测量学课件：第2章水准测量

1、1第二章水准测量2-1 高程测量概述一、高程原点二、高程测量方法三、水准测量等级22-1 高程测量概述1.高程测量 测定地面点高程的工作2.高程测量的方法水准测量用水准仪进行高程测量的工作。是高程测量的主要方法使用仪器：水准仪 水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。其他高程测量方法：三角高程测量、GPS测量31.地面点的高程地面点的高程 相对高程假定高程(多用于建筑施工)绝对高程 地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。42.高程系统与高程基准我国国家高程系统：黄海高程系我国国家高程基准： 1985年国家高程基准我国取青岛附近黄海平均海水面为大地水准面； 人为而定，相对稳定(我国1956年取前6年的

2、平 均潮位作为大地水准面；1985年取1953年1979 年共26年观测的平均潮位作为大地水准面)；水准原点建在青岛市内，作为我国的国家高程 基准。1956年高程基准的高程为72.289米， 1985年高程基准的高程为72.260米。上海地区高程系统：吴淞高程系高程系统与高程基准H吴=H黄-1.6008 （1985）53.4.高程系统、等级水准测量的等级 分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）一等水准测量:作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程

3、测量6 2-2 水准测量原理要求：测量A，B两点间的高差h思路：在A，B上竖立标尺，用水准仪构筑一条水平视线该视线在两尺上截得读数a和b 则B比A高出 h=a-b注：高差h有正有负7水准测量原理当Da=Db时，中间法考虑水准面弯曲892.连续安置水准仪的测量方法连续安置水准仪的测量方法 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+ h2+.+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn) =a-b(2-2-7)hAB10一.水准测量的仪器与工具 2-3 水准尺和的水准仪一.水准尺、尺垫 直尺：双面(黑、红)水准尺， 尺常数4.

4、687m、4.787m，用 于三等以下水准路线测量。塔尺：可伸缩，伸足为3米、 5米，用于一般工程测量。尺垫：转点立尺用。11尺垫转点处放置水准尺用。生铁铸成的三角形板座。123) 水准尺与尺垫水准尺：2m5m，有四种类型，常用直尺。13直尺A、B尺，两把一对，每把有黑、红两面分划与注记。A尺黑面分划03m，红面分划4.687m7.687m。B尺黑面分划03m，红面分划4.787m7.787m。A、B尺黑面注记的零点差为0，红面注记的零点差为0.1m。14152.水准仪二.水准仪等级(精度系列)： S05 S1 S3 S10 型号下标：毫米数，表示 1公里往、返测量的高差平 均值的中误差(由于

5、仪器引 起的) 。构造： 望远镜 水准器 支架 基座S3 水准仪外型162.3 水准测量的仪器与工具 水准仪，水准尺，尺垫。水准管的校正螺丝像片7717目镜调焦环缺口和准星物镜调焦螺旋水平方向微动螺旋圆水准器水准管校正螺丝微倾螺旋脚螺旋气泡符合观察镜18微倾式水准仪调整微倾螺旋管水准气泡居中水平视线，水准仪望远镜、水准器、基座。19一般的望远镜只需望远，不需瞄准。所以有物镜，目镜（加调焦镜）即可。测量望远镜要能瞄准。所以要有十字丝。目标的象与十字丝重合即瞄准。20视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。物镜的作用：把目标成象（拉近）。目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。十字丝固定不动。为了让

6、仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为目镜调焦。调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为物镜调焦。测量望远镜21视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦可以消除视差。测量望远镜22水准器分圆形和管形两种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。“气泡居中”即水准管轴水平。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轴。“气泡居中”即水准器的轴垂直。水准管圆水

7、准器轴23 水准管的精度：管子内壁光滑，液体与内壁的附着力小，则气泡对倾斜反映的灵敏度高曲率半径大，格值小则精度高气泡长，两端清晰，读数误差小则精度高格值是相邻分划线之间的弧所对的圆心角。设弧长为2毫米，曲率半径为R毫米，则格值 一般 秒24符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察。若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。观察窗25三、水准仪的使用1.安置： 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上2、粗平：使三脚架架头大致水平;转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中3、瞄准调节目镜：

8、照准明亮的物体（如白色的墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标； 精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，直至无“视差”。用微动螺旋 慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）4、 精平 用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合）5、读数 用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也 是必须记录的数字。）26水准管的校正螺丝像片圆水准管脚螺旋2.粗平用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个脚架，动第三个脚架，使三脚架架头大致水平;转动脚使螺旋圆水准器的气泡居中272、粗平（左手拇

9、指法则）28物镜的作用：把目标成象（拉近）。目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为目镜调焦。调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为物镜调焦。视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦可以消除视差。3、瞄准29水准管的校正螺丝像片目镜缺口30望远镜对准天空(或明亮背景)旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。31望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。32视差 视差： 望远镜内目标像与十字

10、丝分划板未重合。 现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置， 十字丝与目标的像有相对移动。消除视差的步骤： 目镜调焦，使十字丝最清晰； 物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。33符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察。若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。观察窗4、精平34353637普通水准尺水准尺的分划不是线划式而是区格式的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。5、读数382.375m1.150m0.710m正像望远镜观测

11、标尺读数39 bc瞄准与读数水准测量的瞄准与读数 a d b a0.7256.2521.53340读数：倒像望远镜，从上向下读。m位与dm位直读标尺上的数字，cm为数格子，mm位估读。红黑面读数差为6295-1608=4687。41 2-4水准测量的方法及成果处理一、水准点和水准路线（一）、水准点埋设在永久、固定的地点422.连续安置水准仪的测量方法连续安置水准仪的测量方法 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+ h2+.+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn) =a-b(2-2-7)hAB43（二）、水准路线1

12、、支水准路线2、闭合水准路线3、符合水准路线443.4.高程系统、等级水准测量的等级 分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）一等水准测量:作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程测量4546城市二、三、四等水准网的设计规格应满足表的规定。表 城市水准测量设计规格（长度单位：km）水准点间距(测段长度)建筑区1 2其他地区2 4闭合线路或附合路线的最大长度二 等400三 等45四 等15479548二、水准测量方法（一）、两次仪器高法已知HA，求H

13、Ba1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=5mm49水准测量记录（两次仪器法）50二、水准测量方法（一）、双面尺法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=5mm5152(2) 水准测量方法每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。1) 两次仪器高法两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)测定相邻两点间的高差，图根水准测量两次高差之差应小于5mm，否则应重测。 53542) 双面尺法 读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，前、后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，两次高差之差应小于5m

14、m，否则应重测。 瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数； 瞄准后视点水准尺红面分划精平读数； 瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数； 瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。上述观测顺序简称为“后后前前”。 55水准测量记录（双面尺法）5657三、水准测量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差闭合差计算0闭合水准HB HA=H终-H始附合水准无支水准支水准路线无闭合差，所以采用往、返测量58三、水准测量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m

15、1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差闭合差计算高差闭合差的允许值L-以公里为单位59三、水准测量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m（二 ）高差闭合差的分配60水准测量成果整理61 2-5 水准仪的检验与校正(一)水准仪的主要轴线望远镜视准轴水准管轴纵轴圆水准轴一、水准仪的主要轴线及满足的条件：62视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。水准管轴:经过水准管零点的切线纵轴:仪器旋转轴圆水准轴:经过圆水准管零点的法线一、水准仪的主

16、要轴线及满足的条件63一、水准仪的主要轴线及满足的条件(二)水准仪满足的条件）圆水准器轴平行于仪器纵轴 LLVV）十字丝的横丝垂直于纵轴 ）水准管轴平行于视准轴LLCCLLVVLLCC64（一）精密水准尺水准尺：因瓦钢+分划式2-6 精密水准仪和电子水准仪一、精密水准仪和水准尺652-6 精密水准仪和电子水准仪格值小(=710)，气泡长、大，符合精度高；望远镜放大倍率高（3040），瞄准精度高（15/V）微动螺丝精细，望远镜微倾对高度的影响小（二）精密水准仪读数：瞄准+平行玻璃板+测微分划尺66精密水准仪、水准尺WILD N3、精密水准尺WILD N3精密自动安平水准仪精密水准尺67精密水准仪

17、和水准尺水准尺：因瓦钢+分划式读数：瞄准+平行玻璃板+测微分划尺68平行玻璃板测微装置平行玻璃板测微装置测微器结构与测微原理转动测微螺旋，改变平行玻璃板的倾斜角度，可使 视线作上、下平移，平移量在测微分划尺上读取。69精密水准仪读数图读数：197150测微器读数窗水准器视窗楔型丝70自动安平水准仪原图二.自动安平水准仪（一）.自动安平水准仪的特点1、没有水准管和微倾螺旋；望远镜和支架连成一体2、测量时，只需粗平71自动安平水准仪原图二.自动安平水准仪（二）.自动安平水准仪基本原理722.自动安平补偿器结构自动安平补偿器结构73两个摆动棱镜的补偿器两个直角棱镜是补偿器的摆动部分。镜筒倾斜时水平光线与其竖平面不正交，从而使光线在棱镜系统中产生折射，最后把水平光线导至十字丝中心。74Koni007自动安平水准仪Zeiss Koni007自动安平水准仪75767778(4) 国产DSZ2自动安平精密水准仪及其读数原理苏州一光公司交叉吊丝结构补偿器，其工作范围为14，视线安平精度为0.3，安装平板玻璃测微器FS1时，每km往返测高差中数的中误差为0.5mm，可用于国家二等水准测量，读数原理同N3。