第三章_水准测量

1、2022-5-241上讲回顾上讲回顾第二章第二章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向第一节第一节 距离测量距离测量 第二节第二节 直线定向直线定向2022-5-242 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测量仪器和工具水准测量仪器和工具第三节第三节水准仪的使用水准仪的使用第四节第四节水准测量的外业水准测量的外业第五节第五节水准测量的内业水准测量的内业2022-5-2431.地面点的高程地面点的高程地面点的高程 相对高程相对高程假定高程(多用于建筑施工)绝对高程绝对高程 地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。2022-5-2442.高程系统与高程基

2、准我国国家高程系统：黄海高程系高程系统：黄海高程系我国国家高程基准：高程基准： 1985年年国家国家高程基准高程基准我国取青岛附近黄海平均海水面为大地水准面； 人为而定，相对稳定(我国1956年取前6年的平 均潮位作为大地水准面；1985年取1953年1979 年共26年观测的平均潮位作为大地水准面)；水准原点水准原点建在青岛市内，作为我国的国家高程 基准。1956年高程基准的高程为72.289米， 1985年高程基准的高程为72.260米。高程系统与高程基准高程系统与高程基准2022-5-2453.4.高程系统、高程系统、等级等级水准测量的等级水准测量的等级 分一、二、三、四等（按精度要求、

3、控制范围）分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）一等水准测量水准测量:仅在国家等级中存在仅在国家等级中存在作为国家的高程控制作为国家的高程控制, ,建立统一的高程基准建立统一的高程基准; ;科学研究科学研究( (地壳形变、地面沉降、精密测量）地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量水准测量: :作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量三、四等三、四等水准测量水准测量: :作为小地区的高程控制；普通工程测量作为小地区的高程控制；普通工程测量图根水准（普通水准）图根水准（普通水准）2022-5-246 高程测量高程测量:测量地面上各点高程的工作

4、。测量地面上各点高程的工作。一、水准测量一、水准测量 水准测量是应用仪器提供水准测量是应用仪器提供水平视线水平视线进行度量，进行度量，比较两点间的高差。比较两点间的高差。 二、三角高程测量二、三角高程测量 三角高程测量是应用仪器和工具，根据两点间三角高程测量是应用仪器和工具，根据两点间的距离的距离D D和竖直角和竖直角，应用三角原理，两点间的高差，应用三角原理，两点间的高差h h可按公式可按公式h hDtanDtan求得。求得。 三、气压高程测量三、气压高程测量 气压高程测量应用大气压强随地面高程不同而气压高程测量应用大气压强随地面高程不同而改变的原理，应用气压计测出地面上两点的大气压改变的原

5、理，应用气压计测出地面上两点的大气压强，计算出两点间的高差。强，计算出两点间的高差。12M/1MM12M/1MM2022-5-247一、水准测量原理一、水准测量原理 水准测量的原理是借助水准仪提供的水准测量的原理是借助水准仪提供的水平视线水平视线，配合水准尺测定地面上两点间的高差，然后根据已知配合水准尺测定地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程来推求未知点的高程。点的高程来推求未知点的高程。bahAB第一节第一节 水准测量原理水准测量原理ab-后视读数后视读数-前视读数前视读数2022-5-248二、计算高程的方法二、计算高程的方法 （一）由高差计算高程（一）由高差计算高程 B B点（未知点

6、）的高程等于点（未知点）的高程等于A A点（已知点）的高点（已知点）的高程加上两点间的高差。程加上两点间的高差。即即H HB B=H=HA A+H+HABAB=H=HA A+(a-b) +(a-b) ( (二二) )由视线高程计算高程由视线高程计算高程 由图由图3-13-1可知，可知，A A点高程加后视读数等于仪器视点高程加后视读数等于仪器视线的高程，设视线高程为线的高程，设视线高程为H Hi i，即，即H Hi i=H=HA A+a+a则则B B点高程点高程等于视线高程减去前视读数，等于视线高程减去前视读数，即即H HB B=H=Hi i-b=(H-b=(HA A+a)-b+a)-b第第一一

7、节节 水准测量原理水准测量原理2022-5-249第二节第二节 水准水准测量仪器和工具测量仪器和工具 水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。为水准尺和尺垫。一、水准仪一、水准仪 主要由望远镜、水准器及基座三个部分组成。主要由望远镜、水准器及基座三个部分组成。2022-5-24102022-5-2411第二节第二节 水准水准测量仪器和工具测量仪器和工具 2022-5-2412（一）望远镜（一）望远镜主要用途：瞄准目标并在水准尺上读数。主要用途：瞄准目标并在水准尺上读数。十字丝：刻在玻璃板上的两条相互垂十字丝：刻在玻璃板上的两条相互垂直

8、的细丝。由竖丝、横丝和视距丝。直的细丝。由竖丝、横丝和视距丝。用于照准尺子和读数。用于照准尺子和读数。视准轴：十字丝中心和物镜光心的连视准轴：十字丝中心和物镜光心的连线。（水平视线）线。（水平视线）2022-5-2413水准仪上的水准器是用来指示视线是否水平或竖轴水准仪上的水准器是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器分圆水准器和水准管两种。是否竖直的。水准器分圆水准器和水准管两种。 圆水准器圆水准器水准管水准管（二）水准器（二）水准器2022-5-2414水准器水准器圆水准器 灵敏度 8/2mm 用于仪器粗平 管水准器 灵敏度20/2mm 用于仪器精平水准器水准器2022-5-2415

9、n符合棱镜系统 把水准气泡两端成象在一起便于观察。n若直接用肉眼观察则u因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差u要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中n用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。10)(521mm符合棱镜系统的精度：为气泡的格值肉眼观察的精度：2022-5-2416 水准尺：水准尺按尺面分为单面尺和水准尺：水准尺按尺面分为单面尺和双面尺两种；按尺形分为直尺、折尺、塔双面尺两种；按尺形分为直尺、折尺、塔尺等三种。尺等三种。 1 1直尺：直尺： 黑面尺黑面尺 红面尺红面尺 直尺必须成对使用以检核读数。直尺必须成对使用以检核读数。 2 2折尺折尺 3 3塔

10、尺塔尺二、水准尺二、水准尺三、尺垫尺垫2022-5-2417第三节第三节 水准仪的使用水准仪的使用一、安置仪器一、安置仪器高度适中、大致水平、踩入土中、固定架上高度适中、大致水平、踩入土中、固定架上二、粗略整平：用脚螺旋将圆水准器居中。二、粗略整平：用脚螺旋将圆水准器居中。 左手拇指旋转左手拇指旋转脚螺旋的运动方脚螺旋的运动方向，就是气泡移向，就是气泡移动的方向。动的方向。2022-5-2418 1 1调节目镜调节目镜 2 2初步瞄准初步瞄准 3 3对光和瞄准对光和瞄准 4 4清除视差清除视差三、瞄准水准尺三、瞄准水准尺上丝下丝竖丝横丝望远镜的十字丝2022-5-2419视差视差 视差：视差：

11、 望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。 现象：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有相对移动。消除视差的步骤：消除视差的步骤： 目镜调焦，使十字丝最清晰； 物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。2022-5-2420n一般的望远镜只需望远，不需瞄准。所以有物镜，目镜（加调焦镜）即可。n测量望远镜要能瞄准。n所以要有十字丝。目标的象与十字丝重合即瞄准。2022-5-2421n视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。n物镜的作用：把目标成象（拉近）。物镜的作用：把目标成象（拉近）。n目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。目镜的作

12、用：把十字丝（和目标象）放大。十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为可以前后调节，称为目镜调焦目镜调焦。n调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为面上。移动调焦镜称为物镜调焦。物镜调焦。n视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员视差：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，会感到目标象与十字丝之间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。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精有相对错动。这种现象称为视差。

13、视差影响瞄准的精度。物镜调焦可以度。物镜调焦可以消除视差消除视差。测量望远镜2022-5-2422四、精平：右手拇指旋转微倾螺旋方向与左侧半气泡影四、精平：右手拇指旋转微倾螺旋方向与左侧半气泡影像的移动方向一致。像的移动方向一致。五、读数：从上向下读数，读出米、分米和厘米，估读至五、读数：从上向下读数，读出米、分米和厘米，估读至mmmm2022-5-2423普通水准尺水准尺的分划不是线划式而是区格式的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。读数2022-5-2424 bc瞄准瞄准与读与读数数水准测量的瞄准与读数 a d b a0.7250.7256.25

14、26.2521.5331.5332022-5-2425满足三条件n水准关轴平行于视准轴n圆水准器轴平行于仪器竖轴n十字丝横丝垂直于仪器竖轴2022-5-2426自动安平水准仪自动安平水准仪原图原图四、自动安平水准仪（一）（一）自动安平水准仪的特点1、没有水准管和微倾螺旋；望远镜和支架连成一体2、测量时，只需粗平2022-5-2427自动安平水准仪自动安平水准仪原图原图四、自动安平水准仪（二）（二）自动安平水准仪基本原理2022-5-24282.自动安平补偿自动安平补偿器结构器结构自动安平补偿器结构2022-5-2429两个摆动棱镜的补偿器n两个直角棱镜是补偿器的摆动部分。镜筒倾斜时水平光线与其

15、竖平面不正交，从而使光线在棱镜系统中产生折射，最后把水平光线导至十字丝中心。2022-5-2430Koni007自动安平自动安平水准仪水准仪Zeiss Koni007自动安平水准仪2022-5-2431上讲回顾第一节第一节 水准测量原理水准测量原理第二节第二节 水准水准测量仪器和工具测量仪器和工具第三节第三节 水准仪的使用水准仪的使用2022-5-2432n2n1、水准点和转点：n（1） 水准点：用水准测量方法测定的高程控制点（用BM表示）。分为永久性和临时性两种。 （2）转点：由于两个水准点之间的距离较远转点：由于两个水准点之间的距离较远或高差很大，安置一次仪器无法测得两点高差，或高差很大，

16、安置一次仪器无法测得两点高差，这时就需要设置转点。转点只起传递高程作用，这时就需要设置转点。转点只起传递高程作用，无需知道其高程。（用无需知道其高程。（用TP表示）表示）第四节第四节 水准测量的外业水准测量的外业2022-5-2433anbnAB大地水准面大地水准面a1a2b1b212n-1HAHBhABh1h2hnh1=a1-b1h2=a2-b2hn=an-bnB点高程点高程HB为为HB=HA+hAB第四节第四节 水准测量的外业水准测量的外业2022-5-2434第四节第四节 水准测量的外业水准测量的外业二、水准测量的检核二、水准测量的检核1变更仪高法：变更仪高法：要求：要求：（1）仪器变更

17、高度大）仪器变更高度大于于10cm；（2）两次所测高差）两次所测高差应不大于应不大于6mm。a2a1b2b12022-5-24352022-5-24363双面尺法：双面尺法：校核校核:(1) a:(1) a红红-a-a黑黑=K, K-=K, K-常数常数4.687(4.787)4.687(4.787)m m 要求要求:(a:(a红红-a-a黑黑)-K4mm)-K4mm (2) h (2) h黑黑=a=a黑黑-b-b黑黑， h h红红=a=a红红-b-b红红 0.100m0.100m 要求要求: h: h黑黑- - h h红红6mm6mmABababAB2022-5-24372022-5-243

18、8地球曲率和大气折光的影响原理地球曲率和大气折光的影响原理(1)地球曲率的影响地球曲率的影响RDC22(2)大气折光的影响大气折光的影响(3)地球曲率与大气折地球曲率与大气折光的综合影响光的综合影响RDrcf2762Cr712022-5-2439)(bbbaaa)(bbaaba当当D Da a=D=Db b时时h hbbaa如何消除地球曲率和大气折光的如何消除地球曲率和大气折光的影响？影响？中间法中间法abABhbah考虑水准面弯曲考虑水准面弯曲2022-5-24401.1.仪器误差仪器误差: :（1 1）仪器校正不完善的误差）仪器校正不完善的误差 视准轴与水准管轴不平行的误差，此误差的影响与

19、距离视准轴与水准管轴不平行的误差，此误差的影响与距离成正比，只要使仪器安置到距前、后视距离相等处，在高成正比，只要使仪器安置到距前、后视距离相等处，在高差计算中就可消除或减小此误差的影响。差计算中就可消除或减小此误差的影响。 （2 2）对光误差）对光误差 对光不完善使水准尺的成像与十字丝面不重合，造成读对光不完善使水准尺的成像与十字丝面不重合，造成读数误差。观测时，只要将仪器安置在前、后视等距离处，数误差。观测时，只要将仪器安置在前、后视等距离处，读完后视转向前视时，不必重新对光，即可消除此项误差。读完后视转向前视时，不必重新对光，即可消除此项误差。（3 3）水准尺误差）水准尺误差 水准尺刻划

20、不准确，尺长变化、弯曲等，会影响水准测水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等，会影响水准测量的精度，因此，水准尺需经过检验才能使用。一对水准量的精度，因此，水准尺需经过检验才能使用。一对水准尺的零点差，可在一测段中使测站数为偶数的方法予以消尺的零点差，可在一测段中使测站数为偶数的方法予以消除。除。 水准测量的误差及注意事项水准测量的误差及注意事项2022-5-24412观测误差观测误差（1 1）整平误差（）整平误差（2 2）调焦误差调焦误差 （3）估读误差估读误差（4）水准水准尺倾斜误差尺倾斜误差 3外界条件影响外界条件影响（1 1）水准仪、水准尺下沉误差水准仪、水准尺下沉误差 在土地比较松软地区

21、进行水准测量，观测过程中会产在土地比较松软地区进行水准测量，观测过程中会产生仪器或尺垫下沉的误差。若水准仪在测站上随安置时间生仪器或尺垫下沉的误差。若水准仪在测站上随安置时间的增加而下沉的增加而下沉 ，采用采用“后后前前前前后后”的观测程序可的观测程序可减少仪器下沉对高差的影响。减少仪器下沉对高差的影响。 消除水准尺下沉的影响消除水准尺下沉的影响 ，办法有：踩实尺垫；观测办法有：踩实尺垫；观测间隔间将水准尺从尺垫上取下，以减小下沉量；采用往返间隔间将水准尺从尺垫上取下，以减小下沉量；采用往返观测，取高差平均值的方法可减弱其对高差影响。观测，取高差平均值的方法可减弱其对高差影响。 ABhbABb

22、1aAXBhbh1a1(a)(b)A1Xa2022-5-2442（2 2）地球曲率和大气折光的影响）地球曲率和大气折光的影响 从理论上讲，只有当仪器的视线与大地水准面平行时，从理论上讲，只有当仪器的视线与大地水准面平行时，才能测出两点间的正确高差。由于大气折光的影响，视线并才能测出两点间的正确高差。由于大气折光的影响，视线并非是水平的，将因折射而发生向地面弯曲。为了减少大气折非是水平的，将因折射而发生向地面弯曲。为了减少大气折光的影响视线应高出地面光的影响视线应高出地面0.3m0.3m、选择合适的天气及避开不利、选择合适的天气及避开不利的环境。的环境。（3 3）日照及风力引起的误差）日照及风力

23、引起的误差 因为光照会造成仪器各部分受热不均使轴线关系改变，因为光照会造成仪器各部分受热不均使轴线关系改变， 风大时会使仪器抖动、不易精平等。风大时会使仪器抖动、不易精平等。 消除和减弱其影响的方消除和减弱其影响的方法是选择好的天气测量，给仪器打伞遮光等。法是选择好的天气测量，给仪器打伞遮光等。2022-5-2443水准测量注意事项水准测量注意事项1 1、水准测量过程中应尽量保持前后视距基本相等、水准测量过程中应尽量保持前后视距基本相等2 2、仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器、仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉；下沉；3 3、估读要准确，读数时要仔细对光，消除视差；、估读要准

24、确，读数时要仔细对光，消除视差；4 4、检查塔尺相接处是否严密，消除尺底泥土；、检查塔尺相接处是否严密，消除尺底泥土；5 5、视线不宜过长，一般不大于75cm；视线离地面高度一般不小于0.2m； 6 6、记录员要复诵；、记录员要复诵；7 7、记录要原始；、记录要原始；8、测量计算必须检核。测量计算必须检核。 8、仪器不能让雨淋或烈日暴晒，应撑伞遮挡；2022-5-2444主要内容：主要内容：水准路线闭合差的计算和分配水准路线闭合差的计算和分配水准点高程的计算水准点高程的计算第五节第五节 水准测量的内业水准测量的内业2022-5-2445一、内业处理步骤一、内业处理步骤1.检查外业手薄检查外业手

25、薄2.计算闭合差计算闭合差3.分配闭合差分配闭合差4.计算水准点高程计算水准点高程第五节第五节 水准测量的内业水准测量的内业2022-5-2446第五节第五节 水准测量的内业水准测量的内业二、水准测量闭合差的计算二、水准测量闭合差的计算1 1闭合水准路线闭合水准路线 高差闭合差高差闭合差fh的计算公式为：的计算公式为：fh=h测测=0 0 等外水准测量高差闭合差等外水准测量高差闭合差的容许值为：的容许值为：f fh h允允= =12 mm12 mm或或40 mm40 mm式中：式中：n水准路线的测站数水准路线的测站数L水准路线的长度，水准路线的长度，kmnL2022-5-24472附合水准路线

26、附合水准路线 高差闭合差高差闭合差fh的计算公式为的计算公式为fh=h测测-（H终终-H始始） 第五节第五节 水准测量的内业水准测量的内业2022-5-24483支水准路线支水准路线闭合差闭合差fh= h往往+ h返返闭合差的容许值与闭合水准路线相同。按测站计闭合差的容许值与闭合水准路线相同。按测站计算闭合差时，算闭合差时，n为往测（或返测）的站数和为往测（或返测）的站数和,L取支水取支水准路线的单程距离，以准路线的单程距离，以km为单位。为单位。第五节第五节 水准测量的内业水准测量的内业2022-5-24491.支水准路线支水准路线取每段往返测高差绝对值的平均值，作为该段的取每段往返测高差绝

27、对值的平均值，作为该段的高差值，但高差的符号应以往测的符号为准。高差值，但高差的符号应以往测的符号为准。2.闭（附）合水准路线闭（附）合水准路线闭合差的按闭合差的按测站数测站数或或距离成正比例距离成正比例进行改正进行改正，改，改正数的符号正数的符号应与应与闭合差的符号相反，闭合差的符号相反，改正后的改正后的高差高差总和应等于零总和应等于零。根据已知点的高程和改正后的高差，。根据已知点的高程和改正后的高差，依次计算各点的高程。依次计算各点的高程。 三、水准路线闭合差的分配三、水准路线闭合差的分配ihinnfvihilLfv或或hfv3.检核：检核：2022-5-2450四、水准点高程的计算四、水准点高程的计算1.计算闭合差计算闭合差2.计算改正数和改正后高差计算改正数和改正后高差3计算高程计算高程2022-5-2451（一）