的共同影响为:4、温度的影响误差温度的变化不仅会引起大气折光的变化,而且产生水准管变形和管内 液体温度的升高,气泡向着温度高的方向移动,影响水准管轴的水平,产 生了气泡居中误差。测量中应随时注意为仪器打伞遮阳.一. 精密水准仪和精密水准尺精密水准仪与一般水准仪比较, 在结构具有如下特征:(1) 、水准器具有较高的灵敏度。 水准仪的管水准器T值较小。(2) 、望远镜具有良好的光学性能。如DS 1水准仪望远镜放大倍数为4 0倍,能较精确地瞄准水准尺的划(3) 、具有光学测微器装置。可直接读取水准尺一个分格, 提 高读数精度。(4) 、视准轴与水准轴间的
22、联系相对稳定,受温度变化小。2精密水准尺精密水准仪必须配精密水准尺使用.精密水准尺一般有两种尺身刻有左右两排分划,右边为基本分划,左边为辅助划。基本分 划的注记从零开始,辅助分划的注记从某一常数研始.尺身两排均为基本划分,但彼此错开5mm.尺身两侧分别注记米数 和分米数。尺身标有大小三角形分别表示分米的起始线和半分米处. 水准尺上的注记数字比实际长度增大了 一倍,使用这种水准尺测量时, 要将观测高差除以2才是实际高差。如图2-30示3精密水准仪的操作方法精密水准仪的操作方法与一般水准仪基本相同,只是读数方法有些 差异。在水准仪精平后,要转动测微轮使视线上、下平行移动,使十 字丝的楔形丝正好夹住
23、一个整分划线,被夹住的分划线读数为m、dm、 cm.此时视线上下平移的距离则由测微器读数窗中读出mm.实际读数 为全部读数的一半.二、自动安平水准仪自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋,而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器,不须精平。圆水准器气泡居中后,视准轴 仍存在一个微小倾角a,在望远镜 的光路上安置一序金器,使通过物 镜光心的水平光线经过木M尝器后偏 转一个0角,仍通过十字丝交点, 使十字丝交点上读出的水准尺读数,为视线水平时应该读出的数。由于无需精平,可以缩水准测量的 观测时间,提高水准测量的观测精度。使用自动安平水准仪时,首先将圆水准器气泡居中,然后瞄准水准尺, (读数前按补偿器按钮)
24、等待24秒后,即可进行读数。三. 激光水准仪如图2-34所示,激光水准仪由激光器、水准仪和电源组成。受大气折光彬响小、观测精度高将激光器发出的激光导入水准仪的望远镜内,在望远镜的视准轴方向 射出一束可见红色激光,利用激光在水准尺上的光斑读数(1) 、安置水准仪和激光器及连接电源.(2) 、粗平水准仪和瞄准水准尺(3) 、精平水准仪、调焦距、调目镜使水准尺和十字丝清晰、接通激光器电源发射激光,在望远镜中读取水准尺上激光斑点 处的水准尺的读数.激光水准仪配合光电反光棱镜可在建筑施工场地 平整测设中使用。四. 电子水准仪简介(1) 操作简捷观测时间短,自动观测和记录及数字显示测量果.(2) 附有数据
25、处理器及与之配套的软件,可实现测量工作自化。电子水准仪的观测精度高,电子水准仪的分辨力为0. 1mm, 每千来往返测得高差中数的偶然中误差为20mm;电子水准仪使用的水准尺为锢钢条形编码尺,电子水准仪识别和摄 入水准标尺上的条形编码后,经处理器转变为相应的数字通过信号转 换和数据化,在显示屏上直接显示中丝读数和视距。电子水准仪由1键盘测操作量键工作.有两行LCD显示器显示测量结 果和系统的状态。观测时,电子水准仪在人工完成安置与粗平瞄准条 形编码水准尺后,按下测量键后约3 4秒即显示出测量结果。其测量 结果可贮存在电子水准仪内.一、水准测量原理和水准仪及使用要求理解水准测量原理、了解普通水准仪的基本构造,掌握普通水准仪的粗平、瞄准、精平和水准尺的读数方法。二、普通水准测量的施测与内业计算要求理解水重点和水准路线的布设方法,掌握水准测量的观测、记 录计算和测量成果的检核方法及水准测量路线的高差闭合差的计算和 调整方法。三、水准仪的检验与校正要求了解水准仪应满足的几何条件,掌握园水准器、十字丝板、水 准管轴的检验与校正方法。四、水准测量的误差和其他水准仪要求了解水准测量的误差来源和精密水准仪、自安平动水准仪、激 光水准仪、电子水准仪的特点及基本构造和基本原理。掌握消减水准 测量误差的措施和其他四种水准仪的使用方法。
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