大学测量与地图学PPT水准测量3.5

1、第五章第五章 水准测量水准测量水准测量的目的：测出一系列点的高程。水准测量的目的：测出一系列点的高程。这一系列的点称为这一系列的点称为水准点水准点水准测量的等级：水准测量的等级：一等、二等、三等、四等、等外（普通）一等、二等、三等、四等、等外（普通）高程的概念高程的概念ABABHHhn绝对高程BAHH ,AB大地水准面AHBH假定水准面AHBHn相对高程BAHH ,ABABHHhn高差ABABABHHHHhABhAB 大地水准面大地水准面HA（已知）（已知）HB=？abhAB = ab HB= HA+ hAB 原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间

2、的高差，从而推算高程的一种方法地面点间的高差，从而推算高程的一种方法hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab111bah222bah333bahABABh1b1a1h2b2a2h3b3a3h4a4b4h过A点的水准面444hab2.2.连续水准测量连续水准测量)()()(2121babah仪器安置在仪器安置在ABAB中点中点时时, ,可消除该项误可消除该项误差的影响差的影响A12abABhB大地水准面大地水准面3.3.地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光的影响黑面起点黑面起点0.000和和0.000米米红面起点红面起点4.687和和4.787米米4.

3、4.水准尺水准尺5.5.水准测量仪器水准测量仪器水准仪水准仪（1 1）望远镜）望远镜物镜；目镜；十字丝（上、中、下丝）物镜；目镜；十字丝（上、中、下丝）1 1）水准仪组成）水准仪组成（2）水准器）水准器圆水准器；水准管圆水准器；水准管特性：特性：气泡始终向高处移动。气泡始终向高处移动。（3 3）基座）基座DS3型水准仪水准仪望远镜望远镜水准器水准器基基 座座水准仪结构水准仪结构水准仪结构水准仪结构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左右微左右微动螺旋动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋脚螺旋脚螺旋准星准星（1 1）望）望 远远 镜镜物镜物镜调焦透镜调焦透镜十字丝分划板十字丝分划板

4、目镜目镜（2 2）水）水 准准 器器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。水准器水准器长水准管长水准管圆水准器圆水准器长水准管长水准管圆水准器圆水准器圆水准轴圆水准轴水准轴水准轴圆水准器圆水准器圆水准器水准管轴圆水准器水准管轴圆水准器校正螺旋圆水准器校正螺旋圆水准器的作用：粗略整平圆水准器的作用：粗略整平气泡气泡液体液体长长 水水 准准 管管长水准管的作用：精确整平长水准管的作用：精确整平长水准管轴长水准管轴水准仪系列型号水准仪系列型号DS05DS05DS1DS1DS3DS3DS10DS10每千米高差中误每千米高差中误差差0.5mm0.5mm1mm1m

5、m 3mm 3mm 10mm 10mm主要用途主要用途国家一等国家一等水准测量水准测量及地震监及地震监测测国家二等水国家二等水准测量及其准测量及其他精密水准他精密水准测量测量国家三、四国家三、四等水准测量等水准测量及一般工程及一般工程水准测量水准测量一般工一般工程水准程水准测量测量2 2）水准仪精度的划分）水准仪精度的划分我国目前水准仪按精度可划分为DS05、DS1、DS3和DS10四个等级，其中D、S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，数字则表示该类仪器的精度。水准测量中误差水准测量中误差A A、B B两点间观测了两点间观测了n n站，各站为等精度观测，中站，各站为等精度观测

6、，中误差为误差为m m站，根据中误差计算公式，站，根据中误差计算公式，22h mn m站h mnm 站h mLml 站h mLm 千米LABlLm千米 、 两点间总长各测站间的距离每千米路线长的高差中误差（ 单位千米）3 3）水准仪的使用）水准仪的使用安置：安置三脚架和水准仪安置：安置三脚架和水准仪3 3）水准仪的使用）水准仪的使用粗平：使圆水准器气泡居中粗平：使圆水准器气泡居中1323123 3）水准仪的使用）水准仪的使用照准：粗瞄、对光、精瞄和消除视差照准：粗瞄、对光、精瞄和消除视差缺口缺口准星准星水平微动螺旋水平微动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋对光螺旋对光螺旋目镜目镜调节调节螺旋螺旋3

7、3）水准仪的使用）水准仪的使用精平：使长水准管气泡居中精平：使长水准管气泡居中微倾螺旋微倾螺旋3 3）水准仪的使用）水准仪的使用 读数：用十字丝的中丝在水准尺上读数读数：用十字丝的中丝在水准尺上读数1 1方法：方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。面上的格数，毫米估读。2 2规律：规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。从下往上读。 3 3）水准仪的使用）水准仪的使用读数练习读数练习121.2720.7121.1971.

8、197120.7260.726读数练习读数练习1113图形：水图形：水准仪读数准仪读数实例实例读数练习读数练习6.2656.2651.5501.5500.7250.725 bc a f - 组合焦距组合焦距 s - 补偿器到分补偿器到分 划板的距离划板的距离 - 倾斜视线倾斜视线 - 水平视线偏转角水平视线偏转角 n - 补偿系数补偿系数安置一“补偿器”实现自动安平的。K(十字丝交点）十字丝交点）水准尺水准尺水平光线水平光线倾斜视线倾斜视线物镜物镜nsfsfsfd/tantan即：即：补补偿偿器器f sdKAAGS1型铟钢尺型铟钢尺索佳索佳C330型自动安平水准仪型自动安平水准仪索佳索佳B20

9、型自动安平水准仪型自动安平水准仪索佳索佳B1C型自动安平水准仪型自动安平水准仪RAB码水准尺索佳SDL30数码水准仪6、水准路线的拟定、水准路线的拟定 水准点水准点通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点。是测区的高程控制点，一般缩写为“BM”，用“”符号表示。 Bench Mark 点之记点之记水准线：单一水准路线的形式水准线：单一水准路线的形式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水准线：水准网的形式水准线：水准网的

10、形式附和水准网附和水准网 独立水准网独立水准网 BMABMB1.4441.4441.3241.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8221.8220.8760.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.8201.4351.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.4221.3041.304h h5 5=+0.118=+0.118前进方向前进方向1.1341.1341.6771.677TP1h h1 1=-0.543=-0.5437 7、水准测量的实施、水准测量的实施变动仪高法变动仪高法 两次高差绝对值两次高差绝对值小于小于5m

11、m5mm 双面尺法双面尺法仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。测得两次高差，相互进行检核。若同一水准尺红面与黑面读数若同一水准尺红面与黑面读数( (加常数后加常数后) )之之差，不超过差，不超过3mm3mm；且两次高差之差，又未超过；且两次高差之差，又未超过5mm5mm，则取其平均值作为该测站的观测高差。，则取其平均值作为该测站的观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。否则，需要检查原因，重新观测。7 7、水准测量的测站检查、水准测量的测站检查测量

12、成果由于测量误差的影响，使得水准路测量成果由于测量误差的影响，使得水准路线的线的实测高差值与应有值不相符，其差值称实测高差值与应有值不相符，其差值称为高差闭合差为高差闭合差，若高差闭合差在允许误差范，若高差闭合差在允许误差范围之内时，认为外业观测成果合格；若超过围之内时，认为外业观测成果合格；若超过允许误差范围时，应查明原因进行重测，直允许误差范围时，应查明原因进行重测，直到符合要求为止。一般等外水准测量的高差到符合要求为止。一般等外水准测量的高差容许闭合差为：容许闭合差为： 山区山区 fh容容=10 mm 平原平原 fh容容=40 mm nL8 8、水准测量的高程计算、水准测量的高程计算闭合

13、水准路线闭合水准路线 fh=h 8 8、水准测量的高程计算、水准测量的高程计算高差闭合差的计算高差闭合差的计算BMBM 附合水准路线附合水准路线 fh =h-（H终终-H始始） 8 8、水准测量的高程计算、水准测量的高程计算高差闭合差的计算高差闭合差的计算BM1BM1BM2BM2支水准路线支水准路线 fh = h往往- -+ h返返 8 8、水准测量的高程计算、水准测量的高程计算高差闭合差的计算高差闭合差的计算BMBM 1 1 2 2附合水准路线附合水准路线 闭合水准路线闭合水准路线 8 8、水准测量的高程计算、水准测量的高程计算高差改正数的计算高差改正数的计算hiifllhiifnnii第

14、段的高差改正数附合水准路线附合水准路线 闭合水准路线闭合水准路线 8 8、水准测量的高程计算、水准测量的高程计算改正后的高差计算改正后的高差计算iiihhiihiih 第 段的高差观测值第 段的改正后的高差例题例题1 1( (支水准路线）支水准路线）测点测点后视读数后视读数（mm)mm)前视读数前视读数（mm)mm)高差（高差（mm)mm)高程（高程（m)m)+ +- -A A1563156310.43110.431T1T109860986T1T117621762T2T211391139T2T210541054T3T314281428T3T317001700B B119911990577057

15、70374037406230623050105016079,4752ab1327ab1327h 20.75820.758例题例题2 2（闭合水准路线）（闭合水准路线）点号点号测站数测站数（m)m)高差（高差（m)m)改正后改正后高差（高差（m)m)点号点号观测值观测值改正数改正数A A3 31 14 42 212123 31212B B+1.596+1.596-0.231-0.231+4.256+4.256-5.642-5.6422525fh=-21mmfh=-21mm+0.003+0.003+0.003+0.003+0.005+0.005+0.010+0.010+0.021+0.0211.5

16、991.599-0.228-0.228+4.266+4.266-5.637-5.6370 016.33016.33017.92917.92917.70117.70121.96721.96716.33016.33010 n50mmhf 容例题例题3 3（附和水准路线）（附和水准路线）点号点号距离距离（m)m)高差（高差（m)m)改正后高改正后高差（差（m)m)高程高程(m)(m)观测值观测值改正数改正数A A8.9248.924463463-1.362-1.3621 1518518+2.791+2.7912 2314314-0.484-0.484B B9.8999.89912951295+0.9

17、45+0.945+0.030+0.030+0.975+0.975+0.011+0.011+0.012+0.012-1.351-1.351+2.803+2.803+0.007+0.007-0.477-0.4777.5737.57310.37610.37640 L67.1mmhf 容例题例题3 3（附和水准路线）（附和水准路线）点号点号距离距离（km)km)高差（高差（m)m)改正后高改正后高差（差（m)m)高程高程(m)(m)观测值观测值改正数改正数BM1BM115.03015.0302.02.0-1.265-1.265P1P13.23.2+2.478+2.478P2P22.02.0+1.157

18、+1.157P P 4.24.2-4.612-4.612BM2BM212.81412.81411.411.4-2.242-2.242+0.026+0.026-2.216-2.216+0.005+0.005+0.007+0.007-1.260-1.260+2.485+2.485+0.005+0.005-4.602-4.60213.77013.77017.41217.41240 L67.1mmhf 容+0.010+0.010+1.162+1.16216.25516.255习题习题1212点号点号距离距离（km)km)高差（高差（m)m)改正后高改正后高差（差（m)m)高程高程(m)(m)观测值观测

19、值改正数改正数BM1BM115.03015.0302.02.0-1.265-1.265P1P13.23.2+2.478+2.478P2P22.02.0+1.157+1.157P P 4.24.2-4.612-4.612BM2BM212.81412.81411.411.4-2.242-2.242+0.026+0.026-2.216-2.216+0.0045+0.0045+0.007+0.007-1.2605-1.2605+2.485+2.485+0.0045+0.0045-4.602-4.60213.769513.769517.41617.41640 L135mmhf 容+0.010+0.010

20、+1.1615+1.161516.254516.2545习题习题1313点号点号测站数测站数（m)m)高差（高差（m)m)改正后改正后高差（高差（m)m)高程高程（m)m)观测值观测值改正数改正数BM4BM41010A A8 8B B8 8C C1111D D1212BM4BM4+1.224+1.224-1.424-1.424+1.781+1.781-1.714-1.7144949fh=-25mmfh=-25mm+0.005+0.005+0.004+0.004+0.006+0.006+0.006+0.006+0.025+0.025+1.229+1.229-1.420-1.420-1.708-1

21、.708+0.114+0.1140 065.23565.23566.46466.46465.04465.04466.82966.82965.12165.12110 4970mmhf 容+0.108+0.108+0.004+0.004+1.785+1.78565.23565.235照准后视标尺的黑面，读取中丝读数；照准后视标尺的黑面，读取中丝读数；照准前视标尺的黑面，读取中丝读数；照准前视标尺的黑面，读取中丝读数；照准前视标尺的红面，读取中丝读数；照准前视标尺的红面，读取中丝读数；照准后视标尺的红面，读取中丝读数。照准后视标尺的红面，读取中丝读数。简称为后后- -前前- -前前- -后（黑、黑、

22、红、红）。后（黑、黑、红、红）。四等测量也可采用后四等测量也可采用后- -后后- -前前- -前（黑红黑红）前（黑红黑红）三等、四等水准测量在一个测站上的观测程序三等、四等水准测量在一个测站上的观测程序仪器竖轴圆水准器轴水准管轴视准轴水准仪的几何轴线有：水准仪的几何轴线有：圆水准轴圆水准轴 L L0 0 L L0 0 长水准管轴长水准管轴L LL L视准轴视准轴 C C C C 竖轴竖轴 V VV V水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正水准仪满足的轴线条件水准仪满足的轴线条件v圆水准器轴圆水准器轴仪器的竖轴，即仪器的竖轴，即L L0 0L L0 0 VV VV 。v水准管轴水准管轴视准轴，即视

23、准轴，即LLCC LLCC 。( (主要条件主要条件) )v十字丝横丝十字丝横丝 竖轴竖轴VV VV 。检校目的：检校目的： 使仪器的各轴系满足应有的几何条件。使仪器的各轴系满足应有的几何条件。一、圆水准器的检校一、圆水准器的检校检校目的：检校目的： 当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上 处于铅垂位置。处于铅垂位置。 L L0 0L L0 0 VV ? VV ?检验方法检验方法： 转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远镜旋转后将望远镜旋转180180，如果仍然居中，说明满足，如果仍然居中，说明满足此条件。如果

24、气泡偏离中央位置，则需校正。此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。校正方法校正方法： 转动脚螺旋，使气泡向中间移动偏离量的转动脚螺旋，使气泡向中间移动偏离量的一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。检校原理检校原理二、望远镜十字丝横丝的检校二、望远镜十字丝横丝的检校检校目的检校目的：当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。位置。 横丝横丝 竖轴竖轴VV ？检验方法检验方法： 整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横固定点是否离开十

25、字丝横丝。如果偏离十字丝横丝，则需校正。丝，则需校正。校正方法校正方法： 拨正十字丝环。拨正十字丝环。三、长水准管的检校三、长水准管的检校检验方法检验方法： （1）在比较平坦的地面上，相距约）在比较平坦的地面上，相距约4060m左右的地左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和和B。检验时先将。检验时先将水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，分别读取分别读取A、B点上的水准尺的读数点上的水准尺的读数a1和和b1，求得高差，求得高差h1=a1-b1。（。（h1不含有该项误差的影响）不含有该项误

26、差的影响） （2）将仪器搬至）将仪器搬至B点附近（相距约点附近（相距约3米处），在符合米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺气泡居中的情况下，对远尺A和近尺和近尺B，分别读得读数，分别读得读数a2和和b2，求得第二次高差，求得第二次高差h2=a2-b2。若。若h2=h1，说明仪器的水，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若准管平行于视准轴，无需校正。若h2 h1，则水准管轴不，则水准管轴不平行于视准轴，平行于视准轴， h2与与h1的差值大于的差值大于3mm，需要校正，需要校正。检校目的检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。水平视线。 LL CC

27、？ =1803.14159266060206265D1D2h1ABii iaa1 a2a2bb1b2 x1x2Dhhi 212检验原理检验原理校正方法校正方法: 算出远尺的正确读算出远尺的正确读数数a2， a2=h1+b2。 转动微倾螺旋，令转动微倾螺旋，令远尺远尺A上读数恰为上读数恰为a2，此时视线已水平，而符此时视线已水平，而符合气泡不居中，用校正合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两针拨动水准管上、下两校正螺丝，使气泡居中，校正螺丝，使气泡居中，这时水准管轴就平行于这时水准管轴就平行于视准轴。视准轴。 松上紧下松上紧下 松下紧上松下紧上水准测量的水准测量的误差来源误差来源及及注意事项注

28、意事项 仪器误差仪器误差 观测误差观测误差 外界条件的影响外界条件的影响1 1、仪器误差、仪器误差仪器校正不完善的误差仪器校正不完善的误差 例如残留例如残留i i角误差，测量时使仪器的前后视距相等，即可消角误差，测量时使仪器的前后视距相等，即可消除这项误差。除这项误差。实际工作中要求前后视距差总和尽量的小。实际工作中要求前后视距差总和尽量的小。调焦误差调焦误差 当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只需做少量调焦，即可减小该误差需做少量调焦，即可减小该误差.水准标尺零点不等的误差水准标尺零点不等的误差 水准尺由于长期使用,其底部受到磨损，产生零点误差。两根标尺的零点误差之差，称为一对标尺的零点差。 在两个测站的观测高差之和中，这种误差的影响就抵消了。所以，水准路线的每个测段应尽量安排成偶数站，以减小一对标所以，水准路线的每个测段应尽量安排成偶数站，以减小一对标尺零点差的影响。尺零点差的影响。2 2、 观测误差观测误差整平误差整平误差 一般认为,利用符合