数字测图原理与方法()

1、2022年7月5日3时07分 测绘工程系1数字测图原理与方法数字测图原理与方法第第4章章 水准测量和水准仪水准测量和水准仪2009年年8月月2022年7月5日星期二 测绘工程系2 第第4 4章章 水准测量水准测量 4.1 4.1 水准测量原理与方法水准测量原理与方法 4.2 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.3 4.3 水准测量外业施测水准测量外业施测 4.4 4.4 水准测量误差分析水准测量误差分析 4.5 4.5 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 4.6 4.6 水准测量数据处理水准测量数据处理 2022年7月5日星期二 测绘工程系3第4章 水准测量和水准仪测量三项基本工作之一

2、：高程测量测量三项基本工作之一：高程测量高程测量高程测量：测量地面上各点高程的工作：测量地面上各点高程的工作高程测量有下列几种方法：高程测量有下列几种方法： 1.几何水准测量（主要方法）几何水准测量（主要方法） 2.三角高程测量三角高程测量 3.GPS高程测量高程测量2022年7月5日星期二 测绘工程系4几何水准测量2022年7月5日星期二 测绘工程系5三角高程测量2022年7月5日星期二 测绘工程系6GPS高程测量2022年7月5日星期二 测绘工程系7 4.1 水准测量原理与方法水准测量原理与方法一、水准测量一、水准测量原理原理 利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来利用水准仪提供的一条

3、水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。的高差，求出待定点的高程。bahabhABABABABhHH2022年7月5日星期二 测绘工程系8 规定：水准测量前进方向为A点到B点 A点竖立的水准尺为后视尺，B点竖立的水准尺为前视尺，水准仪到后视尺的距离为后视距，水准仪到前视尺的距离为前视距，后视尺上的中丝读数为后视读数，后视尺上的中丝读数为后视读数前视读数后视读数 ABhA、B两点间高差：2022年7月5日星期二 测绘工程系9二、地球曲率的影响二、地球曲率的影响aMA bNB bNNaMMRSAa2

4、2RSBb22)(baABbah2022年7月5日星期二 测绘工程系10水准测量中，前后视距大致相等，可以消除或减弱地球曲率对高差的影响。)(2BABAABSSRSSbah当SA SB时bahAB2022年7月5日星期二 测绘工程系11三、水准测量方法三、水准测量方法 当A、B两点高差较大或距离较长时，安置一次仪器不能测得两点间的高差，需要增设一些临时立尺点，作为传递高程的过度点，这些过度点称为转点。nABhhhh 21A、B两点间高差：2022年7月5日星期二 测绘工程系12 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 水准测量所使用的仪器为水准测量所使用的仪器为水准仪水准仪，所使用的工具，所使用

5、的工具为为水准尺水准尺和和尺垫尺垫。 水准仪按其水准仪按其精度精度划分为四个等级：划分为四个等级： 精密水准仪精密水准仪DS05DS05、DS1DS1；普通水准仪；普通水准仪DS3DS3、DS10DS10 D D大地测量；大地测量；S S水准仪；后面的数字代表仪器的测量水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。 水准仪按其水准仪按其构造构造可分为四种：可分为四种： 微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪准仪 目前，普通工程测量中目前，普通工程测量中最常

6、用最常用的水准仪是：的水准仪是： DS3DS3微倾式水准仪微倾式水准仪（或（或DS3DS3自动安平水准仪）自动安平水准仪）2022年7月5日星期二 测绘工程系13一、一、S3S3微倾式水准仪的基本构造微倾式水准仪的基本构造 作用：为测量高差提供一条水平视线 组成：望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板； 9.脚螺旋；10.弹簧帽； 11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座 2022年7月5日星期二 测绘工程系14(

7、1)望远镜由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成C C视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线视准轴在测量时必须保持水平，也就是水平视线！2022年7月5日星期二 测绘工程系15（2）水准器水准器分为圆水准器和管水准器两种。管水准器用来指示视准轴是否水平 0 点 2mmRo 管水准器又称为长水管水准器又称为长水准管准管 水准管分划值水准管分划值 ：是：是水准管表面水准管表面2mm圆弧圆弧所对应的圆心角所对应的圆心角 水准管轴水准管轴LL：过水准过水准管零点所作圆弧面的管零点所作圆弧面的纵切线纵切线LL2062652 R2022年7月5日星期二 测绘工程系16 2mm圆水准器用来指示仪器竖轴是否

8、竖直 LL 圆水准器分划值圆水准器分划值 ：是圆：是圆水准器表面水准器表面2mm圆弧所对应圆弧所对应的圆心角的圆心角 DS3水准仪水准器分划值水准仪水准器分划值 通常为：长水准管通常为：长水准管 圆水准器圆水准器 圆水准器轴圆水准器轴 ：过圆水过圆水准器零点所作圆球面的法线准器零点所作圆球面的法线02 8LL 2022年7月5日星期二 测绘工程系17DS3水准仪常采用符合水准管系统目的是提高水准管气泡居中的精度 符合气泡符合尚未符合 符合气泡符合， 水准管轴与视 线水平。微倾螺旋微倾螺旋2022年7月5日星期二 测绘工程系18（3）基座 基座通过连接螺旋与基座通过连接螺旋与三脚架相连三脚架相连

9、 基座用于支承水准仪基座用于支承水准仪上部，水准仪旋转轴上部，水准仪旋转轴插入基座轴套可自由插入基座轴套可自由旋转旋转 基座上的三个脚螺旋基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准气泡用于调节圆水准气泡 仪器竖轴仪器竖轴VV：就是：就是水准仪的旋转轴水准仪的旋转轴望远镜水准器基座三脚架VV2022年7月5日星期二 测绘工程系19CCLLVVLL水准仪的主要构造特点 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 圆水准器轴圆水准器轴 仪器竖轴仪器竖轴VV 必须满足的几何条件：必须满足的几何条件： VV 十字丝横丝十字丝横丝 VV LL CCLL LL 2022年7月5日星期

10、二 测绘工程系20二、二、 水准尺和尺垫水准尺和尺垫1、水准尺有、水准尺有单面尺、双面尺、塔尺单面尺、双面尺、塔尺2、标准水准尺为一对双面尺，、标准水准尺为一对双面尺， 其中其中: A尺和尺和B尺尺黑面黑面03m; A尺尺红面红面4.6877.687m, B尺红面尺红面4.7877.787m。3、尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，、尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志并标志转点转点位置。位置。2022年7月5日星期二 测绘工程系21三、三、 水准仪的使用水准仪的使用为测定为测定A、B两点的高差，首先将水准仪安置在两点的高差，首先将水准仪安置在A、B两点之间，然后按以下两点之间，然后按以下四个步骤四

11、个步骤进行操作：进行操作：1、粗平（粗略整平）、粗平（粗略整平） 目的是使仪器竖轴铅直目的是使仪器竖轴铅直 调节三个脚螺旋调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中使圆水准器气泡居中，气泡移，气泡移动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。2022年7月5日星期二 测绘工程系222、瞄准（瞄准水准尺）、瞄准（瞄准水准尺） 首先转动目镜调焦螺旋首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰使十字丝清晰，转，转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目使目标清晰标清晰。注意消除。注意消除视差视差！ 什么是视差？产生的原因？如何消除？什么是视差？产

12、生的原因？如何消除？2022年7月5日星期二 测绘工程系233、精平（精确整平）、精平（精确整平） 在每次读数之前，都应在每次读数之前，都应注视注视符合水准气泡观符合水准气泡观测窗，转动测窗，转动微倾螺旋微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合使水准管气泡居中，即符合水准器的水准器的两端气泡影像对齐两端气泡影像对齐，只有当气泡已经稳，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，定不动而又居中的时候，水准管轴水平，视准轴水准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一条水平视线。亦水平，即提供了一条水平视线。微倾螺旋微倾螺旋2022年7月5日星期二 测绘工程系244、读数（精确整平）、读数（精确整平） 仪器精确整平后，

13、即可用仪器精确整平后，即可用十字丝横丝十字丝横丝（即中（即中丝）在水准尺上读数。丝）在水准尺上读数。 读数按由小到大的方向，读出米、分米、厘读数按由小到大的方向，读出米、分米、厘米、并仔细米、并仔细估读毫米估读毫米数。数。 读数记录一般均不加小数点，读数记录一般均不加小数点，读记四位数读记四位数，以毫米为单位以毫米为单位。 黑面读数黑面读数a=1274（mm） 红面读数红面读数 b=5958（mm）2022年7月5日星期二 测绘工程系252022年7月5日星期二 测绘工程系26 水准仪读数实例水准仪读数实例6.2526.2521.4771.4770.7250.725 bc a2022年7月5日

14、星期二 测绘工程系27 自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种借助一种“补偿器补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状的特别装置，使视线自动处于水平状态。态。自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面1)1)自动安平水准仪自动安平水准仪四、自动安平水准仪及数字水准仪四、自动安平水准仪及数字水准仪2022年7月5日星期二 测绘工程系28自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面

15、自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面2022年7月5日星期二 测绘工程系292)2)数字水准仪数字水准仪望远镜望远镜基座基座 脚螺旋脚螺旋自动安平补偿器自动安平补偿器 电子电子水准水准 仪仪调焦螺旋调焦螺旋制动、微动螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜分光镜 ：将由物镜计入的光分为可见光和红外光：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水准仪）（电子水准仪）2022年7月5日星期二 测绘工程系30几种

16、数字水准仪几种数字水准仪2022年7月5日星期二 测绘工程系31 4.3 水准测量外业施测一、水准测量的外业实施一、水准测量的外业实施1. 水准点水准点 事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点的高程控制点(Bench Mark)称为水准点。称为水准点。 水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面起的半球面, 用于放置水准尺。用于放置水准尺。 2022年7月5日星期二 测绘工程系322. 水准测量施测程序 已知已知HA， 求高程求高程HB，中中间放置标尺的过度点间放置标尺的过度点ZD1，

17、ZD2.称为称为转点转点, 起高程传递作用起高程传递作用, 实测实测时转点上应使用时转点上应使用尺垫尺垫 。2022年7月5日星期二 测绘工程系33 1）将水准尺竖立在已知高程点上作为后视，水准仪）将水准尺竖立在已知高程点上作为后视，水准仪安置于施测路线前进方向适当位置，在施测路线前进安置于施测路线前进方向适当位置，在施测路线前进方向上取水准仪至后视大致相等的位置竖立水准尺方向上取水准仪至后视大致相等的位置竖立水准尺（转点放置尺垫）作为前视。观测员将水准仪粗平后（转点放置尺垫）作为前视。观测员将水准仪粗平后照准后视尺，读取后视距（下丝读数照准后视尺，读取后视距（下丝读数-上丝读数）上丝读数）

18、100），仪器精平后读取后视读数。转动望远镜照），仪器精平后读取后视读数。转动望远镜照准前视尺，读取前视距，精平后读取前视读数。记录准前视尺，读取前视距，精平后读取前视读数。记录员将读数分别记录在手簿相应位置。第员将读数分别记录在手簿相应位置。第1站工作结束。站工作结束。 2）水准仪迁至第）水准仪迁至第2站，第站，第1站前视尺成为后视尺，依站前视尺成为后视尺，依第第1站相同的工作程序进行第站相同的工作程序进行第2站工作。站工作。2022年7月5日星期二 测绘工程系343.普通水准测量 普通水准测量可以按水准测量施测程序进行，一普通水准测量可以按水准测量施测程序进行，一般是读取后视尺、前视尺黑面

19、中丝读数，也可以般是读取后视尺、前视尺黑面中丝读数，也可以分别读取后、前视尺的黑红面中丝读数。分别读取后、前视尺的黑红面中丝读数。 测站高差检核有测站高差检核有双仪高法双仪高法和和双面尺法双面尺法（1）双面尺法双面尺法：黑面读数高差：黑面读数高差： 红面读数高差：红面读数高差： 红黑面高差之差：红黑面高差之差： 最后高差中数：最后高差中数： （2）双仪高法双仪高法：改变仪器高度改变仪器高度10cm以上，测出两以上，测出两次高差，进行检核。次高差，进行检核。黑黑黑bah-=红红红bahmmmmhhh5)100(红黑2)100(mmhhh红黑2022年7月5日星期二 测绘工程系35普通水准测量手簿

20、测站点号水准尺读数高差高程后视前视1I0119281.09910829223721.69320679322681.150102111841437- 0.895103233251435- 0.973I0424082022年7月5日星期二 测绘工程系364.四等水准测量 测量程序：1）照准后视尺黑面，读取后视距、中丝读数2）将后视尺红面转向水准仪，读取红面中丝读数3）照准前视尺黑面，读取前视距、中丝读数4）将前视尺红面转向水准仪，读取红面中丝读数 程序简称“后后前前” 测量时符合水准气泡居中后读取中丝读数。2022年7月5日星期二 测绘工程系37三（四）等水准测量观测手簿测站编号后尺下丝 前尺下丝

21、方向及尺号标尺读数K+黑减红高差中数上丝上丝后距前距黑面红面视距差ddI111后128459710前25807368-147.145.6后-前-1296 -13971-1.2961.51.52后172665130前18666554-137.537.7后-前-0140-00411-0.140-0.21.33后13846520-1前20076793149.448.1后-前-0175-0273-2-0.1741.32.64I12后13046093-2前25857271145.647.1后-前-1281-11783-1.280-1.51.11012022年7月5日星期二 测绘工程系38二、水准测量路线

22、布设形式二、水准测量路线布设形式 水准测量路线的布设分为单一水准路线（水准测量路线的布设分为单一水准路线（a、b、c）和水准网（和水准网（d、e）。单一水准路线的形式有三种：）。单一水准路线的形式有三种：附合水准路线（附合水准路线（a）、闭合水准路线（）、闭合水准路线（b）和支水准）和支水准路线（路线（c）。）。2022年7月5日星期二 测绘工程系39一、仪器误差 1. 仪器校正后的残余误差 2. 水准尺误差(包含: 刻划、变形和零点误差等）二、观测误差 1. 读数误差 2. 视差影响 3. 水准管气泡居中误差三、外界条件的影响 1. 仪器下沉和尺垫下沉误差 2. 地球曲率和大气折光的影响 3

23、. 温度的影响4.4 水准测量的误差分析2022年7月5日星期二 测绘工程系40 望远镜的视准轴与水准管的水准轴望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行不平行 i i角对角对读数读数的影响的影响iStgiSxaaaiStgiSxbbb向上倾斜i 角的符号为正2022年7月5日星期二 测绘工程系41 望远镜的视准轴与水准管的水准轴望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行不平行 i i角对角对高差高差的影响的影响向上倾斜i 角的符号为正ABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh2022年7月5日星期二 测绘工程系42地球曲率和地球曲率和大气折光大气折光的影响的影

24、响 1）视线高出地面0.3m， 2）选择合适的天气（阴天、晚上、无风等） 3）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等） 4）最主要的是要求前后视距离应相等！在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。2022年7月5日星期二 测绘工程系434.5 水准仪的检验与校正一、圆水准器的检验与校正 检验目的是保证：圆水准器轴LL 仪器VV二、十字丝的检验与校正 检验目的是保证：十字丝横丝 仪器VV三、管水准器的检验与校正 检验目的是保证：视准轴CC 水准管轴LL （水准仪的主条件）2022年7月5日星期二 测绘工程系44 5.1水准仪应满足的条件水准仪应满足的条件 根本要求是望

25、远镜视线水平，水准尺竖直。为保证水准仪能提供一条水平视线和提高作业的速度，水准仪必须满足以下条件： 1）圆水准器轴LL平行于仪器的竖轴VV； 2）十字丝横丝垂直于仪器的竖轴VV； 3）水准管轴LL平行于望远镜的视准轴CC。2022年7月5日星期二 测绘工程系455.25.2水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 水准仪的检视：检查仪器的各部件是否能正常工作。 1 圆水准器轴平行于仪器竖轴圆水准器轴平行于仪器竖轴 1）检验方法 在坚实地面上安置仪器，调节脚螺旋使圆气泡严格居中，然后将仪器绕竖轴旋转180。若气泡仍居中，则表示条件满足；否则，进行校正。 2)校正原理 若圆水准器轴LL与仪器竖轴VV不

26、平行，则当圆气泡居中时，圆水准器轴处于铅垂位置；仪器竖轴倾斜，设倾斜角为q，当仪器绕竖轴旋转180后，仪器的竖轴位置并没有改变，而圆水准器轴转到竖轴的另一侧。此时，圆水准器轴倾斜2q，使得圆气泡偏离，其偏离量为2q所对的弧长。 2022年7月5日星期二 测绘工程系463）校正方法 校正时，先用校正针拨动圆水准器座底部的三个校正螺丝，使气泡向刻划圈中心移动偏离量的一半，此时圆水准器轴与竖轴平行，然后调节脚螺旋使气泡居中即可，此项校正需反复进行，直到仪器旋转到任何位置圆气泡都居中为止。 2022年7月5日星期二 测绘工程系472 十字丝横丝垂直于竖轴十字丝横丝垂直于竖轴 1）检验方法:安置仪器并粗

27、略整平，用望远镜中的十字丝中心瞄准一个清晰的点状目标，拧紧制动螺旋，然后转动水平微动螺旋，使目标点移动到十字丝的一端。若该点仍位于横丝上，则说明横丝是水平的；若该点明显偏离横丝则需要校正。 2）校正方法 先用工具将目镜筒固紧螺丝稍微旋松，然后缓慢转动目镜筒，使十字丝横丝的一端对准目标点。最后旋紧固紧螺丝。校正后应进行复核。2022年7月5日星期二 测绘工程系48 3 水准管轴平行于视准轴水准管轴平行于视准轴 望远镜视准轴和水准管轴是两条空间直线。该两直线在水平面上的投影不平行，所产生的误差称为交叉误差。在竖直面上的投影不平行所产生的误差称为i角误差。i角误差使前后视读数产生较大误差，是水准仪各

28、项检校中最重要的一项。 （1）检验方法 在平坦地面上选定相距80100m的A、B两点（打入木桩或放置尺垫），分别竖立水准尺。用目估或步测的方法确定A、B两点的中点，安置仪器，测定两点之间的高差。11bahAB2022年7月5日星期二 测绘工程系49 然后将仪器搬到B点附近，一般距B点23m处，分别读取A、B两点的尺上读数a2、b2，其高差为：22bahAB该高差中有i角误差的影响。其i角为：BAABABSShhi2022年7月5日星期二 测绘工程系50 （2）校正方法 仪器不动，调节微倾螺旋，使十字丝中丝在尺上读数为正确读数 。此时，视准轴处于水平位置，但水准管气泡不居中（符合气泡不吻合）。用

29、校正针稍松左右校正螺丝然后拨动上、下两个校正螺丝，采取松一点，紧一点的方法，使符合气泡吻合。此项校正需反复进行，直到i角小于20为止。最后拧紧校正螺丝。 若i角大于20时需要校正。因A点距离仪器较远，i角误差影响最大，其对读数的影响值为：AASixAxaa202水准仪检校2022年7月5日星期二 测绘工程系514.6 水准测量数据处理水准测量数据处理 一、水准测量外业成果的检查与整理一、水准测量外业成果的检查与整理 1、外业成果的检查、外业成果的检查 野外测量工作结束后，应对水准测量手簿进行检查，检查记录是否合理，计算是否正确，并计算出各测段的高差和路线长。 2、外业成果的整理外业成果的整理 外业成果检查无误后，绘制观测值略图。2022年7月5日星期二 测绘工程系52二、单一附合水准路线高程计算二、单一附合水准路线高程计算1、高差闭合差及容许值计算、高差闭合差及容许值计算 观测值与已知数据之差称为闭合差 高差闭合差： 产生高差闭合差的原因较多，但不能超过一定限度，其限度即高差闭合差为容许值。 四等水准测量容许值 mm 等外水准测量容许值 mm 当计算的高差闭合