测量与地图学第二讲水准测量.ppt

二、观测误差 (1)水准管气泡居中误差 由于水准管内液体与管壁的粘滞作用和观测者眼睛分辨能力的限制，致使气泡没有严格居中引起的误差。 水准管气泡居中误差一般为±0.15τ″(τ″为水准管分划值)，采用符合水准器时，气泡居中精度可提高一倍。故由气泡居中误差引起的读数误差为： ??式中：D—水准仪到水准尺的距离。 2ρ Mτ=+ D 0.15τ (2)读数误差 在水准尺上估读毫米数的误差，该项误差与人眼分辨能力、望远镜放大率以及视线长度有关。通常按下式计算： 式中：V—望远镜放大率； ? 60″—人眼能分辨的最小角度。 ? 为保证估读数精度，各等级水准测量对仪器望远镜的放大率和最大视线长都有相应规定。 mv= 60 V D ρ （3)视差影响 视差存在时，十字丝平面与水准尺影像不重合，若眼睛观察位置的不同，便读出不同的读数，因此产生读数误差。操作中应仔细调焦，避免出现视差。 (4)水准尺倾斜误差 水准尺倾斜将使尺上读数增大，其误差大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。例如，尺子倾斜3°30′，视线在尺上读数为1.0 m时，会产生约2mm的读数误差。因此，测量过程中，要尽可能保持尺上水准气泡居中，将尺立直。 三、外界条件的影响 (1)仪器下沉 仪器安置在土质松软的地方，在观测过程中会产生下沉。由于仪器下沉，使视线降低，从而引起高差误差。若采用“后、前、前、后”的观测程序，可减小其影响。此外，应选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实。 ?(2)尺垫下沉 仪器搬站时，如果在转点处尺垫下沉，会使下一站后视读数增大，这将引起高差误差。所以转点也应选在坚实地面并将尺垫踏实，或采取往返观测的方法，取其成果的平均值，可以消减其影响。 (3)地球曲率的影响 如图，水准测量时，水平视线在尺上的读数b，理论上应改算为相应水准面截于水准尺的读数b′，两者的差值c称为地球曲率差。 由第一章知 式中：D—水准仪到水准尺的距离。 R—地球半径，取6371km。 水准测量中，当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该误差对高差的影响。 C=D2/2R (4)大气折光影响 由于地面上空气密度不均匀，使光线发生折射。故水准测量时，尺的实际读数不是一水平视线的读数，而是一向下弯曲视线的读数。两者之差称为大气折光差，用γ表示。在稳定的气象条件下，大气折光差约为地球曲率差的l／7，即 γ= 2X7R D2 水准测量中，当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该误差对高差的影响。 精密水准测量还应选择良好的观测时间(一般认为在日出后或日落前两个小时为好)，并控制视线高出地面一定距离，以避免视线发生不规则折射引起的误差。 地球曲率差和大气折光差是同时存在的，两者对读数的共同影响可用下式计算： f=C- r= D2 2R 2X7R D2 (5)温度的影响 温度的变化不仅会引起大气折光变化，造成水准尺影像在望远镜内十字丝面内上、下跳动，难以读数。当烈日直晒仪器时也会影响水准管气泡居中，造成测量误差。因此水准测量时，应撑伞保护仪器，选择有利的观测时间。 自动安平水准仪是用设置在望远镜内的自动补偿器代替 水准管，观测时，只需将水准仪上的圆水准器气泡居中， 便可通过中丝读到水平视线在水准尺上的读数。由于仪 器不用调节水准管气泡居中，从而简化了操作，提高了 观测速度（约为40％）。 一、自动安平水准仪(compensator level) 1．原理——望远镜的光路上加有一个补偿器。 第七节 自动安平水准仪和精密水准仪 自动安平水准仪照片 1、自动安平水准仪的基本原理 如图，视准轴水平时，十字丝交点在B处，读到水平视线的读数a。当视准轴倾斜了一个小角α时，十字丝交点从B移到A处，显然，AB=fα,(f为物镜等效焦距)，这时的读数a不是水平视线的读数；为使视准轴倾斜时，仍能在十字丝交点A处读得水平视线的读数a0 ，在光路中装置一个光学补偿器，使读数为a的水平光线经过补偿器偏转β角后恰好通过倾斜视准轴的十字丝交点A。这时AB=sβ(s为补偿器到十字丝交点A的距离)。因此，补偿器必须满足条件： fα=sβ 这样，即使视准轴存在一定 的倾斜(倾斜角限度为±10′), 在十字丝交点A处却能读到水 平视线的读数 ，达到了自动 安平的目的。 2、自动安平补偿器 补偿器的结构形式较多，我国生产的DSZ3型自动安平水准仪采用悬吊棱镜组借助重力作用达到补偿。 右图为该仪器的补偿结构图。 补偿器装在对光透镜和十字丝 分划板之间，其结构是将一个 屋脊棱镜固定在望远镜筒上， 在屋脊棱镜下方用交叉金属丝 悬吊着两块直角棱镜。当望 远镜有微小倾斜时，直角棱镜 在重力P的作用下，与望远镜作相反的偏转。空气阻尼器的作用是使悬