水准测量原理和方法ppt课件

1、水准丈量主讲人：项霞 四川大学水利水电学院 二零零八年八月 水准丈量第 三 讲本本 次次 授授 课课目的和要求目的和要求本次授课的重本次授课的重点与难点分析点与难点分析 水准丈量方法水准丈量方法 水准成果计算水准成果计算 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 水准丈量误差分析水准丈量误差分析 水准丈量方法水准丈量方法 水准仪满足的条件水准仪满足的条件水准丈量3.43.4水准丈量方法水准丈量方法3.4.13.4.1水准点水准点 为了一致全国高程系统和满足科研、测图、国家建立的需求为了一致全国高程系统和满足科研、测图、国家建立的需求，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的丈量标志，并用水准，测绘部门在

2、全国各地埋设了许多固定的丈量标志，并用水准丈量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点丈量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点Bench Bench MarkMark，常用，常用BMBM表示。表示。水准点有水准点有: :永久点永久点暂时点暂时点 水准丈量3.4.2 3.4.2 水准丈量的方法水准丈量的方法 延续水准丈量缘由：当高程待定点分开知点较远或高延续水准丈量缘由：当高程待定点分开知点较远或高差较大时，仅安顿一次仪器进展一个测站的任务就不能测差较大时，仅安顿一次仪器进展一个测站的任务就不能测出两点之间的高差。这时需求在两点间加设假设干个暂时出两点之间的高差。这时需求在两点间加设假设

3、干个暂时立尺点，分段延续多次安顿仪器来求得两点间的高差。这立尺点，分段延续多次安顿仪器来求得两点间的高差。这些暂时加设的立尺点是作为传送高程用的，称为转点，普些暂时加设的立尺点是作为传送高程用的，称为转点，普通用符号通用符号TPTP表示。表示。 水准丈量A AP P前进方向hAP = h1+ h2+ h3HpHAhAP延续水准丈量模拟h1h2h3hAP水准丈量 在第一测站上的观测程序为： 安顿仪器，使圆水准器气泡居中；安顿仪器，使圆水准器气泡居中；照准后视照准后视(A点点)尺，并转动微倾螺旋使水准管气泡准确居中，尺，并转动微倾螺旋使水准管气泡准确居中，用中丝读后视尺读数用中丝读后视尺读数a1=

4、2.036。记录员复诵后记入手簿。记录员复诵后记入手簿。照准前视即转点照准前视即转点TP1尺，精平，读前视尺读数尺，精平，读前视尺读数b1=1.547。记录员复诵后记入手簿，并计算出。记录员复诵后记入手簿，并计算出A点与转点点与转点TP1之间的高差：之间的高差：h12.036-1.547=0.489填入高差栏。填入高差栏。水准丈量手薄见表水准丈量手薄见表观测要求观测要求1 1水准仪安顿在离前、后视间隔大致相等之处。水准仪安顿在离前、后视间隔大致相等之处。2 2为及时发现错误，通常采用为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法或两次仪器高法或 “双双面尺法。面尺法。 两次仪器高法：高差之差两次仪器高

5、法：高差之差h h-h-h5mm5mm水准丈量水准丈量BMAB2.0361.118TP1H1=+0.918H1=+0.9180.869 TP2h1=-0.318h1=-0.3181.187 TP31.495H1=+0.417H1=+0.4171.0781.256h1=-0.575h1=-0.5751.831前进方向测站测点水准尺读数高差m高程m备注后视a前视b- BMATP12.0361.1180.918 27.354 TP1TP20.8691.187 0.318 TP2TP31.4951.0780.417 TP3B1.2561.831 0.57527.796 计算检核5.6565.2145.

6、2141.3350.8930.89327.84927.354 0.4420.4420.442 水准丈量水准丈量3.4.33.4.3水准丈量本卷须知水准丈量本卷须知 由于丈量误差是不可防止的，我们无法完全消除其影响。由于丈量误差是不可防止的，我们无法完全消除其影响。但是可采取一定的措施减弱其影响，以提高丈量成果的精度。但是可采取一定的措施减弱其影响，以提高丈量成果的精度。同时应绝对防止在丈量成果中存在错误，因此在进展水准丈量同时应绝对防止在丈量成果中存在错误，因此在进展水准丈量时，应留意以下各点：时，应留意以下各点： 、观测前对所用仪器和工具，必需仔细进展检验和校正。、观测前对所用仪器和工具，必

7、需仔细进展检验和校正。 、在野外丈量过程中，水准仪及水准尺应尽量安顿在坚、在野外丈量过程中，水准仪及水准尺应尽量安顿在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。 、前、后视间隔应尽量相等，以消除视准轴不平行水准、前、后视间隔应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响。管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响。 水准丈量 、前、后视间隔不宜太长，普通不要超越100m。视野高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响。 、水准尺必需扶直不得倾斜。运用过程中，要经常检查和去除尺底泥土。塔尺衔接处要卡

8、住，防止二、三节塔尺下滑。 、读完数后应再次检查气泡能否依然吻合，否那么应重读。 、记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。假设有错，不能用橡皮擦去而应在矫正处划一横，在旁边注上矫正后的数字。 、在烈日下作业要撑伞遮住阳光防止气泡因受热不均而影响其稳定性。 水准丈量3.4.43.4.4水准丈量的检核方法水准丈量的检核方法 1 1测站检核测站检核 为了确保观测高差正确无误，须对各测站的观测高差进展为了确保观测高差正确无误，须对各测站的观测高差进展检核，这种检核称为测站检核。常用的检核方法有两次仪器高检核，这种检核称为测站检核。常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种：法和双面尺法两种

9、：两次仪器高法两次仪器高法 两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度，两两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度，两次测定高差。即测得第一次高差后，改动仪器高度约次测定高差。即测得第一次高差后，改动仪器高度约10cm10cm以上，以上，再次测定高差。假设两次测得的高差之差未超越再次测定高差。假设两次测得的高差之差未超越5mm5mm，那么取，那么取其平均值作为该测站的观测高差。否那么需重测。其平均值作为该测站的观测高差。否那么需重测。 双面尺法双面尺法 双面尺法是在一测站上，仪器高度不变，分别用双面水准双面尺法是在一测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红面两次测定高差。假设

10、两次测得高差之差未超越尺的黑面和红面两次测定高差。假设两次测得高差之差未超越5mm5mm，那么取其平均值作为该测站的高差。否那么需求重测。，那么取其平均值作为该测站的高差。否那么需求重测。 水准丈量两次仪器高法：两次仪器高法： 立尺，尺中间安顿水准仪，粗平立尺，尺中间安顿水准仪，粗平 照准后视尺，精平，读数照准后视尺，精平，读数 照准前视尺，精平，读数照准前视尺，精平，读数 计算高差计算高差 变动仪器高升或降大于变动仪器高升或降大于10cm10cm再观测再观测 高差互差不大于高差互差不大于5mm5mm时，取平均值时，取平均值水准丈量双面尺法黑面、红面：双面尺法黑面、红面： 用双面尺，每尺均读黑

11、、红面读数用双面尺，每尺均读黑、红面读数 立尺，尺中间安顿水准仪，粗平立尺，尺中间安顿水准仪，粗平 瞄准后视尺黑面，精平，读数瞄准后视尺黑面，精平，读数 瞄准前视尺黑面，精平，读数瞄准前视尺黑面，精平，读数 瞄准前视尺红面，精平，读数瞄准前视尺红面，精平，读数 瞄准后视尺红面，精平，读数瞄准后视尺红面，精平，读数黑面：以零开场刻划黑面：以零开场刻划红面：一尺从红面：一尺从46874687开场刻划，另一尺从开场刻划，另一尺从47874787开场开场红黑面计算高差实际上相差红黑面计算高差实际上相差0.1m0.1m水准丈量2.2.道路检核道路检核 虽然每一测站都进展了检核，但一条水准道路能否有错还虽

12、然每一测站都进展了检核，但一条水准道路能否有错还是没有保证。例如，在前、后视某一转点时，水准尺未放在同是没有保证。例如，在前、后视某一转点时，水准尺未放在同一点上，利用该转点计算的相邻两站的高差虽然精度符合要求，一点上，利用该转点计算的相邻两站的高差虽然精度符合要求，但这一条水准道路却含有错误，因此必需进展道路检核。水准但这一条水准道路却含有错误，因此必需进展道路检核。水准道路检核方法普通有以下三种：道路检核方法普通有以下三种： 附合水准道路附合水准道路 水准道路从知水准点水准道路从知水准点BM1BM1起始点出发，沿着待定点进展水准丈量，最起始点出发，沿着待定点进展水准丈量，最后测到知水准点后

13、测到知水准点BM2BM2终点，这样的水准道路称为附合水准道路。终点，这样的水准道路称为附合水准道路。 h h理理H H终一终一H H始始 (4) (4)实测的高差与知高差普通不能够完全相等，其差值称为高差闭合差实测的高差与知高差普通不能够完全相等，其差值称为高差闭合差fh: fh: (5) (5) )(起终测HHhfh水准丈量 闭合水准道路闭合水准道路 由由BM5BM5出发，沿环线进展水准丈量，最后回到原水准点出发，沿环线进展水准丈量，最后回到原水准点BM5BM5上，称为上，称为闭合水准道路。闭合水准道路。 道路上各点之间高差的代数和应等于零，即：道路上各点之间高差的代数和应等于零，即： h

14、h理理0 (6) 0 (6) 如不等于零，那么高差闭合差为：如不等于零，那么高差闭合差为： (7) (7) 支水准道路支水准道路 由一水准点由一水准点BM8BM8出发，既不附合到其他水准点上，也不自行闭合，出发，既不附合到其他水准点上，也不自行闭合，称为支水准道路称为支水准道路支水准道路要进展往返观测，往测高差与返测高差观测值的代数和支水准道路要进展往返观测，往测高差与返测高差观测值的代数和hh往往+h+h返实际上应为零。如不等于零，那么高差闭合差为：返实际上应为零。如不等于零，那么高差闭合差为： (8) (8) 返往hhfh测hfh水准丈量3.53.5水准丈量的成果计算水准丈量的成果计算3.

15、5.1水准丈量的精度要求水准丈量的精度要求 建筑工程中对水准丈量的精度要求，普通规定为： 平地 (mm) (2.12) 山地 (mm) (2.13) 式中式中fhfh容为高差闭合差的允许值；容为高差闭合差的允许值；L L为水准道路长度，以为水准道路长度，以kmkm为单位；为单位；n n为水准道路测站数。当地形起伏较大，每为水准道路测站数。当地形起伏较大，每1km1km水准道路超越水准道路超越1616个测站时个测站时按山地计算允许闭合差。按山地计算允许闭合差。 12 40nflfhh容容水准丈量3.5.2水准丈量成果计算水准丈量成果计算计算步骤如下以附合水准道路为例：计算步骤如下以附合水准道路为

16、例： 计算实测高差之和计算实测高差之和 h h测与实际高差测与实际高差hh理理H H终一终一H H始始 计算高差闭合差计算高差闭合差 计算允许闭合差计算允许闭合差 fh fh容容= =12n12n假设假设fh=fhfh=fh容容 ，那么其精度符合要求，可做下一步计算。，那么其精度符合要求，可做下一步计算。 )(起终测HHhfhihnf 计算高差矫正数计算高差矫正数高差闭合差的调整方法和原那么：按与测站数或与间隔成正比的分配原那高差闭合差的调整方法和原那么：按与测站数或与间隔成正比的分配原那么，矫正数的符号与闭合差的符号相反。么，矫正数的符号与闭合差的符号相反。 每一测站的矫正数为：每一测站的矫

17、正数为： 各测段的矫正数为：各测段的矫正数为：iihinnfv 检核检核 v=-fh v=-fh水准丈量 计算矫正后高差计算矫正后高差 h h改改 各测段观测高差各测段观测高差hihi分别加上相应的矫正数后分别加上相应的矫正数后vivi，即得矫，即得矫正后高差：正后高差： h1 h1改改=h1+v1=h1+v1 h2 h2改改=h2+v2 =h2+v2 hi hi改改=hi+vi=hi+vi矫正后的高差代数和，应等于高差的实际值，即：矫正后的高差代数和，应等于高差的实际值，即： h h总总= h= h理理如不相等，阐明计算中有错误存在。如不相等，阐明计算中有错误存在。 水准丈量 待定点高程计算

18、待定点高程计算 测段起点高程加测段矫正后高差，即得测段终点高程，测段起点高程加测段矫正后高差，即得测段终点高程，以此类推。最后推出的终点高程应与该点的知高程相等。即：以此类推。最后推出的终点高程应与该点的知高程相等。即： H1=HA+h1 H1=HA+h1总总 H2=H1+h2 H2=H1+h2总总 HA HA算算=HA(=HA(知知) )计算中应留意各项检核的正确性。计算中应留意各项检核的正确性。 水准丈量对于闭合水准道路计算步骤类似于附合水准道路，以下例阐对于闭合水准道路计算步骤类似于附合水准道路，以下例阐明其计算步骤：明其计算步骤：计算步骤如下：计算步骤如下： 点号测站ni站实测高差hi

19、(m)高差矫正数vim矫正后高差 h改 (m)高程H(m)备注BMA111.3520.0061.34651.732知点182.1580.0042.162 50.386 262.5740.0032.577 52.548 373.3970.0043.393 55.125 BMA 51.732知点320.0170.0170 计算实测高差之和计算实测高差之和 h h测测=-0.017m=-0.017m实际高差实际高差hh理理0 0 计算高差闭合差计算高差闭合差 =-0.017m =-0.017m 计算允许闭合差计算允许闭合差 fh fh容容= =12n= =12n= =1232=1232=68mm68

20、mm由于由于fh=fhfh=fh容容 ，故其精度符合要求，可做下一步计算。，故其精度符合要求，可做下一步计算。 )(起终测HHhfh水准丈量 计算高差矫正数计算高差矫正数高差闭合差的调整方法和原那么与符合水准道路的方法一样。本例各测高差闭合差的调整方法和原那么与符合水准道路的方法一样。本例各测段矫正数段矫正数vivi计算如下：计算如下： v1=-(fh/n) v1=-(fh/n)n1=-(-17/32)n1=-(-17/32)11=6mm11=6mm v2=-(fh/n) v2=-(fh/n)n2=-(-17/32)n2=-(-17/32)8=4mm 8=4mm 检核检核 v=-fh=0.01

21、7m v=-fh=0.017m 点号测站ni站实测高差hi(m)高差矫正数vim矫正后高差 h改 (m)高程H(m)备注BMA111.3520.0061.34651.732知点182.1580.0042.162 50.386 262.5740.0032.577 52.548 373.3970.0043.393 55.125 BMA 51.732知点320.0170.0170 水准丈量 计算矫正后高差计算矫正后高差 h h改改 各测段观测高差各测段观测高差hihi分别加上相应的矫正数后分别加上相应的矫正数后vivi，即得矫正后高差：，即得矫正后高差： h1 h1改改=h1+v1 =-1.352+

22、0.006=-1.346m =h1+v1 =-1.352+0.006=-1.346m h2 h2改改=h2+v2 =2.158+0.004=2.162m =h2+v2 =2.158+0.004=2.162m hi hi改改=hi+vi=hi+vi矫正后的高差代数和，应等于高差的实际值矫正后的高差代数和，应等于高差的实际值0 0，即：，即： h h总总= 0= 0如不相等，阐明计算中有错误存在。如不相等，阐明计算中有错误存在。 点号测站ni站实测高差hi(m)高差矫正数vim矫正后高差 h改 (m)高程H(m)备注BMA111.3520.0061.34651.732知点182.1580.0042

23、.162 50.386 262.5740.0032.577 52.548 373.3970.0043.393 55.125 BMA 51.732知点320.0170.0170 水准丈量 待定点高程计算待定点高程计算 测段起点高程加测段矫正后高差，即得测段终点高程，以此类推。测段起点高程加测段矫正后高差，即得测段终点高程，以此类推。最后推出的终点高程应与起始点的高程相等。即：最后推出的终点高程应与起始点的高程相等。即： H1=HA+h1 H1=HA+h1总总=51.732-1.346=50.386m=51.732-1.346=50.386m H2=H1+h2 H2=H1+h2总总=50.386+

24、2.162=52.548m =50.386+2.162=52.548m HA HA算算=HA(=HA(知知)=51.732m )=51.732m 计算中应留意各项检核的正确性。计算中应留意各项检核的正确性。 点号测站ni站实测高差hi(m)高差矫正数vim矫正后高差 h改 (m)高程H(m)备注BMA111.3520.0061.34651.732知点182.1580.0042.162 50.386 262.5740.0032.577 52.548 373.3970.0043.393 55.125 BMA 51.732知点320.0170.0170 水准丈量3.63.6水准仪的检验与校正水准仪的

25、检验与校正3.6.13.6.1水准仪应满足的几何条件水准仪应满足的几何条件 为了保证仪器提供一条程度视野，水准仪的四条主要为了保证仪器提供一条程度视野，水准仪的四条主要轴线：望远镜视准轴轴线：望远镜视准轴ZZZZ、水准管轴、水准管轴LLLL、圆水准器轴、圆水准器轴LLLL和仪器竖轴和仪器竖轴VVVV应满足以下条件：应满足以下条件： 圆水准器轴圆水准器轴LLLL应平行于竖轴应平行于竖轴VVVV； 水准管轴水准管轴LLLL应平行于视准轴应平行于视准轴ZZZZ； 十字丝横丝应垂直于仪器竖轴十字丝横丝应垂直于仪器竖轴VVVV。 仪器出厂前都经过严厉检查，均能满足条件，仪器出厂前都经过严厉检查，均能满足

26、条件，但经过长期运用或某些震动，轴线间的关系会遭但经过长期运用或某些震动，轴线间的关系会遭到破坏。为此，丈量之前必需对仪器进展检验校到破坏。为此，丈量之前必需对仪器进展检验校正。正。 水准丈量3.6.23.6.2水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正1 1、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正 检验方法：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器检验方法：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器程度旋转程度旋转180180，气泡仍居中那么正常，否那么需求校正圆，气泡仍居中那么正常，否那么需求校正圆水准器的检验与校正。水准器的检验与校正。2 2、望远镜十字丝横丝垂直

27、于仪器竖轴的检验、望远镜十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验 检验方法：瞄准一固定点，转微动螺旋使仪器程度旋转，检验方法：瞄准一固定点，转微动螺旋使仪器程度旋转，假设点一直沿横丝挪动，那么程度；否那么需校正十字丝假设点一直沿横丝挪动，那么程度；否那么需校正十字丝的检验与校正的检验与校正 。水准丈量3 3、水准管轴平行于望远镜视准轴的检验校正、水准管轴平行于望远镜视准轴的检验校正 i i角误差角误差 ( (管水准器的检验与校正管水准器的检验与校正) ) 水准丈量3.7 3.7 水准丈量的误差分析水准丈量的误差分析包括仪器误差、观测误差、外界环境的影响。包括仪器误差、观测误差、外界环境的影响。 一一 、

28、仪器误差、仪器误差仪器校正后的剩余仪器校正后的剩余i i角误差：角误差： 缘由：缘由： i i角误差检校后的剩余值角误差检校后的剩余值 方法：观测时留意使前、后视距相等，可消除或减弱其影响。方法：观测时留意使前、后视距相等，可消除或减弱其影响。 水准尺误差：水准尺误差： 缘由：水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等。缘由：水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等。 方法：检验水准尺上真长与名义长度，加尺长矫正数；方法：检验水准尺上真长与名义长度，加尺长矫正数；水准尺的零点差：一测段中采用偶数站到达方式予以消除。水准尺的零点差：一测段中采用偶数站到达方式予以消除。 水准丈量二二 、观测误差、观测误差

29、气泡居中误差气泡居中误差 读数误差读数误差 水准尺倾斜尤其留意前后倾斜水准尺倾斜尤其留意前后倾斜 视差的影响视差的影响 这些误差须严厉仔细操作、读数，来防止误差的影响这些误差须严厉仔细操作、读数，来防止误差的影响 水准丈量三、外界环境的影响三、外界环境的影响 仪器下沉：在软土或植被上时容易发生下沉仪器下沉：在软土或植被上时容易发生下沉 采用采用“后后前前前前后，的观测顺序，可以减弱其影响。后，的观测顺序，可以减弱其影响。 尺垫下沉：采用往返观测取观测高差的中数可以减弱其影响。尺垫下沉：采用往返观测取观测高差的中数可以减弱其影响。 地球曲率和大气折光影响：地球曲率和大气折光影响： 地球曲率影响：

30、地球曲率影响： 前后视距相等来消除，即地球曲率对前后尺前后视距相等来消除，即地球曲率对前后尺读数影响一样读数影响一样 大气折光影响：大气折光影响： 由于大气折光，视野会发生弯曲。越接近地由于大气折光，视野会发生弯曲。越接近地面，光线折射的影响也就越大。因此要求视野要高于地面面，光线折射的影响也就越大。因此要求视野要高于地面0.3m0.3m以以上，前后视距相等也可消减该影响上，前后视距相等也可消减该影响 温度影响：观测时应留意撑伞遮阳。温度影响：观测时应留意撑伞遮阳。 水准丈量3.8 3.8 自动安平水准仪及数字水准仪简介自动安平水准仪及数字水准仪简介1 1 精细水准仪精细水准仪DS1DS1 采用光学测微器读数，仪器整体构造稳定采用光学测微器读数，仪器整体构造稳定2 2 自动安平水准仪自动安平水准仪 内部有自动安平补偿器，无须管水准器和微倾螺旋，内部有自动安平补偿器，无须管水准器和微倾螺旋，提高整平效率提高整平效率3 3 激光水准仪激光水准仪 安装发射激光的安装，用激光束替代望远镜程度视野。安装发射激光的安装，用激光束替代望远镜程度视野。4 4 数字水准仪数字水准仪 用传感器替代人眼观测，获得水准尺的影像，对影像用传感器替代人眼观测，获得水准尺的影