水准测量_(4)

1、 2008年11月14日 1 2.1 水准测量原理 原理：原理：利用水准仪提供的一条水平视线，在相邻利用水准仪提供的一条水平视线，在相邻 两准尺读取读数来测定地面两点间的高差，如其两准尺读取读数来测定地面两点间的高差，如其 中一个点高程已知，则可求出另一点的高程。中一个点高程已知，则可求出另一点的高程。 1.高差法高差法: hAB=后视读数后视读数前视读数，即：前视读数，即： 待定点待定点B点的高程：点的高程： bahAB baHhHH AABAB 2.仪高法仪高法(视线高法视线高法): bHH aHH iB Ai bHaH BA 2008年11月14日 2 2.2 水准仪及其使用 水准测量所

2、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，所使用 的工具为的工具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，的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差， 即精度）。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、电子水准仪微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水

3、准仪 目前，普通工程测量中目前，普通工程测量中最常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） 2008年11月14日 3 一、DS3微倾式水准仪及其使用 1. DS3微倾式水准仪的构造 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 1 3 2 7 6 5 4 9 8 10 14 12 13 11 15 16 1.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

4、准器；15.连接小螺 钉；16.轴座 2008年11月14日 4 (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！ 它是用来读数的视线。 2008年11月14日 5 （2）水准器 水准器分为圆水准器和管水准器两种。 圆水准器用来指示竖轴是否竖直 管水准器用来指示视准轴是否水平 0 点 2mm R o 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 管零点与内壁

5、圆弧的管零点与内壁圆弧的 纵切线纵切线 LL 206265 2 R 2008年11月14日 6 2mm 圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直 L L 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 0 2 8 L L 2008年11月14日 7 DS3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

6、准管轴与视 线水平。 微倾螺旋微倾螺旋 2008年11月14日 8 （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 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 V V 2008年11月14日 9 2. 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、单面尺、双面尺、 塔尺塔尺三种三种 （2）标准水准尺为一对

7、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尺红面尺红面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）尺垫半球形顶部用来竖立水 准尺，并标志准尺，并标志转点转点位置。位置。 2008年11月14日 10 3. 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

8、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。 2008年11月14日 11 （2）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？产生的原因？如何消除？ 2008年11月14日 12 （3）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

9、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 2008年11月14日 13 （4）读数（精确整平）读数（精确整平） 仪器精确整平后，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、

10、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） 2008年11月14日 14 2008年11月14日 15 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

11、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 2.3 自动安平水准仪 及数字水准仪 一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪 2008年11月14日 16 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自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面 2008年11月14日 17 二、数字水准仪二、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 调焦螺旋制动、微动螺旋调焦螺旋制动、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

12、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：将由物镜计入的光分为可见光和红外分光镜：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，进行读光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读 数数 （电子水准仪）（电子水准仪） 2008年11月14日 18 二、数字水准仪二、数字水准仪 2008年11月14日 19 2.4 水准测量方法 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 立的高程控制点立的高程控制点(Bench Mark), 常以常以BM表示。表示。 水

13、准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为 凸起的半球面凸起的半球面, 用于放置水准尺。用于放置水准尺。 2008年11月14日 20 2. 待定点高程的测量和计算检核待定点高程的测量和计算检核 已知已知HA， ， 求高程 求高程HB， ，中间 中间 临时放置标尺的过度点临时放置标尺的过度点1， 2.称为称为转点转点, 起高程传起高程传 递作用递作用, 常用常用TP表示，实表示，实 测时转点上应使用测时转点上应使用尺垫尺垫 。 2008年11月14日 21 每测站高差：每测站高差： 各测站高差之和：各测站高差之和： 待定点待定点B点高程：点高程： iii

14、 bah iiiAB bahh ABAB hHH 2. 待定点高程的测量和计算检核待定点高程的测量和计算检核 2008年11月14日 22 普通水准测量记录表普通水准测量记录表 0.7182.209 50.5831.2681.425ZD1 ab=5.358 3.867=1.491 h=2.209 0.718=1.491 HB HA=51.491 50.000=1.491 HB HA=h=a b (计算无误计算无误) 计计 算算 检检 核核 3.8675.358 51.4910.346B 50.6181.5811.219ZD3 51.3360.6720.863ZD2 HA=50.000m 50.

15、000 0.583 0.753 0.873 1.851A 前视前视+后后 视视 备备 注注 高高 程程 （m） 高高 差差标尺读数（标尺读数（m） 测测 点点 0.718 2008年11月14日 23 3 3. 测站检核测站检核 为保证每一测站的高差正确，或在误差允 许范围之内，必须进行测站检核。 测站检核有双仪高法和双面尺法 （1）双面尺法：黑面读数高差： 红面读数高差： 红黑面高差之差： 最后高差中数： （2）双仪高法：改变仪器高度10cm以上， 测出两次高差，进行检核。 黑黑黑 bah 红红红 bah mmmmhhh5)100( 红黑 2 )100(mmhh h 红黑 2008年11月1

16、4日 24 双面尺法水准测量观测记录表 2008年11月14日 25 二、水准路线测量的成果检核二、水准路线测量的成果检核 1.闭合水准路线 从某已知点BMA出发,经待定点 1,2,3,4; 再回到A点。 高差理论值： 高差闭合差： 2.附合水准路线 从已知点BMA出发到另一已知点B, 高差理论值： 高差闭合差： 0 理 h ih hhhf 理测 BMA 1 2 3 4 0 理 h AB HHh 理 )( ABih HHhf A B 2h1h31 2008年11月14日 26 二、水准路线测量的成果检核二、水准路线测量的成果检核 3.结点水准网 （1） 独立水准网 （2）单结点附合水准网 4.

17、支水准路线 从已知点BMA出发到待定点B BMA 1 2 3 4 BMA BMB 5 BMC 1 2008年11月14日 27 三、水准测量的内业计算三、水准测量的内业计算 按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进 行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后 严格满足检核条件。 等外水准测量 高差闭合差容许误差： 山地： 平地： 国家四等水准测量 高差闭合差容许误差： 山地： 平地： mmnf h 12 容 mmLf h 40 容 mmnfh6 容 mmLf h 20 容 2008年11月14日 28 水准测量的内业计算步骤水准测量的内业计算步骤 （附合、闭合水准路线）（附合、闭合水准路线）

18、 h2 1）计算闭合差 2）判断闭合差是否超限 3）计算各测段观测高差的改正数 5）计算各测段的改正后的高差 6）计算各点的高程值 4）检查闭合差是否分配完 BAh HhhhHf 3 2 1 ）（ 容许 nff hh 12 h fv i i h i i h i n n f S S f v iii vhh ； 2212111 vhHHvhHH A A B 2 附合水准路线 h1h31 2008年11月14日 29 例：附合水准测量内业计算 2008年11月14日 30 7-5 三、 四等水准测 量 2.5 三、四等水准测量 三、四等水准测量一般用于建立小地区测图以及 一般工程建设场地的高程首级控

19、制。 一、一、三三. .四等水准测量及其技术要求四等水准测量及其技术要求 三、四等水准点的高程应从附近的一、二等水 准点引测；如在独立地区，可采用闭合水准路 线； 三、四等水准点一般须长期保存，点位须建立 在稳固处。 三、四等水准测量可用精密水准测量方法进行， 而本节主要介绍用S3水准仪进行三、四等水准测 量的方法； 2008年11月14日 31 三、四等水准 测量的技术要 求 三、四等水准测量测站技术要求 等 级 视线长度 (m) 前、后视 距离差 (m) 前、后视 距离累积差 (m) 红、黑面 读 数 差 (mm) 红、黑面 高差之差 (mm) 三 等 75 3 5 2 3 四 等 100

20、 5 10 3 5 三、四等水准测量主要技术要求 等级 每公里高 附合路 水准仪 测段往返测 附合路线或 差中误差 线长度 级别 高差不符值 环线闭合差 (mm) (km) (mm) (mm) 三等 6 45 DS3 12R 12L 四等 10 15 DS3 20R 20L 注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位。 L L R R 2008年11月14日 32 二、二、三三. .四等水四等水 准测量作业方法准测量作业方法 二、二、三四等水准测量作业方法三四等水准测量作业方法 1.1.采用双面尺法作测站检核采用双面尺法作测站检核 2.2.每站观测次序：每站观测次序： 后视后视(

21、(黑面黑面) ) 上丝读数上丝读数(1)(1)，下丝读数，下丝读数(2)(2)，中丝读数，中丝读数(3)(3) 前视前视( (黑面黑面) ) 上丝读数上丝读数(4)(4)，下丝读数，下丝读数(5)(5)，中丝读数，中丝读数(6)(6) 前视前视( (红面红面) ) 中丝读数中丝读数(7)(7) 后视后视( (红面红面) ) 中丝读数中丝读数(8)(8) 后视尺前视尺 2008年11月14日 33 三三 、 四四 等等 水水 准准 测测 量量 记记 录录 2008年11月14日 34 测测 站站 编编 号号 点号点号 后后 尺尺 前前 尺尺 下丝下丝 上丝上丝 下丝下丝 上丝上丝 后视距后视距前

22、视距前视距 视距差视距差d(m)d(m) 方向方向 及尺及尺 号号 水准尺读数水准尺读数 （ m） 黑面黑面红面红面 K+黑黑-红红 平均平均 高差高差 （m） 备备 注注 K为尺为尺 常数：常数： KA=4.787 KB=4.687 三、四等水准测量记录（双面尺法）三、四等水准测量记录（双面尺法） （1）（4） （2）（5） （9）（10） （11）（12） 后后 前前 后后-前前 （3） （6） （8） （7） （15）（16） （14） （13） （17）（18） 1 2 BM.1 -TP.1 TP.1- TP.2 1.536 0.947 58.9 +0.1 1.954 1.373 58

23、.1 -0.2 1.030 0.442 58.8 +0.1 1.276 0.694 58.3 -0.1 后后A 前前B 后后-前前 后后B 前前A 后后-前前 1.242 0.736 +0.506 6.030 5.422 +0.608 1.664 0.985 +0.679 6.350 5.773 +0.577 -1 +1 -2+0.5070 +1 -1 +2+0.6780 2008年11月14日 35 2.6 微倾式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ZZ 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

24、目的是保证：视准轴CC 水准管轴LL （水准仪的主条件） 2008年11月14日 36 CC L L V V Z Z 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 ZZ 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： ZZ VV 十字丝横丝十字丝横丝 VV LL CC L L 2008年11月14日 37 2.7 水准测量误差分析及注意事项 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

25、 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. 温度的影响 2008年11月14日 38 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 iS tgiSx a aa iS tgiSx b bb 向上倾斜i 角的符号为正 2008年11月14日 39 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 ABAB ba baAB hh xxba xbxah )()( )()( )( ba baAB SS i xx

26、h 2008年11月14日 40 地球曲率和地球曲率和大气折光大气折光的影响的影响 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。 2008年11月14日 41 第二章 作业 1. 设A为后视点，B为前视点，A点的高程是 20.123m.当后视读数为1.456m,前视读数为1.579m,问 A、B两点的高差是多少?B、A两点的高差又是多少？ 绘图说明B点比A点高还是低?B点的高程是多少? 2.何为视准轴?何为视

27、差?产生视差的原因是什么? 怎样消除视差? 3.水准仪上圆水准器与管水准器的作用有何不同?， 何为水准器分划值？ 4.转点在水准测量中起到什么作用？ 5.水准仪有哪些主要轴线？它们之间应满足什么条 件？什么是主条件？为什么？ 7.水准测量时，前、后视距相等可消除那些误差？ 2008年11月14日 42 （2）水准器 水准器分为圆水准器和管水准器两种。 圆水准器用来指示竖轴是否竖直 管水准器用来指示视准轴是否水平 0 点 2mm R o 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

28、准管轴LL：过水准过水准 管零点与内壁圆弧的管零点与内壁圆弧的 纵切线纵切线 LL 206265 2 R 2008年11月14日 43 2mm 圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直 L L 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 0 2 8 L L 2008年11月14日 44 二、数字水准仪二、数字水准仪 2008年11月14日 45 普通水准测量记录表普通水准测量记录表 0.7182.209 50