第二章水准测量PPT课件

1、第二章第二章 水准测量水准测量第一节第一节 水准测量原理水准测量原理第二节第二节 水准仪与水准尺水准仪与水准尺第三节第三节 水准仪的技术操作水准仪的技术操作第四节第四节 普通水准测量（等外水准测量）普通水准测量（等外水准测量）第五节第五节 微倾式水准仪检验与校正微倾式水准仪检验与校正第六节第六节 自动安平水准仪自动安平水准仪第七节第七节 三、四等水准测量三、四等水准测量第八节第八节 水准测量的水准测量的误差分析误差分析第一节第一节 水准测量原理水准测量原理 水准测量的基本原理水准测量的基本原理是：利用水准仪给出的水平是：利用水准仪给出的水平视线视线,在两点立尺得到水平读数在两点立尺得到水平读数

2、.已知已知A点的高程为点的高程为HA，只要能测出只要能测出A点至点至B点的高程之差，简称高差点的高程之差，简称高差hAB。则。则点的高程点的高程HB就可用下式计算求得：就可用下式计算求得： hAB = 后视读数后视读数前视读数前视读数=a-bHB=HA+hAB 有时安置一次仪器须测算出较多点的高程有时安置一次仪器须测算出较多点的高程，可，可先求出水准仪的视线高程，然后再分别计算各点高先求出水准仪的视线高程，然后再分别计算各点高程，从图中可以看出：程，从图中可以看出： 视线高视线高 Hi=HA+a 点高程点高程 HB=Hi- -b 要测算地面上两点间的高差，所要测算地面上两点间的高差，所依据的就

3、是一条水平视线，如果视线依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立。因此，视不水平，上述公式不成立。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。住的操作要领。 第二节第二节 水准仪与水准尺水准仪与水准尺一、微倾式水准仪的构造一、微倾式水准仪的构造（2）水准仪的结构）水准仪的结构 主要有主要有望远镜望远镜、水准器水准器及及基座基座三部分。三部分。 1）望远镜）望远镜DS3水准仪望远镜主要由水准仪望远镜主要由物镜、目镜、对光透镜和物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板十字丝分划板所组成。所组成。十字丝交点与物镜光心的连线，称为十字丝交点与物镜光心的

4、连线，称为视准轴或视线视准轴或视线。DS3级水准仅望远镜的放大率一般为级水准仅望远镜的放大率一般为28倍。倍。 视差：视差： 产生原因：目标通过物镜后的影像没有与产生原因：目标通过物镜后的影像没有与十字丝分划板重合十字丝分划板重合 危害：说明尚未精确瞄准目标，影响读数危害：说明尚未精确瞄准目标，影响读数正确性正确性 消除方法：重新仔细地进行物镜调焦和目消除方法：重新仔细地进行物镜调焦和目镜调焦，直至视差消除为止镜调焦，直至视差消除为止2）水准器）水准器 水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。分为否竖直的装置。分为管水准器管水准器和和圆

5、水准器圆水准器，管水，管水准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指示竖轴是否竖直。示竖轴是否竖直。 圆水准器圆水准器 圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为圆圈的中心为水准器的零点水准器的零点。通过零点的球面法线为通过零点的球面法线为圆水准器轴圆水准器轴，当圆水准器，当圆水准器气泡居中时，该轴线处于竖直位置。气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点当气泡不居中时，气泡中心偏移零点2mm，轴，轴线所倾斜的角值，称为线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值圆水准器的分划值，由于

6、，由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。 管水准器管水准器又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡。却后留有一个气泡。水准管上一般刻有间隔为水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划的分划线，分划线的中点线的中点0，称为，称为水准管零点水准管零点。通过零点作水准管圆弧的切线，称为通过零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴水准管轴。3）基座）基座u基座的作用是支承仪器的上部并与三脚架连接。基座的作用是支承仪器的上部并与三脚

7、架连接。u主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。二、水准尺和尺垫二、水准尺和尺垫水准尺分为直尺、折尺和塔尺。双面水准尺的分水准尺分为直尺、折尺和塔尺。双面水准尺的分划，一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面划，一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：4687mm或或4787mm。使用水准尺前一定要认清刻。使用水准尺前一定要认清刻画特点。画特点。尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。 双面尺双面尺塔塔 尺尺尺尺 垫垫第三节第三节 水准仪

8、的技术操作水准仪的技术操作水准仪的技术操作：水准仪的技术操作：粗平粗平照准照准精平精平读数读数 一、一、粗平粗平：就是通过调整脚螺旋，将圆水准气泡居中，就是通过调整脚螺旋，将圆水准气泡居中，使仪器竖轴处于铅垂位置，视线概略水平使仪器竖轴处于铅垂位置，视线概略水平 。 二、二、照准照准：就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清目标和十字丝。目标和十字丝。 三、精平三、精平：就是慢慢转动微倾螺旋，使符合水准气就是慢慢转动微倾螺旋，使符合水准气泡的影象符合。泡的影象符合。 四、读数四、读数：就是在视线水平时，用望远镜十字丝的就是在视线水平时，用望远镜十字丝的横丝在尺上读数

9、。横丝在尺上读数。第四节第四节 普通水准测量普通水准测量一、水准测量等级一、水准测量等级 一等、二等（大范围、精度高）一等、二等（大范围、精度高） 三等、四等（适合于区域性，精度比较高）三等、四等（适合于区域性，精度比较高） 等外（图根，适合于小范围，精度比较低）等外（图根，适合于小范围，精度比较低）二、水准测量技术要求二、水准测量技术要求n6等级等级高差闭合差（高差闭合差（mmmm）备注备注山地山地平地平地三等三等 n：测站数：测站数L：路线长度：路线长度四等四等 等外等外 n4n12L12L20L40 三、水准点和水准路线三、水准点和水准路线 1.水准点是测区的高程控制点，一般缩写为水准点

10、是测区的高程控制点，一般缩写为“BM”，用用“ ”符号表示。水准点分为永久性和临时性且符号表示。水准点分为永久性和临时性且分等级分等级.点位受法律保护点位受法律保护,对于高等级的水准点成果要对于高等级的水准点成果要去当地测绘部门查询。去当地测绘部门查询。国家级水准点国家级水准点墙上级水准点墙上级水准点临时级水准点临时级水准点2.水准路线依据测区的情况，可布设成以下几种形式：水准路线依据测区的情况，可布设成以下几种形式： (1)闭合水准路线闭合水准路线 (2)附合水准路线附合水准路线 (3)支水准路线支水准路线四、施测方法四、施测方法 1.将水准尺置于已知后视高程点将水准尺置于已知后视高程点A和

11、前视转和前视转点点ZD1中间中间的的站。站。 2. 先瞄准后视尺，读取后视读数值先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入，并记入普通水准测量记录表中普通水准测量记录表中。 再照准前视尺，读取前再照准前视尺，读取前视读数值视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水，并记入记录表中。至此完成了普通水准测量准测量一个测站一个测站的观测任务。的观测任务。 3.将仪器搬迁到第将仪器搬迁到第站，把第站，把第站的后视尺站的后视尺移到第移到第站的转点站的转点ZD2上，把上，把原第原第站前视变成站前视变成第第站的后视站的后视。按。按(2)步骤测出第步骤测出第站的后、前视站的后、前视读数值读数值a2、b2，并

12、记入记录表中。，并记入记录表中。 4.重复上述步骤测至终点重复上述步骤测至终点B为止。为止。 普通水准测量记录表普通水准测量记录表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1ab=5.358 3.867=1.491h=2.209 0.718=1.491h=a b (计算无误计算无误) 计计算算检检核核3.8675.35851.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m 50.0000.5830.7530.8731.851A+前视前视后后 视视备备 注注高高 程程（m）高高 差差测测点点0.7180.718ZD

13、1ZD3ZD2五、校核方法五、校核方法 1计算校核计算校核 即：即：h=a b HB HA 说明高差和各转点高程的计算是正确的。说明高差和各转点高程的计算是正确的。 2测站校核测站校核 u变更仪器高法变更仪器高法u双面尺法双面尺法 3. 成果校核成果校核 检核水准路线的高差闭合差检核水准路线的高差闭合差fh是否超限。是否超限。 校核方法：如果校核方法：如果fhfh容容，说明外业观测成果合格，说明外业观测成果合格，否则须进行重测。否则须进行重测。(1)(1)附合水准路线附合水准路线： fh=h （H终终 H始始）(2)(2)闭合水准路线闭合水准路线： fh=h(3)(3)支水准路线支水准路线：

14、fhh往往 +h返返高差闭合差的计算公式：高差闭合差的计算公式：适用于山区适用于平原区容容nfLfhh1240 。 六、成果处理六、成果处理 普通水准测量的成果处理就是当外业观测的高差普通水准测量的成果处理就是当外业观测的高差闭合差在容许范围内时，所进行的高差闭合差调整。闭合差在容许范围内时，所进行的高差闭合差调整。 1 1、高差闭合差的计算与检核、高差闭合差的计算与检核 2 2、高差闭合差的调整、高差闭合差的调整 高差闭合差高差闭合差调整原则是以水准路线的调整原则是以水准路线的测段站数测段站数或或测段测段长度长度成正比，将闭合差成正比，将闭合差反符号反符号分配到各测段上分配到各测段上 3 3

15、、改正后高差的计算、改正后高差的计算 4 4、高程计算、高程计算 七、例题七、例题按按测站数调整高差闭合差测站数调整高差闭合差和高程计算示例见下表。和高程计算示例见下表。 如图如图备备 注注+2.694 0.047+2.74154+2.335 0.010+2.345114+1.969 0.011+1.980133 4.385 0.016 4.36918236.34539.12034.74536.70439.039+2.775 0.010+2.78512BMABM1BM2BM3BMB1高程（高程（m）改正后的改正后的高差（高差（m）改正数改正数(m)实测高差实测高差(m)测站数测站数（个）（个）

16、测点测点测段测段编号编号fh=h (HB HA)=2.741 2.694=+0.047 ihinnfVmmnfh8812容七、例题七、例题 如果把上图中的测站数改为测段长度（以公里如果把上图中的测站数改为测段长度（以公里为单位，见下表第为单位，见下表第3列），则按列），则按测段长度调整高差测段长度调整高差闭合差闭合差和高程计算示例见下表和高程计算示例见下表 。如图如图fh=h (HB HA)=2.741 2.694=+0.047Vi= - Li 备备 注注+2.694 0.047+2.7419.1+2.335 0.010+2.3451.94+1.968 0.012+1.9802.33 4.38

17、3 0.014 4.3692.8236.34539.11934.73636.70439.039+2.774 0.011+2.7852.1BMABM1BM2BM3BMB1高程（高程（m）改正后的改正后的高差（高差（m）改正数改正数(m)实测高差实测高差(m)测段长度测段长度（km）测点测点测段测段编号编号LfhmmLfh12140容第六节第六节 自动安平水准仪自动安平水准仪 自动安平水准仪自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋不需要水准管和微倾螺旋，只，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种气泡居中后，借助一种“补偿器补偿器”

18、的特别装置，使的特别装置，使视线自动处于水平状态视线自动处于水平状态。自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面sf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第五节第五节 微倾式水准仪检验与校正微倾式水准仪检验与校正 根据水准测量原理，微倾式水准仪各轴线间应根据水准测量原理，微倾式水准仪各轴线间应具备的几何关系是：圆水准器轴应平行于仪器竖轴具备的几何关系是：圆水准器轴应平行于仪器竖轴( (LLLLVVVV) )；十字丝的横丝应垂直于仪器竖轴十字丝的横丝应垂直于仪器竖轴；水准管轴应平行于仪器视准轴水准

19、管轴应平行于仪器视准轴( (LLLLCCCC) )，如右图所，如右图所示。示。一、圆水准器的检验与校正一、圆水准器的检验与校正 二、十字丝横丝的检验与校正二、十字丝横丝的检验与校正 三、管水准器的检验与校正三、管水准器的检验与校正 检校项目一、圆水准器的检验与校正：目的是使一、圆水准器的检验与校正：目的是使VV LL 二、十字丝横丝的检验与校正二、十字丝横丝的检验与校正三、水准仪三、水准仪i角检验与校正角检验与校正 将水准仪安置在两点中间进行观测，得到两点间将水准仪安置在两点中间进行观测，得到两点间的正确高差的正确高差hAB。 hAB=(a+) - (b+)=a-b 为了防止错误和提高观测精度

20、，一般应改变仪器为了防止错误和提高观测精度，一般应改变仪器高观测两次，若两次高差的误差小于高观测两次，若两次高差的误差小于3mm时，取时，取平均数作为正确高差平均数作为正确高差hAB。 再将水准仪安置在距再将水准仪安置在距A尺尺2m左右，安置好仪器后，左右，安置好仪器后，先读取近尺先读取近尺A的读数值的读数值a2，因仪器离，因仪器离A点很近，两点很近，两轴不平行的误差可忽略不计。然后根据正确高差轴不平行的误差可忽略不计。然后根据正确高差hAB计算视线水平时在远尺计算视线水平时在远尺B的正确读数值的正确读数值b2=a2-hAB 用望远镜照准用望远镜照准B点的水准尺，若读数与相差小于点的水准尺，若

21、读数与相差小于4mm,则说明水准管轴平行于视准轴，否则应进则说明水准管轴平行于视准轴，否则应进行校正。行校正。第七节第七节 三、四等水准测量三、四等水准测量 三、四等水准测量三、四等水准测量主要使用主要使用DS3水准仪进水准仪进行观测，水准尺采用行观测，水准尺采用双面水准尺双面水准尺，观测前必须，观测前必须对水准仪进行检校。测量时水准尺应安置在尺对水准仪进行检校。测量时水准尺应安置在尺垫上扶立铅直。根据双面水准尺的尺常数即垫上扶立铅直。根据双面水准尺的尺常数即K1=4687和和K2=4787，成对使用水准尺。，成对使用水准尺。 三、四等水准测量技术要求三、四等水准测量技术要求等级等级标准视线标

22、准视线长度长度（m）前后视前后视距差距差（m）前后视距前后视距累计差累计差 （m）黑红面黑红面读数差读数差（mm）黑红面黑红面高差之差高差之差（mm）三三四四751003.05.05.010.02.03.03.05.0具体记录与计算方法具体记录与计算方法参见参见三、四等水准测量记录表三、四等水准测量记录表。每一测站的观测程序每一测站的观测程序： 后视黑面尺，读取上、下、中丝读数，即后视黑面尺，读取上、下、中丝读数，即(1)、(2)、(3)； 前视黑面尺，读取上、下、中丝读数，即前视黑面尺，读取上、下、中丝读数，即(4)、(5)、(6)；前视红面尺，读取中丝读数，即前视红面尺，读取中丝读数，即(

23、7);后视红面尺，读取中丝读数，即后视红面尺，读取中丝读数，即(8)。 以上（以上（）内之号码，表示观测与记录的顺序。）内之号码，表示观测与记录的顺序。三三、四四等等水水准准测测量量记记录录表表5.9985.273+0.725(8)(7)(12) +0.62500001.2110.568+0.625 后后106前前107后后前前0.8010.37143.0+0.1 1.4260.99543.1+0.1 BM1-ZD11(14)(10)(9)(13(3)(6)(11) 后后前前后后前前(4)(6)(16)(18) (1)(2)(15)(17) d视视距距差差d红红面面黑黑面面前前视视距距后后视视

24、距距上上丝丝上上丝丝备备注注平平均均高高差差(m)K+黑黑-红红水水准准尺尺读读数数方方向向及及尺尺号号下下丝丝前前尺尺下下丝丝后后尺尺点点号号测测站站编编号号自自天天气气：测测量量者者：测测至至成成象象：记记录录者者：20年年月月日日始始：时时分分终终：时时分分=-0.1 =+4.356 =末站末站(18) 总视距总视距(15)+(16)=339.1(mm) (15)=169.5 (3)+(8)=29.291 (11)+(12) (14)=+2.1780- )(16)=169.6 -)(6)+(7)=24.935 =4.356 2(14)=+4.356 每页校核每页校核+1.13400006

25、.3955.361+1.0341.7080.534+1.134后后107前前106后前后前0.7580.39036.8-0.11.8911.52536.6-0.2ZD3-A45.4866.210+0.7246.2415.097+1.144-0.8245-10-10.6981.523-0.825后后106前前107后前后前1.7121.33338.0+0.10.8890.50738.2+0.2ZD2-ZD33K为尺为尺常数，常数，如：如：K106=4.787K107=4.687已知已知BM1高高程为：程为：H=56.345m1.24350+1-11.5540.311+1.243后后107前前106后前后前0.5700.05251.8-0.11.8121.29651.6-0.2 ZD1-ZD22三、四等水准测量记录表续表三、四等水准测量记录表续表第八节第八节 水准测量的误差分析水准测量的误差分析一