第2章 水准测量(2012-3-5)

1、2 高程(gochng)测量2-1 水准测量原理2-2 DS3水准仪和水准测量的工具2-3 水准仪的使用(重点)2-4 水准测量的施测方法(重点)2-5 水准测量的内业计算(重点)2-6 水准仪的检验与校正(jiozhng)(难点)2-7 水准测量的误差及注意事项2-8 其他水准仪简介1共六十五页2 高程(gochng)测量高程测量：测量地面点高程的工作。高程测量的方法：1、气压高程测量：利用气压与海拔高度成比例的原理来测定高程。此法简便，但精度很低。2、三角高程测量（见P115，常用(chn yn)）3、水准测量（主要方法）4、GPS卫星定位系统测定2共六十五页三角高程测量根据几何原理测定高

2、差。精度较水准测量低，目前(mqin)精度可以达到四等水准测量水平。但传递快，平原、山区均可用，特别适用于山区。h=DtanhAB= h+i（仪器高）-v（棱镜高）HB=HAhABihDABhABV3共六十五页GPS卫星定位系统测定通过接收卫星信号,利用电磁波空中距离后方交会来测定高程(gochng)。全天候，不受地形限制，但精度不如水准测量，目前只能达到等外水准测量水平。4共六十五页2-1 水准测量原理(yunl)即高差=后视读数(dsh)-前视读数(dsh)于是B点的高程HB为由图中的几何关系可知A、B两点间的高差为 水准测量是利用水准仪提供的水平视线，通过读取竖立在两点上水准尺的读数，测

3、定地面点之间的高差，从而由已知点的高程推求未知点的高程。A点为已知点（后视点）， a为后视读数；B点为待测点（前视点），b为前视读数。5共六十五页2-2 DS3水准仪和水准测量的工具(gngj)水准仪的类别 精密水准仪DS0.5、DS1按精度分:普通水准仪DS3工程水准仪DS10 DS20电子水准仪按性能分： 自动安平水准仪微倾式水准仪激光水准仪D大地测量仪器S水准仪系列05、1、3、10往返观测(gunc)1公里高差中数中误差（）6共六十五页电子(dinz)水准仪7共六十五页自动(zdng)安平水准仪8共六十五页DS3普通(ptng)水准仪9共六十五页 1、望远镜 作用：提供一条清晰的视线。

4、 分三部分 2、水准器 作用：整平(zhn pn)视线 3、基座 作用：支承上部2.2.1 DS3水准仪的构造(guzo)10共六十五页微倾螺旋(luxun)制动(zh dn)螺旋调焦螺旋微动螺旋各部件名称物镜目镜水准管圆水准器脚螺旋制动螺旋粗瞄器准星11共六十五页一、构造(guzo)1. 望远镜1物镜2目镜(mjng)3十字丝分划板4分划板护罩5调焦透镜6调焦螺旋7分划板固定螺丝8十字丝分划板望远镜的构成: 由物镜、目镜、十字丝、调焦透镜四个部分构成；物镜的作用：成像（与调焦透镜一起使远处的目标成像在十字丝平面上，形成缩小的实像。）目镜的作用：把目标的实像放大成虚像。十字丝的作用：用于精确瞄

5、准目标和读数。调焦螺旋的作用：通过调节调焦透镜使远近不同的物体都能够成像于十字丝板上。视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。12共六十五页十字(sh z)丝板纵丝横丝(hn s)或中丝上丝下丝十字丝交点十字丝板上丝和下丝称为视距丝，用于测定距离13共六十五页2、水准器OLL图2-5 管水准器气泡LL图2-7 圆水准器（）圆水准器粗平圆水准器的分划值指气泡中心偏离2mm所倾斜的角值， DS3型水准仪圆水准器的分划值约为8 10。（）管水准器精平水准(shuzhn)管分划值指水准管上每2mm弧长所对的圆心角，设以表示，DS3型水准仪的水准管分划值20,记作202mm。水准管分划值愈小，灵敏度也愈高。

6、14共六十五页符合棱镜系统：提高(t go)管水准居中精度15共六十五页脚螺旋的操作规律：气泡往高处(o ch)走，脚螺旋顺时针转升高，逆时针转为降低。脚螺旋的作用：调平基座，粗略整平仪器。3、基座(j zu)及脚螺旋16共六十五页水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具。普通(ptng)水准尺分为塔尺和双面尺。塔尺：全长有3m或5m两种，仅用于等外水准测量；双面尺：其长度为3m，两根尺为一对，成对使用。一面黑色面（主尺），尺底分划为零，另一面是红色面（辅助尺），尺底刻画为一常数：4687mm或4787mm。一般用于三、四等水准测量。尺垫是防止点位移动和水准尺下沉。 二、水准(shuzhn)尺和

7、尺垫17共六十五页水准仪的技术(jsh)操作：2-3 水准仪的使用(shyng)1、安置仪器：在测站上安置三脚架，调节架脚使高度适中，目估使架头大致水平，检查脚架伸缩螺旋是否拧紧。然后用连接螺旋把水准仪安置在三脚架头上，应用手扶住仪器，以防仪器从架头滑落。地面松软时，脚架应踩入土中。安置仪器、粗平、照准、精平、读数。 播放视频：水准仪的使用1、218共六十五页 2、粗平：就是通过调整(tiozhng)脚螺旋，使圆水准气泡居中，使仪器竖轴处于铅垂位置，视准轴粗略水平。气泡移动规律：气泡移动方向与左手大拇指转运脚螺旋方向相同。19共六十五页 3、瞄准：就是用望远镜照准水准尺，清晰(qngx)地看清

8、目标和十字丝。 注意消除视差 4、精平：就是慢慢转动微倾螺旋，使符合水准(shuzhn)气泡的影象符合。 20共六十五页水准仪的使用(shyng)(小结)1、安置水准仪（将水准仪安装到脚架上）2、粗略整平（用脚螺旋或脚架使圆气泡居中）3、瞄准水准尺（粗瞄-对光-精瞄-消除视差）4、精确整平（用微倾螺旋使符合气泡影像(yn xin)居中）5、读数（读取中丝所切的标尺高度）21共六十五页用脚架粗平用脚螺旋(luxun)粗平调微倾螺旋(luxun)精平瞄准标尺操作步骤22共六十五页5、读数：就是在视线水平时，用望远镜十字(sh z)丝的横丝在尺上读数 。23共六十五页什么是视差？当眼睛在目镜处稍微上

9、下移动时，发现标尺的读数（像）也有相对移动的现象称视差。视差产生的原因：主要是由于调焦不准确，目标的像没有落在十字丝平面上（两者不重合）。视消除的方法：重新(chngxn)进行目镜、物镜精确调焦，使十字丝与目标成像都清晰。十字(sh z)丝平面标尺的像视准轴关于视差的问题24共六十五页2-4水准测量的施测方法(fngf) 一、水准(shuzhn)点 水准点(Bench Mark)：高程达到一定精度的高程控制点，简记为BM。水准测量等级：一般分为：一、二、三、四、五等和图根水准。（见P111页表6.12）一、二、三、四等水准点为永久点，五等和图根点一般是临时水准点。图217(a)(b)图2182

10、5共六十五页二、水准(shuzhn)路线 将已知水准点和待测水准点组成(z chn)一条路线，称为水准路线。水准路线有三种：1）附合路线2）闭合路线3）支水准路线（往返路线）26共六十五页1、一个(y )测站的水准测量工作ABab1）安置仪器于AB之间， 立尺于A、B点上；2）粗平；3）瞄准(mio zhn)后尺A，精平、读数a，记录1.688m；4）瞄准前尺B，精平、读数b，记录1.558m；5）计算：hAB = a b = 1.688-1.558=0.130m 即B点比A点高0.130m。三、水准测量实施方法27共六十五页当两点相距较远或高差较大(jio d)时，需在两点间加设转点，分段测

11、出高差并求和得到两点间的高差。转点：在水准测量中起传递高程作用的临时立尺点。如图：A、B两水准(shuzhn)点之间，设3个转点。h1 =a1-b1 h2 =a2-b2 h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 hAB= h1+h2+h3+h4A、B两点高差计算的一般公式：hAB= =n为测站数BATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4A12342、连续路线水准测量28共六十五页例：ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.0741243HA=123.446mHB大 地 水 准 面前进方向29共六十五页测站点号 水准尺读数后视（a

12、） 前视（b）高差 （m）高程（m）备注43 2 1 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(j sun)检核 6.406 5.998测站点号 水准尺读数后视（a） 前视（b）高差 （m）高程（m）备注 ab+0.408+0.408 +0.408123.446123.584水 准 测 量 手 簿（高差(o ch)法）已知h=HB-HA=30共六十五页（一）、测站(c zhn)检核目的：保证前后视读数的正确。方法：变动(bindng)仪器高

13、法、双面尺法1、变动仪器高法 在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|h | 6mm，取其平均值作为最后结果。2、双面尺法 用的水准尺黑红面分别测高差检核观测质量。（详见P111页三、四等水准测量） 三、水准测量的检核方法（3项）31共六十五页（二）、计算检核(jin h) 目的：检核计算是否正确。 检核条件（三项）： 如上表所示：以上三个等式条件成立，说明(shumng)计算正确。6.046-5.998=0.4080.408123.854-123.446=0.40832共六十五页 1、检核的主要内容1） 闭合差：就是高差的观测(gunc)值与理论值之差，用f

14、h表示,fh = h测 - h理.2）容许闭合差：规范规定的的高差闭合差的容许值，用fh容表示。要求： fh fh容（三）成果(chnggu)校核 如果fhfh容，说明外业观测成果合格，否则须进行重测。33共六十五页（1）图根水准测量高差闭合差容许值为： 平地(pngd)： fh容40 （mm） 山地： fh容12 （mm）平地(pngd)：山地：（2）四等水准测量高差闭合差容许值为：式中： L为水准路线总长（以公里为单位）； n为测站数。高差闭合差容许值fh容计算（可详见P111页）34共六十五页闭合(b h)差fh的计算统一公式：fh = h测 - h理三种水准路线高差闭合差的计算公式：(

15、1)附合水准路线： fh=h测 （H终 H始） (2)闭合水准路线： fh=h测(3)支水准路线： fh h往 + h返35共六十五页2-5 水准测量内业计算(j sun)水准测量内业计算的主要内容(nirng)是，调整高差闭合差，最后求出待测水准点的高程。一 、附合水准路线测量成果计算【例】 图2-16是根据水准测量手簿整理得到的观测数据，各测段高差和测站数如图所示。A、B为已知高程水准点，1、2、3点为待求高程的水准点。列表2-2进行高差闭合差的调整和高程计算。其步骤如下：36共六十五页如图为一符合水准(shuzhn)路线：AB123前进方向A、B为已知水准点，HA =65.376m ，

16、HB =68.623m,点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站(c zhn)数、距离数见下图： 37共六十五页备注(bizh)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(fzh)计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.402 +3.24765.37666.93968.96167.20368.623符合水准测量成果计算表（按距离

17、分配）已知已知38共六十五页1、计算(j sun)闭合差：2、检核(jin h)：故其精度符合要求。39共六十五页3、计算改正(gizhng)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。按距离(jl)：按测站数：以第1测段为例，测段改正数为：检核：40共六十五页4、计算(j sun)改正后高差检核(jin h)：以第1测段为例，改正后的高差为：5、计算高程如：检核：否则说明高程计算有误。41共六十五页备注(bizh)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 +1.57

18、51.2 12 +2.0361.4 14 -1.7422.2 16 +1.4465.8 50 +3.315辅助(fzh)计算-0.011-0.016-0.019-0.022-0.068+1.564+2.020-1.761+1.424 +3.24765.37666.94068.96067.19968.623符合水准测量成果计算表(按测站分配)已知已知42共六十五页二、闭合(b h)水准路线成果计算 1、（区别）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。 4、计算(j sun)改正后高差： 5、计算各测点高程：43共六十五页三、支水准(shuzhn)

19、路线成果计算B1、计算(j sun)闭合差：2、检核：，故精度符合要求。3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）4、计算高程HB=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)An = 16站44共六十五页2-6 水准仪检验(jinyn)与校正一、水准仪的主要轴线及应满足的条件(tiojin) 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：1、圆水准器轴/仪器竖轴2、水准管轴/视准轴3、十字丝横丝 竖轴水准仪检验与校正视频：3、445共六十五页二、水准仪的检验和校正1、圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴/仪器竖轴检验： 用

20、脚螺旋使圆水准器气泡居中； 望远镜旋转180。 若气泡仍居中，满足要求； 若气泡不居中，需进行(jnxng)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。 46共六十五页2、十字丝横丝的检校和校正 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(hn s)重合； 拧紧十字丝的固定螺旋。P十字(sh z)丝固定螺旋47共六十五页3、水准管轴的检验(jinyn)与校正 目的：使水准管轴/视准轴

21、。 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h1=a1-b1；i角 视准轴与水准管轴之间的夹角； 前后(qinhu)视距相等可以消除。ABiia1a1b1C48共六十五页仪器搬A点附近，测得高差(o ch) h2= a2b2； 若 h2=h1，则水准管轴/视准轴； 若 h2不等于h1，则存在i角。 如图：式中：DAB 为AB两点之间的距离(jl) b2b2应ABiiia1a1a2b1C249共六十五页 对于(duy)DS3水准仪，当 时，则需校正。3、校正 转动(zhun dng)微倾螺旋，使 （此时视准轴水平

22、，水准管气泡不居中）。 调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。50共六十五页误差来源(liyun)： 仪器误差 + 观测误差 + 外界条件的影响 一、仪器误差 1、仪器校正后的残余误差主要是i角误差。 （前后视距相等可消除） 2、水准尺误差 包括刻划不准、尺长变化(binhu)、 尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视 尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）2-6 水准测量误差分析及注意事项51共六十五页二、观测误差 1、视差（仔细调焦可消除） 2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断） 3、水准器泡居中误差（符合后立即读数） 4、水准(shuzhn)尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）三、外界

23、条件的影响 1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间） 2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数） 3、地球曲率(ql)和大气折光（前后视距相等可消除） 4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）52共六十五页 2-8 其他(qt)水准仪简介一、精密水准仪精密水准仪主要(zhyo)用于国家一、二等水准测量和精密工程测量。精密水准仪的构造与DS3水准仪基本相同。其主要区别是装有光学测微器。53共六十五页精密水准仪的主要(zhyo)特点1、结构精密、性能(xngnng)稳定、测量 精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10/2mm；4、采用光学测微器读数，可直 接到0.1mm，估读到0

24、.01mm；5、配专用精密水准尺；国产精密水准仪54共六十五页1.480.006551.48655m精密(jngm)水准仪读数方法：分划注记比实际(shj)数值放大一倍，故实际(shj)值为读数的一半。55共六十五页二、 自动(zdng)安平水准仪1 自动安平水准仪的基本原理 自动安平水准仪是用设置在望远镜内的自动补偿器代替水准管，当望远镜有微小倾斜时，可在自动补偿器的作用下使仪器在12s内自动达到精平。观测(gunc)时，只需将水准仪上的圆水准器气泡居中，便可读数。56共六十五页2、 自动安平(n pn)水准仪特点：1、视准轴自动安平；2、提高水准测量精度(jn d)；3、减少操作步骤(精平) ， 提高工作效率。57共六十五页三、激光(jgung)水准仪 1、激光水准仪有水准仪、 激光器、电源等组成。特点：1）视准轴为一束 红色可见光。2）广泛应用于水平(shupng) 场地的测设、 大型设备安装。 内置激光器、电源58共六十五页四、数字(shz)水准仪数字水准仪是目前最先进(xinjn)的水准仪，配合专门的条码水准尺，通过仪器中内置的数字成像系统，自动获取水准尺的条码读数，不再需要人工读数。5