第三章水准测量

1、第三章第三章 水准测量水准测量v点位确定点位确定: : 平面坐标、平面坐标、高程高程 3.1 3.1 水准测量原理水准测量原理一、高程测量概述一、高程测量概述v 高程测量高程测量: :测量地面上各点高程的工作。测量地面上各点高程的工作。v 高程测量方法高程测量方法: : 水准测量水准测量: : 最基本最基本, ,精度最高精度最高 三角高程测量三角高程测量: : 适于山区适于山区 气压高程测量气压高程测量: : 精度最低精度最低水准测量原理水准测量原理 z目的：目的：A,B两点间两点间的高差的高差z在在A,B上竖立上竖立标尺标尺z用用水准仪水准仪构筑一条水平构筑一条水平视线视线z该视线在两尺上截

2、得读该视线在两尺上截得读数数a和和b z则高差则高差hAB=HB-HA=a-bz注：高差注：高差h有正有负有正有负 连续高程测量连续高程测量前视前视/后视后视：沿路线前进方向分前后视。：沿路线前进方向分前后视。HB=HA+h1+h2+-+hn= HA+ h水准测量方法水准测量方法v转点转点：两点间加的临时立尺点。：两点间加的临时立尺点。v在施测路线上，依次测出每两点间的高差在施测路线上，依次测出每两点间的高差hi， hi=后视读数后视读数-前视读数，前视读数， 则：则： HB=HA+(a1-b1)+ (a2-b2)+-+(an-bn) = HA+ a- b 或或 HB=HA+h1+h2+-+h

3、n= HA+ h例：vh1 =2.250-1.000=1.250vh2 =0.640-1.350=0.710vh3 =2.146-1.500=0.646vh4 =2.469-0.783=1.686vH4=H0+h=H0+2.8723.2 水准测量仪器及工具水准测量仪器及工具 一一. 水准仪水准仪v按精度指标等级划分按精度指标等级划分: DS05、DS1: 精密水准仪精密水准仪 DS3、DS10: 普通水准仪普通水准仪v按原理按原理: 光学、电子、有倾斜螺旋、自动安平光学、电子、有倾斜螺旋、自动安平v基本组成基本组成:望远镜、水准器、基望远镜、水准器、基座座水准仪组成1望远镜物镜；2望远镜目镜及

4、目镜调焦螺旋；3物镜调焦螺旋； 4管水准器；5圆水准器；6脚螺旋；7 水平方向制动螺旋；8水平方向微动螺旋；9竖直方向微倾螺旋；10基座。 1.望远镜望远镜: 瞄准尺瞄准尺并读数。由物镜、并读数。由物镜、对光透镜、十字对光透镜、十字丝、目镜组成。丝、目镜组成。 原理原理:物体通过物体通过物镜和对光透镜物镜和对光透镜在十字丝平面上在十字丝平面上成倒立实象成倒立实象,目镜目镜又将倒立实象放又将倒立实象放大。大。2.水准器水准器v作用作用: :指示指示视准轴视准轴是否水平的装置。是否水平的装置。v视准轴：视准轴：十字丝十字丝分划中心与物镜分划中心与物镜光心的连线。光心的连线。v水准管轴水准管轴: :

5、 通过通过水准管零点作圆水准管零点作圆弧的切线。弧的切线。v水准器分水准器分圆形圆形和和管形管形两种两种v管水准器管水准器: :其纵剖面上内侧其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。点处的切线就是水准管轴。“气泡居中气泡居中”即水准管轴即水准管轴水平。水平。( (精平精平) )v圆水准器圆水准器: :上面有同心圆的上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。率半径就是圆水准器的轴。“气泡居中气泡居中”即水准器的即水准器的轴垂直轴垂直 ( (粗平粗平) )2.水准器水准器水

6、准管的精度水准管的精度：v相邻分划线之间的弧所对的圆心角。相邻分划线之间的弧所对的圆心角。 设弧长为设弧长为2 2毫米，曲率毫米，曲率 半径为半径为R R毫米，则格值毫米，则格值 秒秒R23.基座及其它基座及其它v脚螺旋脚螺旋: 粗平粗平v中心螺旋中心螺旋: 固定仪器固定仪器v三脚架三脚架: 放置仪器放置仪器v制动扳钮制动扳钮: 粗略对准目标粗略对准目标v微动螺旋微动螺旋: 微动对准目标微动对准目标v微倾螺旋微倾螺旋: 精平精平v物镜对光螺旋物镜对光螺旋:十字丝清晰十字丝清晰自动安平水准仪自动安平水准仪v无水准管和微倾螺旋。无水准管和微倾螺旋。v由由自动安平补偿器自动安平补偿器来代替其功能来代

7、替其功能。电子水准仪电子水准仪v速度快、精度高、自动速度快、精度高、自动读数读数,v线阵探测器线阵探测器v条码水准标尺条码水准标尺数字水准仪简介数字水准仪简介v水准尺影象进行图象处理水准尺影象进行图象处理,用传感器测量尺上用传感器测量尺上的信息的信息,再由计算机自动计算读数及水平距离。再由计算机自动计算读数及水平距离。代替了人用眼睛来观察读数。代替了人用眼睛来观察读数。v数字水准仪的构造数字水准仪的构造:v传统水准仪的光学传统水准仪的光学 和机械系统；和机械系统；v 信息处理系统；信息处理系统；v 水准尺：一面为刻画水准尺：一面为刻画, 一面为条形码。一面为条形码。二二. .水准尺和尺垫水准尺

8、和尺垫v水准尺水准尺: : 木质或玻璃钢木质或玻璃钢 l直尺直尺2 2米和米和3 3米米, , 双面尺双面尺 ; ; l塔尺塔尺5 5米米v尺垫尺垫: : 防止下沉防止下沉或用于转点标志或用于转点标志v三脚架三脚架: :支撑水支撑水准仪准仪3.3 水准仪的使用水准仪的使用 v安置安置: : 打开三脚架打开三脚架, ,踩实脚架尖踩实脚架尖, ,中心螺旋中心螺旋固定。固定。v粗平粗平: : 固定两个脚架，转到脚螺旋，使固定两个脚架，转到脚螺旋，使圆圆水准器水准器的气泡居中。的气泡居中。 v瞄准：瞄准：转动仪器，利用准星瞄准目标，转转动仪器，利用准星瞄准目标，转动调焦镜使目标象清晰，直至无动调焦镜使

9、目标象清晰，直至无“视差视差”。v精平精平: : 用微倾螺旋使用微倾螺旋使水准管水准管气泡居中。气泡居中。v读数读数: : 用十字丝的横丝在水准尺上取用十字丝的横丝在水准尺上取“读读数数” ” 每次取每次取四位数四位数，“0”0”也是必须记也是必须记录的数字。录的数字。一、粗平一、粗平( (调节脚螺旋调节脚螺旋) ) （左手拇指法则）（左手拇指法则）20二、瞄准二、瞄准 v目镜对光目镜对光：十字丝成像清晰。：十字丝成像清晰。v瞄准目标瞄准目标: : 瞄准后制动。瞄准后制动。v物镜对光物镜对光：使目标成像清晰。：使目标成像清晰。 v使尺子贴近十字丝使尺子贴近十字丝一侧一侧: :微动螺旋微动螺旋v

10、消除视差消除视差：如果目标象没有落在十字丝面上，：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为称为视差视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦。视差影响瞄准的精度。物镜调焦重新对光可以消除视差。重新对光可以消除视差。三、精平 调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合。四四. . 读数读数水准尺的分划不是线划水准尺的分划不是线划式而是式而是区格式区格式的。区格的。区格的边缘是分划的位置，的边缘是分划的位置，区格内的小数区格内的小数“估读估读”。区格式分划便于从远处区格

11、式分划便于从远处观察并读数。观察并读数。读数读数: 0858mm四、读数 利用中丝在尺子上读数。从上往下读数（即从小数往大数读），并估读至毫米。必须读出四个数字，如图所示，正确读数分别为1608mm和6295mm。一、水准点和水准路线布一、水准点和水准路线布设设（一）水准点埋设（一）水准点埋设 水准点水准点：一系列待测：一系列待测高程的点称为水准点。高程的点称为水准点。v临时点临时点: 钉子、木头钉子、木头v永久点永久点: 水泥桩、钢筋水泥桩、钢筋3.5 水准测量的外业水准测量的外业（二）水准路线布设形式（二）水准路线布设形式支水准路线支水准路线符合水准路线符合水准路线闭合水准路线闭合水准路线

12、二二. .水准测量的实施水准测量的实施 1.安置一次仪器安置一次仪器: (100m150m)2.安置多次仪器安置多次仪器: (150m)3.一个测站的测量一个测站的测量(普通测量普通测量)v安置仪器安置仪器v粗平粗平: 使圆水准气泡居中使圆水准气泡居中v瞄准后视尺瞄准后视尺v精平精平: 使管水准气泡居中使管水准气泡居中v读后视尺上的数读后视尺上的数a: 读四位数读四位数v旋转望远镜旋转望远镜,瞄准前视尺瞄准前视尺v精平精平:v读前视尺上的数读前视尺上的数bvhAB=a-b4、一个测站的测量、一个测站的测量(水准测量水准测量)v方法同普通水准，在观测过程中，为了提高方法同普通水准，在观测过程中，

13、为了提高每站的精度，需要对每站的精度，需要对前后视距差，黑红面读前后视距差，黑红面读数差等数差等有所要求。有所要求。v读数步骤（双面尺法）：读数步骤（双面尺法）：l后后视尺视尺黑黑面，上下丝、中丝读数面，上下丝、中丝读数l前前视尺视尺黑黑面，上下丝、中丝读数面，上下丝、中丝读数l前前视尺视尺红红面，中丝读数面，中丝读数l后后视尺视尺红红面，中丝读数面，中丝读数( (一一) )两次仪器两次仪器高法高法: : 已知已知H HA A，求，求H HB Bvh1 1=a1 1-b1 1vh2 2=a2 2-b2 2vh1 1-h2 2 vh=(h1+h2)/2 a2a1b2三、水准测量方法三、水准测量方

14、法b1AB水准测量记录（两次仪器高法）水准测量记录（两次仪器高法） 32 ( (二二) )双面尺法双面尺法 已知已知H HA A, ,求求H HB Bvh1 1=黑1-黑2vh2 2=红1-红2vh1 1-h2 2 vh=(h1+(h2100)/2 33a1b1AB不同等级水准测量测站指标要求不同等级水准测量测站指标要求34记录与校核记录与校核水准测量记录实例（双面尺法）水准测量记录实例（双面尺法）3.6 水准测量内业计算水准测量内业计算v外业：外业： 外业观测、记录手薄、站站检核外业观测、记录手薄、站站检核v内业计算：内业计算：l水准路线水准路线闭和差的计算；闭和差的计算；l水准路线水准路线

15、闭和差的分配；闭和差的分配；l水准点水准点高程的计算；高程的计算；一、闭和差计算一、闭和差计算v闭和差闭和差：实测值与理论值之差。：实测值与理论值之差。1.闭和水准路线闭和水准路线v理论值：理论值： h理理v实测值：实测值： h测测h1+.+h5 则：则：fh=h测测-h理理 = h1+.+h5.附合水准路线附合水准路线v理论值：理论值： h理理HB-HAv实测值：实测值： h测测h1+.+h3 则：则：fh=h测测-h理理 = h1+.+h3- (HB-HA)3.支水准路线支水准路线v理论值理论值: (往返测往返测) h理理HA-HA=0v实测值：实测值： h测测h1+.+h6 则：则：fh

16、=h测测-h理理 = h1+.+h6123二闭和差分配二闭和差分配 当当fh限差时，将闭合差进行分配，具体分配方法如下：限差时，将闭合差进行分配，具体分配方法如下：. 闭（附）合水准路线闭（附）合水准路线v将闭和差将闭和差fh与与测站测站成正比反号分配到各段高差中。成正比反号分配到各段高差中。 Vi= (- fh/ni)*niv将闭和差将闭和差fh与与路线长度路线长度成正比反号分配到各段高差中。成正比反号分配到各段高差中。Vi= (- fh/Li)*Li123二闭和差分配二闭和差分配.支水准路线支水准路线v各段各段往返测往返测高差的绝对值取平均值，正负与高差的绝对值取平均值，正负与往测方向一致

17、。往测方向一致。三高程的计算三高程的计算v注：注：fh=+0.037， Li=7.43.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析v误差原因误差原因: 人为人为(观测观测)、仪器仪器、外界环境外界环境一、仪器误差一、仪器误差1、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差xaxbiiAB二、观测误差（人为）二、观测误差（人为）v 气泡居中不准（精平误差）气泡居中不准（精平误差）v 水准尺倾斜引起的误差水准尺倾斜引起的误差v 瞄准和读数的误差瞄准和读数的误差1 1、气泡居中不准引起的读数误差、气泡居中不准引起的读数误差 2 2、水准尺误差：、水准尺误差：尺子刻划、尺长变化、弯曲等。尺

18、子刻划、尺长变化、弯曲等。 2、水准尺倾斜引起的误差、水准尺倾斜引起的误差 水准尺倾斜引起的读数误差与水平视线离水准尺倾斜引起的读数误差与水平视线离尺底的高度尺底的高度h h，尺子的倾斜度，以及尺底的，尺子的倾斜度，以及尺底的厚度厚度b b和尺子安放的情况有关。和尺子安放的情况有关。l精密水准测量时，尺上要装水准器；精密水准测量时，尺上要装水准器；l普通水准测量时，尽量把尺扶直或扶尺员慢慢普通水准测量时，尽量把尺扶直或扶尺员慢慢地把尺前后摇动，观察员取尺上最小的读数。地把尺前后摇动，观察员取尺上最小的读数。3 3、瞄准和读数的误差、瞄准和读数的误差 水准尺的最小一位读数是水准尺的最小一位读数是

19、估读的。一般说来估读的估读的。一般说来估读的误差约为误差约为2 2毫米。毫米。v瞄准与读数误差与瞄准与读数误差与十字丝十字丝粗细、望远镜物镜焦距、粗细、望远镜物镜焦距、视线长度视线长度等有关。视线长等有关。视线长短影响较大，不同等级测短影响较大，不同等级测量对视线长度均有一定的量对视线长度均有一定的规定，如右表：规定，如右表：三外界条件对水准测量的影响三外界条件对水准测量的影响v地球曲率的影响、大气折光的影响地球曲率的影响、大气折光的影响 前后视距大致相等；视线高度大于前后视距大致相等；视线高度大于0.30.3米。米。v大气风力的影响、大气温度的影响：大气风力的影响、大气温度的影响： 选择风平

20、温静的天气；给仪器遮光等。选择风平温静的天气；给仪器遮光等。v地面松软的影响地面松软的影响: : 踩实脚架；采用踩实脚架；采用“后后- -前前- -前前- -后后”的观测顺的观测顺序。序。3.7 水准仪检验与校正水准仪检验与校正 .水准仪的主要轴线水准仪的主要轴线v视准轴视准轴CC：物镜光心与物镜光心与十字丝交点的连线。十字丝交点的连线。v水准管轴水准管轴LL：过水准管零过水准管零点的纵向切线。点的纵向切线。v竖轴竖轴VV:仪器中心与基座仪器中心与基座中心的垂直方向线。中心的垂直方向线。v圆水准管轴圆水准管轴 LL: 过圆水过圆水准中心的垂直方向线。准中心的垂直方向线。.水准仪应满足的条件水准仪应满足的条件 （1）水准管轴与视）水准管轴与视准轴平行准轴平行LLCC； （2）圆水准器轴平）圆水准器轴平行仪器纵轴行仪器纵轴LLVV；（3）十字丝的横丝）十字丝的横丝水平；水平； （4）竖轴与视准轴垂）竖轴与视准轴垂直；直；CC.水准仪检验与校正水准仪检验与校正（一）圆水准器轴平行于仪器纵（一）圆水准器轴平行于仪器纵轴的检验与校正轴的检验与校正v误差的影响：不影响读数，但误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度使纵轴倾斜，影响操作速度v检验：检验：a