现代普通测量学第3章(2008)

1、 合肥工业大学土建学院测量工程系主主 讲：讲：周志易周志易13 年 3 月 合肥工业大学土建学院测量工程系主要内容：主要内容： 水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测量的施测方法、仪器的检验与校正。量的施测方法、仪器的检验与校正。主要目的：主要目的： 了解水准测量原理、测量工具，掌握地面点位了解水准测量原理、测量工具，掌握地面点位高程测量过程，能求出地面点高程。高程测量过程，能求出地面点高程。重点内容：重点内容： 水准测量原理、施测方法、成果计算。水准测量原理、施测方法、成果计算。第3章 水准测量 合肥工业大学土建学院测量工程系第3章 水准测量 3.1

2、3.1 水准测量原理水准测量原理 3.23.2 水准仪及其使用水准仪及其使用 3.33.3 自动安平水准仪及数字水准仪自动安平水准仪及数字水准仪 3.43.4 水准测量方法水准测量方法 3.53.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 3.63.6 水准测量的误差分析及注意事项水准测量的误差分析及注意事项 合肥工业大学土建学院测量工程系高程测量高程测量确定地面上各点高程的工作。确定地面上各点高程的工作。高程测量概述高程测量概述水准测量水准测量用水准仪进行高程测量的工作。用水准仪进行高程测量的工作。三角高程测量三角高程测量物理高程测量物理高程测量GPSGPS高程测量高程测量气压高程

3、测量气压高程测量液体静力水准测量液体静力水准测量水准测量水准测量高高程程测测量量高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同,可分为可分为:水准测量是高程测量的主要方法水准测量是高程测量的主要方法。水准测量使用仪器：水准仪水准测量使用仪器：水准仪 合肥工业大学土建学院测量工程系水准测量的等级水准测量的等级水准测量分为一等、二等、三等、四等及等外水准水准测量分为一等、二等、三等、四等及等外水准测量五个等级，以一等精度最高。测量五个等级，以一等精度最高。上上一等水准测量成果作为下一等水准测量的起算依一等水准测量成果作为下一等水准测量的起算依据。据。为满足测图以及一般

4、工程测量的需要，还须进行测为满足测图以及一般工程测量的需要，还须进行测区的高程控制加密，采用普通水准测量方法，也称区的高程控制加密，采用普通水准测量方法，也称图根水准测量或等外水准测量图根水准测量或等外水准测量( (本章主要介绍本章主要介绍) )。 合肥工业大学土建学院测量工程系3.1 水准测量原理水准测量原理水准测量的水准测量的实质实质是测量地面上两点之间的是测量地面上两点之间的高差高差。水准仪的主要水准仪的主要功能功能是能提供一条水平视线。是能提供一条水平视线。前进方向水平视线大地水准面HiHAHBAB后视尺前视尺abhab 合肥工业大学土建学院测量工程系 hAB 0，高差为正，前视点高；

5、高差为正，前视点高； hAB 0，高差为负，前视点低。高差为负，前视点低。 高差必须带高差必须带“+ +、 -”-”号；号； hAB的下标次序必须与测量的前进方向一致。的下标次序必须与测量的前进方向一致。 例例: :已知已知 hAB= += +1.436 m 则则 hBA= -= -1.436 m3.1 水准测量原理水准测量原理高差高差 = = 后视读数后视读数- -前视读数：前视读数： hAB = a - b 合肥工业大学土建学院测量工程系 高程的计算：高程的计算： HB HAhAB HA(ab) 高差法：高差法： Hi HAa HB Hib 仪高法仪高法 合肥工业大学土建学院测量工程系一一

6、. .水准仪的精度和类型水准仪的精度和类型2.2.水准仪类型（根据结构）水准仪类型（根据结构） 微倾式水准仪微倾式水准仪 自动安平水准仪自动安平水准仪 电子水准仪电子水准仪 数字水准仪数字水准仪 配套工具：水准尺和尺垫配套工具：水准尺和尺垫1.1.精度系列：精度系列： DS05 DS1 DS3 DS103.2 水准仪及其使用水准仪及其使用 型号下标：毫米数，表示每公里往、返测量的高差型号下标：毫米数，表示每公里往、返测量的高差 平均值的中误差平均值的中误差( (由仪器引起的由仪器引起的) ) 。 DS05 DS05、DS1DS1属精密水准仪，有测微读数装置，配置铟属精密水准仪，有测微读数装置，

7、配置铟 钢带精密水准尺，用于一、二等水准测量及精密水钢带精密水准尺，用于一、二等水准测量及精密水 准测量。准测量。DS3DS3用于三、四等水准测量及一般工程测量。用于三、四等水准测量及一般工程测量。 目前某些型号的自动安平水准仪，也有目前某些型号的自动安平水准仪，也有DSDS1 1.5 5、DSDS2 2.5 5 级别的。级别的。 合肥工业大学土建学院测量工程系132765498101412131115161.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

8、水准器；15.连接小螺钉；16.轴座 合肥工业大学土建学院测量工程系 合肥工业大学土建学院测量工程系望远镜望远镜上丝下丝竖丝横丝望远镜十字丝 合肥工业大学土建学院测量工程系消除视差的步骤：消除视差的步骤： 目镜目镜调焦，使调焦，使十字丝十字丝最清晰；最清晰； 物镜物镜调焦，使调焦，使目标像目标像最清晰，且无视差。最清晰，且无视差。视差视差: : 望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字 丝与目标的像有相对移动。丝与目标的像有相对移动。视准轴视准轴(CC)(CC): :十字丝交

9、点与物镜光心的连线。十字丝交点与物镜光心的连线。 合肥工业大学土建学院测量工程系水水准准器器圆水准器、管水准器圆水准器、管水准器 合肥工业大学土建学院测量工程系 2mm圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直 LL 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：通常为： /2mm 圆水准器轴圆水准器轴 ：过圆水准器过圆水准器零点所作圆球面的法线零点所作圆球面的法线8LL 合肥工业大学土建学院测量工程系Ro 管水准器又称为长水准管管水准器又称为长水准管 水准管分划值水准管分划值 ：是水准：是水

10、准管表面管表面2mm圆弧所对应圆弧所对应的圆心角的圆心角 /2mm/2mm 水准管轴水准管轴LL：过水准管：过水准管零点所作圆弧面的纵切线零点所作圆弧面的纵切线LL2062652 R02 合肥工业大学土建学院测量工程系 符合气泡符合尚未符合 符合气泡符合， 水准管轴与视 线水平。微倾螺旋微倾螺旋 合肥工业大学土建学院测量工程系L圆水准器圆水准器LLO管水准器管水准器圆水准器：圆水准器：用于仪器粗平，精度用于仪器粗平，精度 = 8= 8/2 2 管水准器：管水准器：用于仪器精平，精度用于仪器精平，精度 = 20/2 = 20/2 水水准准器器 合肥工业大学土建学院测量工程系望远镜水准器基座三脚架

11、VV 合肥工业大学土建学院测量工程系CCLLVVLLLL LL 合肥工业大学土建学院测量工程系三三. .水准尺、尺垫水准尺、尺垫 分单面尺和双面尺分单面尺和双面尺 直尺直尺：双面：双面( (黑、红黑、红) )水准尺，红水准尺，红面尺常数面尺常数4.687m4.687m、 4.787m4.787m，用，用于三等以下水准路线测量。于三等以下水准路线测量。 塔尺塔尺：可伸缩，伸足为：可伸缩，伸足为3 3米、米、5 5米，米，用于一般工程测量。用于一般工程测量。尺垫尺垫：转点立尺用。：转点立尺用。精密水准尺精密水准尺：铟钢带精密水准尺，精密水准测量用。：铟钢带精密水准尺，精密水准测量用。 合肥工业大学

12、土建学院测量工程系四四. .水准仪的使用水准仪的使用2.2.粗平：用脚螺旋调节圆水准气泡居中，竖轴铅垂。粗平：用脚螺旋调节圆水准气泡居中，竖轴铅垂。用用“左手大拇指法左手大拇指法”：气泡移动的方向与左手大拇：气泡移动的方向与左手大拇 指转动脚螺旋的方向一致。指转动脚螺旋的方向一致。 a ab bc c操作步骤：操作步骤：安置安置粗平粗平瞄准瞄准精平、读数精平、读数1.1.安置安置: :仪器位置（前、后视等距）仪器位置（前、后视等距） 脚架头放平脚架头放平 合肥工业大学土建学院测量工程系3.3.瞄准瞄准瞄准水准尺，消除瞄准水准尺，消除视差视差。 操作：操作： 调节目镜螺旋，使十字丝最清晰调节目镜

13、螺旋，使十字丝最清晰(消除视差的关键消除视差的关键) )。粗瞄粗瞄制动制动物镜调焦、消除视差物镜调焦、消除视差水平微动。水平微动。4.4.精平精平符合气泡符合，水准管轴与视准轴水平。符合气泡符合，水准管轴与视准轴水平。操作：操作：在每次读数之前，都应在每次读数之前，都应注视注视符合水准气泡观测窗，符合水准气泡观测窗，转动转动微倾螺旋微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合水准器的两端气使水准管气泡居中，即符合水准器的两端气泡影像对齐，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，泡影像对齐，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，水准管轴水平，视准轴亦水平，水准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一即提供了一条水平

14、视线。条水平视线。微倾螺旋微倾螺旋 合肥工业大学土建学院测量工程系5 5 读数读数仪器精确整平后，用仪器精确整平后，用横丝横丝在水准尺上读数。在水准尺上读数。读数按在目镜中看到标尺上的数字由小到大的方向，读读数按在目镜中看到标尺上的数字由小到大的方向，读出米、分米、厘米、并仔细出米、分米、厘米、并仔细估读毫米估读毫米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。读数:0859 合肥工业大学土建学院测量工程系注意注意：读数：读数用用横丝横丝在水准尺上读数。在水准尺上读数。每次读数时都必须保持精平状态（符合气泡符合）。每次读数时都必须保持精平状

15、态（符合气泡符合）。读数以米为单位，估读到毫米读数以米为单位，估读到毫米( (读出四位读数读出四位读数) )。 合肥工业大学土建学院测量工程系精密水准测量的两个重要条件： 精密水准仪提供精确的水平视线； 精密水准尺刻度精确(铟钢带水准尺)，能读得精确的读数。一一. .精密水准仪精密水准仪每公里往返平均高差中误差每公里往返平均高差中误差 1mm1mm；国产国产 S05 S1S05 S1国外国外 Ni004(Zeiss) Ni004(Zeiss) （德国）（德国） N N3 3 (Wild)(Wild)（瑞士）（瑞士）自动安平自动安平 Ni002(Zeiss) Koni007(Zeiss)Ni00

16、2(Zeiss) Koni007(Zeiss) 精密水准仪（精密水准仪（DS05DS05、DS1DS1）主要用于国家一、二等水准测）主要用于国家一、二等水准测量量(the first and second order leveling)(the first and second order leveling)和高精度的和高精度的工程测量中；工程测量中；例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。型精密设备安装的水平基准测量等。3.2.2 精密水准仪及其使用精密水准仪及其使用 合肥工业大学土建学院测量工程系精

17、密水准仪精密水准仪 合肥工业大学土建学院测量工程系1.1.水准器灵敏度高水准器灵敏度高 水准器格值达到水准器格值达到551010/2mm/2mm。2.2.望远镜放大率大，孔径大望远镜放大率大，孔径大 放大率放大率V V在在4040倍以上，孔径倍以上，孔径D D大于大于50mm50mm，照准精度高。，照准精度高。3.3.望远镜结构严密，视准轴变化小望远镜结构严密，视准轴变化小 有隔热罩。有隔热罩。4.4.装有平行玻璃板测微装置装有平行玻璃板测微装置 测微范围测微范围10mm10mm，测微器刻度，测微器刻度100100格，格值为格，格值为0.1mm0.1mm，可估读，可估读 至至0.01mm0.0

18、1mm。 合肥工业大学土建学院测量工程系二二. .平行玻璃板测微装置平行玻璃板测微装置 转动测微螺旋，改变平行玻璃板的倾斜角度，可使 视线作上、下平移，平移量在测微分划尺上读取。测微器结构与测微原理测微器结构与测微原理 合肥工业大学土建学院测量工程系三、测微尺的读数三、测微尺的读数 旋转平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为旋转平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm10mm，它对应，它对应测微尺上的测微尺上的100100个分格。个分格。 测微尺上测微尺上1 1个分格等于个分格等于0.1mm0.1mm，如在测微尺上估读到，如在测微尺上估读到0.10.1分格，分格，则可以估读到则可以估读到0.

19、01mm0.01mm。 将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如下图的读数为如下图的读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m148+0.655=148.655cm=1.48655m。 合肥工业大学土建学院测量工程系测微尺的读数测微尺的读数148+0.650=148.650cm=1.48650m。1.97+0.00150=1.97150m1.97+0.00150=1.97150m 0.98575m0.98575m 合肥工业大学土建学院测量工程系四、精密水准尺四、精密水准尺精密水准尺：是在木质尺身的精密水准

20、尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中带，其中零点端零点端固定固定在尺身上，在尺身上，另另一端一端用用弹簧弹簧以一定的拉力将以一定的拉力将其其引张引张在尺身上，以使因瓦合在尺身上，以使因瓦合金钢带金钢带不受不受尺身尺身伸缩变形伸缩变形的影的影响。分为：响。分为：基辅分划尺基辅分划尺（图（图a a）和和奇偶分划尺奇偶分划尺（图（图b b）长度长度分划分划在因瓦合金钢带上，在因瓦合金钢带上，数字数字注记注记在木质尺身上，精密在木质尺身上，精密水准尺的水准尺的分划值分划值有有10mm10mm和和5mm5mm两种。两种。基辅分划差为：基辅分划差为：3.01550

21、 m 合肥工业大学土建学院测量工程系 基辅分划尺基辅分划尺：右图（：右图（a a）为徕卡公司生产的与）为徕卡公司生产的与新新NA2NA2精密水准仪配套的精密水准尺，因为新精密水准仪配套的精密水准尺，因为新NA2NA2的望远镜为的望远镜为正像正像望远镜，所以水准尺上的望远镜，所以水准尺上的注记也是注记也是正立正立的。的。 水准尺全长约水准尺全长约3.2m3.2m，在因瓦合金钢带上刻有，在因瓦合金钢带上刻有两排分划，两排分划，右边右边一排分划为一排分划为基本基本分划，数字分划，数字注记从注记从0 0到到300cm300cm，左边左边一排分划为一排分划为辅助辅助分划，分划，数字注记从数字注记从300

22、cm300cm到到600cm600cm， 基本分划与辅助分划的零点相差一个常数基本分划与辅助分划的零点相差一个常数301.55cm301.55cm，称为，称为基辅差基辅差或或尺常数尺常数。水准测量。水准测量作业时用以作业时用以检查读数检查读数是否存在是否存在粗差粗差。 奇偶分划尺奇偶分划尺：如图（：如图（b b）分划值为）分划值为5mm5mm，两排，两排分划中分划中右右边一排为边一排为奇奇数值，数值，左左边一排为边一排为偶偶数数值，故称为奇偶分划尺。值，故称为奇偶分划尺。 左左边注记为米数，边注记为米数，右右边注记为分米数。边注记为分米数。 小小三角形表示在三角形表示在半分米半分米处，处，长长

23、三角形表示三角形表示分分米的起始线米的起始线。 因因1cm1cm分划的实际间隔仅为分划的实际间隔仅为5mm5mm，即尺面值为，即尺面值为实际的实际的2 2倍倍。所以高差的计算值应除以。所以高差的计算值应除以2 2才是才是实际的高差值。实际的高差值。 合肥工业大学土建学院测量工程系3.3 自动安平水准仪和数字水准仪自动安平水准仪和数字水准仪一一. .自动安平水准仪原理自动安平水准仪原理自动安平水准仪自动安平水准仪不需要不需要水准管和微倾螺旋，水准管和微倾螺旋，只有只有一个圆水一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种一种“补偿

24、器补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。的特别装置，使视线自动处于水平状态。dtgftgdtglftgl 合肥工业大学土建学院测量工程系二二. .自动安平补偿器结构自动安平补偿器结构 合肥工业大学土建学院测量工程系上图为北京光学仪器厂生上图为北京光学仪器厂生产的产的DZS3-1DZS3-1自动安平水准仪，自动安平水准仪，右图为补偿器状态窗口，当右图为补偿器状态窗口，当仪器安置好、补偿器指标线仪器安置好、补偿器指标线位于补偿器指标附近时，即位于补偿器指标附近时，即可以进行读数。可以进行读数。 DZS3-1DZS3-1自动安平水准仪自动安平水准仪 合肥工业大学土建学院测量工程系激光水准仪激光

25、水准仪能沿视准轴发射一束可见光束，在水准尺上能沿视准轴发射一束可见光束，在水准尺上形成一个光斑，立尺员可直接读数，并可夜间使用形成一个光斑，立尺员可直接读数，并可夜间使用(成本成本较高，耗电，较少使用较高，耗电，较少使用) 合肥工业大学土建学院测量工程系一、数字水准仪一、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 仪仪调焦螺旋调焦螺旋制动、微动螺旋制动、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分光镜 ：将由物镜计入的光分为可见光和红外光：将由物镜

26、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，进行读数行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水准仪）（电子水准仪） 合肥工业大学土建学院测量工程系不同型号的数字水准仪和条码尺不同型号的数字水准仪和条码尺 合肥工业大学土建学院测量工程系数字水准仪和条码水准尺数字水准仪和条码水准尺 数字水准仪(digital level)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件，采用条形码分划水准尺(coding level staff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。 合肥工业大学土建学院测量工程系主要特征：采用CCD线阵传感器识

27、别条形码水准标尺上的条形码分划，用影像相关技术，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。编码原理和解码方法分为：相关法（莱卡NA系列)、几何法（蔡司、天宝DiNi系列）和相位法（索佳SDL系列)。相关法读数法：观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划影像射到分光镜上，并将其分为两部分：其一是可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；其二是红外光射向探测器，它将望远镜接收到的光图像信息光图像信息转换成电影像信号电影像信号，并传输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读数。 合肥工业大学土建学院测量工程系下图为采用相

28、关法的徕卡NA3003数字水准仪的机械光学结构图 合肥工业大学土建学院测量工程系二、数字水准仪的特点二、数字水准仪的特点用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差；题，没有人为读数误差；精度高，多条码精度高，多条码( (等效为多分划等效为多分划) )测量，削弱标尺分划误测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响；差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响；速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外可实现水

29、准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化。业一体化。数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普通自动安平采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。水准仪使用。 合肥工业大学土建学院测量工程系三、数字水准仪的原理三、数字水准仪的原理当用望远镜照准标尺并调焦后，当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光标尺上的条形码影像入射到分光镜上；分光镜将其分为可见光和镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份，可见光影像成像红外光两部份，可见光影像成像在分划板上，供目视观测；在分

30、划板上，供目视观测；红外光影像成像在红外光影像成像在CCDCCD线阵光电探测器上线阵光电探测器上( (探测器长约探测器长约6.5mm6.5mm，由，由256256个口径为个口径为25m25m的光敏二极管组成，一个的光敏二极管组成，一个光敏二极管就是线阵的一个像素光敏二极管就是线阵的一个像素) )，探测器将接收到的，探测器将接收到的光图像光图像通过通过A/DA/D转换转换数字信号数字信号；传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码形码本源数字信息本源数字信息进行相关比较，当两信号处于进行相关比较，当两信号处于最佳相最佳相关位置关位置时，即

31、可获得水准尺上的时，即可获得水准尺上的水平视线读数水平视线读数和和视距视距读读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。 合肥工业大学土建学院测量工程系四、条码水准尺四、条码水准尺与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，形式有直尺和折叠尺两种，规格有面尺，形式有直尺和折叠尺两种，规格有1m1m、2m2m、3m3m、4m4m、5m5m几种，尺子的分划一几种，尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线面为二进制伪随机码分划线( (配徕卡仪器配徕卡仪器) )或规则

32、分划线或规则分划线( (配蔡司仪器配蔡司仪器) )，其外形类似，其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码。于一般商品外包装上印制的条纹码。右图为与徕卡数字水准仪配套的条码水准右图为与徕卡数字水准仪配套的条码水准尺，它用于数字水准测量；双面尺的另一尺，它用于数字水准测量；双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。量。 合肥工业大学土建学院测量工程系五、徕卡五、徕卡DNA03DNA03中文精密数字水准仪简介中文精密数字水准仪简介 1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪D

33、NA03，见图所示。界面为中文，同时内置了适合我国测量规范的观测程序。 合肥工业大学土建学院测量工程系徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介DNA03DNA03的主要技术参数如下：的主要技术参数如下： 精度：精度：0.3mm/km(0.3mm/km(采用因瓦水准尺采用因瓦水准尺) )最小读数：最小读数：0.01mm0.01mm测距精度：测距精度：1cm/20m1cm/20m内存：可以存储内存：可以存储16501650组测站数据或组测站数据或60006000个测量数据个测量数据补偿器：磁性阻尼补偿器补偿器：磁性阻尼补偿器补偿范围：补偿范围：88补偿精度：补偿精度：0.30.3单次测量时间：单次测量

34、时间：3 3秒秒 GEBGEB电池：连续测量电池：连续测量1212小时小时为确保外业观测数据的安全，为确保外业观测数据的安全，DNA03DNA03上还插有一个上还插有一个PCMCIAPCMCIA闪存卡，全部测量数据同时保存在仪器内存和闪存卡，全部测量数据同时保存在仪器内存和PCMCIAPCMCIA卡中。卡中。 合肥工业大学土建学院测量工程系 合肥工业大学土建学院测量工程系SDL30数字水准仪(日本索佳） 合肥工业大学土建学院测量工程系DiNi12数字水准仪（美国天宝德国蔡司） 合肥工业大学土建学院测量工程系水准点的类型：永久性，临时性。水准点的类型：永久性，临时性。其顶部通常为凸起的其顶部通常

35、为凸起的半球面半球面, , 用于放置水准尺。用于放置水准尺。3.4 水准测量的方法水准测量的方法外业：外业：用水准路线测量方法，在新建水准点和已知水用水准路线测量方法，在新建水准点和已知水 准点之间进行高差测量。准点之间进行高差测量。内业：内业：评定测量精度，计算新建水准点的高程。评定测量精度，计算新建水准点的高程。1 1、水准点、水准点 用水准测量的方法测定高程的高程控制点。用水准测量的方法测定高程的高程控制点。 各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。在水准点标石或标记面上。 水准点标石的类型可分为

36、：基岩水准标石、基本水准标石、普水准点标石的类型可分为：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准标志四种，通水准标石和墙脚水准标志四种， 其中混凝土普通水准标石和墙脚水准标志的埋设要求见下图。其中混凝土普通水准标石和墙脚水准标志的埋设要求见下图。 合肥工业大学土建学院测量工程系水准点的编号：水准点的编号： 例：例：BMBM（Bench Mark)Bench Mark)： BM.1BM.1、BM.2BM.2，BM.ABM.A、BM.BBM.B TBM (Temporary Bench Mark) TBM (Temporary Bench Mark)： TBM.1TBM.1、TBM.2T

37、BM.2 也可根据工程情况编号：也可根据工程情况编号： 水水-1-1、水、水-2, -2, 水水-3, -3, ； 固固-1, -1, 固固-2, -2, 固固-3, -3, 合肥工业大学土建学院测量工程系二二. .水准路线水准路线 进行水准测量的路线，由已知水准进行水准测量的路线，由已知水准 点和新建水准点组成。点和新建水准点组成。水水准准路路线线1.1.闭合水准路线闭合水准路线2.2.附合水准路线附合水准路线3.3.支水准路线支水准路线4.4.水准网水准网 合肥工业大学土建学院测量工程系二、水准路线二、水准路线水准网：由若干条单一水准路线相互连接构成的网状。结点：单一水准路线相互连接的点。

38、 （1） 独立水准网 （2）单结点附合水准网 BMA1234 BMABMB5BMC1 合肥工业大学土建学院测量工程系1.1.闭合水准路线闭合水准路线0理论h实际上：理论上：0观测h观测hfh，观测不合格，重测。，观测成果合格；容容hhhhffff令：有：BMBM1 14 43 321 1闭合水准路线分析：结论：闭合水准路线具有严密的检核条件。结论：闭合水准路线具有严密的检核条件。 合肥工业大学土建学院测量工程系2.2.附合水准路线附合水准路线附合水准路线分析：BMBM1 11 12 23 3BMBM2 2理论上：12BMBMHHh理论实际上：12BMBMHHh观测令：)HH(hfBMBMh12

39、观测有：，观测不合格，重测。，观测成果合格；容容hhhhffff结论：附合水准路线具有严密的检核条件。结论：附合水准路线具有严密的检核条件。 合肥工业大学土建学院测量工程系3.3.支水准路线支水准路线支线水准路线分析：理论上：实际上：无法比较与理论观测hh令：返测往测hhfh有：，观测不合格，重测。，观测成果合格；容容hhhhffff结论：支水准路线往返观测具有严密性。结论：支水准路线往返观测具有严密性。BMBM1 11 12 23 3支线水准路支线水准路线不严密，线不严密，必须作往返必须作往返测！测！?h理论 合肥工业大学土建学院测量工程系三三. .连续安置水准仪的测量方法连续安置水准仪的测

40、量方法 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB = h1+ h2+ hn = (a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n) = a-a- b b 合肥工业大学土建学院测量工程系 BMABMB1.444 1.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.

41、543水准测量记录水准测量记录格式格式 合肥工业大学土建学院测量工程系水准测量记录表水准测量记录表 合肥工业大学土建学院测量工程系四四. .水准测量的检核水准测量的检核( (适用于等外水准路线适用于等外水准路线) )1.1.待定点高程测量和计算检核待定点高程测量和计算检核3.3.路线检核（成果检核）路线检核（成果检核）2.2.测站检核测站检核 合肥工业大学土建学院测量工程系 合肥工业大学土建学院测量工程系 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：iiibahiiiABbahhABABhHH施测方法施测方法（动画动画）2. 待定点高程的测量和计算

42、检核待定点高程的测量和计算检核 合肥工业大学土建学院测量工程系普通水准测量记录表普通水准测量记录表0.718 合肥工业大学土建学院测量工程系四四. .水准测量的检核水准测量的检核( (适用于等外水准路线适用于等外水准路线) )3.3.测站检核测站检核对每一站高差进行检核，每站对每一站高差进行检核，每站 进行（避免读错、听错、记错、进行（避免读错、听错、记错、 未精平等粗差）未精平等粗差）。a a b b BA h =a b h =ab双仪高法双仪高法 BAa黑a红 b红b黑h = a黑b黑h = a红b红双面尺法双面尺法读数要求读数要求 （黑（黑+ +常数常数 红）红） 3 3mmmm高差要求

43、高差要求 h h 5 5mmmm 取取 h=(=(h +h ) / 2 2两尺常数不一致时，考虑两尺常数差两尺常数不一致时，考虑两尺常数差 0.1000.100米。米。要求要求: : 改变仪器高度应在改变仪器高度应在1010cmcm以上以上 h h 5 5mmmm 取取 h=(=(h +h ) / 2 2 合肥工业大学土建学院测量工程系 双仪高法水准测量观测记录表 合肥工业大学土建学院测量工程系 双面尺法水准测量观测记录表 合肥工业大学土建学院测量工程系计算检核计算检核黑面: h黑 = a-b红面： h红 = a-b平均高差： h =（h黑 + h红）/2 或 h =（h黑 + h红0.1）/

44、2 h = ( a-b )/2 或 h = ( a-b0.1 )/2 合肥工业大学土建学院测量工程系计算检核计算检核黑面: h黑 = a-b红面：h红 = a-b平均高差： h =（ h黑 + h红0.1）/2 合肥工业大学土建学院测量工程系h测 =h1+h2+h3+h4+h5h理 = H终-H始 fh = h测-h理要求：fh fh容路线检核路线检核（成果检核）（成果检核） 计算路线高差闭合差，检验整条路线的测量精度。计算路线高差闭合差，检验整条路线的测量精度。（1 1）附合水准路线）附合水准路线BMBM1 11 12 23 3BMBM2 2h4h3h2h1 合肥工业大学土建学院测量工程系B

45、MAh测 =h1+h2+h3+h4+h5h1h4（2 2）闭合水准路线）闭合水准路线h理=0fh = h测 要求：fh fh容（3 3）支水准路线）支水准路线fh = h往+h返要求：fh fh容BMBM1 14 43 321 1BMBM1 11 12 23 3h3h2h1h5h往h返 合肥工业大学土建学院测量工程系等外(图根)、国家四等水准路线测量容许高差闭合差公式：mmnfh12容mmLfh40容mmnfh6容mmLfh20容式中：L路线长，以公里为单位 n路线测站总数 合肥工业大学土建学院测量工程系 五、五、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

46、水准路线） h21）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BAhHhhhHf321）（容许nffhh12hfviihiihinnfSSfviiivhh；2212111vhHHvhHHAAB2附合水准路线h1h31 合肥工业大学土建学院测量工程系五五. .水准路线成果计算水准路线成果计算1、对不同的水准路线高差闭合差计算与比较闭合水准路线高差闭合差观测hfh附合水准路线高差闭合差)(12BMBMhHHhf观测支水准路线高差闭合差返测往测hhfh，观测不合格，重测。，观测成果合格；容容hhhhffff

47、合肥工业大学土建学院测量工程系五五. .水准路线成果计算水准路线成果计算2、高差闭合差的分配和各点高程的计算 高差改正数为：高差改正数为：hiihiifnnVfLLV或改正后高差为：改正后高差为：iiiVhh计算各点高程：计算各点高程：iiihHH 1 合肥工业大学土建学院测量工程系五五. .水准路线成果计算水准路线成果计算1.1.附合水准路线成果整理附合水准路线成果整理例：例： 合肥工业大学土建学院测量工程系H前 H后h 1.1.高差闭合差的计算高差闭合差的计算 2.2.高差闭合差的高差闭合差的 调整与各调整与各待定待定点高程的计算点高程的计算iihiiihllflVVlfV测段改正数每公里

48、改正数 合肥工业大学土建学院测量工程系2.2.闭合水准路线成果计算闭合水准路线成果计算 与附合水准路线不同之处是终点和起点是同一点，因此：与附合水准路线不同之处是终点和起点是同一点，因此： h h理理 = H= H终终-H-H始始= 0 = 0 f fh h = h= h测测-h-h理理 = h= h测测 其余计算与附合水准路线相同其余计算与附合水准路线相同 合肥工业大学土建学院测量工程系3.5 微倾式水准仪的检验和校正微倾式水准仪的检验和校正一一. .水准仪的轴线及其应满足的条件水准仪的轴线及其应满足的条件(1)(1)圆水准轴平行于圆水准轴平行于竖竖轴轴 LL/ VVLL/ VV(2)(2)

49、十字横丝垂直于十字横丝垂直于竖竖轴轴 横丝横丝VVVV(3)(3)水准管轴平行于视准轴水准管轴平行于视准轴 LL / CC LL / CC (3)(3)为主要条件为主要条件 应满足的三个条件应满足的三个条件四条轴线四条轴线 视视 准准 轴轴 CCCC 望远镜十字丝交点与物镜光心的连线，其望远镜十字丝交点与物镜光心的连线，其 延长线即视线。延长线即视线。 水水 准准 管管 轴轴LLLL 水准管零点处的切线，气泡居中，水准管零点处的切线，气泡居中，LLLL水平。水平。 圆水准圆水准器器轴轴LLLL水准器球面圆圈中心与球面所对球心的连线。水准器球面圆圈中心与球面所对球心的连线。 竖竖 轴轴VVVV

50、仪器旋转轴仪器旋转轴 合肥工业大学土建学院测量工程系检验二二. .检验与校正检验与校正1.1.圆水准器的检验与校正圆水准器的检验与校正(a)用脚螺旋调节圆气泡居中(b)照准部旋转180 合肥工业大学土建学院测量工程系校正(a)稍松固紧螺丝，调整校正螺丝，将气泡调回一半 (b)用脚螺旋整平，使圆气泡居中LL铅垂 合肥工业大学土建学院测量工程系2. 2. 十字横丝垂直于十字横丝垂直于竖竖轴的检验与校正轴的检验与校正( (横丝横丝VV)VV)检验检验 (a)(a) 粗平、调焦，在横丝一端找一参照点P，固定制动螺旋 (b)(b) 望远镜水平微动，观测P点相对于横丝的移动轨迹。校正：校正：校正十字丝环校

51、正十字丝环2134十字丝环固定螺丝十字丝校正螺丝 合肥工业大学土建学院测量工程系3.3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正水准管轴平行于视准轴的检验与校正 ( LL / CC )( LL / CC ) (1) (1) 检验检验 a.a.场地准备场地准备(CA(CA、CBCB等距，约等距，约4040米米) ) b. b.在在C C测定测定A A、B B的正确高差：的正确高差： h h正确正确=(a=(a1 1- -)-(b)-(b1 1- -)=a)=a1 1-b-b1 1=h=h c.c.仪器至仪器至B B近旁，读数近旁，读数b b2 2、a a2 2：h=ah=a2 2- a- a2 2 22

52、ABDhihba 合肥工业大学土建学院测量工程系（2 2）校正）校正方法1：校正水准管 a. a. 计算计算A A尺水平视线读数：尺水平视线读数： a a2 2=b=b2 2+h+h b. b. 转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数 a a2 2 ：CCCC水平水平 c. c. 校正水准管气泡居中：校正水准管气泡居中：LLLL水平（水平（LL / CCLL / CC） d. d. 重复检验直至符合要求。重复检验直至符合要求。 合肥工业大学土建学院测量工程系校正水准管水准管的 校正螺丝水准管 的一端 合肥工业大学土建学院测量工程系方法方法2 2：校正十字丝：校正十字丝 a.a

53、.保持水准管气泡居中即保持水准管气泡居中即LLLL水平；水平； b.b.调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准 读数读数a a2 2，即即CCCC水平，从而水平，从而LL / CCLL / CC。2134十字丝环十字丝环校正螺丝校正螺丝十字丝环十字丝环校正螺丝校正螺丝 合肥工业大学土建学院测量工程系3.8 水准测量的误差分析及注意事项水准测量的误差分析及注意事项 水准测量误差包括水准测量误差包括仪器误差仪器误差、观测误差观测误差和和外外界环境的影响界环境的影响三个方面。三个方面。 一、仪器误差一、仪器误差 二、观测误差二、观测误差 三、外界环境的影响三、外

54、界环境的影响 合肥工业大学土建学院测量工程系3.8 水准测量的误差分析及注意事项水准测量的误差分析及注意事项一、仪器误差1) 1) 仪器校正后的残余误差仪器校正后的残余误差：规范规定，：规范规定，DS3DS3水准仪的水准仪的i i角大于角大于2020才需要校正，因此，正常使用情况下，才需要校正，因此，正常使用情况下，i i角将保持在角将保持在2020以内。以内。i i角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。在水准测量的每

55、站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到在水准测量的每站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到的，因此规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小的，因此规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小于等于于等于5m5m，任一测站的前后视距累积差应小于等于，任一测站的前后视距累积差应小于等于10m10m。2) 2) 水准尺误差水准尺误差：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度，因此须检验水因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度，因此须检验水准尺上米间隔平均真长与名义长之差。准尺上米间

56、隔平均真长与名义长之差。规范规定，对于区格式木质标尺不应大于规范规定，对于区格式木质标尺不应大于0.5mm0.5mm，否则，应在所，否则，应在所测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。测段的观测中安排偶数个测站予以消除。 合肥工业大学土建学院测量工程系3）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x xa ax xb b分别为分别为i i角引起的前后视读数的变化量角引起的前后视读数的变化量iStgiSxaaaiStgiSxbbb向上倾斜i 角的符号为正 合肥工业大学土建学院测量工程系 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aa、bb分别为前后视读数分别为前后视读数向上倾斜i 角的符号为正ABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh 合肥工业大学土建学院测量工程系二、观测误差 1)1)管水准