高程测量分解

高程测量分解第1页/共39页§5-1水准测量原理1.原理

水准仪提供一条水平视线，并借助水准尺来测定地面上两点的高差，并有已知点高程推算未知点高程。

测定地面点的高程工作称高程测量。包括：水准测量，三角高程测量，气压测量，GPS高程测量等。大地水准面ABabHAHBHihAB前进方向前尺后尺第2页/共39页高差法仪高法第3页/共39页§5-2水准仪的使用一、水准仪的构造水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。水准仪按仪器精度分有DS05、DSl、DS3、DSl0等四种型号。D、S分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母；数字05、1、3、10表示该仪器的精度。1、光学水准仪：它主要由望远镜、水准器和基座三部分构成第4页/共39页第5页/共39页微倾式水准仪调整微倾螺旋→管水准气泡居中→水平视线，水准仪——望远镜、水准器、基座。第6页/共39页1)、望远镜十字丝分划板是安装在物镜与目镜之间的一块平板玻璃，上面刻有两条相互垂直的细线，称为十字丝。竖的一条是竖丝，中间横的一条称为中丝(或横丝)，是为了瞄准目标和读取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测距离的，称为视距丝。物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴或视准线

第7页/共39页2)、水准器①管水准器和符合棱镜水准管圆弧中点O称为水准管零点。过零点的切线LL，称为水准管轴。水准管2mm的弧长所对圆心角τ称为水准管分划值（格值）。水准管分划值的大小反映了仪器置平精度的高低。水准管半径愈大，分划值愈小，则水准管灵敏度(整平仪器的精度)愈高。在DS3型仪器上的水准管分划值为20“／2mm。为了提高调整水准管气泡居中的精度和速度，微倾式水准仪在水准管上方安装一组符合棱镜。通过符合棱镜的折光作用，使气泡两端各半个影像反映在望远镜旁的气泡观察窗中。若气泡两端的半像吻合时，表示气泡居中。若两端半像错开，则表示气泡不居中，这时应转动微倾螺旋使气泡半像吻合。这种水准器称为符合水准器。②圆水准器圆圈的中心称为水准器零点。通过零点的球面法线，称为圆水准轴。圆水准器的分划值是指通过零点的任意一个纵断面上，气泡中心偏离2mm的弧长所对圆心角的大小。DS3水准仪圆水准器分划值一般为8′～10′/2mm。由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。第8页/共39页符合水准器原理第9页/共39页3)、基座基座的作用是支撑仪器的上部并与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋和连接板构成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，由基座托承。整个仪器用连接螺旋与三脚架连结。2、电子水准仪二、水准尺和尺垫水准尺是水准测量时使用的标尺。其质量的好坏直接影响水准测量的精度。因此，水准尺需用不易变形且干燥的优质木材制成；要求尺长稳定，分划准确。常用的水准尺有塔尺和双面尺两种，用优质木材或玻璃钢制成。第10页/共39页

双面尺也叫E型尺，多用于三、四等水准测量。尺的长度有2m和3m两种。尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺(也称基本分划)，尺底端起点为零；尺的另一面为红白相间，称为红面尺(也称辅助分划)，尺底端起点不为零，而是一常数K。一根尺常数为4.787m，另一根尺常数为4.787m。一根尺由4.687m开始至6.687m或7.687m，另一根尺由4.787m开始至6.787m或7.787m。双面尺一般成对使用，利用黑红面尺零点差可对水准测量读数进行检核。尺垫由三角形的铸铁块制成，上部中央有突起的半球。使用时，将尺垫踏实，以防下沉，把水准尺立于突起的半球顶部。突起的半球顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。第11页/共39页第12页/共39页三、水准仪的使用1.安置

三脚架高度适中，架头大致水平，架脚螺丝紧固，角度合适，三脚架稳定。通过中心螺丝与仪器紧固。

用脚架腿或脚螺旋调平圆水准器。脚螺旋先二（同时旋进或旋出）后一。2.粗平第13页/共39页粗瞄、调焦、精确照准、消除视差、调十字丝。产生视差的原因是目标通过物镜所成的像没有与十字丝平面重合。消除视差的方法是仔细地反复进行目镜和物镜调焦。直到眼睛上移动，读数不变为止。用微倾螺旋精平符合气泡，用中丝在水准尺上读数。4.精平与读数3.照准第14页/共39页§5-3水准测量的外业施测一、水准测量的基本方法用来标志和保存水准测量成果的地面点称为水准点。

当已知水准点与待测高程点的距离较远或两点间高差很大，安置一次仪器无法测到两点高差时，就需要把两点间分成若干段，连续安置仪器测出每段高差，然后依次推算高差和高程。这时需要设置若干临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点（TP）。实际作业中，公式☆用于高差计算，公式※用于检核第15页/共39页前后尺交替，仪器大致在两尺中间，转点用尺垫。第16页/共39页二、普通水准测量水准测量手簿

表2-1日期：

天气：

组：仪器：

观测者：

记录者：

单位（m）

测站测点水准尺读数高差h高程H备注后视a前视b1A1.364

+0.38554.206

TP.1

0.9792TP.11.259

+0.547

TP.2

0.7123TP.21.278

+0.712

TP.3

0.5664TP.30.653

-1.21154.639

B

1.864计算检核

∑

∑a=4.554m

∑b=4.121m∑h=+0.433m

∑a-∑b=+0.433m,∑h=+0.433m第17页/共39页三、水准测量的检核计算检核测站检核成果检核只能检核计算的正确性，不能检核读数和记录的正确性①变动仪器高法每站观测两次，>10cm②双面尺法黑红面观测K＋黑－红<3mm

黑红面所测高差<5mm①符合水准路线已知点另一已知点符合差②闭合水准路线已知点同一已知点闭合差③支路线往返测已知点未知点往返差第18页/共39页四、国家三、四等水准测量一、技术要求等级符合路线长度(km)水准仪视线长度（m）视线高度水准尺观测次数往返较差、符合或闭合差与已知点连测符合或环线的平地(mm)山地(mm)三45DS1DS0580三丝法读数因瓦往返各一次往一次DS365双面往返各一次四15DS1100三丝法读数因瓦往返各一次往一次DS380双面、单面图根5DS3DS10100三丝法读数双面、单面往返各一次往一次第19页/共39页

三等后－前－前－后可减弱仪器和标尺下沉的影响。

四等后－前－前－后也可采用后－后－前－前二、观测方法以DS3型仪器，双面尺为例1.每站观测顺序表中⑴－⑻2.测站计算与检核表中⑼－⒅3.观测结束后的计算校核（黑－黑－红－红）（黑－红－黑－红）①视距⑿＝⑴－⑵、⒀＝⑸－⑹、⒁＝⑿－⒀<5m、⒂<10m②同一尺读数⑼＝K+⑷－⑺、⑽＝K＋⑶－⑻<3mm③黑红面所测高差⒃＝⑶－⑷

、⒄＝⑻－⑺⑾＝⑽－⑼＝⒃－⒄±100<5mm④平均高差⒅＝｛⒃＋［⒄±100］｝／2①高差∑⒃＝∑⑶－∑⑷、∑⒄＝∑⑻－∑⑺∑［⑶＋⑻］－∑［⑷＋⑺］＝∑［⒃＋⒄］＝②视距∑⑿－∑⒀＝累积差……末站⒂路线长度＝∑⑿＋∑⒀＝2∑⑿－末站⒂＝末站⒂＋2∑⒀第20页/共39页测站编号后尺下丝前尺下丝方向及尺号水准尺读数K＋黑－红平均高差备注上丝上丝后视距前视距黑面红面视距差d累积差∑d⑴⑸后⑶⑻⑽⒅K106=4787K107=4687⑵⑹前⑷⑺⑼⑿⒀后-前⒃⒄⑾⒁⒂114260801后10612115999-1+0.626509950371前10705865271+243.143.0后-前+0625+0728-3+0.1+0.1218120570后10715546241012960052前10603115097＋151.651.8后-前＋1243＋1144-1＋1.2435-0.2-0.1第21页/共39页视准轴水准管轴支点五、微倾式水准仪的检验和校正1、水准仪的主要轴线竖轴圆水准器轴望远镜视准轴（俗称视线），用于观察尺子，取读数水准管轴，水准管是水平状态指示器。用于把其轴置平仪器要求这两个轴平行。从而可以借助水准器把视线置平第22页/共39页2、水准仪满足的条件①竖轴应竖直＝》圆水准器轴平行与仪器竖轴L′L′∥VV②横轴应水平＝》十字丝的横丝水平快速读数③视准轴提供水平视线＝》水准管轴与视准轴平行LL∥CC主要条件次要条件Ⅳ、水准仪检验与校正①圆水准器轴平行与仪器竖轴的检验与校正快速整平误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度检验：整平仪器，使圆水准器气泡居中，把仪器连带水准器绕竖轴旋转180度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。第23页/共39页校正：（气泡移动量一半所表示的倾斜度就是纵轴的倾斜度。）动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。重新用脚螺旋整平仪器。重复上述检验和校正一二次，使这项误差尽可能小。第24页/共39页误差的影响：如果水准尺象偏离十字丝中心，就会增加读数误差检验：用圆水准器使纵轴垂直后，用十字丝的横丝照准某一清晰目标。用微动螺旋转动望远镜，如果十字丝的横丝一直不离开目标，则无误差。否则要校正。校正：松开十字丝的固定螺丝，转动十字丝分划板。

需专业维修人员②十字丝的横丝不水平第25页/共39页误差的影响：

如果视准轴与水准轴平行，则无论在包含视准轴的水平面上还是竖直面上的投影均是平行的；若两轴不平行，则竖直面上投影误差称为i角误差。在水平面上投影称为交叉误差。若i＝0交叉误差不影响高差i角对高差的影响假设i角为正（为负时同理）当存在i角误差时会在读数时产生误差x尺子上读数为正确读数为则③水准轴不平行视准轴第26页/共39页两尺读数测高差时有：当前后视距相等时（SA=SB)，对高差的影响为0。视距差越大，对高差影响越大。第27页/共39页②i角检验的基本原理在A,B两点立尺，将仪器架设在不同的位置两次观测AB的高差会得到，若存在i角误差则：⑴－⑵第28页/共39页检验与校正：方法一：令则简化：２０.６ｍ８０ｍ校正：第29页/共39页校正：用微倾螺丝倾斜望远镜，使视准轴对准远尺正确的读数。这时水准管轴随着也倾斜了。用水准管的校正螺丝使气泡重新居中。观察窗校正螺丝方法２：令则AB简化：20.6ｍ第30页/共39页六、水准测量的误差分析1、仪器误差a.仪器校正后的残差b.水准尺误差2、观测误差a.水准管气泡居中误差设气泡居中不准引起的读数误差为则符合式水准器使居中精度提高一倍若τ＝20″，S=75m=75000mm则mτ=0.5mm第31页/共39页b.读数误差V=28S=75mmv=0.8mmc.视差影响d.水准尺倾斜水准尺倾斜使尺子上读数增大第32页/共39页3、外界条件对水准测量的影响1.仪器下沉2.尺子下沉与时间成正比后－前－前－后消弱3.地球曲率及大气折光的影响地球曲率大气折光4.温度影响第33页/共39页§5-4三角高程测量当地面两点间地形起伏较大而不便于水准施测时，可应用三角高程测量的方法测定两点间的高差而求得高程。该法较水准测量精度低，常用于山区各种比例尺测图的高程控制。一、三角高程测量原理

三角高程测量是根据测站与待测点两点间的水平距离和测站向目标点所观测的竖直角来计算两点间的高差

已知A点高程，欲求B点高程。将仪器安置在A点，照准B目标顶端M，测得竖直角α。量取仪器高i和目标高v。如果测得AM之间距离S，则高差为：第34页/共39页当D大于300米时，要考虑地球曲率很和大地折光的影响：二、三角高程测量的方法①安置经纬仪于测站上，量取仪器高i和目标高v。②当中丝瞄准目标时，将竖盘水准管气泡居中，读取竖盘读数。