测量学第二章 水准测量

1、 定义：定义：根据已知点高程，测定未知点与已知点的高差，根据已知点高程，测定未知点与已知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。然后计算出未知点的高程的方法。 水准测量水准测量 三角高程测量三角高程测量 气压高程测量气压高程测量 GPSGPS测量测量高程测量高程测量根据使用仪器和施测方法的不同，分为：根据使用仪器和施测方法的不同，分为：2.1 2.1 水准测量的原理水准测量的原理2.2 2.2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具2.3 2.3 水准仪的使用水准仪的使用2.4 2.4 水准测量的外业水准测量的外业 2.5 2.5 水准测量的内业水准测量的内业第二章第二章 水准测量水准测量v

2、 水准测量是利用一条水平视线，借助水准尺，测定地面上两水准测量是利用一条水平视线，借助水准尺，测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程知点高程。ABabhAB前进方向前进方向大地水准面大地水准面HA（已知）（已知）HB=？后视后视前视前视2.1 水准测量的原理水准测量的原理ABabhAB前进方向前进方向大地水准面大地水准面HA（已知）（已知）HB=？后视后视前视前视bahAB A、B两点间高差两点间高差hAB为：为：高差等于高差等于后视读数后视读数减去减去前视读数前视读数。A后视点后视点 a后视读数后视读数 B

3、前视点前视点 b前视读数前视读数hABABab前进方向前进方向大地水准面大地水准面HAHBHBABABhHH bHHaHHiBAi仪器高度仪器高度v 计算未知点的高程计算未知点的高程n高差法高差法n仪高法仪高法hAB大地水准面大地水准面HB=?Av 连续水准测量连续水准测量 转点：传递高程的临时水准点。转点：传递高程的临时水准点。 hAB =h =h1+h2 + = (a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab水准仪水准仪v 为水准测量提供水平视线的仪器。为水准测量提供水平视线的仪器。v 常用的水准仪常用的水准仪 精密水准仪精密水准仪 DS05 、 DS1 普通水准仪普通水准仪 DS3 、DS

4、10 D：大地测量大地测量 S：水准仪：水准仪 05、1、3：仪器能达到的每公里往返侧：仪器能达到的每公里往返侧高差中数的中误差（高差中数的中误差（mm）2.2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具水准仪水准仪DS3型水准仪水准仪望远镜望远镜水准器水准器基基 座座v 水准仪的结构水准仪的结构水准仪水准仪目镜目镜微倾螺旋微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜调焦螺旋物镜物镜水平微动螺旋水平微动螺旋水平制动螺旋水平制动螺旋脚螺旋脚螺旋准星准星v 水准仪的结构水准仪的结构水准仪水准仪物镜物镜对光透镜对光透镜目镜目镜视准轴视准轴上丝上丝下丝下丝中丝中丝竖丝竖丝十字丝分划板十字丝分划板v 望远镜望远镜n望远镜是用

5、来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。n它主要由它主要由: 物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。水准仪水准仪圆水准器圆水准器圆水准器轴圆水准器轴水准管水准管水准管轴水准管轴v 水准器水准器n是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。n水准器又分为圆水准器和管水准器。水准器又分为圆水准器和管水准器。水准仪水准仪v 基座基座n基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。n基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与基座的作

6、用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。三脚架连接。水准尺和尺垫水准尺和尺垫v 尺垫是在转点处放置水准尺尺垫是在转点处放置水准尺用的，由生铁铸成。一般为用的，由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，方有一突起的半球体，水准水准尺立于半球顶面尺立于半球顶面。立尺点立尺点v尺的双面均有刻划，一面尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称白相间，称为红面尺（也称辅尺）。辅尺）。水准尺和尺垫水准尺和尺垫2.

7、3 水准仪的使用水准仪的使用 安置水准仪安置水准仪 粗略整平粗略整平 瞄准水准尺瞄准水准尺 精平和读数精平和读数3. 瞄准水准尺瞄准水准尺目的：使十字丝和目标成像清晰。目的：使十字丝和目标成像清晰。方法：方法： 目镜调焦目镜调焦（使十字丝清晰）（使十字丝清晰） 初步瞄准初步瞄准（用瞄准器对准目标）（用瞄准器对准目标） 物镜调焦物镜调焦（使目标成像清晰）（使目标成像清晰） 精确瞄准精确瞄准（调微动螺旋使竖丝对准目标）（调微动螺旋使竖丝对准目标）注意：瞄准时应消除注意：瞄准时应消除视差视差。 当眼睛在目镜端上下移动时，十字当眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标影响有相对运动的现象。丝与目标影响有相

8、对运动的现象。 目标的目标的成像平面成像平面与与十字丝平面十字丝平面不不重合。重合。 仔细进行目镜、物镜调焦。仔细进行目镜、物镜调焦。视视 差差视视 差差 ：产生原因：产生原因：消除方法：消除方法：五、读数五、读数 用十字丝用十字丝横丝横丝在水准在水准尺上按尺上按从小到大从小到大的方向读的方向读数，读取数，读取米米、分米分米、厘米厘米、毫米毫米（估读数）四位数字。（估读数）四位数字。如图的读数如图的读数 0.857m 注意：注意：读数前必须精读数前必须精平，平， 精平后立即读数精平后立即读数。水准仪使用小结水准仪使用小结 一架设，一架设， 二粗平，二粗平， 三瞄准，三瞄准， 四精平，四精平，

9、五读尺，五读尺， 六记录，六记录，返回高、角适宜架略平。高、角适宜架略平。圆盒气泡居中心。圆盒气泡居中心。三点一线调两镜。三点一线调两镜。管泡吻合调微倾。管泡吻合调微倾。横丝截数尺立正。横丝截数尺立正。复念复视数记清。复念复视数记清。2.4 2.4 水准测量的外业水准测量的外业一、水准点一、水准点 水准点：水准点：高程控制点称水准点高程控制点称水准点( (BM) )。 水准点有永久性和临时性两种。水准点有永久性和临时性两种。水准测量通常是从水准点引测其他点的高程。水准测量通常是从水准点引测其他点的高程。一般用一般用或或制成。制成。可用地面上突出的坚硬可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下，

10、桩顶钉以半岩石或用大木桩打入地下，桩顶钉以半球形铁钉。球形铁钉。 埋设水准点后，应绘出水准点与附埋设水准点后，应绘出水准点与附近固定建筑物或其它地物的关系图，近固定建筑物或其它地物的关系图，在图上还要写明在图上还要写明水准点的编号和高水准点的编号和高程程，称为，称为点之记点之记。 以便于日后寻找水准点位置之用。以便于日后寻找水准点位置之用。点之记点之记BMAB1.444 1.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8220.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8220 1.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=

11、+0.118=+0.118前进方向1.1341.677TP1h h1 1=-0.543=-0.543水 准 测 量 手 簿测测站站点点号号水准尺读数水准尺读数后视（后视（a）前视（前视（b）高差高差 （m）高程高程（m）备注备注 BMATP11.1341.677-0.543 TP1TP21.4441.324+0.120 TP2TP31.8220.876+0.946 TP3TP41.8201.435+0.385 TP4B1.4221.304+0.118计算计算检核检核ab50.0007.6426.6161.0261.02651.026abhBAHHhn 目的：目的：n 方法：方法： 对整个水准路

12、线的成果进行检核，以保证对整个水准路线的成果进行检核，以保证测量资料满足使用要求。测量资料满足使用要求。 布设成有检核条件的水准路线，具体布设布设成有检核条件的水准路线，具体布设形式有如下形式有如下3.3.支水准路线支水准路线BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.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BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3 理测hhfh测理测hhhfh（1）闭合水准路线）闭合水准路线)(始终测理测HHhhhfh（2）附合水准路线）附合水准路线4012hhfLfn 容容平原区山区 。ihillfvihinnfv调整原则

13、：调整原则：按距离：按距离：按测站数：按测站数：检核：检核： hfviiivhh改改iiihHH1 )(37293. 4330. 4)(mmHHhfh始终测)(8 .1084 . 74040mmLfh容第一步计算高差闭合差：第一步计算高差闭合差：第二步计算限差：第二步计算限差：容hhff故可进行闭合差分配故可进行闭合差分配kmmmLfVh/50第三步计算每公里改正数：第三步计算每公里改正数： 0iiVVL第四步计算各段高差改正数：第四步计算各段高差改正数：hifv 四舍五入后，使：四舍五入后，使：故有：故有： v1= - - 8 mm v2= - - 11mm v3= - - 8mm v4=

14、- - 10mm故可得：故可得：H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m)H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m) 。第五步计算第五步计算1 1、2 2、3 3各点的高程：各点的高程：iiivhh改内置激光器、电源内置激光器、电源测量记录与计算规则测量记录与计算规则 在测量手簿上书写前，应准备好硬性铅在测量手簿上书写前，应准备好硬性铅笔，同时熟悉表上各项内容的填写与计笔，同时熟悉

15、表上各项内容的填写与计算方法。算方法。 记录观测数据前，应将表头的仪器型号记录观测数据前，应将表头的仪器型号编号、日期、天气、测站、观测者及记编号、日期、天气、测站、观测者及记录者姓名等无一遗漏地填写完全。录者姓名等无一遗漏地填写完全。测量记录与计算规则测量记录与计算规则观测读数后，记录者应随即在测量手簿观测读数后，记录者应随即在测量手簿上的相应栏内填写，并复诵回报以资检上的相应栏内填写，并复诵回报以资检核。核。不得另纸记录事后转抄。不得另纸记录事后转抄。测量记录与计算规则测量记录与计算规则 记录时要求字体端正清晰，记录时要求字体端正清晰，数位对齐数位对齐、数字齐全。字脚靠近底线；数字齐全。字

16、脚靠近底线；表示精度或表示精度或占位的占位的“0”0”均不能省略均不能省略。 观测数据的尾数不得更改，读错或记错观测数据的尾数不得更改，读错或记错后必须重测重记后必须重测重记。如：角度测量时，秒。如：角度测量时，秒级数字出错，应重测该测回；水准测量级数字出错，应重测该测回；水准测量时毫米级数字出错，应重测该测站。时毫米级数字出错，应重测该测站。测量记录与计算规则测量记录与计算规则 观测数据的前几位若出错时，应用细横观测数据的前几位若出错时，应用细横线划去错误的数字，并在原数字上方写线划去错误的数字，并在原数字上方写出正确的数字。注意不得涂改已记录的出正确的数字。注意不得涂改已记录的数据，数据，

17、禁止连续更改数字禁止连续更改数字。 记录数据修改后，都应在备注栏内写明记录数据修改后，都应在备注栏内写明原因（记错、测错、超限）。原因（记错、测错、超限）。测量记录与计算规则测量记录与计算规则 每站观测结束后，必须在每站观测结束后，必须在现场完成规定现场完成规定的计算的检核的计算的检核，确认无误后方可迁站确认无误后方可迁站。 数据运算应根据所取位数，按数据运算应根据所取位数，按“”。 应该保持测量手簿的整洁，严禁在手簿应该保持测量手簿的整洁，严禁在手簿上书写无关的内容。上书写无关的内容。 2.6 2.6 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正一、圆水准器的检验与校正一、圆水准器的检验

18、与校正 检验目的是保证：圆水准器轴检验目的是保证：圆水准器轴LL 仪器VV二、十字丝的检验与校正 检验目的是保证：十字丝横丝 仪器VV三、管水准器的检验与校正 检验目的是保证：视准轴CC 水准管轴LL （水准仪的主条件）水准管轴的检验与校正目的：目的：使水准管轴平行于望远镜视准轴使水准管轴平行于望远镜视准轴 (LL CC) 。检验原理：检验原理：设水准管轴不平行于视准轴，它们之间的交角为 i。水准仪至水准尺的距离越远，由此引起的读数偏差也越大。当仪器至尺子的前后视距离相等时，则在两根尺子上的读数偏差也相等，因此不影响所求的高差。视准轴不平行于水准管轴的误差也称 i 角误差。水准管轴的检验与校正

19、检验方法：检验方法：1、在平坦地面选择同一直线上的A、 B、C三点，A、B相距80m左右，各打一木桩或放尺垫，并使AC=BC。2、将水准仪安置于C点，在A、B两点竖立水准尺，瞄准、精平后分别在A、B点水准尺上读得a1和b1，则A、B点间的正确高差：水准管轴的检验与校正检验方法：检验方法：3、将水准仪安置于B点附近，离B点大约2m左右，精平后读得B点尺上读数b2，则：4、瞄准A点水准尺，读取A点尺读数a2。如果 ，说明两轴平行。否则存在 i 角，其值为：水准管轴的检验与校正检验方法：检验方法：5、对于DS3水准仪，当 时，水准仪必须进行校正。水准管轴的检验与校正校正：转动微倾螺旋，使十字丝的中丝

20、对准A点尺上读数a2，此时视准轴处于水平位置，而水准管气泡却偏离了中心。用拨针拨动校正螺丝，使偏离的气泡重新居中。 此项校正工作应反复进行，直至达到要求为止。水准管轴的检验与校正检验表格 2.7 2.7 水准测量误差分析及注意事项水准测量误差分析及注意事项一、仪器误差一、仪器误差 1. 仪器校正后的残余误差仪器校正后的残余误差 2. 水准尺误差水准尺误差(包含包含: 刻划、变形和零点误差等）刻划、变形和零点误差等）二、观测误差二、观测误差 1. 读数误差读数误差 2. 视差影响视差影响 3. 水准管气泡居中误差水准管气泡居中误差 望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行望远镜的视准轴与水准管的水准

21、轴不平行 i i角对角对读数读数的影响的影响iStgiSxaaaiStgiSxbbb向上倾斜i 角的符号为正 望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行 i i角对角对高差高差的影响的影响向上倾斜i 角的符号为正ABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh地球曲率和地球曲率和大气折光大气折光的影响的影响 1）视线高出地面0.3m， 2）选择合适的天气（阴天、晚上、无风等） 3）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等） 4）最主要的是要求前后视距离应相等！在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。(

22、7)测量者要严格执行操作规程，工作要细心，加强校核。测量者要严格执行操作规程，工作要细心，加强校核。水准测量的注意事项水准测量的注意事项(1)测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相等。测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相等。 (2)仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉。仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉。(3)估数要准确，读数时要仔细对光，消除视差。估数要准确，读数时要仔细对光，消除视差。(4)检查塔尺相接处是否严密。保证扶尺竖直。检查塔尺相接处是否严密。保证扶尺竖直。(5)记录要原始，字迹整齐、清楚，端正。记录要原始，字迹整齐、清楚，端正。(6)读数时，记录