第三章水准测量

第三章水准测量点位确定:平面坐标、高程

3.1水准测量原理一、高程测量概述高程测量:测量地面上各点高程的工作。

高程测量方法:水准测量:

最基本,精度最高

三角高程测量:

适于山区

气压高程测量:

精度最低水准测量原理

目的：A,B两点间的高差在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则高差hAB=HB-HA=a-b注：高差h有正有负

连续高程测量前视后视前视/后视：沿路线前进方向分前后视。HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h水准测量方法转点：两点间加的临时立尺点。在施测路线上，依次测出每两点间的高差hi，hi=后视读数-前视读数，则：

HB=HA+(a1-b1)+(a2-b2)+----+(an-bn)=HA+a-b或HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h例：h1=2.250-1.000=1.250h2=0.640-1.350=－0.710h3=2.146-1.500=0.646h4=2.469-0.783=1.686H4=H0+∑h=H0+2.8723.2水准测量仪器及工具

一.水准仪按精度指标等级划分:DS05、DS1:精密水准仪

DS3、DS10:普通水准仪按原理:光学、电子、有倾斜螺旋、自动安平基本组成:望远镜、水准器、基座水准仪组成1．望远镜物镜；2．望远镜目镜及目镜调焦螺旋；3．物镜调焦螺旋；4．管水准器；5．圆水准器；6．脚螺旋；7．水平方向制动螺旋；8．水平方向微动螺旋；9．竖直方向微倾螺旋；10．基座。

1.望远镜:

瞄准尺并读数。由物镜、对光透镜、十字丝、目镜组成。原理:物体通过物镜和对光透镜在十字丝平面上成倒立实象,目镜又将倒立实象放大。视准轴水准管轴支点2.水准器作用:指示视准轴是否水平的装置。视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。水准管轴:通过水准管零点作圆弧的切线。视准轴水准管轴支点水准器分圆形和管形两种管水准器: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。(精平)圆水准器: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

(粗平)2.水准器水准管的精度：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，则格值秒3.基座及其它脚螺旋:粗平中心螺旋:固定仪器三脚架:放置仪器制动扳钮:粗略对准目标微动螺旋:微动对准目标微倾螺旋:精平物镜对光螺旋:十字丝清晰自动安平水准仪无水准管和微倾螺旋。由自动安平补偿器来代替其功能。电子水准仪速度快、精度高、自动读数,线阵探测器条码水准标尺数字水准仪简介水准尺影象进行图象处理,用传感器测量尺上的信息,再由计算机自动计算读数及水平距离。代替了人用眼睛来观察读数。数字水准仪的构造:传统水准仪的光学和机械系统；信息处理系统；水准尺：一面为刻画,一面为条形码。二.水准尺和尺垫水准尺:木质或玻璃钢直尺2米和3米,双面尺;塔尺5米尺垫:

防止下沉或用于转点标志三脚架:支撑水准仪

3.3水准仪的使用

安置:打开三脚架,踩实脚架尖,中心螺旋固定。粗平:

固定两个脚架，转到脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。

瞄准：转动仪器，利用准星瞄准目标，转动调焦镜使目标象清晰，直至无“视差”。精平:

用微倾螺旋使水准管气泡居中。读数:

用十字丝的横丝在水准尺上取“读数”每次取四位数，“0”也是必须记录的数字。一、粗平(调节脚螺旋)（左手拇指法则）20二、瞄准

目镜对光：十字丝成像清晰。瞄准目标:瞄准后制动。物镜对光：使目标成像清晰。使尺子贴近十字丝一侧:微动螺旋消除视差：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。物镜调焦重新对光可以消除视差。三、精平调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合。四.读数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。读数:0858mm四、读数利用中丝在尺子上读数。从上往下读数（即从小数往大数读），并估读至毫米。必须读出四个数字，如图所示，正确读数分别为1608mm和6295mm。一、水准点和水准路线布设（一）水准点埋设

水准点：一系列待测高程的点称为水准点。临时点:钉子、木头永久点:水泥桩、钢筋3.5水准测量的外业（二）水准路线布设形式

AAAB支水准路线符合水准路线闭合水准路线二.水准测量的实施

1.安置一次仪器:(100m—150m)2.安置多次仪器:(>150m)3.一个测站的测量(普通测量)安置仪器粗平:使圆水准气泡居中瞄准后视尺精平:使管水准气泡居中读后视尺上的数a:读四位数旋转望远镜,瞄准前视尺精平:读前视尺上的数bhAB=a-b4、一个测站的测量(水准测量)方法同普通水准，在观测过程中，为了提高每站的精度，需要对前后视距差，黑红面读数差等有所要求。读数步骤（双面尺法）：后视尺黑面，上下丝、中丝读数前视尺黑面，上下丝、中丝读数前视尺红面，中丝读数后视尺红面，中丝读数(一)两次仪器高法:已知HA，求HBh1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2≤Δh=(h1+h2)/2

a2a1b2三、水准测量方法b1AB水准测量记录（两次仪器高法）

32(二)双面尺法

已知HA,求HBh1=黑1-黑2h2=红1-红2h1-h2≤Δh=(h1+(h2±100))/2

33a1b1AB不同等级水准测量测站指标要求34记录与校核水准测量记录实例（双面尺法）3.6水准测量内业计算外业：外业观测、记录手薄、站站检核内业计算：水准路线闭和差的计算；水准路线闭和差的分配；水准点高程的计算；一、闭和差计算闭和差：实测值与理论值之差。1.闭和水准路线理论值：∑h理＝０实测值：∑h测＝h1+….+h5则：fh=∑h测-∑h理

=h1+….+h5A１２３４h1h2h3h4h5２.附合水准路线理论值：∑h理＝HB-HA实测值：∑h测＝h1+….+h3则：fh=∑h测-∑h理

=h1+….+h3-(HB-HA)AB12h1h2h33.支水准路线理论值:(往返测)∑h理＝HA-HA=0实测值：∑h测＝h1+….+h6则：fh=∑h测-∑h理=h1+….+h6A12h1h2h3h６h５h４二．闭和差分配当fh≤限差时，将闭合差进行分配，具体分配方法如下：１.闭（附）合水准路线将闭和差fh与测站成正比反号分配到各段高差中。Vi=(-fh/∑ni)*ni将闭和差fh与路线长度成正比反号分配到各段高差中。Vi=(-fh/∑Li)*LiAB12h1h2h3二．闭和差分配２.支水准路线各段往返测高差的绝对值取平均值，正负与往测方向一致。A12h1h2h3h６h５h４三．高程的计算注：fh=+0.037，∑Li=7.43.4水准测量的误差分析误差原因:人为(观测)、仪器、外界环境一、仪器误差1、视准轴与水准管轴不平行的误差xaxbiiAB二、观测误差（人为）气泡居中不准（精平误差）水准尺倾斜引起的误差瞄准和读数的误差1、气泡居中不准引起的读数误差

2、水准尺误差：尺子刻划、尺长变化、弯曲等。

2、水准尺倾斜引起的误差

水准尺倾斜引起的读数误差与水平视线离尺底的高度h，尺子的倾斜度，以及尺底的厚度b和尺子安放的情况有关。精密水准测量时，尺上要装水准器；普通水准测量时，尽量把尺扶直或扶尺员慢慢地把尺前后摇动，观察员取尺上最小的读数。3、瞄准和读数的误差

水准尺的最小一位读数是估读的。一般说来估读的误差约为2毫米。瞄准与读数误差与十字丝粗细、望远镜物镜焦距、视线长度等有关。视线长短影响较大，不同等级测量对视线长度均有一定的规定，如右表：

三．外界条件对水准测量的影响地球曲率的影响、大气折光的影响前后视距大致相等；视线高度大于0.3米。大气风力的影响、大气温度的影响：选择风平温静的天气；给仪器遮光等。地面松软的影响:踩实脚架；采用“后-前-前-后”的观测顺序。3.7水准仪检验与校正

１.水准仪的主要轴线视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线。水准管轴LL：过水准管零点的纵向切线。竖轴VV:仪器中心与基座中心的垂直方向线。圆水准管轴L’L’:过圆水准中心的垂直方向线。视准轴水准管轴支点２.水准仪应满足的条件（1）水准管轴与视准轴平行LL∥CC；（2）圆水准器轴平行仪器纵轴L’L’∥VV；（3）十字丝的横丝水平；（4）竖轴与视准轴垂直；视准轴水准管轴支点CC３.水准仪检验与校正（一）圆水准器轴平行于仪器纵轴的检验与校正误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度检验：a)以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的纵轴b)把仪器连水准器绕纵轴旋转180度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。校正：动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。重复上