chapter 2 水准测量

1、 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveyingn 确定地面点高程的测量工作，称为确定地面点高程的测量工作，称为高程测量高程测量。n 高程测量所用方法高程测量所用方法:水准测量、三角高程测量、气压高水准测量、三角高程测量、气压高程测量和程测量和GPS测量等。测量等。n 工程建设中进行高程测量主要用工程建设中进行高程测量主要用水准测量水准测量的方法。的方法。2.1 水准测量原理水准测量原理 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering S

2、urveyingCivil Engineering Surveyingn 水准测量的原理水准测量的原理。n高差测量方法高差测量方法高差法高差法视线高法视线高法(仪高法仪高法)2.1 水准测量原理水准测量原理 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingbahABABABhHHHA水平视线前视尺前进方向后视尺大地水准面hABaHiHBbB图21A于是于是B点的高程点的高程HB为为A后视点；后视点；B前视点前视点a后视读数；后视读数；b前视读数前视读数n 由图中的几何关系可知由图中

3、的几何关系可知A,B间的高差为间的高差为:2.2.1 高差法高差法n 如右图示，如右图示，A点高程点高程HA已知，现要求安置一次仪已知，现要求安置一次仪器（即用一个测站）求出器（即用一个测站）求出待测点待测点1、2、3的高程的高程H1、H2、H3。如何操作？如何操作？方法步骤：方法步骤：1、可在待测点与已知高程大致中间位置安置水、可在待测点与已知高程大致中间位置安置水准仪，精确整平仪器后后视准仪，精确整平仪器后后视A点得后视读数点得后视读数 a，求出仪器视线高求出仪器视线高Hi；Hi=HA+a；2、分别后视分别后视1、2、3待测高程点，得读数待测高程点，得读数b1、b2、b3，则三个待测高程点

4、高程为：则三个待测高程点高程为：H1=Hi-b1H2=Hi-b2H3=Hi-b3Hi=HA+aHB=Hi-b2.2.2 仪器高法仪器高法n 水准测量所使用的仪器和工具有水准测量所使用的仪器和工具有水准仪、水准尺和尺垫。水准仪、水准尺和尺垫。n 水准仪按精度高低可分为水准仪按精度高低可分为普通普通水准仪和水准仪和精密精密水准仪，建筑水准仪，建筑工程测量中一般使用工程测量中一般使用DS3型微倾式普通水准仪，型微倾式普通水准仪，D、S分别为分别为“大地测量大地测量”和和“水准仪水准仪”的汉语拼音第一个字母，数字的汉语拼音第一个字母，数字3表表示该仪器精度，即每公里往返测量高差的中误差为示该仪器精度，

5、即每公里往返测量高差的中误差为3mm。n 水准仪按工作原理可分为水准仪按工作原理可分为微倾式微倾式光学水准仪光学水准仪,自动安平自动安平水准水准仪仪,电子电子水准仪水准仪2.2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying微倾式光学水准仪微倾式光学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)水准尺水准尺尺垫尺垫(仅能用于仅能用于“转点转点” 上上) 2.2.1 DS3水准仪的构造水准仪的构造 水准仪主要

6、由望远镜、水准器和基座望远镜、水准器和基座三部分构成。 DS3水准仪的外形和各部件名称见下图。 1准星2水准管3照门4目镜5圆水准器6圆水准器校正螺丝7脚螺旋 8三角底板9水平制动螺旋10调焦螺旋11物镜12水平微动螺旋 13微倾螺旋 1.望远镜 望远镜是构成水平视线、瞄准目标和在水准尺上读数的主要部件。它主要由、和等构成，见图2-4。 1物镜2目镜3十字丝分划板4分划板护罩5对光透镜6物镜对光螺旋7分划板固定螺丝8十字丝图23C16543278C望远镜成像原理图望远镜成像原理图视准轴视准轴2.水准器 圆水准器圆水准器 管水准器管水准器粗略整平仪器精确整平仪器（1）圆水准器 圆水准器装在仪器的

7、基座上，用来对水准仪进行粗略粗略整平整平。 圆水准器顶面的内表面是一球面，其中央有一园圈，圆圈的中心称为零点，通过零点的球面法线称为圆水准器轴L/L/，当圆水准器气泡当圆水准器气泡中心与零点重合时，表示气中心与零点重合时，表示气泡居中，此时圆水准器轴处泡居中，此时圆水准器轴处于铅垂位置于铅垂位置。（2）水准管（管水准器） 如图2-7所示，水准管的玻璃管内壁为圆弧，圆弧的中心点称为水准管的零点零点。通过零点与圆弧相切的切线LL称为水准水准管轴管轴。LLO2mm图27 图28 L1L1LLASCBO2206265R 水准管分化值弧度转化为秒3.基座 基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成.2.

8、2.2水准尺和尺垫水准尺有双面尺和塔尺两种标准水准尺为一对双面尺，其中: A尺和B尺黑面03m; A尺红面4.6877.687m, B尺红面4.7877.787m。尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点 位置。2.尺垫 如图，尺垫一般由生铁铸成，下部有三个尖足点，可以踩入土中固定尺垫；中部有突出的半球体， 作为临时转点的点位标志供竖立水准尺用。 注：仅在转点上使用尺垫。注：仅在转点上使用尺垫。 使用微倾水准仪的基本操作程序为：1、安置仪器：安置仪器：高度书中，三点等边高度书中，三点等边2、粗略整平粗略整平：用三个角螺旋使气泡居中（左手大拇指移：用三个角螺旋使气泡居中（左手大拇指移动方向为气泡

9、移动方向）动方向为气泡移动方向）3、瞄准水准尺瞄准水准尺： 目镜对光：十字丝清晰目镜对光：十字丝清晰 物镜对光：物象清晰物镜对光：物象清晰 消除消除视差视差：物象平面与十字丝平面没有重合而产生：物象平面与十字丝平面没有重合而产生 相相 对移动的现象。对移动的现象。 反复反复调节物镜对光螺旋调节物镜对光螺旋即可消除。即可消除。4、精确整平精确整平：转动微倾螺旋，使水准管气泡符合：转动微倾螺旋，使水准管气泡符合5、读数读数：中横丝、四位数、毫米估读：中横丝、四位数、毫米估读2.2.3 水准仪的使用水准仪的使用 使用微倾水准仪的基本操作程序为安置仪器和粗略整安置仪器和粗略整平（简称粗平）、调焦和照准

10、、精确整平（简称精平）平（简称粗平）、调焦和照准、精确整平（简称精平）和读数。和读数。（1）安置水准仪和粗平）安置水准仪和粗平 2.2.3 水准仪的使用水准仪的使用3.瞄准水准尺：首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰，转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目标清晰。注意消除视差。什么是视差？ 产生的原因？如何消除？当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标像有相对运动，这种现象称为视差。反复反复调节物镜对调节物镜对光螺旋光螺旋即可消除即可消除（3）精平）精平 当符合水准器气泡成像当符合水准器气泡成像时，表明气泡时，表明气泡已已。此时与水准管轴平行的视准轴处于水平状态。 微倾螺旋微倾螺旋（

11、4）读数）读数 不论使用的水准仪是正像或是倒像，读数总不论使用的水准仪是正像或是倒像，读数总是由注记小的一端向大的一端读出是由注记小的一端向大的一端读出。通常读数应保持四位数字，米、分米、厘米可由尺上刻划直接读出，毫米数则由估计而读得。 13141516图215读数为： Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.3.1 水准点水准点 为了统一全国高程系统和满足科研、测图、国家建设的需要，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标

12、志称为（Bench Mark），常用表示。水准点有点和点两种。 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering S Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying永久水准点临时水准点图2191234BM1BM2BM3BM4BM512BM1BM212BM112343(a)(b)(c)(d)2.3.2水准路线水准路线 进行水准测量所经过的路线称为进行水准测量所经过的路线称为水准路线水准路线

13、。相邻两水准点间。相邻两水准点间的路线称为的路线称为测段测段。 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying（1）附合水准路线附合水准路线：如图2-17(a)，从一个已知高程的水准点出发，用水准测量的方法依次测量若干个待定高程水准点，最后附合到另一个高程已知水准点。 niABihHHhf1)( Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying（2）闭合水准路线闭合水

14、准路线：从已知高程的水准点出发，用水准测：从已知高程的水准点出发，用水准测量方法依次测定若干个选定高程的水准点，最后又回到原已量方法依次测定若干个选定高程的水准点，最后又回到原已知水准点知水准点 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying（3）支水准路线：从已知高程的水准点出发，用水准测量方）支水准路线：从已知高程的水准点出发，用水准测量方法依次测定若干个待定高程的水准点。为了检核，必须进行法依次测定若干个待定高程的水准点。为了检核，必须进行往返水准测量。往返水准测量。 高差

15、闭合差高差闭合差 为高差的观测值与理论值之差，通过计算公式为高差的观测值与理论值之差，通过计算公式为：为：其大小反映观测成果的精度。其大小反映观测成果的精度。返往hhfhhf理测 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.3.3 普通水准测量的内、外业工作普通水准测量的内、外业工作图220ABIVVTP1TP2TP3TP41.8520.6711.5360.6151.6240.6120.7131.6341.2142.812HA=29.053HB Civil Engineer

16、ing SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying外业：外业：（1）在已知点在已知点A立直水准尺作为后视尺，选合适的地点为测站，再立直水准尺作为后视尺，选合适的地点为测站，再选合适的地点为选合适的地点为转点转点TP1，踏实尺垫，在尺垫上立直前视尺。踏实尺垫，在尺垫上立直前视尺。（2）观测者首先将水准仪粗平，然后瞄准后视尺，精平，读数；再观测者首先将水准仪粗平，然后瞄准后视尺，精平，读数；再瞄准前视尺，精平，读数。记录者同时记录并计算一个测站的高差。瞄准前视尺，精平，读数。记录者同时记录并计算一个测站的高差。（3

17、）记录计算完毕，通知观测者搬往下一测站。原后视尺手也同时记录计算完毕，通知观测者搬往下一测站。原后视尺手也同时前进到下一站的前视点前进到下一站的前视点TP2。原前视尺手原地原前视尺手原地TP1不动，把尺面转向不动，把尺面转向下一个测站，成为后视尺。按前一测站的方法观测。重复上述过程，下一个测站，成为后视尺。按前一测站的方法观测。重复上述过程，一直观测至待定点一直观测至待定点BMB。（4）记录者在现场应完成每页手薄的记录者在现场应完成每页手薄的项，即：项，即： Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineer

18、ing Surveyingn 为了及时发现观测中的错误，保证每个测站的高差观测的为了及时发现观测中的错误，保证每个测站的高差观测的准确，可以采用准确，可以采用的措施。测站校核有两种方法。的措施。测站校核有两种方法。（1）两次仪器高法；）两次仪器高法；（2）双面尺法。）双面尺法。niiABniiniiAB Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying 内业：内业： 外业观测结束后，首先检查原始记录，确信记录无外业观测结束后，首先检查原始记录，确信记录无误后，着手进行成果处理误后，

19、着手进行成果处理()。 步步 骤：骤：（1）计算高差闭合差）计算高差闭合差 ； （2）计算高差闭合差容许值；）计算高差闭合差容许值；hfnfLfhh1240容容理测hhfhniiniihhhf110（通用）（闭合水准路线）平地山地 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying（3）调整高差闭合差（）调整高差闭合差（将高差闭合差反符号按与各测段将高差闭合差反符号按与各测段的路线长度的路线长度(或测站数或测站数)成正比分配到各段高差中去成正比分配到各段高差中去）；）； 某一测段高差

20、改正数为：某一测段高差改正数为：（4）计算改正后的高差及各点高程）计算改正后的高差及各点高程 各测段改正后高差为：各测段改正后高差为：ihiihiLLfvnnfv或vhh测改 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying闭合水准路线内业计算实例闭合水准路线内业计算实例下图为一闭合水准路线观测成果，已知下图为一闭合水准路线观测成果，已知HA=45.215m,求各求各点高程。点高程。 点号测站数实测高差改正数改正后高差 高程BMA45.215m123BMA辅助计算810111241

21、-1.425-2.3572.3721.387-0.023+0.004+0.006+0.006+0.007+0.023-1.421-2.3512.3781.394043.79441.44343.82145.215fh 容=77mm；fh=-23mmfh容，符合要求n 三、四等水准测量除用于国家高程控制网的加密外，常用于建立局部区域地形测量、工程测量高程首级控制。n三、四等水准测量可布设成闭合水准路线和附合水准路线。 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.4 三、四等水准

22、测量三、四等水准测量 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.4.1 主要技术要求主要技术要求序号序号仪器名称仪器名称最低型号最低型号备注备注三等三等四等四等1自动安平水准仪或自动安平水准仪或气泡式水准仪气泡式水准仪DSZ3DS3DSZ3DS3用于水准测量用于水准测量2双面区格式木质尺双面区格式木质尺用于水准测量用于水准测量3经纬仪经纬仪DJ2DJ2用于高程导线测量和跨河水准测量用于高程导线测量和跨河水准测量4光电测距仪光电测距仪二级二级用于高程导线测量用于高程导线测量

23、等级等级视线长度视线长度前后视前后视距差距差每站的前后视每站的前后视距累积差距累积差视线高度视线高度仪器类型仪器类型视距视距三等三等DS30.3mDS1，DS05四等四等DS30.2mDS1，DS05等级等级红黑面读红黑面读数差数差mm红黑面高红黑面高差之差差之差mm观测次数观测次数往返较差，附合或闭往返较差，附合或闭合路线闭合差合路线闭合差与已知点连与已知点连测测附合或闭合附合或闭合路线路线平地平地mm山地山地mm三等三等往返各一次往返各一次往返各一次往返各一次四等四等往返各一次往返各一次往一次往一次12 L20 L4 n6 Civil Engineering SurveyingCivil

24、Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.4.2 一个测站的观测程序一个测站的观测程序 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.4.2 一个测站的观测程序一个测站的观测程序 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying测测量量编编号号后后上丝上丝前前上丝上丝方方 向向及及尺尺 号号标尺读数标尺读数

25、K K黑黑红红高高 差差中中 数数备备 考考尺尺下丝下丝尺尺下丝下丝后后 距距前前 距距黑面黑面红面红面视距差视距差d dd d1 1（1）（4）后后A A（3）（8）（14）（2）（5）前前B B（6）（7）（13）（9）（10）后前后前（15）（16）（17）（18）（11）（12）2 2后后B B前前A A后前后前3 3后后A A前前B B后前后前假设第一站后视点高程为假设第一站后视点高程为475.53m475.53m2.4.3 测站的计算与检核测站的计算与检核1、视距计算与检核：、视距计算与检核：2、读数检核、读数检核(设后视尺设后视尺k1=4.787m，前视尺，前视尺k2=4.687

26、m)：3、高差计算与检核：、高差计算与检核：2.4.4 全路线的计算与检核全路线的计算与检核1、高差检核：、高差检核：(15)(3)(6)(16)(8)(7)(15)(16)(3)(8)(6)(7)2(18)(15)(16)(3)(8)(6)(7) 1002(18)2、视距检核：、视距检核：(9)(10)本页本页本页末站(12)-前页末站(12)(12)(9)(10)终点站:(9)(10)L 测段或全路线总长n 误差不可避免，但可通过改进观测方法可消减。（1）仪器工具的误差 水准仪的误差：例如水准管与视准轴不平行，存在一 微小的夹角。这种误差的影响与距离成正比。 消减方法：观测时使前后视距离相

27、等。消减方法：观测时使前后视距离相等。 水准尺的误差：水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等。 消减方法：检验合格再用或使用符合要求的水准尺。消减方法：检验合格再用或使用符合要求的水准尺。 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2.5 水准测量的误差及其消减方法水准测量的误差及其消减方法（2）观测误差）观测误差 水准管气泡居中误差：水准管气泡居中误差： 估读误差估读误差 水准尺倾斜的误差水准尺倾斜的误差（3）外界环境产生的误差）外界环境产生的误差 地球曲率的影响地球曲率的影响

28、 大气折光的影响大气折光的影响 温度变化的影响温度变化的影响 仪器和尺垫下沉的影响仪器和尺垫下沉的影响 Civil Engineering SurveyingCivil Engineering SurveyingCivil Engineering Surveying2-2-6 6 DS3 DS3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正 一、水准仪轴线及其应满足的几何条件一、水准仪轴线及其应满足的几何条件1.1.四条轴线四条轴线视视 准准 轴轴 CC CC 水准管轴水准管轴 LL LL 圆水准轴圆水准轴 LL LL 竖竖 轴轴 VVVV2.2.应满足的三个条件应满足的三个条件（1 1）LL/ V

29、V LL/ VV （2 2）横丝）横丝VV VV （3 3）LL / CC (LL / CC (主要条件主要条件) )CCLLVVLL2-2-6 6 DS3 DS3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正二、检验与校正二、检验与校正1.1.圆水准轴平行于仪器竖轴的检验圆水准轴平行于仪器竖轴的检验 目的：使圆水准器轴平行于竖轴，即使圆水准器轴平行于竖轴，即LLVVLLVV检验方法：（1 1）安置水准仪后，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中。）安置水准仪后，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中。（2 2）将仪器绕竖轴旋转）将仪器绕竖轴旋转180180。（3 3）如果圆气泡仍旧居中，则表示该几何条件满足，不必校）

30、如果圆气泡仍旧居中，则表示该几何条件满足，不必校正；如果气泡不再居中，需要校正。正；如果气泡不再居中，需要校正。 2-2-6 6 DS3 DS3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正二、检验与校正二、检验与校正1.1.圆水准轴平行于仪器竖轴的检验圆水准轴平行于仪器竖轴的检验校正方法：（1 1）调整三个校正螺丝，使气泡向居中的位置移动偏移量）调整三个校正螺丝，使气泡向居中的位置移动偏移量的一半。的一半。（2 2）用脚螺旋整平，使圆水准器气泡居中。）用脚螺旋整平，使圆水准器气泡居中。（3 3）校正工作一般都难以一次完成，需反）校正工作一般都难以一次完成，需反 复进行。复进行。（4 4）最后应注意

31、拧紧固紧螺丝。）最后应注意拧紧固紧螺丝。2-2-6 6 DS3 DS3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正 二、检验与校正二、检验与校正1.1.圆水准轴平行于仪器竖轴的检验圆水准轴平行于仪器竖轴的检验2.2.十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正 目的：使十字丝横丝垂直于竖轴。 检验方法：安置水准仪整平后，用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标M，转动望远镜，观测M点是否始终沿着中丝移动。如果M点沿着横丝移动，则表示十字丝横丝与竖轴垂直，否则需要校正。MMM2-2-6 6 DS3 DS3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正 二、检验与校正二、检验与校正2.

32、2.十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正 校正方法：旋下目镜端的十字丝环外罩，旋下目镜端的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝环的四个固定螺丝，用螺丝刀松开十字丝环的四个固定螺丝，按中丝倾斜的反方向小心地转动十字丝按中丝倾斜的反方向小心地转动十字丝环，直至中丝水平，再重复检验，最环，直至中丝水平，再重复检验，最后固紧十字丝环的固定螺丝，旋上十后固紧十字丝环的固定螺丝，旋上十字丝外罩。字丝外罩。 当此项误差不明显时，一般不进行校正，因为在作业中通常总是利用横丝的中央部分读数的2 13 4 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2-2-6 6 DS3 DS3型水准仪