第三章_水准测量

1、水准测量原理水准测量原理水准仪的构造与使用水准仪的构造与使用水准测量外业工作水准测量外业工作水准测量内业计算水准测量内业计算水准仪的水准仪的检验与校正检验与校正水准测量的误差分析水准测量的误差分析其他水准仪简介其他水准仪简介第三章 水准测量水准测量原理：水准测量原理： 利用水准仪提供水平视线，利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点读取水准尺的读数，测定两点间的高差，由间的高差，由已知点已知点高程推求高程推求未知点高程。如图：未知点高程。如图： h hABAB = a b = a b H HB B = H = HA A + h + hABAB大地水准面HibHBHAhAB前进方向高差

2、法高差法Hi= HA+ aHB= Hi-b视线高法视线高法AB当当a ba b时，时，h hABAB为正，为正，B B高于高于A A ；当当a ba b时，时，h hABAB为负，为负，B B低于低于A A。a返回B水准仪水准仪水准尺水准尺后视读数后视读数前视读数前视读数前进方向前进方向水准仪的等级水准仪的等级 DSDS0505、DSDS1 1、DSDS3 3、DSDS1010、 DSDS2020 D D大地测量仪器大地测量仪器 S S水准仪水准仪 数字数字表示仪器的精度（即每公里往、返表示仪器的精度（即每公里往、返测得高差中数的中误差（测得高差中数的中误差（mmmm） 工程测量中常使用工程测

3、量中常使用DSDS3 3型水准仪，该仪器标称精型水准仪，该仪器标称精度为度为3mm/km3mm/km。水准仪的基本构造水准仪的基本构造目镜水准管目镜圆水准器校正螺钉微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器三脚架脚螺旋微倾螺旋望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数； 由由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透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目镜目镜水准器水准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

4、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符合水准器符合水准器基座基座轴座轴座：承托仪器上部：承托仪器上部脚螺旋脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板连接板：连接三脚架：连接三脚架组成组成 轴座脚螺旋连接板水准尺水准尺黑面起点黑面起点0.000和和0.000米米红面起点红面起点4.687和和4.787米米实际的标尺实际的标尺观测的标尺观

5、测的标尺尺垫是在转点上放置水准尺垫是在转点上放置水准尺用的，可使转点稳固，尺用的，可使转点稳固，防止下沉。防止下沉。用钢板或铸铁制成，为三用钢板或铸铁制成，为三角形，中央有一突出的半角形，中央有一突出的半球体，下方有三个尖脚球体，下方有三个尖脚 用时把三个尖脚踩入土用时把三个尖脚踩入土中，把水准尺立在突出的中，把水准尺立在突出的圆顶上。圆顶上。尺垫尺垫水准仪的使用水准仪的使用（1 1）安置仪器）安置仪器 高度适中、架头大致水平，固定仪器。高度适中、架头大致水平，固定仪器。（2 2）粗略整平）粗略整平 目的：目的： 使圆水准气泡居中，使圆水准气泡居中， 视准轴粗略水平。视准轴粗略水平。 方法方法

6、（如图所示）：如图所示）：（3 3）瞄准水准尺）瞄准水准尺 目的：使目标和十字丝成像清晰。目的：使目标和十字丝成像清晰。 方法：方法： 初步瞄准初步瞄准（用准星对准目标）（用准星对准目标） 目镜调焦目镜调焦（使十字丝清晰）（使十字丝清晰） 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（使纵丝对准目标）（使纵丝对准目标）注意：瞄准时应消除视差。注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。

7、消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。（4 4）精确整平）精确整平 目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。 方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。（5 5）读数）读数 用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如读读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如读数为数为0.860m0.860m。注意：读数前必须精平，注意：读数前必须精平， 精平后立即读数。精平后立即读数。 用自动安平补偿器代替水准管，只需将水准用自动安平补偿器代替水准

8、管，只需将水准仪上的圆水准器气泡居中，便可通过中丝读到仪上的圆水准器气泡居中，便可通过中丝读到水平视线在水准尺上的读数。水平视线在水准尺上的读数。用设置在望远镜内的用设置在望远镜内的自动补偿器自动补偿器代替水准管而能自动代替水准管而能自动获得水平视线的水准仪。获得水平视线的水准仪。观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，即可直接读观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，即可直接读取水平视线读数。取水平视线读数。具有具有观测速度快观测速度快、精度高等优点，被广泛应用在各种、精度高等优点，被广泛应用在各种等级的水准测量中。等级的水准测量中。补偿器有一定的补偿器有一定的补偿范围补偿范围，应特别注意圆水准器的

9、气，应特别注意圆水准器的气泡居中。泡居中。要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于正常工作正常工作状态状态。返回2BM1已知13闭合水准路线附合水准路线BM1BM2123BM1123往测返测支水准路线二、水准路线测量方法 当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。间的高差。B 如图：如图：A A、B B两水准点之间，设两水准点之间，设3 3个临时性的转点。个临时性的转点。 h1 =a1

10、-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 h hABAB= h1+h2+h3+h4= h1+h2+h3+h4ATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4b2b4A概念概念 测站：测站：测量仪器所安置的地点。测量仪器所安置的地点。 水准路线：水准路线：进行水准测量时所行走的路线。进行水准测量时所行走的路线。 后视：后视：水准路线的后视方向。水准路线的后视方向。 前视：前视：水准路线的前视方向。水准路线的前视方向。 视线高程：视线高程：后视高程后视高程+ +后视读数。后视读数。 视距：视

11、距：水准仪至标尺的水平距离。水准仪至标尺的水平距离。 水准点：水准点：水准测量的固定标志。水准测量的固定标志。 水准点高程：水准点高程：指标志点顶面的高程。指标志点顶面的高程。1.1.转折点：转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点水准测量中起传递高程作用的中间点例：注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定。程中，必须使转点保持稳定。ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074HA=123.446mHB大大 地地 水水 准准 面面前进方向测测站站点号点号 水

12、准尺读数水准尺读数后视（后视（a a） 前视（前视（b b）高差高差 （m m）高程（高程（m m）备备注注 ATP1TP1TP2TP2TP3 TP3 B 2.142 1.258+0.884 0.928 1.235-0.307 1.664 1.431 +0.233 1.672 2.074 -0.402计算计算检核检核 6.406 5.998测测站站点号点号 水准尺读数水准尺读数后视（后视（a a） 前视（前视（b b）高差高差 （m m）高程（高程（m m）备备注注 ab0.4080.408 0.408123.446123.854水 准 测 量 手 簿已知三、路线检核的方法三、路线检核的方法

13、高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差； 用用f fh h表示，即表示，即 f fh h=h=h测测 - h- h理理限差限差: :规范规范规定的的高差闭合差的允许值；用规定的的高差闭合差的允许值；用f fh h允允表示。表示。 水准测量要求：水准测量要求： 平地：平地： f fh h允允 40 40 （mmmm） LL水准路线的长度，单位水准路线的长度，单位kmkm。 山地：山地： f fh h允允 12 12 （mmmm） nn水准路线的测站数。水准路线的测站数。要求：要求： f fh h f fh h允允 Ln不同形式水准路线不同形式水准路线f f

14、h h的计算的计算 附和水准路线：附和水准路线： h测测=h1+h2+h3+ + hn h理理=H终终 H始始 fh = h测测 - h理理= h测测-（H终终 H始始） 闭合水准路线：闭合水准路线： h测测= h1+h2+h3+ + hn h理理= 0 fh = h测测 - h理理= h测测 支水准路线支水准路线： h测测= h往往+ h返返 h理理= 0 fh = h测测 - h理理= h往往+ h返返 一、附合水准路线的内业计算 如图为一附合水准路线：A、B为已知水准点，HA =65.376m ， HB =68.623m点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图： kmL

15、nh0 . 18575. 1111kmLnh2 . 112036. 2222kmLnh4 . 114742. 1333kmLnh2 . 216446. 1444AB123前进方向备注测段 点名 距离 km测站数实测高差 m改正数 m改正后的高差 m高程 m1234567891234A123B1.0 8 +1.5751.2 12 +2.0361.4 14 -1.7422.2 16 +1.4465.8 50 +3.315辅助计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420 +3.24765.37666.93968.96167.2036

16、8.623mmfh68mmmmfh968 . 540允kmL8 . 5mmLfh12符合水准测量成果计算表已知已知1、计算闭合差：)(ABhHHhf)376.65623.68(315. 3m068.02、检核：mmLfh40允mm968 . 540允hhff 故其精度符合要求。3、计算改正数 分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。ihillfv按距离：按测站数：ihinnfv以第1测段为例，测段改正数为：11llfvhm012. 01)8 . 5068. 0(检核：hfv4、计算改正后高差iiivhh改检核：ABiHHh改以第1测段为例，改正后

17、的高差为：mvhh563. 1012. 0575. 1111测改5、计算高程改iiihHH1如：mhHHA939.66563.1376.6511改检核：mHHBB623.66(（已知）算）否则说明高程计算有误。二、闭合水准路线成果计算 1、计算闭合差： 2、检核： 3、计算高差改正数： 闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。测hfh允hhff ihillfvihinnfv 4、计算改正后高差： 5、计算各测点高程：iiivhh改改iiihHH1三、支水准路线成果计算11、计算闭合差：返往hhfh2、检核：m021. 0396. 1375. 1mmnfh48161212允，故精度符合要求。3

18、、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）mhA386. 12)396. 1375. 1 (14、计算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)允hhffAmhA357. 11（往）mhA396. 11（返）n = 16站站一、水准仪的主要轴线及应满足的条件 主要轴线：视准轴CC 水准管轴LL 仪器竖轴VV 圆水准器轴 几何关系： 圆水准器轴/仪器竖轴 水准管轴/视准轴 十字丝横丝 仪器竖轴LL 二、水准仪的检验和校正1、圆水准器轴/仪器竖轴的检验和校正目的：使圆水准器轴/仪器竖轴检验：用脚螺旋使圆水准器气泡居中； 望远镜旋转180度。 若气

19、泡仍居中，满足要求； 若气泡不居中，需进行校正。校正： 用脚螺旋调气泡偏离值的一半； 用圆水准器的校正螺旋再调一半。 2、十字丝横丝 竖轴的检校和校正 目的：使十字丝横丝 竖轴检验：精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p；水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座， 至p点轨迹与横丝重合； 拧紧十字丝的固定螺旋。十字丝固定螺旋十字丝固定螺旋3、水准管轴/视准轴的检验与校正 目的：使水准管轴/视准轴。 检验： 在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水 准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之 差3mm）测定两点之间 的高差h0=a1-b1； i角 视准轴与水准管轴之间的夹角； 前后视距相等可以消除。ABiia1a1b1C仪器搬B点附近，测得高差 h = a2b2； 若 h=h0，则水准管轴/视准轴； 若 h不等于h0，则存在i角。 如图：022hba应 ABDi式中：DAB 为AB两点之间的距离 206265 对于DS3水准仪，当 时，则需校正。02 i3、校正 转动微倾螺旋，使 （此时视准轴水