水利工程测量水准仪及水准测量

1、水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院1第二章第二章 水准仪及水准测量水准仪及水准测量Unit 2 Water Level And Leveling水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院2水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院3水准测量原理水准测量原理The Principle of Leveling水准仪及其使用水准仪及其使用The Water Level and the Usage水准测量的一般方法和要求水准测量的一般方法和要求The Common Methods and Demand of the Water Level水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正The Inspec

2、tion and Emendation of the Water Level水准测量误差产生的原因及消减方法水准测量误差产生的原因及消减方法The Causes and Elimination of Leveling水准路线闭合差的调整和计算水准路线闭合差的调整和计算The adjustment and calculation of the Level route error 水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院42.1 2.1 水准测量原理水准测量原理 The Principle of Leveling水准测量的原理水准测量的原理: 是借助仪器提供的水平视线，配合水是借助仪器提供的水平

3、视线，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。推求未知点的高程。如图如图21已知已知A点高程为点高程为HA，要测出，要测出B点高程点高程HB，只要在，只要在A、B两点间安置一架能提供水平视线的仪器两点间安置一架能提供水平视线的仪器水准仪，并在水准仪，并在A、B两点各竖立水准尺，利用水平视线分别读出两点各竖立水准尺，利用水平视线分别读出A点尺子上点尺子上的读数的读数及及B点尺子上的读数点尺子上的读数b，则，则A、B两点间的高差为两点间的高差为:hAB=a-b 如果测量是由如果测量是由AB的方向前进，则的方向前进，

4、则A点称为后视点，点称为后视点，B点称为前视点，点称为前视点，a及及b分别为后视读数和前视读数，两点间分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就等于后视读数减去前视读数。如果的高差就等于后视读数减去前视读数。如果B点高于点高于A点，点，则高差为正，反之，高差为负。则高差为正，反之，高差为负。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院5AB后视后视前视前视前进方向前进方向（水平视线高程（水平视线高程=HA+a）HiHBHA水水准准尺尺a水水准准尺尺bhab水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院6计算高程的方法计算高程的方法 ( (一一) ) 由高差计算高程由高差计算高程 B点（未知点）的高程等

5、于点（未知点）的高程等于A点（已知点）的高程点（已知点）的高程加上两点间的高差，即加上两点间的高差，即HB=HA+hAB=HA+(a-b) ( (二二) ) 由视线高程计算高程由视线高程计算高程 由上页图可知，由上页图可知，A点高程加后视读数等于仪器视线点高程加后视读数等于仪器视线的高程，设视线高程为的高程，设视线高程为Hi，即，即Hi=HA+a 则则B点高程等于视线高程减去前视读数，即点高程等于视线高程减去前视读数，即HB=Hi-b=(HA+a)-b 水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院72.2 2.2 水准仪及其使用水准仪及其使用 2.2 The Water Level and th

6、e Usage一、水准仪一、水准仪( (以以DSDS3 3型水准仪为例型水准仪为例) ) The Water Level (Take DS3 for example) ) 精度系列精度系列:分DS05、DS1、DS3，DS10,下标“05”、“1”、“3”及“10”等数字,表示该类仪器的精度,每公里往返测量高差中数的中误差。 主要由望远镜、水准器及基座三个主要部分组成。水准主要由望远镜、水准器及基座三个主要部分组成。水准仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有一仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有一个圆水准器。下面有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。望远个圆水准器。下面有三

7、个脚螺旋，用以粗略整平仪器。望远镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜作微小镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜作微小上下仰俯动作的微倾螺旋，转动微倾螺旋，管水准器随望远上下仰俯动作的微倾螺旋，转动微倾螺旋，管水准器随望远镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便呈水平位置，镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便呈水平位置，以简化精密整平仪器的工作。（见图以简化精密整平仪器的工作。（见图2-2） 水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院8水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院9（一）望远镜（一）望远镜 是用来瞄准远方目标的，主要作用是使目标成像清是用来瞄准远方目标的

8、，主要作用是使目标成像清晰、扩大视角，以精确照准目标。由晰、扩大视角，以精确照准目标。由物镜、十字丝分划物镜、十字丝分划板、调焦镜、目镜板、调焦镜、目镜等构成。由于物镜调节器焦构造不同，等构成。由于物镜调节器焦构造不同，望远镜有外对光望远镜和内对望远镜两种。成像原理：望远镜有外对光望远镜和内对望远镜两种。成像原理：目标通过物镜及调焦凹透镜的作用，在十字丝面上形成目标通过物镜及调焦凹透镜的作用，在十字丝面上形成一个倒立的小实像，再经过目镜的放大作用，使目标的一个倒立的小实像，再经过目镜的放大作用，使目标的像和像和十字丝十字丝同时放大成虚像。同时放大成虚像。视准轴视准轴是指十字丝的交点是指十字丝的

9、交点和物镜光心的连线。和物镜光心的连线。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院10（二）水准器（二）水准器 是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器分分圆水准器和长水准器圆水准器和长水准器两种。两种。 圆水准器一般装在基座上，圆水准器一般装在基座上，作粗略整平、使竖轴竖直之用，长水准管和望远镜连在一作粗略整平、使竖轴竖直之用，长水准管和望远镜连在一起，供精确调平视线之用。水准管分划值是指圆弧起，供精确调平视线之用。水准管分划值是指圆弧2mm 长长度所对圆心角的度数。度所对圆心角的度数。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院11二、水准

10、尺与尺垫二、水准尺与尺垫 The Water Level Ruler and Ruler Tray直尺直尺: 双面水准尺分双面水准尺分 “黑面尺黑面尺” 和和 “红面尺红面尺”。黑面尺尺底。黑面尺尺底 均从零开始，而红面尺尺底，均从零开始，而红面尺尺底， 从固定数值从固定数值4.687m或或4.787m 开始，此数值称为零点差。开始，此数值称为零点差。塔尺塔尺: 可伸缩，伸足为可伸缩，伸足为3米、米、 5米，用于一般工程测量。米，用于一般工程测量。 尺垫尺垫: 转点立尺用。转点立尺用。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院12三、水准仪的使用三、水准仪的使用 The Usage of Wa

11、ter Level（一）安置与粗略整平一）安置与粗略整平支开三角架，将三支开三角架，将三脚架支稳并使架头脚架支稳并使架头大致水平，利用连大致水平，利用连接螺旋使水准仪与接螺旋使水准仪与三角架固连，而后三角架固连，而后旋转脚螺旋使圆水旋转脚螺旋使圆水准器的气泡居中。准器的气泡居中。其具体方法为：如其具体方法为：如下图所示下图所示水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院13（二）瞄准（二）瞄准 当仪器粗略整平后，松当仪器粗略整平后，松开望远镜制动螺旋，利用望开望远镜制动螺旋，利用望远镜筒上的缺口和准星概略远镜筒上的缺口和准星概略的瞄准水准尺，在望远镜内的瞄准水准尺，在望远镜内看到水准尺后，关紧制

12、动螺看到水准尺后，关紧制动螺旋，转动目镜调节螺旋，使旋，转动目镜调节螺旋，使十字丝的呈像清晰，再转动十字丝的呈像清晰，再转动物镜对光螺旋，使水准尺的物镜对光螺旋，使水准尺的分划呈像清晰。要使十字丝分划呈像清晰。要使十字丝纵丝对准水准尺。如右图所纵丝对准水准尺。如右图所示。示。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院14（三）精确整平和读数（三）精确整平和读数 转动微倾螺旋使水准转动微倾螺旋使水准管的气泡精确居中。后利管的气泡精确居中。后利用十字丝的中丝读数。从用十字丝的中丝读数。从望远镜中看到的是尺子的望远镜中看到的是尺子的正像，注记从上向下递增，正像，注记从上向下递增，因此读数应从上向下读

13、，因此读数应从上向下读，在上图中，读数为在上图中，读数为1.948。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院15 a0.7410.741 bc6.2486.2481.5011.501水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院16（四）消除（四）消除视差视差 十字丝与标尺的影像不十字丝与标尺的影像不重合即产生重合即产生视差视差。具体来说。具体来说就是眼睛看读数时上下晃动，就是眼睛看读数时上下晃动，读数也随之变动的现象。消读数也随之变动的现象。消除方法是反复仔细调节物镜除方法是反复仔细调节物镜和目镜调焦螺旋，直到眼睛和目镜调焦螺旋，直到眼睛上、下移动时读数不变为止上、下移动时读数不变为止 。水利

14、工程测量太原理工大学水利科学与工程学院172.3 2.3 水准测量的一般方法和要求水准测量的一般方法和要求 2.3 The Common Methods and Demand of the Water Level一、水准测量的实施一、水准测量的实施 The Implement of water level 若地面两点相距近时，安置一次仪器就可以直接若地面两点相距近时，安置一次仪器就可以直接测定两点的高差。当地面上两点相距较远或高差较大测定两点的高差。当地面上两点相距较远或高差较大时，安置一次仪器难以测得两点的高差，因此，必须时，安置一次仪器难以测得两点的高差，因此，必须依图依图2 21212所

15、示，在所示，在A A、B B两点之间增设若干临时立尺两点之间增设若干临时立尺点，称为点，称为转点转点（起传递高程的作用）。把（起传递高程的作用）。把A A、B B分成若分成若干测段，逐段测出高差，最后由各段高差求和，得出干测段，逐段测出高差，最后由各段高差求和，得出A A、B B两点间高差。要求：随测、随记、随算。两点间高差。要求：随测、随记、随算。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院18水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院19 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn hAB=h1+h2+hn=h 可用下式进行高差计算正确性的检核： hAB=(a1-b1)+(a2-b

16、2)+ +(an-bn)= a-b 如果A为已知高程点，其高程为HA ，则B点高程为：HB=HA+hAB=HA+a-b20大 地 水 准 面测站方向立尺点号水准尺中丝读数(m)高差(m)h=后-前高程(m)备注后视A123.446前视TP1后视TP1前视TP2后视TP2前视TP3后视TP3前视B后视后h=前视前2.142 0.928 1.235 1.664 1.431 1.672 2.074 6.406 5.998 +0.884 -0.307 +0.233 -0.402 0.408 123.854 后后前前=0.408H终终H始始=0.408 1.258 124.330124.023124.2

17、56计算计算检核检核水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院21二、水准测量的校核方法和精度要求 The Precision and Emendation of the Water Level（一）测站校核（一）测站校核 一个测站观测结果的检核。变动仪高法变动仪高法：在同一测站上，通过改变仪器高在同一测站上，通过改变仪器高（10）的方法测出两次高差，两次高差在容）的方法测出两次高差，两次高差在容许范围之内（等外为许范围之内（等外为6；四等为；四等为5），取），取其平均值作为该站的高差。其平均值作为该站的高差。双面尺法：双面尺法：在同一测站上，仪器高度不变，用黑在同一测站上，仪器高度不变，用黑

18、面、红面尺分别测出两次高差，两次高差之差在面、红面尺分别测出两次高差，两次高差之差在容许范围之内（等外为容许范围之内（等外为6；四等为；四等为5），），取其平均值作为该站的高差。取其平均值作为该站的高差。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院22（二）路线检核：对整个水准路线的成果的检核。（二）路线检核：对整个水准路线的成果的检核。 1、水准路线、水准路线：水准测量所经过的路线。：水准测量所经过的路线。 布设形式：布设形式：闭合水准路线、附合水准路线、支水准路闭合水准路线、附合水准路线、支水准路线。线。 2、水准路线的成果检核：水准路线的成果检核： 水准路线测量成果的精度是用水准路线测量成

19、果的精度是用高差闭合差高差闭合差来衡量的。来衡量的。 高差闭合差高差闭合差fh：观测高差值与理论高差值之差。：观测高差值与理论高差值之差。 水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院23(1)(1)闭合水准路线：闭合水准路线：从一水准点出发，沿各从一水准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最后又回到待定高程点进行水准测量，最后又回到原水准点，所形成的环形路线原水准点，所形成的环形路线。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院24(2)(2)附合水准路线：附合水准路线：从一水从一水准点出发，沿各待定高准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，最程点进行水准测量，最后附合到另一水准点上，后附合到另一

20、水准点上，所形成的路线。即在两所形成的路线。即在两个水准点间布设的水准个水准点间布设的水准路线。路线。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院25(3)(3)支水准路线：支水准路线：从一水准点出发，沿各待定高程点从一水准点出发，沿各待定高程点进行水准测量，末端仍为一未知点的水准路线进行水准测量，末端仍为一未知点的水准路线。返往水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院263、水准测量的精度要求、水准测量的精度要求:水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院272.4水准路线闭合差的调整和计算水准路线闭合差的调整和计算 2.4The adjustment and calculation of

21、the Level route error 一、闭合及附合水准路线成果计算：一、闭合及附合水准路线成果计算：首先检查外业成果，并绘出水准路线外业图，再按以下步骤计算：首先检查外业成果，并绘出水准路线外业图，再按以下步骤计算：（一）（一）将高差、测站数、点号等数据填入计算表上；将高差、测站数、点号等数据填入计算表上；（二）计算高差闭合差：（二）计算高差闭合差： （三）计算高差闭合差容许值：（三）计算高差闭合差容许值： 始终测hHHhf水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院28（四）调整高差闭合差（四）调整高差闭合差1 1、调整原则：将闭合差、调整原则：将闭合差fhfh以相反的符号，根据各测段

22、路以相反的符号，根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上，得改正后高线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上，得改正后高差。差。2 2、高差调整数：、高差调整数：3 3、检核：、检核：（五）计算改正后高差：（五）计算改正后高差： 检核：检核：始终理i改HHhh水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院29注意：注意：1 1、改正数的符号只有一个，与、改正数的符号只有一个，与fhfh的符号相反；的符号相反； 2 2、改正后高差的代数和与理论值或已知值之、改正后高差的代数和与理论值或已知值之差在差在3mm3mm内，可将其分配给站数最多或段数最长的一段；内，可将其分配给站数最多或段数

23、最长的一段； 3 3、数字修约法：、数字修约法：“四舍六入，五前单进双不进四舍六入，五前单进双不进”。 例：水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院30数字修约规则( 补充内容) 在实际工作中，各种测量计算的数值需要修约时，应按下列规则进行。1在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字小于5时，则舍去，即所拟保留的末位数字不变。例如：将14.2432修约保留一位小数。 修约前 修约后 14.2432 1422. 在拟舍弃数字中，若左边的第一个数字大于5时则进一，即拟保留的末位数字加一。 例如：将264843修约保留一位小数。 修约前 修约后 26.4843 26.53. 在拟舍弃的数字中，若左边第一

24、个数字等于5，右边的数字并非全部为零时，则进一，所拟保留末位数字加一 例如：将1.0501修约保留一位小数。 修约前 修约后 1.0501 1.1水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院314.在拟舍弃的数字中，若左边的第一个数字等于5，其右边的数字皆为零时，所拟保留的末位数字若为奇数则进一，若为偶数(包括“0”)则不进。 例如：将下列数字修约到只保留一位小数。修约前 修约后 0.3500 0.4 0.4500 0.4 1.0500 1.05.所拟舍弃的数字，若为两位以上数字时，不得连续多次修约，应根据所拟舍弃数字中左边第一位数字的大小，按上述规则一次修约出结果。例如：将15.4546修约成

25、整数。正确的作法是修约前 修约后15.4546 1 5水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院32不正确的作法是：修约前 一次修约 二次修约 三次修约 四次修约15.4546 15.455 15.46 15.5 16为了方便于记忆数字修约法，其口诀是： 四舍六入五考虑， 五后非零则进一， 五后皆零视奇偶， 五前为偶应舍去， 五前为奇则进一。(“0”视为偶数)。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院33 测段点号测站数或公里数 实测高差（m） 改正数（m） 改正后高差（m） 高程（m） 备注 BMA27.015已知1234BMA辅助计算1.10.70.90.81.34.8+3.241-0.

26、680-2.880-0.155+0.452-0.022+0.005+0.003+0.004+0.004+0.006+0.022+3.246 -0.677 -2.876 -0.151 +0.458 0 30.261 29.584 26.708 26.557 27.015 与已知相符与已知相符 ;.mmmhfh测2202201 mmmmmmLfh容878440402.精度合格fhfh容 mmfvlllfvhiihi02208402203.水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院34二、支水准路线成果计算二、支水准路线成果计算例：已知水准点例：已知水准点A A的高程为的高程为186.785m186

27、.785m，往、，往、返测站返测站1616站，求站，求1 1点的高程。点的高程。（一）计算高差闭合差：（一）计算高差闭合差：（二）计算高差闭合容许值：（二）计算高差闭合容许值： （三）计算改正后高差：取各测段往测和返（三）计算改正后高差：取各测段往测和返测高差绝对值的平均值作为改正后高测高差绝对值的平均值作为改正后高差，其符号以往测高差符号为准。差，其符号以往测高差符号为准。（四）计算待定点高程：（四）计算待定点高程：往=-1.375返=+1.396=186.785mmmhhf返往h21021039613751.mmnfh容40161010mh改A38612396137511.注意：支水准路注

28、意：支水准路线在计算线在计算fhfh容容时，时，路线总长路线总长L L或测站或测站总数总数N N均按单程计。均按单程计。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院35 测段点号测站数往测高差（m） 返测高差（m） 平均高差（m） 高程（m） 备注 BMA186.785已知1辅助计算16-1.3751.396-1.386185.399mmmhhfh返往21021039613751.mmmmmmnfh容48161212.精度合格fhfh容往=-1.375返=+1.396=186.785水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院362.5 2.5 水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正 2.5 The

29、 Inspection and Emendation of the Water Level一、水准仪轴线必须满足的条件一、水准仪轴线必须满足的条件The Necessary Condition of water level axes1. 圆水准器轴平行于竖轴圆水准器轴平行于竖轴（L1L1 VV）2. 十字丝横丝垂直于竖轴十字丝横丝垂直于竖轴3. 水准管轴平行于视准轴水准管轴平行于视准轴（ LL CC）水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院37二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正The Inspection and Emendation of Ro

30、und Water Level Paralleling Instrument axes检验：旋转脚螺旋使圆水准气泡居检验：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器水平旋转中，之后将仪器水平旋转180，气泡仍居中则正常，否则需要校正。气泡仍居中则正常，否则需要校正。校正：设望远镜转动校正：设望远镜转动180180度以后，度以后，气泡不在中心而在气泡不在中心而在a a位置，表明校位置，表明校正螺丝正螺丝1 1一侧偏高。校正时，转动一侧偏高。校正时，转动角螺旋使气泡从角螺旋使气泡从a a 位置移向位置移向中心偏中心偏离量的一半离量的一半，到图示，到图示b b的位置，然的位置，然后用三个校正螺丝旋进旋出

31、使气泡后用三个校正螺丝旋进旋出使气泡居中，应反复检验和校正，直至仪居中，应反复检验和校正，直至仪器转至任何位置，气泡始终居中。器转至任何位置，气泡始终居中。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院38三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正The Inspection and Emendation of Cross Line Plumbing Upright Axes 水准测量是利用横丝来读数的，当竖轴处于铅垂位置时，水准测量是利用横丝来读数的，当竖轴处于铅垂位置时，如果横丝不水平，图如果横丝不水平，图a所示，这时用横丝的左侧或右侧读数将所示，这时用横丝的左侧

32、或右侧读数将产生误差。产生误差。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院39l检验：瞄准一固定点检验：瞄准一固定点A，转微动螺旋使仪器水，转微动螺旋使仪器水平旋转，若点始终沿横丝移动，则水平；若偏平旋转，若点始终沿横丝移动，则水平；若偏离横丝图离横丝图b，则需校正。，则需校正。l校正：拧开目镜护盖，松开十字丝分划板座四校正：拧开目镜护盖，松开十字丝分划板座四颗固定螺丝，轻轻转动分划板座，使横丝水平，颗固定螺丝，轻轻转动分划板座，使横丝水平，后拧紧固定螺丝，盖上护盖。后拧紧固定螺丝，盖上护盖。水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院40四、水准管轴平行于视准轴的检验和校正四、水准管轴平行于视

33、准轴的检验和校正The Inspection and Emendation of Water Level Canal Paralleling Watch Axes水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院41l检验：在比较平坦的地面上相距约检验：在比较平坦的地面上相距约40米左右的地米左右的地方安放水准尺作为固定点方安放水准尺作为固定点A和和B，如图，如图2-21所示，所示，先将水准仪安置于距两点等距离处，分别读取先将水准仪安置于距两点等距离处，分别读取 A、B点读数点读数a1和和b1，求得高差，求得高差h1=a1-b1；后将仪器；后将仪器搬至搬至B点附近，读取点附近，读取A、B点读数点读数a

34、2和和b2，求得第，求得第二次高差二次高差h2=a2-b2,若若h1=h2，则水准管轴平行，则水准管轴平行于视准轴，无需校正。若于视准轴，无需校正。若h1h2，h2与与h1的差值的差值大于大于3mm，则需校正。，则需校正。l校正：将仪器安置于校正：将仪器安置于B 点附近对近尺点附近对近尺B的读数影的读数影响很小，可忽略不计，远尺读数响很小，可忽略不计，远尺读数a2则含有误差，则含有误差，校正时应算出远尺的正确读数校正时应算出远尺的正确读数a2=h1+b2。 水利工程测量太原理工大学水利科学与工程学院42校正时，转动上下微倾螺旋，使十字丝的中丝校正时，转动上下微倾螺旋，使十字丝的中丝对准对准 A 尺上的正确读数尺上的正确读数a2 ，这时水准管器泡，这时水准管器泡不再居中，用校正针拨动水准管一端上、下两不再居中，用校正针拨动水准管