1、,高程测量,第二章,测量学,一、目的：获得某点的高程；一般测高差，根据已知点的高程，求算未知点的高程二、方法： 水准测量（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） 三角高程测量（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，适用于非平坦地区）,21 高程测量概述,水准测量原理,用一条水平视线比较两点的高低,1、高差：haba：后视读数 b：前视读数,2、B点的高程通过水准仪的视线高程计算：,视线高程：,B点高程：,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，在该面上的任一点，其绝对高程为零(zero elevation) 。为确
2、定这个基准面，在青岛设立国家水准原点，经测定，水准原点的高程为72.260m,三、水准原点：,1956黄海高程系统 ： 根据（1950年1956年）的潮汐观测资料 1985年黄海高程系统：青岛验潮站1952年1979年的潮汐观测资料，1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。 1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。,黄海高程系统,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的高程。（BM：benchmark）,四、水准测量等级：,一、二等水准测量称为“精密水准测量”，是国家高程全面控制的基础，又可以为研究地
3、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为本地区的高程基础（高程系统）。,三、四等水准测量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。,二等水准点,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。,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加设若干个临时的立尺点，称转点（TP：Turning Point），转点的作用是传递高程。（测段、测站、转点）,六、连续水准测量：,一、水准尺和尺垫1、用干燥优质木材、铝材或玻璃钢制成，长度有2m、3m、5m；有整尺、折尺和塔尺。 黑面尺：0000； 红面尺：（4
4、687或4787：称零点差）2、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；上面有一突起的半球形。,22 水准仪和水准尺,水准尺和尺垫,水准尺的刻划,1、等级：按照精度分为DS05，DS1，DS3，DS10 。 D：大地；S：水准仪；下标：每公里水准测量的误差，以毫米计。 DS05，DS1：精密水准仪； DS3，DS10：工程水准仪或普通水准仪,二、水准仪,望远镜,圆水准器,管水准器（水准管）,基座,DS3水准仪：南京日华光电有限公司,望远镜（提供视线，读出远处水准尺上的读数） 水准管（指示仪器或视线是否处于水平位置） 基座（支撑仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动
5、）,2、构造：,组成：物镜和目镜 物镜：倒立的实像（透镜组合：正立像） 目镜：正立的放大的虚像 分划板：刻在薄玻璃片上的三根横丝和一根纵丝。,二、望远镜：,1、视准轴：物镜光心和十字丝交点的连线。,（中丝：读取水准尺的读数；上丝和下丝，又称视距丝：测定水准仪到水准尺的距离）,目的：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的， 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， 需要转动物镜调焦螺旋移动调焦透镜，使目标成像与十字丝分划板重合。,物镜调焦螺旋：,目的：十字丝像清晰视差：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之
6、间有相对移动，这种现象称“视差”。,目镜调焦螺旋：,消除视差：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。,放大率：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。分辨率：望远镜能够分辨出两个相邻物点的能力。视场角：望远镜所能看到的视野范围。亮度：通过望远镜所能看到物体的明亮程度。,2、性能：,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：水准管表面刻有2mm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）,1、 水
7、准管：,水准管轴：通过水准管的零点作圆弧的切线，称水准管轴。 气泡居中：气泡的中点与水准管的零点重合时，称气泡居中。 水准管的安装：装在圆柱形的上面揩油窗口的金属管内，用石膏固定，一端用球形支点A，另一端用校正螺丝B、C把金属管连在仪器上。,封闭的圆形玻璃容器； 顶盖的内表面为球面； 容器内盛乙醚类液体； 留有一小圆气泡。,2、圆水准器,零点 ：容器顶盖中央刻有小圈，小圈的中心是圆水准器的零点。 圆水准器轴：通过零点的球面法线是圆水准器的轴。（圆水准器气泡居中，圆水准器轴位于铅垂位置）,四、各级水准仪的技术参数：,一、三角架： 1、松开3个制动螺旋，伸缩架腿，三角架高度适当，旋紧制动螺旋； 2
8、、三角等距分开，使架头大致水平； 3、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,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） 方法：两手同时反方向转动两个脚螺旋；再转动另一脚螺旋。,二、粗平：,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 1、转动目镜，进行调焦，十字丝清晰； 2、 准星：照准目标，制动螺旋； 3、调焦螺旋：物象清晰； 4、微动螺旋：十字丝竖丝照准水准尺。,三、瞄准：,微倾螺旋，水准管气泡居中。,四、精平：,十字丝中丝在水准尺上的读数: 0.858m 0858mm,五、读数：,0797,0900,
9、一、水准点：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，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。,24 水准测量的方法,在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称水准路线。,二、水准路线：,1、闭合水准路线：从某一已知高程的水准点出发，经过若干待定的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后仍回到原水准点，称闭合水准路线。（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）,2、附和水准路线：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）,3、支水准路线：从一个已知高程的
10、水准点出发，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。,（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。可以通过往返测量来检核）,1、方法：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；中间架水准仪。,三、水准测量施测方法：,A,TP1,TP2,B,b2,a2,a3,b1,a1,b3,注意：测站检核（5mm）： 双仪器高法、双面尺法,2、水准测量记录手簿,测站,测点,水准尺读数,高差,高程,备注,A,TP1,TP2,TP3,TP4,B,1467,1385,1869,1425,1367,1124,1674,0943,1212,173
11、2,0.343,0.289,0.926,0.213,0.365,27.354,28.182,计算检核 ,7.513,6.685,1.482, 0 .654,28.182 27.354=0.828,6.685=0.828, 0.654=0.828,后视,前视,四、水准测量的检核,1、计算检核： h abHBHA,2、测站检核： 变仪器高法（高差容许值：6mm） 双面尺法（水准尺黑面和红面读数之差：3mm；两次高差之差：5mm）,3、成果检核（水准路线）,附和水准路线： 理论：h H终H起 实际： hH终H起 高程闭合差： fhh（ H终H起 ）,闭合水准路线： 理论：h 0； 实际： h0 高程
12、闭合差： fhh,支水准路线： 理论：h往 h返 实际： h往 h返 高程闭合差：fhh往 h返 （往返测量） fhh1 h2 （并行测量）,水准测量实习,水准测量实习,水准测量实习,水准测量实习,7组,6组,一、高程闭合差计算：,25 水准测量内业：,高程闭合差,容许高程闭合差,（1）存在高程闭合差的原因：测量误差是不可避免的，但误差应在限差范围内。,水准测量成果整理,（误差大小随线路长度或测站数的增加而增加）,例：一条附合水准路线的野外观测数据如下,fhh（ HBHA ）2.741(59.03956.345)=+0.047m,fh=47mmFh,（2）改正数(v)：由于存在误差，所以对高差
13、进行改正，即进行改正数的计算。 计算原则： 反符号、按比例,注意： 改正数为整数；（有效位数与已知数据一致） 改正数的和与闭合差大小相等符号相反。,例如：,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）：,1、闭合差计算： fhh（ HBHA ） 2.741(59.03956.345)=+0.047m fhFh2、改正数：反符号按比例（距离或测站数）,高程计算（列表）,1,2,3,4,A,1,2,3,B,0.8,1.3,1.1,0.7,3.9,12,18,13,11,54,+2.785,-4.369,+1.980,+2.345,+
14、2.741,-10,-16,-11,-10,-47,+2.775,-4.385,+1.969,+2.335,+2.694,56.345,59.120,54.735,56.704,59.039,辅助计算,fh+47mm n=54 fh/n=-0.87mm Fh容=88mm,测段编号,点名,距离,测站数,实测高差,改正数,改正后高差,高程,备注,（1）画草图，将外业观测数据（距离、高差）填入表格；（2）计算闭合差，改正数；（3）计算改正后高差（4）计算高程,三、过程：,26 水准仪的检验和校正,要求： 得到一条水平视线（即视准轴水平） 实际： 圆水准器气泡符合 水准管气泡符合,一、水准仪的轴线及应
15、满足的条件 圆水准器轴平行于仪器竖轴； 横丝垂直于竖轴； 水准管轴平行于视准轴；,目的：旋转照准部，在各个方向圆水准器气泡都居中。,二、圆水准器的检验和校正：,检验： 1、拧脚螺旋，圆水准器气泡居中； 2、照准部旋转180度，如果气泡偏离，说明两条轴线不平行。,校正： 1、拧脚螺旋，使气泡向圆水准器中心移动偏距的一半； 2、用校正针拨圆水准器底下的三个校正螺丝，气泡符合。,转动180,拧脚螺旋,拨校正螺丝,气泡偏离,气泡向中间移动一半,气泡居中,检校过程,目的：水准仪整平后，十字丝的横丝水平。 检验： 1、整平仪器，十字丝交点瞄准明显点P，拧紧制动螺旋； 2、转动微动螺旋，如果P点相对望远镜左
16、右移动时离开横丝，表示纵轴铅垂时横丝不水平。,三、十字丝的检验和校正：,校正：旋下靠目镜处的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝组的四个固定螺丝，按横丝倾斜反方向转动十字丝组。,目的：水准管轴平行于视准轴,四、水准管轴平行于视准轴的检验和校正,检验方法： 1、平坦地面选定68-80m的A、B两点，立水准尺； 2、将水准仪置于中点，精平后测高差； 3、水准仪搬到B点相距2m处，精平后测高差。 4、如果两高差相等或在误差范围内，说明水准管轴平行于视准轴，否则不平行。,b2,b1,A,B,a2,a1,a2,1、转动微倾螺旋，使横丝在水准尺上的读数正确； （视准轴水平，但水准管气泡不居中） 2、用校正针拨
17、动水准管位于目镜一端的上下两个校正螺丝，使水准管两端的影像符合，则水准管轴亦处于水平位置。,校正：,一、误差分析（仪器、人、外界环境） 1、仪器误差 2、整平误差：在水准尺上读数时，水准管轴处于水平位置。水准管气泡没有精确居中，引起视准轴倾斜产生误差。 3、水准尺倾斜：读数时，水准尺必须竖直。如果水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜中不会察觉，引起水准尺读数偏大。,27 水准测量的误差分析和注意事项,4、水准仪下沉：水准仪处土壤松软，水准仪在测站上随安置时间的增加而下沉。 5、外界环境的影响：大气折光的影响；日光和风力的影响。,1、观测（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；搬站时，仪器收拢，一手握脚架，另一手托仪器） 2、记录（边记录边回报；字体清晰端正，记错划线重写；高差当场计算） 3、立尺（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）,二、注意事项：,
