数字水准仪检校及一二等水准测量规程.docx
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数字水准仪检校及一二等水准测量规程
国家空间数据基础框架工程的前期试验设计(之九)
数字水准仪检校
及一、二等水准测量规程
课题名称:
数字水准仪水准观测试验与误差分析
承担单位:
陕西测绘局
*******
起止年限:
2001年1月至2002年12月
数字水准仪检校
及一、二等水准测量规程
(草案)
项目负责人:
白贵霞
报告编写:
葛志成
田保明
陕西测绘局
2002年10月
数字水准仪检校及一、二等水准测量规程
(草案)
1.水准标尺检校
1.1标尺的检视1、2、3(1.代表新仪器,2.代表作业前,3.代表跨河水准测量。
下同)。
⑴标尺有无凹陷、裂缝、碰伤、划痕、脱漆等现象;
⑵标尺刻划线是否清晰,有无异常伤痕。
1.2标尺上的圆水准器的检校1、2、3
⑴在距水准仪约50m处的尺桩上安置水准标尺,使水准标尺的中线(或边缘)与望远镜竖丝精密重合。
如标尺上的气泡偏离,则用改针将标尺圆水准气泡导至中央;
⑵将水准标尺旋转180°,使水准标尺的中线(或边缘)与望远镜竖丝精密重合,观察气泡,若气泡居中,表示标尺此面已垂直,否则应重新对水准仪十字丝进行检校;
⑶旋转水准标尺90°,检查标尺另一面是否垂直,其检校方法同⑴、⑵两项;
⑷再旋转水准标尺90°检查,如此反复检校多次,使标尺能按标尺上圆水准器精确地位于垂直位置。
1.3标尺分划面弯曲差的测定1、2、3
⑴测定方法
通过标尺两端引张一细直线,标尺直立,在标尺尺面的两端及中央分别量取分划面至此细直线距离。
⑵计算方法
标尺弯曲差f按式⑴计算:
……………………⑴
式中:
R上——上端读数,mm;
R下——下端读数,mm;
R中——中间读数,mm。
当名义尺长测定值为标尺带弧长时,f不得大于4.0mm,否则标尺长度l必须按式⑵改正:
……………………⑵
式中:
l′——标尺名义长度,mm。
1.4标尺名义米长的测定1、2
送专业检定单位检定。
1.5标尺尺带拉力的测定1、2
送专业检定单位检定。
1.6标尺温度膨胀系数的测定1、2
送专业检定单位检定。
1.7一对水准标尺零点不等差的测定1、2
⑴准备
在距水准仪约20~30m的等距离处打下三个尺桩,使桩顶间高差约20cm。
⑵观测方法
设置重复测量次数5次。
标尺底面中心接触尺承。
此项检验应进行三个测回。
每一测回中,分别在三个尺桩上依次安置一对标尺,每桩连续读数4次,且望远镜的视轴位置应保持不变。
测回间应变换仪器高。
⑶计算方法
两标尺读数中数的差,即为一对标尺零点不等差。
此项检验范例见表1。
1.8水准标尺中轴线与标尺底面垂直性测定1、2
⑴准备
在距水准仪20~30m的距离处打三个尺桩,三个桩顶间应有几个厘米的高差。
⑵观测方法
设置重复测量次数3次。
此项检验共进行两个测回。
每一测回中,标尺依次置于三个尺桩上。
在每一尺桩上,依次按标尺底面的中心、前边缘、后边缘、左边缘、右边缘整置标尺,每次照准标尺读数4次,且望远镜的视轴位置应保持不变。
⑶计算方法
对于每一尺桩,分别按标尺底面中心、前、后、左、右边缘整置标尺的三个读数,求其中数R1、R2、R3、R4、R5,然后计算(R1-R2)、(R1-R3)、(R1-R4)、(R1-R5),并求出两测回的中数。
若这些中数超出0.10mm时,在作业中必须采用尺圈。
此项检验范例见表2。
2.水准仪检校
2.1水准仪的检视1、2、3
⑴外观
各部件是否清洁;有无碰伤、污点、脱漆、镀膜脱落等现象。
⑵转动部件
转动部件,各转动轴和微动螺旋等转动是否灵活、平稳;垂直轴旋转阻尼大小是否合适;各部件有无松动、失调、明显晃动;螺纹的磨损程度等。
⑶光学性能
望远镜呈像是否明亮、清晰、均匀,调焦性能是否正常等。
⑷显示屏及各按键的电子功能是否正常;蓄电池与充电设备是否正常;记录卡与输出设备是否正常。
⑸补偿性能
自动安平水准仪的补偿器是否正常,有无粘摆现象。
⑹设备件数
仪器部件及附件、备用零件是否齐全。
此项检验要求从外观上对水准仪作出评价,并作记录。
2.2水准仪上概略水准器的检校1、2、3
⑴用脚螺旋将概略水准器气泡导至中央,然后旋转仪器180°。
此时,若气泡偏离中央,则用水准器改正螺丝改正其偏差的一半,用脚螺旋改正另一半,使气泡回到中央。
⑵如此反复检校,直到仪器无论转至任何方向,气泡中心始终位于中央时为止。
2.3视线观测中误差的测定1
⑴准备
在平坦场地上,距仪器约30m处打一尺桩供承标尺用,两脚螺旋连线应与标尺方向垂直。
仔细整平仪器,并须待仪器温度与周围空气温度充分一致时方可进行测定,测定应用测伞遮蔽阳光。
⑵观测方法
设定重复测量次数3次。
测定应尽可能在三种不同气温下观测三组,每种气温下观测两测回为一组,共测六测回,每一测回共测16次。
每次读数均需将标尺方向脚螺旋旋进或旋出1/2周后,再精确将圆气泡居中,标尺方向外的两个脚螺旋在一测回中不能转动。
⑶计算方法
视线观测中误差M按式⑶计算:
……………………⑶
式中:
V——读数与其测回中数的差;
[VV]——每测回V2和;
Σ[VV]——各测回[VV]之和;
——206265,(″);
R——测回数;
n——一测回中读数次数;
D——标尺距仪器的距离。
此项检验范例见表3。
2.4补偿误差的测定1
⑴准备
在平坦的地方丈量一长40~50m的直线,在其两端A、B处打下两个尺桩。
在AB的中间安置仪器,并使其两脚螺旋连线与AB垂直。
⑵观测方法
设置重复测量次数5次,观测时应分别将圆气泡置于如下位置:
a.气泡精确居中(i=0);
b.气泡偏向A尺,气泡偏离大小按仪器说明书中所述的仪器纵向倾斜补偿范围极限而定(i=1);
c.气泡偏向B尺,气泡偏离大小同b(i=2);
d.面向A尺,气泡偏向左边,气泡偏离大小按仪器说明书中所述的仪器横向倾斜补偿范围极限而定(i=3);
e.面向A尺,气泡偏向右边,气泡偏离大小同d(i=4)。
每一气泡位置上应交替地在A、B(或B、A)两标尺照准读数各10次。
⑶计算方法
a.计算观测高差:
……………………⑷
式中:
hi——每一气泡位置上观测高差,mm;
Ai——A标尺上的读数平均值;
Bi——B标尺上的读数平均值。
b.计算补偿误差:
……………………⑸
式中:
——i为1、2、3、4时的补偿误差,即仪器倾斜每角分补偿误差角秒值;
hi——i为1、2、3、4时的观测高差,mm;
h0——气泡居中时的观测高差,mm;
——206265,(″);
D——A、B两标尺的距离,mm;
αi——测定补偿误差时的仪器倾斜角,(′)。
此项检验范例见表4。
2.5调焦透镜运行误差的测定1
⑴准备
选择一平坦场地,根据场地情况在一直线上或半径为25m的半圆周上依次布设0、1……5号点,打入尺桩,并使0号到其余各点的距离分别如下:
D1=5m,D2=10m,D3=20m,D4=30m,D5=50m。
距离须用钢尺丈量。
此项检验应选择呈像清晰稳定的时间进行。
⑵观测方法
设置重复测量次数5次。
每一安置仪器点观测4测回,测回间应变换仪器基座180°及仪器高,每测回先测往测,后测返测,返测观测标尺次序与往测次序相反。
采用直线法时,首先应分别在0号点到其它各点i的中点一侧安置仪器,且使得设站点到0号点的距离等于到i号点的距离,然后再按规定程序观测0号点和i号点上的标尺读数。
采用圆弧法时,在圆心安置仪器,按规定程序依次观测0号点到5号点的标尺读数。
两种方法每测回中不得变动焦距。
最后置仪器于0号点上,按规定程序观测1号点至5号点上的标尺读数,每次读数前均应精确调焦,使成像清晰。
整个观测过程中,应采用单个标尺。
采用直线法在0号点立尺时,可用一根标尺固定在0号点上,而用另一标尺作移动尺立于1至5号点上。
⑶计算方法
a.求出0号点到其它各点的高差hi:
……………………⑹
式中:
L0——对应于Li的0号点各测回往返测读数平均值,mm;
Li——对应于L0的i号点各测回往返测读数平均值,mm。
b.求出在0号点观测1至5号点的视线高度Hi:
……………………⑺
式中:
Mi——在0号点观测1至5号点的各测回往返标尺读数平均值,mm;
Di——0号点到其它各点的距离,m。
c.求出1至5号点的调焦透镜运行误差Vi:
(mm)……………………⑻
式中:
此项检验范例见表5、表6。
2.6i角检验1、2、3
⑴准备
在一平坦场地上用钢卷尺依次量取一直线AI1I2B,其中I1、I2为安置仪器处,A、B为立标尺处,使AI1=I1I2=I2B=15m,A、B处各打一尺桩。
⑵观测方法
设置重复测量次数9次,待仪器温度与环境温度充分平衡后方可进行检测。
在I1、I2处先后安置并仔细整平仪器后,分别在A、B标尺上各照准读数一次,仪器显示i角值并自动存储i角作为视线误差改正用,所以显示i角后要观察i角值是否正常,若异常必须重新再作i角检测。
2.7测站高差观测中误差和竖轴误差的测定1
⑴准备
在一平坦场地分别打两个测桩A、B,使A、B的距离DAB为:
对于一等,DAB=60m;对于二等,DAB=80m。
在A、B连线的中点安置仪器。
⑵观测方法
设置重复测量次数3次。
此项检验分6组进行,每相邻两个观测组应在一个时间段内检验完毕。
每组观测前,应将三个脚螺旋i、j、k置于一定位置;第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ组,分别使两脚螺旋ij、jk、ki平行于AB,第Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ组分别在前一组脚螺旋位置上旋转基座180°。
每组观测10测回,每测回应按相应等级的测站上水准测量限差和观测程序要求观测,且奇数测回照准次序为ABBA,偶数测回照准次序为BAAB,测回间重新整平仪器。
⑶计算方法
a.计算测站观测中误差Mh:
……………………⑼
式中:
V——每组观测高差平均值与测回观测高差之差,mm;
[VV]——每组V2和;
Σ[VV]——各组[VV]之和。
b.计算竖轴误差Δi:
……………………⑽
式中:
h2i-1——奇数组的观测高差平均值,mm;
h2i——偶数组的观测高差平均值,mm。
此项检验范例见表7。
2.8系统分辨率测定1
⑴准备
气温稳定的室内环境,视距10m,标尺以0.02mm的步距在高度方向上移动。
⑵观测方法
设置重复测量次数5次。
标尺的每一个高度位置读10个数,标尺共移动100次,总移动量约2mm。
⑶计算方法
系统分辨率m:
……………………⑾
……………………⑿
式中:
H0——初始高;
Hi——标尺每次上升的观测值;
Gi——每次上升量。
此项检验宜送专业检定单位测定。
2.9磁致误差测定
送专业检定单位测定。
2.10其它
作业期间,每日观测前,测定i角一次。
每日工作开始前应检校仪器上、标尺上的圆水准器。
3.仪器技术指标
序号
技术指标项目
指标限差
超限时处理办法
一等
二等
1
标尺弯曲差
4.0mm
4.0mm
对标尺施加改正
2
一对标尺零点不等差
0.10mm
0.10mm
调整
3
标尺底面垂直性误差
0.10mm
0.10mm
采用尺圈
4
标尺名义米长偏差
100μm
100μm
禁止使用,送厂校正
5
测前测后一对标尺名义米长变化
30μm
30μm
分析原因,合理处理成果
6
标尺尺带拉力与标称值偏差
1.0kg
1.0kg
调整
7
补偿误差(″/1′)
0.10″
0.20″
禁止使用
8
视线观测中误差
0.40″
0.55″
9
调焦透镜运行误差
0.20mm
0.20mm
10
i角
15.0″
15.0″
校正
11
测站高差观测中误差
0.08mm
0.15mm
禁止使用
12
竖轴误差
0.05mm
0.10mm
13
磁致误差
0.02″
0.04″
注:
磁致误差指在磁感应强度为0.05mT的水平方向上的稳恒磁场作用下引起视线的最大偏差。
4.一、二等水准测量规程
4.1观测方法
4.1.1一、二等水准测量采用单路线往返观测。
一条路线的往返测,须使用同一类型的仪器,沿同一道路进行。
4.1.2在每一区段内,先连续进行所有测段的往测(或返测),随后连续进行该区段的返测(或往测)。
若区段较长,也可将区段分成20~30km的几个分段,在分段内连续进行所有测段的往返观测。
4.1.3同一测段的往测(或返测)与返测(或往测)应分别在上午与下午进行。
在日间气温变化不大的阴天和观测条件较好时,若干里程的往返测可同在上午或下午进行。
但这种里程的总站数,一等不应超过该区段总站数的20%,二等不应超过该区段总站数的30%。
4.2观测的时间和气象条件
水准观测应在标尺分划成像清晰而稳定时进行。
下列情况下,不应进行观测:
a.日出后与日落前30分钟内;
b.太阳中天前后各约2小时内(可根据地区、季节和气象情况,适当增减中午间歇时间);
c.标尺分划线的影像跳动剧烈时;
d.气温突变时;
e.风力过大而使标尺与仪器不能稳定时。
4.3设置测站
4.3.1一、二等水准观测,须根据路线土质选用尺桩或尺台(尺台重量不轻于5kg)作转点尺承,特别地质可采用大帽钉。
4.3.2测站视线长度(仪器至标尺距离)、前后视距差、视线高度按下表规定执行。
等级
仪器类型
视线长度
前后视距差
任一测站前后视距差累积
视线高度
重复测量次数
低端
高端
一等
0.30mm
4.0m≤30.0m
≤1.0m
3.0m
0.80m
2.80m
≥3次
二等
0.40mm
3.0m≤50.0m
≤1.5m
6.0m
0.70m
2.85m
≥2次
注:
DiNi12(几何法)视线高度的高端一等允许到2.85m。
在震动较大、成像质量较差时,重复测量次数应适应增多。
正常作业中,相位法读数原理的数字水准仪,重复测量次数可以比上表中数值减少一次。
4.4测站观测顺序和方法
4.4.1往、返测奇数站照准标尺顺序
a.后视标尺;
b.前视标尺;
c.前视标尺;
d.后视标尺。
4.4.2往、返测偶数站照准标尺顺序
a.前视标尺;
b.后视标尺;
c.后视标尺;
d.前视标尺。
4.4.3一测站操作程序如下(以奇数站为例):
a.首先将仪器整平(望远镜绕竖轴旋转,圆气泡始终位于指标环中央);
b.将望远镜对准后视标尺(此时,标尺应按圆水准器整置于垂直位置),用垂直丝照准条码中央,精确调焦至条码影像清晰,按测量键;
c.旋转望远镜照准前视标尺条码中央,精确调焦至条码影像清晰,按测量键;
d.继续照准前视标尺,按测量键;
e.旋转望远镜照准后视标尺条码中央,精确调焦至条码影像清晰,按测量键。
4.5间歇与检测
4.5.1观测间歇时,最好在水准点上结束,否则应在最后一站选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定点,作为间歇点。
如无固定点可选择,则间歇前应对最后两站的转点测桩(用测台转点时,可用三个带帽钉的木桩)做妥善安置,作为间歇点。
4.5.2间歇后应对间歇点进行检测,比较任意两个尺承点间歇前后所测高差,若符合限差要求,即可由此起测;若超过限差,则须从前一水准点起测。
4.5.3检测成果建立新的测段名,人工检验数据,检测成果应保留,但不计入测段高差。
4.6测站观测限差
测站观测限差应不超过下表的规定:
单位:
mm
等级
同一标尺两次读数差
两次读数所测高差的差
检测间歇点高差的差
一等
0.3
0.4
0.7
二等
0.4
0.6
1.0
测站观测中误差超限,在本站发现后可立即重测,若迁站后才检查发现;则应从水准点或间歇点(须经检测符合限差)起测,重新观测。
4.7测段往返起始测站设置
测段往、返起始测站必须进行各项设置的查看与设定。
4.7.1仪器设置主要有:
a.测量的高程的单位和记录到内存的单位为米;
b.最小显示位为0.00001m;
c.设置日期格式为实际年月日;
d.设置时间格式为实时24小时制。
4.7.2测站限差参数设置:
a.视距限差(包括高端、低端);
b.视线高限差(包括高端、低端);
c.前后视距差限差;
d.前后视距差累积限差;
e.两次读数差限差(可讨论舍去);
f.两次读数高差之差限差;
g.重复测量标准差限差。
4.7.3作业设置
a.建立作业文件;
b.建立测段名;
c.选择测量模式:
“aBFFB”;
d.输入起始点参考高程;
e.输入点号(点名);
f.输入其它测段信息。
4.7.4通讯设置(以DL-101C为例)
a.标准设置:
波特率:
1200;数据位:
7;停止位:
1;校验位:
偶检验。
b.用户设置:
波特率:
300/600/1200/2400/4800/9600;
校验位:
偶/奇/无。
4.8观测中应遵守的事项
4.8.1观测前30分钟,应将仪器置于露天阴影下,使仪器与外界气温趋于一致;设站时,须用测伞遮蔽阳光;迁站时,应罩以仪器罩。
4.8.2i角测定前,应将仪器置于露天阴影下,使仪器与外界气温趋于一致;设站时,须用测伞遮蔽阳光;迁站时,应罩以仪器罩,新测定i角与原有i角值比较,相差3.0″以上时,须再次进行i角测定,以确保i角值的正确性。
4.8.3在连续各测站上安置水准仪的三脚架时,应使其中两脚与水准路线的方向平行,而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。
4.8.4除路线转弯处外,每一测站上仪器与前后标尺的三个位置,应接近一条直线,禁止为了增加标尺读数,而把尺桩(台)安置于壕坑中。
4.8.5每一测段的往测与返测,其测站数均应为偶数,由往测转向返测时,两支标尺须互换位置,并应重新整置仪器。
4.8.6标尺圆气泡每天检校一次。
4.8.7避免望远镜直接对着太阳,尽量避免视线被遮挡,遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%;仪器只能在厂方规定的温度范围内工作,确信大型车辆造成的震动过去后,才能启动测量。
4.9各类高程点的观测
4.9.1当观测水准点以及“其它固定点”时,须仔细查对该点的位置、编号和名称是否与相应的点之记相符。
4.9.2在水准点以及“其它固定点”上放置标尺前,须卸下标尺底面的套环。
标尺的整置位置如下:
a.观测基岩水准标石时,标尺置于主标志上;观测基本水准标石时,标尺置于上标志上。
若主标志或上标志损坏时,则标尺置于暗标志或下标志上。
对于未知上、下标志(或主、暗标志)高差的水准标石,须测定上、下标志(或主、暗标志)的高差。
观测时使用同一标尺,变换仪器高度测定两次,两次高差之差不得超过1.0mm。
高差结果取中数后列入高差表,用括号加注;
b.观测“其它固定点”时,标尺置于需测定高程的位置上,并输入点名信息。
水准点的“其它固定点”的观测结束后,应按原埋设情况填埋妥当,并按规定进行外部整饰。
4.10结点的观测
4.10.1观测至水准网的结点时,须在“记录手簿”中详细记录接测及检测情况,填绘格式与结点接测图(与原规范附录A3相同)。
4.10.2经观测证实位于地面变形地区的结点,应与当地变形观测网连测,并纳入该地变形观测规划。
4.10.3位于变形量较大地区的结点,应由几个观测组协同作业,尽量缩短连测时间。
4.11新旧路线连接时的检测
4.11.1新设的水准路线与已测的水准点连(接)测时,若该水准点的前后观测时间超过三个月,须进行检测。
4.11.2对高等级路线的检测,按新设路线的等级进行;对低等级路线的检测,按已测路线的等级进行。
4.11.3检测时,须单程检测一已测测段。
如单程检测超限,则应检测该测段另一单程。
若高差中数仍超限,则继续往前检测,以确定稳固可靠的已测点作为连接点。
4.12往返测高差不符值、环闭合差
4.12.1往、返测高差不符值、环闭合差和检测较差的限差应不超过下表规定:
等级
测段、区段、路线
往返测高差不符值
附合路线闭合差
环闭合差
检测已测测段
高差之差
一等
-
二等
注:
K——测段、区段、路线长度,km;
L——附合路线长度,km;
F——环线长度,km;
R——检测测段长度,km。
4.12.2检测已测测段高差之差的限差,对单程检测或往返测均适用,检测测段长度小于1km时,按1km计算。
4.12.3水准环线由不同等级路线构成时,环线闭合差的限差,应按各等级路线长度及其限差分别计算,然后取其平方和的平方根为限差。
4.12.4当连续若干测段的往返高差不符值保持同一符号,且大于限差的20%时,则在以后各测段中,除酌量缩短视距外,还须加强仪器隔热和防止尺桩(台)位移的措施。
4.13成果的重测和取舍
4.13.1测段往返高差不符值超限,应先就可靠程度较小的往测或返测进行整测段重测,并按下列原则取舍:
a.若重测的高差与同方向原测高差的不符值超过往返测高差的不符值的限差,但与另一单程高差的不符值不超出限差,则取用重测结果;
b.若同方向两高差不符值未超出限差,且其中数与另一单程高差的不符值亦不超出限差,则取同方向中数作为该单程的高差;
c.若a款中的重测高差(或b款中两同方向高差中数)与另一单程的高差不符值超出限差,须重测另一单程;
d.若超限测段经过两次或多次重测后,出现同向观测结果靠近而异向观测结果间不符值超限的分群现象时,如果同方向高差不符值小于限差之半,则取原测的往返高差中数作为往测结果,取重测的往返高差中数作为返测结果。
4.13.2区段、路线往返测高差不符值超限时,应就往返测高差不符值与区段(路线)不符值同符号中较大的测段进行重测,若重测后仍然超出限差,则须重测其它测段。
4.13.3符合路线和环线闭合差超限时,应就路线上可靠程度较小(往返测高差不符值较大或观测条件较差)的某些测段进行重测,如果重测后仍然超出限差,则须重测其它测段。
4.13.4每公里水准测量的偶然中误差MΔ、全中误差MW超限时,应分析原因,重测有关测段或路线。
4.13.5测段重测与原测时间超过了三个月,且重测高差与原测高差之差超过检测限差时,须按4.11条规定进行测段两端点可靠性的检测。
表1
一对标尺零点不等差测定
标尺:
条码式铟瓦标尺№:
034№:
035
观测者:
日期:
2002.10.30
计算者:
仪器:
DiNi12№700546
检查者:
桩号
№034标尺读数
№035标尺读数
Ⅰ测回
mm
Ⅱ测回
mm
Ⅲ测回
mm
Ⅰ测回
mm
Ⅱ测回
mm
Ⅲ测回
mm
1
1218.84
1244.48
1266.82
1218.80
1244.54
1266.90
1218.80
1244.46
1266.80
1218.84
1244.50
1266.90
1218.76
1244.44
1266.78
1218.82
1244.54
1266.88
1218
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