高程控制测量-PPT课件

1、高程控制测量高程控制测量测绘工程系测绘工程系 l 高程基准面：高程基准面：地面点高程的统一起算面。通常采用大地水地面点高程的统一起算面。通常采用大地水准面作为高程基准面，其高程为零。准面作为高程基准面，其高程为零。l 在海洋近岸的一点处竖立水位标尺，长期观测海水面的水位在海洋近岸的一点处竖立水位标尺，长期观测海水面的水位升降，求出该点处海洋水面的平均位置，假定大地水准面就是升降，求出该点处海洋水面的平均位置，假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。通过这点处实测的平均海水面。l 验潮站：验潮站：长期观测海水面水位升降的工作称为验潮，进行这长期观测海水面水位升降的工作称为验潮，进行这项工作

2、的场所称为验潮站。项工作的场所称为验潮站。3.13.1国家高程基准国家高程基准一、高程基准面一、高程基准面位置适中位置适中半日潮有规律半日潮有规律不在江河入海口不在江河入海口海面开阔、无岛礁海面开阔、无岛礁海底平坦，水深在海底平坦，水深在10m10m以上以上l“19561956年黄海高程系统年黄海高程系统” ：以青岛验潮站站1950年至1956年7年间的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面。以此高程基准面作为我国统一起算面的高程系统名谓“19561956年黄海高程系统年黄海高程系统”。从潮汐变化周期来看，确立“1956年黄海高程系统”的平均海水面所采用的验潮资料时间较短，还不到潮汐变化

3、的一个周期（一个周期一般为18.61年），又发现验潮资料中含有粗差，因此有必要重新确定新的国家高程基准。l“19851985国家高程基准国家高程基准”：新的国家高程基准面是根据青岛验潮站19521979年19年间的验潮资料计算确定，根据这个高程基准面作为全国高程的统一起算面，称为“19851985国国家高程基准家高程基准”。 不同地点平均海水面之间还存在着差异，因此，对于一个不同地点平均海水面之间还存在着差异，因此，对于一个国家来说，只能根据一个验潮站所求得的平均海水面作为国家来说，只能根据一个验潮站所求得的平均海水面作为全国高程的统一起算面全国高程的统一起算面高程基准面。高程基准面。二、水准

4、原点二、水准原点 为长期、牢固地表示出高程基准面的位置，作为传递高程的起算点，必须建立稳固的水准原点。用精密水准测量方法将它与验潮站的水准标尺进行联测，以此高程作为全国各地推算高程的依据。 “1985国家高程基准”系统，水准原点的高程为水准原点的高程为72.2604m72.2604m。 “1985国家高程基准” 从1988年1月1日开始启用。 由于新布测的国家一等水准网点是以“1985国家高程基准”起算的，因此，今后凡进行各等级水准测量、三角高程测量以及各种工程测量，尽可能与新布测的国家一等水准网点联测，如不便于联测时，可在“1956年黄海高程系统”的高程值上改正一固定数值，而得到以“1985

5、国家高程基准”为准的高程值。 主点主点原点、参考点和副点共原点、参考点和副点共6个个点组成水准原点网。点组成水准原点网。水准原点水准原点-青岛观象山青岛观象山3.2 高程控制网的建立高程控制网的建立5.2 国家高程控制网的建立国家高程控制网的建立 国家高程控制测量主要是用水准测量方法进行国家水准网的布测。国家高程控制网布设的目的和任务有两项国家高程控制网布设的目的和任务有两项: 一是在全国领土上建立统一的高程控制网，为地形测图和各项建设提供必要的高程控制基础; 二是为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。一、国家高程控制网的布设原则一、国家高程控制

6、网的布设原则1.从高到低、逐级控制从高到低、逐级控制国家水准网采用从高到低，从整体到局部，逐级控制，逐级加密的方式布设。分为一、二、三、四等水准测量。 一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也为相关地球科学研究提供高程数据; 二等水准测量是国家高程控制网的全面基础; 三、四等水准侧量是直接为地形测图和其他工程建设提供高程控制点。 2.水准点分布应满足一定的密度水准点分布应满足一定的密度国家各等级水准路线上，每隔一定距离应埋设稳固的水准标石，以便于长期保存和使用。 3.水准测量达到足够的精度水准测量达到足够的精度 足够的测量精度，是保证水准测量成果使用价值的头等重要问题。特别是一等水准测量应当

7、用最先进的仪器、最完善的作业方法和最严格的数据处理，以期达到尽可能高的精度。 4.一等水准网应定期复测一等水准网应定期复测 国家一等水准网应定期复测，复测周期主要取决于水准测量精度和地壳垂直运动速率，一般为15 - 20年复测一次。二等水准网按实际需要可进行不定期复测。二、国家水准网的布设方案及精度要求二、国家水准网的布设方案及精度要求l 各等级水准测量路线必须自行闭合或闭合于高等级的水准路线上，与其构成环形或附合路线，以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。l 一等闭合环线周长，平原和丘陵地区为1 000 -1500km，一般山区为2 000 km左右。二

8、等闭合环线周长，在平原地区为500750km，山区一般不超过1 000km。l 一、二等环线周长在地形条件和困难、经济不发达的地区可酌情适当放宽。l 三、四等水准在一、二等水准环中加密，根据高等级水准环的大小和实际需要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度，三等水准分别为200km,150km和70km;四等水准分别为100km, 80km和30km。 水准路线附近的验潮站基准点、沉降观测基准点、地壳形变基准点以及水文站、气象站等应根据实际需要按相应等级水准进行联测。三、水准路线的设计、选点和埋石三、水准路线的设计、选点和埋石1.技术设计技术设计l 技术设计是根据任务要求和测区情况，

9、在小比例尺地图上，拟定最合理的水准网或水准路线的布设方案。l 设计前应充分了解测区情况，收集有关资料(如测区现有地形图，已有水准测量成果)，然后在1: 50万或1: 100万的地形图上设计一、二等水准路线。l 一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。l 水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。l 当一等水准路线通过大的岩层断裂带或地质构造不稳定的地区时，应与地质地震等有关科研单位，共同研究决定 2.选点选点图上设计完成后，需进行实地选线，其目的在于使设计方案能符

10、合实际情况，以确定切实可行的水准路线和水准点的具体位置。l 选定水准点时，必须能保证点位地基稳定、安全僻静，并利于标石长期保存与观测使用。l 水准点应尽可能选在路线附近的机关、学校、公园内。不宜在易于淹没和土质松软的地域埋设水准标石，也不宜在易受震动和地势隐蔽而不易观测的地方埋石。l 基岩水准点与基本水准点，应尽可能选在基岩露头或距地面不深处。选定基岩水准点，必要时应进行钻探;选设土层中基本水准点的位置，应注意了解地下水位的深度、地下有无孔洞和流沙、土质是否坚实稳定等情况，确保标石稳固。l 水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。 3.埋石埋石按用途区分，水准标石有基岩水准

11、标石、基本水准标石和普通水准标石三种类型。l 基岩水准标石是与岩层直接联系的永久性标石，它是研究地壳和地面垂直运动的主要依据，经常用精密水准测量联测和检测基岩水准标石和高等级水准点的高差，研究其变化规律，可在较大范围内测量地壳垂直形变，为地质构造、地震预报等科学研究服务。l 基本水准标石的作用在于能长久地保存水准测量成果，以便根据它们的高程联测新设水准点的高程或恢复已被破坏的水准标石。l 普通水准标石的作用是直接为地形测量和其他测量工作提供高程控制，要求使用方便。各类水准标石的制作材料和埋设规格及其埋设方法在国家一、二等水准测量规范中有具体的规定和说明。四、水准路线上的重力测量四、水准路线上的

12、重力测量因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿线要进行重力测量。l 高程大于4000m或水准点间的平均高差为150 250m的地区，一、二等水准路线上每个水准点均应测定重力。高差大于250m的测段，在地面倾斜变化处应加测重力。l 高程在1 5004 000m或水准点间的平均高差为50一150m的地区，一等水准路线上重力点间平均距离应小于l l km;二等水准路线应小于23km。l 在我国西北、西南和东北边境等有较大重力异常的地区，一等水准路线上每个水准点均应测定重力。l 在由青岛水准原点至国家大地原点的一等水准路线上，应逐点测定重力，以便精确求得大地原点的正常高。l 水准

13、点上重力测量，按加密重力点要求施测。国家高程控制网自国家高程控制网自1951年开始分以下几个阶段：年开始分以下几个阶段：1951 1975：一等水准长度：一等水准长度50000公里，精度公里，精度 2 3mm/km 二等水准长度二等水准长度140000公里公里,精度精度 4mm/km1976 1984：一等水准路线：一等水准路线289条，构成条，构成100个闭合环，个闭合环， 联测联测42个验潮站，长度个验潮站，长度93000公里，按环闭公里，按环闭 合差估算的精度合差估算的精度 1.03mm/km1981 1990：重新布设国家二等水准路线：重新布设国家二等水准路线136000公里，公里，

14、由由822闭合环或附合到一等点的附合路线构闭合环或附合到一等点的附合路线构 成。由环闭合差求得精度为成。由环闭合差求得精度为 1. 54mm/km 1986年完成国家一等水准网的平差计算，求得每公里测量年完成国家一等水准网的平差计算，求得每公里测量中误差为中误差为1.15mm。 1976年年 1990年完成的水准网称为国家第二期水准网。年完成的水准网称为国家第二期水准网。 一等水准网的环长在一等水准网的环长在1000 2000km之间，二等水准网的之间，二等水准网的环长在环长在500 750km之间之间五、高程控制网的布设的概况五、高程控制网的布设的概况3.3 城市和工程建设高程控制测量城市和

15、工程建设高程控制测量 一、水准测量建立城市和工程控制网一、水准测量建立城市和工程控制网城市和工程建设高程控制网一般按水准测量方法建立。城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为二、三、四等3个等级。首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密时可布设成附合路线和结点图形。测量的精度和国家水准测量相应等级的精度一致。联测2个以上的国家精密水准点，起始高程应采用稳定的基岩点。基岩点。城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市工程测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建设施工放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。1、水准测量实施的工作程序：、水准测量实施的工作程序：水准网的图上设计、

16、水准点的选定、水准标石的埋设、水准测量观测、平差计算和成果表的编制。2 2、图上设计应遵循原则：、图上设计应遵循原则： （1）应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。 （2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。 （3）布设首级高程控制网时，应考虑便于进一步加密。 （4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为24km；城市建筑区和工业区为12km。 （5）应与国家水准点进行联测，求得高程系统的统一。 （6）注意测区已

17、有水准测量成果的利用。 水准网设计前，首先要对测区情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，从而拟定出比较合理的布设方案。如果测区的面积较大，则应先在1：25 000 1：100 000比例尺的地形图上进行图上设计。3、水准点的选定、水准点的选定 实地选线和选点，除了考虑图上设计要求外，还应注意使水准路线避开土质松软地段，确定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。为此： 水准点应设置在地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、沼泽、沙土、滑坡和地下水位高的地区； 埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于50m，离公路的距离应大于20m，应尽

18、量避免埋设在交通繁忙的岔道口； 墙上水准点应选在永久性的大型建筑物上。4、水准标石的埋设、水准标石的埋设 水准点的高程是指嵌设在水准标石上面的水准标志顶面相对于高程基准面的高度，如果水准标石埋设质量不好，容易产生垂直位移或倾斜。 埋设水准标石时，一定要将底部及周围的泥土夯实，标石埋设后，应绘制点之记，并办理托管手续。 首级水准路线上的结点应埋设基本水准标石 墙上水准标志，一般嵌设在地基已经稳固的永久性建筑物的基础部分，水准测量时，水准标尺安放在标志的突分。二、三角高程测量建立城市及工程高程控制网二、三角高程测量建立城市及工程高程控制网l 宜在平面控制网的基础上布设成高程导线附合路线、闭合环或三

19、角高程网。l 若布设成光电测距三维控制网，高程导线各边的高差测定宜采用对向观测。l 当仅布设高程导线时，也可采用在两标志点中间设站的形式(即中间法)。l 代替四等水准的光电测距高程导线，应起闭于不低于三等的水准点上。其边长不应大干1km。l 高程导线的最大长度不应超过四等水准路线的最大长度。l 经纬仪三角高程导线，应起闭于四等水准联测的高程点上。三角高程网中应有一定数量的高程控制点作为高程起算数据，高程起算点应布设在锁的两端或网的边缘。l 各等级平面控制网用三角高程测量测定高程时，计算的高差经地球曲率和大气折光改正后，应满足有关规定。一、一、 精密水准仪和水准尺的主要特点精密水准仪和水准尺的主

20、要特点 1.精密水准仪及分类精密水准仪及分类 在大地测量的高差测量仪器中，主要使用气泡式的精密气泡式的精密水准仪水准仪、自动安平的精密水准仪自动安平的精密水准仪、数字水准仪数字水准仪。 我国水准仪系列及基本技术参数：我国水准仪系列及基本技术参数技术参数项目水准仪系列型号S05S1S3S10每公里往返平均高差中误差望远镜放大率望远镜有效孔径管状水准器格值测微器有效量测范围测微器最小分格值0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm20/2mm自动安平水准仪补偿性能补偿范围安平精度安平时间不

21、长于80.12s80.22s80.52s1022s2、精密水准仪的构造特点、精密水准仪的构造特点（1）高质量的望远镜光学系统）高质量的望远镜光学系统 望远镜必须具有足够的放大倍率和较大的物镜孔径。一般精密水准仪的放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于50mm。（2）坚固稳定的仪器结构）坚固稳定的仪器结构 仪器的结构必须使视准轴与水准轴之间的联系相对稳定，不受外界条件的变化而改变它们之间的关系。一般精密水准仪的主要构件均用特殊的合金钢制成，并在仪器上套有起隔热作用的防护罩。（3）高精度的测微器装置）高精度的测微器装置 精密水准仪必须有光学测微器装置，借以精密测定小于水准标尺最小分划线间格值的尾数

22、。一般精密水准仪的光学测微器可以读到0.lmm，估读到0.Olmm （4）高灵敏的管水准器）高灵敏的管水准器一般精密水准仪的管水准器的格值为10“/2mm。在精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地精确置中以达到视准轴的精确整平。（5）高性能的补偿器装置）高性能的补偿器装置 对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精密度都可以影响补偿器性能的可靠性。如果补偿器不能给出正确的补偿量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水准测量观测成果的精度。2. 精密水准标尺的特点精密水准标尺的特点 (1)(1)当空气的温度

23、和湿度发生变化时，水当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。微小的变化。一般精密水准尺的分划是漆在铟瓦合金带上，合金带以一定的拉力引张在木质尺身的沟槽中，这样因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。水准标尺分划的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上。（2）水准标尺的分划必须十分正确与精）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8llum。由于精密水准标尺分划的系统误差可以通过水准标尺的平均每米真长加以改正，

24、所以分划的偶然误差代表水准标尺分划的综合精度。 （3）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。易发生长度和弯扭等变形。一般精密水准标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。（4）精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，）精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般还应有扶尺环的装置在尺身上一般还应有扶尺环的装置，以便扶尺者使水准标尺稳定在垂直位置。（5）水准标尺分划的形式和

25、颜色与水准标尺的颜色相）水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，协调，以提高对水准标尺分划的照准精度。一般精密水准标尺都为黑色线条分划，与浅黄色的尺面相配合，精密水准标尺的分格值有l0mm和5mm两种。分格值为10mm的精密水准标尺，10mm基辅基辅分划与注记分划与注记。如图（a）。有两排分划，尺面右边一排分划注记从0300cm，称为基本分划，左边一排分划注记从300600cm称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为基辅差，通常又称尺常数。水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm的精密水准尺, 左单数右双数。左单数右双数。如图（b）所示，它也有两排

26、分划，但两排分划彼此错开5mm ，也就是单数分划和双数分划各占一排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边注记的是分米数，整个注记从0.15.9m，实际分格值为5mm，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如下图所示二、二、Wild N3精密水准仪精密水准仪望远镜物镜的有效孔径为50mm，放大倍率为40倍，管状水准器格值为10“/2mm。在望远镜目镜的左边上下有两个小目镜（在下图a中没有表示出来），它们是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜。与分格值为l

27、0mm的精密因瓦水准标尺配套使用，标尺的基辅差为301.55cm。u 转动倾斜螺旋，使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合，则视线精确水平。u 转动测微螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝夹准水准标尺上的148分划线，也就是使148分划线平分楔角；u再在测微器目镜中读出测微器读数653(即6.53mm)；u故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。1. N3精密水准仪的倾料螺旋装置精密水准仪的倾料螺旋装置它是一种杠杆结构，转动倾斜螺旋时，通过着力点可以带动支臂绕支点转动，使其对望远镜的作用点产生微量升降，从而使望远镜绕转轴作微量倾斜。由于望远镜与水准器紧密相联的，倾斜螺旋的旋转就可以使水准

28、轴和视准轴同时产生微量的变化，借以迅速而精确地将视准轴整平。在倾斜螺旋上一般附有分划盘，可借助于固定指标进行读数，由倾斜螺旋所转动的格数可以确定视线倾角的微小变化量，其转动范围约为7周。 借助于这种装置，可以测定视准轴微倾的角度值，在进行跨越障碍物的精密水准测量时具有重要作用。仪器转轴并不位于望远镜的中心，而是位于靠近物镜的一端。圆水准器整平仪器时，垂直轴并不能精确在垂直位置，可能偏离垂直位置较大。此时使用倾斜螺旋精确整平视准轴时，将会引起视准轴高度的变化，倾斜螺旋转动量愈大，视准轴高度的变化也就愈大。如果前后视精确整平视准轴时，倾斜螺旋的转动量不等，就会在高差中带来这种误差的影响。 实际作业

29、中规定：只有在符合水准气泡两端影像的分离量小于lcm时（这时仪器的垂直轴基本上在垂直位置），才允许使用倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，位于过望远镜中心的垂直几何轴线上。2. N3精密水准仪的测微器装置精密水准仪的测微器装置 光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。 测微分划尺上有100个分格，它与10mm相对应，即每分格为0.lmm，可估读至0.0lmm。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为lmm。 平行玻璃板与水平行玻璃板与水平视线正交时，平视线正交时，测微分划尺上初测微分划尺上初始读数为始读数

30、为5mm。 转动测微螺旋，传动杆带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时测微分划尺作相应的移动。 例：当平行玻璃板与水平视线正交时，水准标尺上读数应为在两相邻分划148与149之间，此时测微分划上读数为5mm，而不是0。转动测微螺旋，使水平视线向下平移与就近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为6.50mm,而水平视线的平移量应为6.505mm，最后读数=148cm+6.50mm-5mm =148.650cm-5mm 可知：每次读数中应减去常数每次读数中应减去常数5mm, 因在计算前后视高差时能自动抵因在计算前后视高差时能自动抵消，所以在水准测量作业时，读数、记录、计算过程中都可以不考虑

31、这消，所以在水准测量作业时，读数、记录、计算过程中都可以不考虑这个常数。但在单向读数时就必须减去这个初始读数。个常数。但在单向读数时就必须减去这个初始读数。则水平视线向下平移5mm，反之，顺转测微螺旋使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至0mm处，则水平视线向上平移5mm。 平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移动。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至10mm处，三、三、 Zeiss Ni 004精密水准仪精密水准仪 仪器物镜的有效孔径为56mm，望远镜放大倍率为44倍，管状水准器格值为10/2mm。 目镜视场内有左右两组楔形丝，右边一组楔形丝的交角较小，在视距较

32、远时使用；左边一组楔形丝的交角较大，在视距较近时使用。 转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内平移，测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连，通过放大镜在测微鼓上进行读数，测微鼓上有100个分格，所以测微鼓最小格值为0.1mm。望远镜目镜视场下部是水准器的符合气泡影像。 与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使用。在右图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上197分划，在测微分划鼓上的读数为340，即3.40mm，水准标尺上的全部读数为197.340cm。 该仪器的主要特点是对热影响的感应较小，即当外界温度变化时，水准轴与视准轴之间的交角的变化很小。 原因是：望远镜、管状水准器和平行玻璃板的倾斜设备等

33、部件，都装在一个附有绝热层的金属套筒内，这样就保证了水准仪上这些部件的温度迅速达到平衡。四、国产四、国产S1型精密水准仪型精密水准仪 仪器物镜的有效孔径50mm，望远镜放大倍率为40倍，管状水准器格值为10/2mm。转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内作平移，测微器分划尺有100个分格，故测微器分划尺最小格值为0.1mm。 目镜视场中的影像：左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。 与分格值为5mm的水准标尺配套。 读数例：右图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准197分划，在测微器读数显微镜中的读数为150，即1.50mm，水准标尺上的全部读数为197.150cm。 读

34、数：读数：197.150cm197.150cm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五、自动安平水准仪五、自动安平水准仪Koni007与分格值为与分格值为5mm的精密因瓦的精密因瓦水准尺配套使用。水准尺配套使用。六、六、“数字水准仪数字水准仪” （电子水准（电子水准仪）仪）具有自动安平功能。具有自动安平功能。 自动显示水平视线读数和视距。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，将图象信息转仪器的处理系统，将图象信息转 换成数字显示。换成数字显示。 能与计算机实现数据通讯。能与计算机实现数据通讯。 基本避免了人为的

35、观测误差（视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、差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。估读数误差。电子水准电子水准仪图仪图电子水准仪图电子水准仪图条条码码尺尺测量键测量键 要求竖丝要求竖丝位于条码位于条码带上，否带上，否则不能读则不能读数数 要求尺子立要求尺子立直（以圆气泡直（以圆气泡为准），否则为准），否则拒绝工作。拒绝工作。5. 5精密水准仪和水准尺的检验精密水准仪和水准尺的检验一、精密水准仪的检验一、精密水准仪的检验检验的目的是为了研究和分析仪器存在误差的性质及对水准测量的影响规律，从而在水准测量作业时采取相应的措施以减弱和消除仪器误差对观测成果的影响。作业

36、前应检验的项目为: (1)水准仪的检视; (2)概略水准器(圆水准器)的检校; (3)光学测微器隙动差和分划值的测定; (4)水泡式水准仪交叉误差的检校;（重点） (5) i角检校; （重点） (6)双摆位自动安平水准仪摆差2C的测定。新购置的仪器还需要进行： 倾斜螺旋隙动差、分划误差和分划值的测定；调焦透镜运行误差的测定; 自动安平仪器补偿误差和磁致误差的测定。 用于跨河水准测量的仪器：要进行符合水准器分划值的测定。1、光学测微器隙动差和分划值的测定、光学测微器隙动差和分划值的测定 测定光学测微器分划值分划值的基本思想：利用一根分划值利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器分划尺进行比

37、较求得。经过精密检定的特制分划尺和测微器分划尺进行比较求得。方法：方法：将特制分划尺竖立在与仪器等高的一定距离处，旋转测微螺旋，使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻的分划线，这时测微器分划尺移动了L格，若特制分划尺分划线间隔值为d，则测得的测微器分划尺一个分格值为g，则有：dgL0.001mmg名测定测微器分划值的具体方法光学测微器隙动差的测定方法：比较旋进测微螺旋和旋出光学测微器隙动差的测定方法：比较旋进测微螺旋和旋出测微螺旋照准特制分划尺上同一分划线在测微器分划尺上测微螺旋照准特制分划尺上同一分划线在测微器分划尺上的读数之差的读数之差（理论上应该相等），（理论上应该相等），不应超过不应超过2

38、格。格。2、视准轴与水准轴相互关系的检验与校正、视准轴与水准轴相互关系的检验与校正在垂直平面上投影的交角，称为在垂直平面上投影的交角，称为i i角误差，角误差，在水平平面上投影的交角，称为在水平平面上投影的交角，称为角误差，也叫角误差，也叫交叉误差交叉误差。（1 1）i i角误差检校角误差检校 2222222211111111hbab2abahhba2babah12hh 1221hh /si si 10i要求 。校正在j2测站上进行，先求出A标尺上的正确读数a2=a22，调节测微螺旋和倾斜螺旋，使水准标尺A上的读数为a2，此时气泡影象不重合，再校正气泡两端校正螺旋使其符合。15i精 密若若s=

39、20.6m 注意注意：1、测定、测定i角过程中考虑到温度变化对角过程中考虑到温度变化对i角的影响，所以最好角的影响，所以最好选在阴天测定。选在阴天测定。2、按上述方法测定、按上述方法测定i角时，若考虑到调焦透镜运行误差对角时，若考虑到调焦透镜运行误差对测定测定i角的影响，应使仪器距近尺的距离角的影响，应使仪器距近尺的距离s=57m，距远，距远尺的距离尺的距离S=4050m为宜，此时计算为宜，此时计算i角的公式如下：角的公式如下：()BABAissss21221111()()22hhabab （2）角误差的检验与校正角误差的检验与校正检验方法：整平仪器后使仪器绕视准轴左右倾斜，根据水检验方法：整

40、平仪器后使仪器绕视准轴左右倾斜，根据水准气泡移动的方向和大小来判断是否有交叉误差存在。准气泡移动的方向和大小来判断是否有交叉误差存在。 若气泡现两端保持符合，或同向离开相同距离，则表若气泡现两端保持符合，或同向离开相同距离，则表示无交叉误差，若两端异向离开，则表示不能满足，异向示无交叉误差，若两端异向离开，则表示不能满足，异向离开大于离开大于2mm，必须进行校正，必须进行校正 。交叉误差检校步骤交叉误差检校步骤3、倾斜螺旋隙动差和分划值的测定、倾斜螺旋隙动差和分划值的测定 倾斜螺旋旋进和旋出在分划鼓上的读数之差，为倾斜倾斜螺旋的隙动差螺旋的隙动差，用以判断倾斜螺旋效用的正确性。 按倾斜螺旋法进

41、行跨河水准测量时，要用倾斜螺旋测定视线的微小倾角，因此，必须测定其分划值。u 检定在检定室内进行，室内的温度应使其在23h内不超过2的变化。检定前23h将仪器置于室内检验仪的台座上。u 检验时，由往测和返测构成一个测回，往测按旋进方向使用倾斜螺旋，在返测时倾斜螺旋的旋转方向与往测相反。u 水准规范规定，检验要进行两个测回。n 水准规范规定，倾斜螺旋隙动差对于一、二等精密水准测量应小于2. 0，否则认为倾斜螺旋效用不正确，在作业中应严格地只准用旋进倾斜螺旋使水准气泡两端精密符合。4.调焦透镜运行误差的测定调焦透镜运行误差的测定 调焦时，等效光心移动的轨迹不是一条直线，则说明调焦透镜移动时有晃动现

42、象，对同一直线上不同距离的目标调焦时，视准轴的方向将发生变化，这就对观测时读数带来误差影响。检验方法的具体操作步骤和计算方法：检验方法的具体操作步骤和计算方法：选择一平坦场地，以A为圆心作半径为30m的圆弧，在圆弧上依次布设0,1,2,3,4,5号点，并使各点至0点的弦长分别为10m, 20m, 30m,40m,50m。在各号点处打入尺桩。 (1)在A点观测各点，求取各点对于0点的高差。先按0, 1, 2, 3, 4, 5的顺序，对各点上的同一水准标尺进行往测,再依相反的顺序返测，构成一个测回。要求观测4个测回,各测回间用脚螺旋变更仪器高，4测回中不能变动焦距。 (2)在0点上整置水准仪，先按

43、1, 2, 3, 4, 5的顺序对各点上的同一水准标尺照准并读数,进行往测,每次都要仔细调焦。再依相反的顺序进行返测，测构成一个测回。要求观测4个测回，各测回间应用脚螺旋变更仪器高。 计算各点(1,2,5)对于0点的高差Hi;计算各点对于0点的高差Hi: (3)计算调焦透镜运行误差而产计算调焦透镜运行误差而产生的影响：生的影响： 规范规定规范规定:用于一、二等水准测量用于一、二等水准测量的仪器，调焦透镜运行误差值都应的仪器，调焦透镜运行误差值都应小于小于0. 5 mm;用于三、四等水准测量用于三、四等水准测量的仪器应小于的仪器应小于1mm。 5.自动安平水准仪补偿误差的测定自动安平水准仪补偿误

44、差的测定 (1)精细整平仪器，测定A, B两点间高差的精确值h。(2)使用脚螺旋使仪器垂直轴向前、后、左、右倾斜(倾斜度用圆水准气泡的位移来估计)时测定A, B两点间的高差，分别计为h+， h，h+，h。将h化算为倾斜1时，以每秒为单位的补偿误差 比较仪器垂直轴向各方向倾斜时所测得的高差与高差精确值： h为以长度单位的误差补偿值。 为了消除自动安平水准仪补偿误差这种系统误差的影响，在测站上可以采用定人法整平圆水准器定人法整平圆水准器: 奇数站照准后视方向整平圆水准器，偶数站照准前视方向整平圆水准器，使倾斜视线在相邻测站上作相反方向的倾斜，从而在相邻两测站上观测高差之和中抵消这种误差影响，因此，

45、每一测段的水准测量路线需要安排成偶数站。 水准测量规范规定：对于一等水准测量，补偿误差水准测量规范规定：对于一等水准测量，补偿误差应小于应小于0. 10，对于二等水准测量，对于二等水准测量应小于应小于0. 20. 二、精密水准尺的检验二、精密水准尺的检验按水准规范规定，在作业前应检验的项目为:(1)标尺的检视;(2)标尺上的圆水准器的检校;(3)标尺分划面弯曲差的测定;(4)标尺名义米长及分划偶然中误差的测定;(5)标尺尺带拉力的测定;(6)一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定。 对于新购置的水准标尺还需进行标尺中轴线与标尺底面垂直性等项目的检验。1、水准标尺分划面弯曲差的测定、水准标

46、尺分划面弯曲差的测定尺面如有弯曲，观测时将使读数偏大。如图：弯曲的尺长l伸直可认为BC，而正确的长度L。 2224flL283fLll 283fllLl 水准规范规定：线条式铟瓦水准标尺，弯曲差f不得大于4mm，超过此限值时，应对水准标尺施加尺长改正。 弯曲差的测定方法是弯曲差的测定方法是:在水准标尺的在水准标尺的两端点引张一条细线，量取细线中点两端点引张一条细线，量取细线中点至分划面的距离，即为标尺的弯曲差至分划面的距离，即为标尺的弯曲差.2、水准标尺名义米长及分划偶然中误差的测定、水准标尺名义米长及分划偶然中误差的测定f (mm/m) =平均每米真长平均每米真长-1mh=h+ =h+fh可

47、用一级线纹米尺对一对水准标尺的平均米真长作监测。l 取一对水准标尺的检定成果的中数,作为一对水准标尺平均每米真长。l 一对水准标尺的平均每米真长与名义长度lm之差称为平均米真长偏差平均米真长偏差，以f表示 水准规范规定水准规范规定:用于精密水准测量的水准标尺，如果一对水准标尺的平均米真长偏差大于0. 1 mm，就不能用于作业。当一对水准标尺平均米真长偏差大于0. 02 mm，则应对水准测量的观测高差施加每米真长改正，从而得到改正后的高差h， l水准标尺的分米分划误差，其值应不大于0. lmm。 3、一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差、一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差 对于分格值为对于

48、分格值为10mm的精密因瓦水准尺，如果从底面至的精密因瓦水准尺，如果从底面至第一分划线的中线的距离不是第一分划线的中线的距离不是1dm，其差数就叫零点误差。，其差数就叫零点误差。 两支水准标尺的零点误差之差，叫做一对水准标尺的零两支水准标尺的零点误差之差，叫做一对水准标尺的零点不等差。点不等差。 一对水准标尺的零点不等差对高差的影响可通过布设偶一对水准标尺的零点不等差对高差的影响可通过布设偶数站来消除。数站来消除。 同一视线高度，水准尺上的基本分划与辅助分划的同一视线高度，水准尺上的基本分划与辅助分划的读数差，称为基辅差或尺常数。读数差，称为基辅差或尺常数。3.6 3.6 精密水准测量的主要误

49、差来源及其影响精密水准测量的主要误差来源及其影响水准测量误差一般可分：水准测量误差一般可分：3观测误差观测误差 （在精密水准测量中影响很小，不到（在精密水准测量中影响很小，不到0.1mm）水准仪的影响磁场对补偿式自动安平响电磁场对水准测量的影垂直位移的影响尺台或尺垫仪器和水准标尺大气垂直折光的影响角的影响温度变化对)(i2外界因素外界因素i角视准轴与水准轴不平行的影响角水准标尺每米长度的误差两水准标尺零点差的影响（水准标尺长度误差影响）1仪器误差仪器误差一、视准轴与水准轴不平行的误差影响一、视准轴与水准轴不平行的误差影响1. i角的误差影响角的误差影响 由于检校残差，水准气泡居中时，视准轴不能

50、保持水平，使水准标尺上的读数产生误差，并且与视距成正比。 1)(前后ssis对一测站高差的影响：对一测站高差的影响： 1)(前后ssis对一测段高差的影响：对一测段高差的影响： 设i=15，要求s 对高差的影响小到可以忽略不计的程度，如s =0.lmm，那么前后视距之差的容许值为二等水准测量规范：每站前后视距差1m；每测段前后视累计视距差 3m。misss4 . 1)( 前后 可见，在i角保持不变的情况下，一个测站上的前后视距相等或一个测段的前后视距总和相等，则在观测高差中由于i角的误差影响可以得到消除。但在实际作业中，要求前后视距完全相等是困难的。 1)(前后ssis=0.lmm2. 角误差

51、的影响角误差的影响当仪器不存在i角，则在仪器的竖轴严格铅垂竖轴严格铅垂时，交叉误差并不影响在水准标尺上的读数，因为仪器在水在水平方向转动时，视准轴与水准轴在垂直面上的投影仍保平方向转动时，视准轴与水准轴在垂直面上的投影仍保持互相平行，持互相平行，因此对水准测量并无不利影响。当仪器的竖轴倾斜竖轴倾斜时，如与视准轴正交的方向倾斜一个角度，那么这时视准轴虽然仍在水平位置，但水准轴两端却产生倾斜，从而水准气泡偏离居中位置;仪器在水平方向转动时，水准气泡将移动，当重新调整水准气泡居中进行观测时，视准轴就会偏离水平位置而倾斜，显然它将影响在水准标尺上的读数。为了减少这种误差对水准测量成果的影响，应对水准仪

52、上的圆水准器进行检验与校正和对交叉误差 进行检验与校正。3.温度变化对温度变化对i角的影响角的影响 精密水准仪把镜筒和水准管装置在一个隔热性能良好的套筒中，以防由于温度的变化，使仪器有关部件产生不同程度的胀缩，引起i角的变化，但不可能完全避免。仪器受热的部位不同，对i角的影响也显著不同：u 当太阳射向物镜和目镜端影响最大；u 旁射水准管一侧时，影响较小；u 旁射与水准管相对的另一侧时，影响最小。实验表明，当仪器周围的温度均匀地每变化1C时，i角将平均变化约为0.5，有时竟可达到12 。 i角受温度变化的影响很复杂，对高差的影响是难以用改变观测程序的办法来完全消除；而且在往返测不符值中也不能完全

53、被发现，这就使高差中数受到系统性的误差影响受到系统性的误差影响，因此，减弱这种误差影响最有效的办法是减少仪器受辐射热的影响，以减小i角的复杂变化。同时，在观测开始前应将仪器预先从箱中取出，使仪器充分地与周围空气温度一致。 若在观测的较短时间段内，i角受温度的影响，与时间成比例地均匀变化，则可以采取改变观测程序的方法在一定程在一定程度上度上来消除或削弱这种误差对观测高差的影响。 奇数站：后（基）奇数站：后（基）前（基）前（基）前（辅）前（辅）后（辅）后（辅）偶数站：前（基）偶数站：前（基）后（基）后（基）后（辅）后（辅）前（辅）前（辅） 将测段的测站数安排成偶数站，对于削减由于角变化对观测将测段

54、的测站数安排成偶数站，对于削减由于角变化对观测高差的误差影响也是必要的。高差的误差影响也是必要的。 由于由于i角的变化不完全按照与时间成比例地均匀变化，相邻奇角的变化不完全按照与时间成比例地均匀变化，相邻奇偶测站的视距也不一定相等，所以按上述程序进行观测，只能说偶测站的视距也不一定相等，所以按上述程序进行观测，只能说基本上消除由于基本上消除由于i角变化的误差影响。角变化的误差影响。二、水准标尺长度误差的影响二、水准标尺长度误差的影响1.水准标尺每米长度误差的影响水准标尺每米长度误差的影响在精密水准测量作业中必须使用经过检验的水准标尺。设f为水准标尺每米间隔平均真长误差，则对一个测站的观测高差h

55、应加的改正数为 hff对于一个测段来说，应加的改正数为 hff式中 为一个测段各测站观测高差之和。h2.两水准标尺零点不等差的影响两水准标尺零点不等差的影响bababbaah)()()(111112测站上观测高差为测站的观测高差为ababaabbh)()()(222223 在两相邻测站的观测高差之和中抵消了误差的影响，故在实际水准测量作业中各测段的测站数应安排成偶数偶数，且在相邻测站上使两水准标尺轮流作为前视尺和后视尺。三、仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响三、仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响1、仪器下沉、仪器下沉 仪器和水准标尺在垂直方向位移所产生的误差，是精密水准测量系统

56、误差的重要来源。 “后前前后后前前后”的观测程序所测得的基辅高差取平均值，可较好地消除仪器的脚架随时间仪器的脚架随时间而逐渐下沉而逐渐下沉的误差影响。1111) 11(111dhdbadbah基面测得的高差：基面测得的高差：22( 221)( 21)2222hadddbddabdhd辅面测得的高差：辅面测得的高差：122122hhddh基辅高差的平均值：基辅高差的平均值： 进行往返测，高差取进行往返测，高差取“往返测高差的平均值往返测高差的平均值”，水准标尺（尺台或尺桩）下沉的误差影响可大大减少。所以水准测量一般都要求进行往返测。往返测尽可能路线相同。往返测尽可能路线相同。2 2、水准标尺（尺

57、台或尺桩）下沉、水准标尺（尺台或尺桩）下沉 水准标尺（尺台或尺桩）的垂直位移，主要是发生在迁站的过程中，由原来的前视尺转为后视尺而产生下沉，原来的前视尺转为后视尺而产生下沉，于是总使后视读数偏大于是总使后视读数偏大，使各测站的观测高差都偏大，成为系统性的误差影响。 在实际作业中，我们要尽量设法减少水准标尺的垂尽量设法减少水准标尺的垂直位移直位移，如立尺点要选在中等坚实的土壤上；水准标尺立于尺台后至少要半分钟后才进行观测，这样可以减少其垂直位移量，从而减少其误差影响。 有时仪器脚架和尺台（或尺桩）也会发生上升现发生上升现象象，就是当我们用力将脚架或尺台压入地下之后，在我们不再用力的情况下，土壤的

58、反作用有时会使脚架或尺台逐渐上升，如果水准测量路线沿着土壤性质相同的路线敷设，而每次都有这种上升的现象发生，结果会产生系统性质的误差影响，根据研究，这种误差可以达到相当大的数值。四、大气垂直折光的影响四、大气垂直折光的影响 光线通过在不断按梯度变化的大气层时，会在垂直方向产生弯曲，并且弯向密度较大的一方，这种现象叫做大气垂直折光大气垂直折光. 在地势较为平坦的地区进行水准测量时，前后视距相等，视线弯曲的程度也相同，因此，在观测高差中就可以消除这种误差影响。 越接近地面的大气层，密度的梯度越大。若前后视线离地面的高度不同，则前后视线在垂直面内的弯曲程度也不同，折光影响也就不同。 如水准测量通过一

59、个较长的坡度时，由于前视视线离地面的高度总是大于（或小于）后视视线离地面的高度，当上坡时前视所受的折光影响比后视要大。这时，垂直折光对高差将产生系统性质误差影响。 为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应使前后视距尽量使前后视距尽量相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时应适当缩短视距。上进行作业时应适当缩短视距。 在日出后半小时左右和日落前半小时左右这两段时间内，由于地表面的吸热和散热，使近地面的大气密度和折光差变化迅速而无规律，故不宜进行观测； 在中午一段时间内，由于太阳强烈照射，使空气对流剧烈，致使目标成像不稳定

60、也不宜进行观测。 为了减弱垂直折光对观测高差的影响，水准规范还规定每一测段的往测和返测应分别在上午或下午每一测段的往测和返测应分别在上午或下午，这样在往返测观测高差的平均值中可以减弱垂直折光的影响。 总之：削弱方法：总之：削弱方法： 使前后视距相等；使前后视距相等； 使视线离地面具有足够的高度，在坡度较大的水准路线使视线离地面具有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时应适当缩短视距。上进行作业时应适当缩短视距。 避免在日出后半小时、日落前半小时和正午进行观测。避免在日出后半小时、日落前半小时和正午进行观测。 每一测段的往测和返测应分别在上午或下午进行。每一测段的往测和返测应分别在上午或下