测量与地图学8

1、 根据人们所使用仪器和施测方法的不同，根据人们所使用仪器和施测方法的不同， 高程测量又可分为水准测量、三角高程测高程测量又可分为水准测量、三角高程测 量、量、GPS高程测量等。其中水准测量是精高程测量等。其中水准测量是精 确测定地面点高程的主要方法之一。确测定地面点高程的主要方法之一。 一等水准测量水准测量:仅在国家等级中存在仅在国家等级中存在 作为国家的高程控制作为国家的高程控制,建立统一的高程基准建立统一的高程基准; 科学研究科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）地壳形变、地面沉降、精密测量） 二等水准测量：作为大城市的高程控制；地面沉降；水准测量：作为大城市的高程控制；地面沉降； 精密

2、工程测量精密工程测量 三、四等水准测量三、四等水准测量: 作为小地区的高程控制；普通工程测量作为小地区的高程控制；普通工程测量 图根水准（普通水准）图根水准（普通水准） A Ba b hAB 前进方向前进方向 大地水准面大地水准面 HA （已知）（已知） HB （待定）（待定） 水平视线水平视线 Hi A、B之间的高差 B点高程 视线高程 结论： 水准测量原理是利用水准仪提供 的水平视线，借助于带有分划的水准 尺，直接测定地面上两点间的高差， 然后根据已知点高程和测得的高差,推 算出未知点高程。 在实际工作中，亦可利用水准仪的视线高H 来计算前视点B的高程。这一做法对安置一 次仪器，并根据一个

3、已知高程点的后视来 求取若干个前视点高程时计算较为方便。 Hi=HA+a HB=HA+(a-b）=Hi-b 当当A、B两点相距较远或其高差较大时，往往安两点相距较远或其高差较大时，往往安 置一次仪器不可能测定其间的高差值时，则必置一次仪器不可能测定其间的高差值时，则必 须在两点之间加设若干个临时的立尺点，作为须在两点之间加设若干个临时的立尺点，作为 高程传递的过渡点（转点），并分段连续安置高程传递的过渡点（转点），并分段连续安置 仪器竖立水准尺，依次测定转点之间的高差，仪器竖立水准尺，依次测定转点之间的高差， 最后取其代数和，从而求得最后取其代数和，从而求得A、B两点间的高差两点间的高差 h。

4、 hAB=h1+ h2+.+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn) =a-b HB=HA+ hi 我国目前水准仪按精度可划分为DS05、DS1、DS3 和DS10四个等级，其中D、S分别为“大地测量”和“水 准仪”汉语拼音的第一个字母，数字则表示该类仪器 的精度。 水准仪系列型 号 DS05DS05DS1DS1DS3DS10 每千米往返测 高差中偶然中 误差 0.5mm0.5mm1mm1mm 3mm 10mm 主要用途 国家一等水准国家一等水准 测量及地震监测量及地震监 测测 国家二等水国家二等水 准测量及其准测量及其 他精密水准他精密水准 测量测量 国家三、四等 水准测

5、量及一 般工程水准测 量 一般工程水准 测量 望远镜的使用望远镜的使用 操作方法操作方法： 1、松开止动螺旋，将望远镜对准明亮的天空或者明亮的 背景，转动目镜调焦，使十字丝达到最清晰状态。 2、用望远镜筒上面的瞄准器（或准星与照门）大致瞄准 目标（不要一开始就在望远镜里面去搜寻目标），旋紧制 动螺旋，然后再观察望远镜目镜，（未发现目标就调节望 远镜水平微动螺旋）同时调节望远镜调焦螺旋，直到看清 目标处于最清晰状态）。 3、调节仪器水平微动螺旋（经纬仪、全站仪还要调节上 下微动螺旋），将目标像放到十字丝分划板合适位置。 （请看水准测量操作片断） 4、视差视差：当望远镜瞄准目标后，眼睛在目镜上下左

6、右做 少许移动，发现十字丝和目标有着相对移动现象，这种现 象称视差。 产生视差的原因产生视差的原因是目标像没有与十字丝分划板重合。 消除方法消除方法是重新调节目镜和物镜焦距，并保持眼睛处于正常状态。 水准器是一种整平仪器的装置，水准器可 分为管水准器、圆水准器2种。管水准器是 用来指示视准轴（物镜光心与十字丝交点 的连线）是否水平，圆水准器是用来指示 仪器竖轴是否竖直。 圆水准器 圆水准器 灵敏度 8/2mm 用于仪器 粗平 管水准器 灵敏度20/2mm 用于仪 器精平 符合水准器符合水准器 水准标尺的构造式样有直尺、折尺和塔尺。直尺长为 3m，折尺长为4m，塔尺长为5m。 用于三、四等水准测

7、量的水准标尺一般为双面（黑红 面）直尺，称之为双面水准标尺。 尺垫是在转点处放置水准尺用的，它用生铁铸成，一 般为三角形，中央有一突起的半球体，下方有三个支 脚。用时将支脚牢固地插入土中，以防下沉，上方突 起的半球形顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。 在利用水准仪进行测量时，其基本操作步 骤为：安置水准仪、粗平、瞄准、精平和 读数。 1.安置： 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上 (1)展开三脚架（高度适中，架腿倾角为65左 右，踩紧三脚架，保持架头大致水平） 2.粗平：转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中。 3.瞄准： 调节目镜：照准明亮的物体（如白色的墙）调节目镜使 之适合自己的视力（十字丝最清晰）

8、； 粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标； 精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，直至无“视差”。 4.精平 用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符 合） 5.读数 用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米 数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也 是必须记录的数字。） 猜猜读数是多少？猜猜读数是多少？ 1.何为1985国家高程基准？水准测量分哪些等 级？ 1985国家高程基准国家高程基准1952-1979验潮资料验潮资料 2.进行水准测量时，设A为后视点，B为前视点， 后视水准尺读数a = 1124,前视水准尺读数b = 1428,则A，B两点的高差hAB？设已知A 点的高程

9、HA20.016m，则B点的高程HB ？ 3.水准仪由哪些主要部分构成？各起什么作用？ 4.用测量望远镜瞄准目标时，为什么会产生视差？ 如何消除视差？ 5.试述使用水准仪时的操作步骤。 自动安平水准仪的特点 1、没有水准管和微倾螺旋；望远镜和支架连 成一体 2、测量时，只需粗平 Zeiss Koni007自动安平水准仪 附合水准路线附合水准路线 支水准路线支水准路线 闭合水准路线闭合水准路线 等外水准测量等外水准测量 步骤为：首先将水准尺立于已知高程的水准点上作为 后视，再将水准仪安置于施测路线的适当位置并读取 后视读数，然后在施测路线前进方向上量取与后视距 离大致相等的距离放尺垫，竖立水准尺

10、并读取前视读 数。记录员根据前、后视读数在相应的手簿中计算测 站高差。 第一测站结束后，可通知后尺向前移动，同时将仪器 迁至第二测站。此时，第一测站的前视变为第二测站 的后视。同第一测站一样进行第二测站的工作。依次 沿水准路线逐站进行观测直至终点。 测站点号 水准尺读数 高差 h 高程 H 备注 后视前视 1 A1 347 446.21 5 转点11 631-0 284 2 转点10 306 转点22 624-2 318 3 转点20 830 转点31 516-0 686 4 转点31 528 转点40 504+1 024 5 转点42 368 B0 694+1 674 445.62 5 1、

11、计算检核、计算检核 两点间的高差等于各转点之间的高差代数和，也等于后 视读数之和减去前视读数之和。 2、测站检核、测站检核 改变仪器高法，在同一测站上，用两次不同的仪器高度 测得两次高差以相互比较进行检核。 3、成果检核、成果检核 附合水准路线法 闭合水准路线法 支水准路线法 水准测量的观测记录需要按水准路线进行成果整理， 包括：测量记录和计算的复核，高差闭合差的计算， 高差的改正和待定点的高程计算。 闭合水准路线 fh=h测=0 附合水准路线 fh=h测-（H终-H始） 支水准路线（往返测量） fh=h往+ h返 地势平坦地区 fh允=40 (mm），L水 准路线长，以km为单位 山地或丘陵

12、 fh允=12 ， n测站数 L n 高差闭合差的调整(改正数) i n n h . i l l h . 当水准路线中的高差闭合差小于允许值时，可以进行 高差闭合差的分配、高差改正和高程计算。 对于闭合水准路线和附合水准路线，按与距离（或测 站数）成正比的原则，将高差闭合差反其符号进行分 配，然后按改正后的测段高差计算各待定水准点的高 程。 点号距离 （km） 测段观测高差 （m） 高差改正值 （m） 改正后高差 (m) 高程 （m） BM.A BM.1 BM.2 BM.3 BM.B 1.6 2.1 1.7 2.0 +2.331 +2.813 -2.244 +1.430 -0.008 -0.0

13、11 -0.008 -0.010 +2.323 +2.802 -2.252 +1.420 45.286 47.609 50.411 48.159 49.579 7.4+4.330-0.037+4.293 h理=HB-HA=49.579-45.286=+4.293m fh= h-（HB-HA)=+4.330- 4.293=+0.037m=37mm fh允=40 L=40 7.4=109mm 每公里改正值= -fh/L=-37/7.4=-5（mm/km） A 1 2 3 +2.331m 1.6km +2.813m 2.1km -2.244m 1.7km +1.430m 2.0km HA=45.28

14、6m HB=49.579m B 1、高差闭合差 2、改正后高差 点号 距 离 （km ） 测得高差 （ m ） 改 正 值 （ m ） 改 正 后 高 差（m） 高 程 （ m ） BM.A45.286 1.6+2.331-0.008+2.323 BM.147.609 2.1+2.813-0.011-2.802 BM.250.411 1.7-1.244-0.008-2.252 BM.348.159 2.0+1.430-0.010+1.420 BM.B 7.4+4.330-0.037+4.293 49.579 视准轴视准轴：十字丝分划 中心与物镜光心的连 线。 水准管轴:经过经过水准 管零点的切

15、切线 纵轴纵轴:仪器旋转轴 圆水准轴圆水准轴:经过圆 水准管零点的法法线 水准仪应满足的基本条件 主要条件 管水准轴应与望远镜的视准轴平行 望远镜视准轴位置不受调焦的影响。 次要条件 圆水准器的水准轴应同水准仪的旋转轴平行 十字丝的横丝应当垂直于仪器的旋转轴。 检验原理 检验方法 校正 检验原理 检验方法 校正 检验规范 规范规定，用于一、二等水准测量的仪器i角不得大 于15，用于三、四等水准测量的仪器i角不得大于 20，否则应进行校正。 bah 准 222 bah 如果h2=h 表明水准管轴不平行视准轴，引起 远尺上读数有误差，以至h2有误差。至于近 尺上的读数，由于距离很小，受水准管轴不平

16、 行视准轴误差的影响很小。 校正： 转动倾斜螺旋，使望远镜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。 hba 水准管 的一端 水准管的 校正螺丝 a.计算A尺水平视线读数： a2=b2+h b.转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数 a2：CC水平 c. 校正水准管气泡居中：LL水平（LL / CC） d. 重复检验直至符合要求。 校正的两种方法校正的两种方法 1、水准管校正 2 1 3 4 十字丝环 校正螺丝 十字丝环 校正螺丝 2 2、校正十字丝 b.调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准读数 a2即 CC水平，从而LL / CC。 a.保持水准管气

17、泡居中即LL水平；卸下望远镜目镜罩 水准尺：因瓦钢+分划式 （一）精密水准尺（一）精密水准尺 一、精密水准仪和水准尺 格值小(=710)，气 泡长、大，符合精度高； 望远镜放大倍率高 （3040），瞄准精 度高 微动螺丝精细，望远镜微 倾对高度的影响小 （二）精密水准仪 读数：瞄准+平行玻璃板+测微分划尺 水准尺：因瓦钢+ 分划式 读数：瞄准+平行 玻璃板+测微分划 尺 精 密 水 读数：读数： 197150197150 测微器测微器 读数窗读数窗 水准器水准器 视窗视窗 楔型丝楔型丝 平行玻璃板测微装置平行玻璃板测微装置 测微器结构与测微原理测微器结构与测微原理 转动测微螺旋，改变平行玻璃板

18、的倾斜角度，可使 视线作上、下平移，平移量在测微分划尺上读取。 二、二、电子水准仪 也称“数字水准仪” 具有自动安平功能。 自动显示水平视线读数和视距。 通过物镜获取水准尺图象，通过 仪器的处理系统，将图象信息转 换成数字显示。 能与计算机实现数据通讯。 基本避免了人为的观测误差（视 差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。 要求竖丝要求竖丝 位于条码位于条码 带上带上 电子水准仪的瞄准电子水准仪的瞄准 测量误差主要有三种： 仪器误差 操作误差 外界的影响 其它 水准测量也具有这些误 差 水准测量的仪器误差 ）圆水准器轴不平行仪器 纵轴LLVV ）十字丝的横丝不水平 ）水准管轴与视准轴不平

19、 行LLCC 气泡居中不准引起的误差 水准尺倾斜引起的误差 瞄准和读数的误差 分析讨论： 1，设气泡居中不准引起的读数误差为 则 毫米则 秒米，气泡格值当视线长 半格 气泡 气泡 5 . 2 2050 )( 2 2 2 m S m m Sm 气泡 m 水准尺倾斜引起的读数误差 与水平视线离尺底 的高度h，尺子的倾斜度 ，以及尺底的厚度b和尺 子安放的情况有关。 铅垂线 水平线 h b 尺斜 2 1 1 sin)cos1 ( k k k b h 上时，当尺子中心放在标志顶 当尺子放在平地上时， 尺斜 对策 精密水准测量时，尺上要装水准器 普通水准测量时 尽量把尺扶直或 扶尺员慢慢地把尺前后摇动，

20、观察员取尺上最小的读数 对于区格式的水准尺，最小一位读数是估读的。一 般说来估读的误差约为1毫米。 十字丝粗约为0.005毫米。望远镜物镜焦距约为 300毫米。当S=60m时，投影在尺面上十字丝的 象粗为 所以当视线长度大于60米时，读数误差会增加。 毫米1 300 60000 005. 0005. 0 f S d 地球曲率的影响 大气折光的影响 大气抖动的影响 温度对仪器的影响 工作时水准仪的视准轴是水平直线， 而大地水准面是曲面。由此，在读 数中就有误差 当S=100米时， 对策： 如果前视水准尺和后视水准尺到测 站的距离相等，则在前视读数和后 视读数中含有相同的 。这样 在高差中就没有这误差的影响了。 因此，放测站时要争取“前后视相等” R S RR 22 )cos1 ( 22 曲 曲 毫米78. 0 接近地面的空气温度不均 匀，所以空气的密度也不 均匀。光线在密度不匀的 介质中沿曲线传布。这称 为“大气折光”。 总体上说，白天近地面的 空气温度高，密度低，弯 曲的光线凹面向上； 晚上近地面的空气温度低， 密度高，弯曲的光线凹面 向下。 l接近地面的温度梯度大 大气折光的曲率大 l由于空气的温度不同时 刻不同的地方一直处于 变动之中。所以很难描 述折光的规律。 l对策： l避免用接近地面的视线工 作 l尽量抬高视线 l用前后视等距的方法进行 水准测量