第二章水准测量(3)

1、测量学测量学第二章第二章 水准测量水准测量（高程测量）（高程测量）主主 要要 内内 容容第一节第一节 高程测量概述高程测量概述 第二节第二节 水准测量原理水准测量原理 第三节第三节 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具第四节第四节 水准仪的操作使用水准仪的操作使用 第五节第五节 水准测量的外业水准测量的外业第六节第六节 水准测量的内业水准测量的内业第七节第七节 微倾式水准仪的检验和校正微倾式水准仪的检验和校正第八节第八节 现代水准仪器介绍和精密水准仪的使用现代水准仪器介绍和精密水准仪的使用第九节第九节 水准测量误差及其注意事项水准测量误差及其注意事项第七节第七节 微倾式微倾式水准仪的检验和

2、校正水准仪的检验和校正 视准轴视准轴(cc)(cc)、管水准轴、管水准轴(LL)(LL)、圆水准轴、圆水准轴(LL) (LL) 和竖轴和竖轴(vv)(vv)。一一. .水准仪的主要轴线水准仪的主要轴线视准轴：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。管水准器是个玻璃容器，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称管水准器是个玻璃容器，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。中点处的切线就是水准管轴。圆水准器是个玻璃容器，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆水准器是个玻璃容器，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的

3、轴。圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。第七节第七节 微倾式微倾式水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正一一. .水准仪的主要轴线应满足的关系水准仪的主要轴线应满足的关系圆水准器轴应平行于仪器的竖轴，即圆水准器轴应平行于仪器的竖轴，即LLvv ；十字丝的横丝与竖轴十字丝的横丝与竖轴vv互相垂直。互相垂直。水准管轴应平行于仪器的视准轴，即水准管轴应平行于仪器的视准轴，即LLcc； 水准仪的主要轴线水准仪的主要轴线二、水准仪检验与校正二、水准仪检验与校正1、圆水准器的检验与校正、圆水准器的检验与校正(圆水准器轴圆水准器轴LL竖轴竖轴VV) 目的：目的：圆水准器气泡居中时，竖轴便位于铅圆水

4、准器气泡居中时，竖轴便位于铅垂位置，视准轴处于粗平。垂位置，视准轴处于粗平。 误差的影响误差的影响不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度 检验（如何发现误差？）检验（如何发现误差？）a)以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的纵轴纵轴;b)把仪器连带水准器绕纵轴旋转把仪器连带水准器绕纵轴旋转180度。如度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。校正：校正：旋转脚螺旋调整气泡偏移量的一半，松开圆旋转脚螺旋调整气泡偏移量的一半

5、，松开圆水准器固定螺丝，旋转圆水准器校正螺丝水准器固定螺丝，旋转圆水准器校正螺丝气泡中气泡中心移到圆水准器零点。心移到圆水准器零点。 仪器再绕竖轴旋转仪器再绕竖轴旋转180180，气泡中心与圆水准器的零点重，气泡中心与圆水准器的零点重合时，校正完毕合时，校正完毕; ;否则还需要重复前面的校正工作否则还需要重复前面的校正工作; ; 勿忘拧紧固定螺丝勿忘拧紧固定螺丝. . 2、 十字丝中横丝的检验与校正十字丝中横丝的检验与校正十字丝分划板横丝十字丝分划板横丝竖轴竖轴VVVV目的：目的：当竖轴铅垂时，中当竖轴铅垂时，中横丝是一水平线，用横丝横丝是一水平线，用横丝上任意位置读数，所得读上任意位置读数，

6、所得读数均相同。数均相同。 误差的影响：误差的影响： 如果水准尺影像偏离十字如果水准尺影像偏离十字丝中心，就会增加读数误丝中心，就会增加读数误差。差。整平仪器，十字丝横丝一端对准远处一明显标志整平仪器，十字丝横丝一端对准远处一明显标志点点;旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪;标志点始终在横丝上移动标志点始终在横丝上移动横丝垂直于竖轴横丝垂直于竖轴,否则，否则，需要校正需要校正旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺丝丝;按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再检验按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再检验;最后最后

7、应拧紧四个压环螺丝应拧紧四个压环螺丝.3、水准管轴不平行视准轴、水准管轴不平行视准轴管水准器轴管水准器轴LLLL视准轴视准轴CCCC 目的：目的：当水准管气泡居中时，视准轴处于精确水平位当水准管气泡居中时，视准轴处于精确水平位置。置。 影响：影响：如果水准管轴不平行视准轴（其夹角为如果水准管轴不平行视准轴（其夹角为 ），），则读数误差有则读数误差有则此误差对高差的影响为则此误差对高差的影响为iiSitaniSShbaitan)(3、水准管轴不平行视准轴、水准管轴不平行视准轴检验检验：在平坦的地面上选定相距约在平坦的地面上选定相距约80米的米的A、B两点，在该两点两点，在该两点上钉木桩，并在木桩

8、上立标尺。上钉木桩，并在木桩上立标尺。 按中间法变更仪器高两次测定按中间法变更仪器高两次测定A、B间的高差，两次所测间的高差，两次所测高差的平均值作为正确高差高差的平均值作为正确高差 然后将水准仪搬到然后将水准仪搬到A点或点或B点外侧约点外侧约3米左右位置，再次读米左右位置，再次读取取A、B上标尺读数上标尺读数标准ABh22ABbah 如果如果 表明水准管轴不平行视准轴，是它引起表明水准管轴不平行视准轴，是它引起远尺上读数有误差，以至远尺上读数有误差，以至h也有误差。至于近尺上的读数，也有误差。至于近尺上的读数，由于距离很小，不受水准管轴不平行视准轴误差的影响。由于距离很小，不受水准管轴不平行

9、视准轴误差的影响。校正：校正：倾斜望远镜，使视准轴对准远尺正确的读数。倾斜望远镜，使视准轴对准远尺正确的读数。这时水准管轴随着也倾斜了。用水准管的校正螺丝使气泡这时水准管轴随着也倾斜了。用水准管的校正螺丝使气泡重新居中。重新居中。水准管轴不平行视准轴水准管轴不平行视准轴ABAB hh标准标准hbaAB22一、一、 自动安平水准仪自动安平水准仪1 1补偿装置补偿装置 补偿装置安装在水准仪望远镜的调焦镜与十字丝板补偿装置安装在水准仪望远镜的调焦镜与十字丝板之间。在粗略整平的条件下，仪器自动精确整平，即自之间。在粗略整平的条件下，仪器自动精确整平，即自动安平。动安平。第八节第八节 现代现代水准测量仪

10、水准测量仪2 2自动安平原理自动安平原理1)1)望远镜视准轴水平状态，补偿装置处于原始悬垂状态，望远镜视准轴水平状态，补偿装置处于原始悬垂状态，正确标尺读数正确标尺读数Lo。2)仪器未严格整平，视准轴处于倾斜状态，仪器未严格整平，视准轴处于倾斜状态，视准轴视准轴得到得到非非水平水平标尺标尺读数读数是是Lo。实际水平视线正确读数实际水平视线正确读数Lo落在落在B处，处，不为人眼所观察不为人眼所观察。天津欧波天津欧波DS30自动安平水准仪自动安平水准仪二、电子水准仪二、电子水准仪1 1. .采用条纹编码的标尺长度注记方式。采用条纹编码的标尺长度注记方式。2 2. .采用摄像技术，对标尺测量进行摄像

11、观测。采用摄像技术，对标尺测量进行摄像观测。3.3.自动实现图象的数字化处理以及观测数据的自动实现图象的数字化处理以及观测数据的测站显示、检核、运算等。测站显示、检核、运算等。世界第一台电子水准仪世界第一台电子水准仪徕卡徕卡NA2002(1990)南方测绘南方测绘DL-301电子水准仪电子水准仪1)1)设有精密可靠的测微设施，读设有精密可靠的测微设施，读数可精确到数可精确到0.01mm0.01mm。标尺稳定性能好，刻划精密。标尺稳定性能好，刻划精密。水准仪设有平板测微器。水准仪设有平板测微器。望远镜十字丝板采用楔形十字望远镜十字丝板采用楔形十字丝分划。丝分划。2)2)精确整平的灵敏度高。精确整

12、平的灵敏度高。3)3)抗干扰能力强。抗干扰能力强。三、精密水准仪与水准尺三、精密水准仪与水准尺蔡司Ni004倒像微倾式精密水准仪蔡司N9007自动安平精密水准仪自动安平补偿器拓普康光学精密水准仪AT-G2精密水准尺精密水准尺 精密水准仪必须配套使用精密水精密水准仪必须配套使用精密水准尺，这种水准尺是在木质尺身准尺，这种水准尺是在木质尺身的槽内，以一定的拉力引张一根的槽内，以一定的拉力引张一根因瓦合金带，在带上标有分划线，因瓦合金带，在带上标有分划线，数字则注记在木质尺身上。精密数字则注记在木质尺身上。精密水准尺的分格值有水准尺的分格值有10mm和和5mm两种，分别与装备相应测两种，分别与装备相

13、应测微器的水准仪配套使用。微器的水准仪配套使用。 四、数字（电子）自动安平水准仪四、数字（电子）自动安平水准仪hd成像模拟视频信号放 大 数 字化观测信号与参 考 信 号比对搜索 最 大 坐标值条码标尺望远镜十字丝标尺行阵探测器读出电子元件图像处理器电子显示器数字（电子）自动安平水准仪数字（电子）自动安平水准仪 与传统仪器相比它有以下特点：与传统仪器相比它有以下特点：（1）用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、误记）用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、误记问题，没有人为读数误差；问题，没有人为读数误差；（2）精度高，多条码（等效为多分划）测量，削弱标尺）精度高，多条码（等效为多分划）测量

14、，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界条件变化的影响；分划误差，自动多次测量，削弱外界条件变化的影响；（3）速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存）速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现内外业一体化。它使水准测量作业向自动储，可实现内外业一体化。它使水准测量作业向自动化方向迈进了一大步。当采用普通水准尺时，该仪器化方向迈进了一大步。当采用普通水准尺时，该仪器又可当作普通自动安平水准仪使用。又可当作普通自动安平水准仪使用。每公里往返测高差中误差每公里往返测高差中误差:DNA03 DNA03 0.3mm0.3mm( (铟钢尺铟钢尺) ) 1.0mm1.0mm( (玻璃玻璃

15、钢尺钢尺) )DNA10 DNA10 0.9mm0.9mm( (铟钢尺铟钢尺) ) 1.5mm1.5mm( (玻璃玻璃钢尺钢尺) )精度精度1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA流线型外观设计，并可减低风阻影响流线型外观设计，并可减低风阻影响.摩登摩登而实用而实用采用新式标准磁阻尼补偿器采用新式标准磁阻尼补偿器设计理念设计理念1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA粗调焦粗调焦省事而又有利于提高观测精度。省事而又有利于提高观测精度。1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA显示和操作显示和操作中文化中文化。

16、显示面板与徕卡显示面板与徕卡TPS700系系列全站仪完全一样列全站仪完全一样 可选的可选的 BFFB和和FBBF测量测量方式方式 显示信息量多，操作简单显示信息量多，操作简单数据输出格式可自定义数据输出格式可自定义1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA采用采用PCMCIA卡作为数卡作为数据据 存储器存储器内存可以存储内存可以存储8000个数个数据据 选用徕卡选用徕卡GEB111GEB111高容量高容量电池供电电池供电 数据记录和供电数据记录和供电1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA国家一、二、三、四等水准测量国家一、二、三、四等水准测量沉陷观测沉陷观测高程放样高程

17、放样主要应用主要应用1. 1. 徕卡新型水准仪徕卡新型水准仪DNADNA误差来源包括误差来源包括： 人，外界条件，仪器三种因素的影响。人，外界条件，仪器三种因素的影响。应掌握的规律：应掌握的规律： 误差来源误差来源对观测的影响对观测的影响消除方法消除方法 第九节第九节 水准测量的误差来源与消弱措施水准测量的误差来源与消弱措施一、仪器误差一、仪器误差(一一) 视准轴与水准管轴不平行引起的误差视准轴与水准管轴不平行引起的误差(二二) 调焦引起的误差调焦引起的误差(三三) 水准尺的误差水准尺的误差二、观测误差二、观测误差(一一) 气泡居中误差气泡居中误差(二二) 估读水准尺分划的误差估读水准尺分划的

18、误差(三三) 扶水准尺不直的误差扶水准尺不直的误差三、外界环境的影响三、外界环境的影响(一一) 仪器下沉和水准尺下沉的误差仪器下沉和水准尺下沉的误差1. 仪器下沉的误差仪器下沉的误差2. 水准尺下沉的误差水准尺下沉的误差(二二) 地球曲率和大气折光的误差地球曲率和大气折光的误差1. 地球曲率引起的误差地球曲率引起的误差2. 大气折光引起的误差大气折光引起的误差(三三) 气候的影响气候的影响一、仪器误差一、仪器误差 ( (一一) )校正残余误差校正残余误差i i角误差角误差 ( (大于大于2020才需校正才需校正 ) )保持前、后视距相等保持前、后视距相等( (二二) )水准尺误差水准尺误差 检

19、验水准尺每米间隔平均真长与名义长之差。检验水准尺每米间隔平均真长与名义长之差。区格式木质标尺，不应大于区格式木质标尺，不应大于0.5mm0.5mm。否则，应。否则，应在所测高差中进行米真长改正。在所测高差中进行米真长改正。一对水准尺的零点差，在一水准测段的观测中一对水准尺的零点差，在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。安排偶数个测站予以消除。二、二、观测误差观测误差 ( (一一) )管水准气泡居中误差管水准气泡居中误差 设分划值设分划值 =20/2mm，视线长为，视线长为100m，气泡偏离居中位，气泡偏离居中位置置0.5格引起读数误差格引起读数误差5mm。每次读尺前应严格居中管。每次读尺

20、前应严格居中管水准气泡水准气泡( (二二) )读数误差读数误差 mm位位十字丝横丝在标尺厘米分划内位置估读；十字丝横丝在标尺厘米分划内位置估读； 望远镜内看到的横丝宽度相对厘米分划格宽度比例，决定望远镜内看到的横丝宽度相对厘米分划格宽度比例，决定估读精度估读精度 读数误差与望远镜的放大倍数及视线长有关，视线愈长，读数误差与望远镜的放大倍数及视线长有关，视线愈长，读数误差愈大读数误差愈大 规范规定，使用规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视线长水准仪进行四等水准测量时，视线长80m (三三)水准尺倾斜水准尺倾斜 读数时，水准尺应竖直读数时，水准尺应竖直 水准尺前后倾斜，水准仪望远镜视场

21、不会察觉，引起水水准尺前后倾斜，水准仪望远镜视场不会察觉，引起水准尺读数总偏大。视线高度愈大准尺读数总偏大。视线高度愈大误差愈大误差愈大 水准尺上安装圆水准器水准尺上安装圆水准器保证尺子竖直保证尺子竖直(四四)视差视差 水准尺像未准确成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察水准尺像未准确成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差；差； 按操作规定进行目镜对光，物镜对光。按操作规定进行目镜对光，物镜对光。三、三、外界环境影响外界环境影响（一）（一） 仪器下沉和尺垫下沉仪器下沉和尺垫下沉 仪器或水准尺安置在软土或植

22、被仪器或水准尺安置在软土或植被产生下沉；产生下沉； “后后前前前前后后” 观测顺序，削弱仪器下沉影响；观测顺序，削弱仪器下沉影响； 往返观测取观测高差中数，削弱尺垫下沉影响。往返观测取观测高差中数，削弱尺垫下沉影响。（二）（二） 地球曲率与大气折光影响地球曲率与大气折光影响 晴天，日光照射下，地面温度较高，靠近地面空气温度晴天，日光照射下，地面温度较高，靠近地面空气温度也高，其密度较上层为稀；也高，其密度较上层为稀； 水准仪的水平视线离地面越近，光线折射越大。规范规水准仪的水平视线离地面越近，光线折射越大。规范规定，三、四等水准测量，应保证上、中、下三丝能读数；定，三、四等水准测量，应保证上、中、下三丝能读数； 二等水准测量则要求下丝读数二等水准测量则要求下丝读数0.3m。地球曲率与大气折光影响改正地球曲率与大气折光影响改正2.大气折光的改正大气折光的改正RDh221.地球地球曲率的改正曲率的改正RDr1423.球气球气差改正（差改正（1-2）RDf243.0（三）温度影响（三）温度影响日光照射水准仪，仪器各构件受热不匀引起日光照射水准仪，仪器各构件