水准仪与高程测量

3.1.1

水准测量原理水准测量原理：利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两个点上的水准尺上的读数，通过计算求出地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程计算出待定点的高程。

待定点高程求解步骤：1、计算A、B两点间高差：2、根据A点高程计算B点高程：3.1水准仪和水准测量1高差法a--后视读数b--前视读数视线高:Hi=HA+a=HB+b则hAB=HB-HA=a-b大地水准面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向2视线高法视线高：A点的高程加上后视读数等于水准仪的视线高程,简称视线高,

设为,即。视线高法：利用视线高计算待定水准点B高程的方法。

1、原理：

2、适用条件：特别适用于根 据一个后视点的高程同时测 定多个前视点的高程的工作。

3、测定高程的步骤

视线高法测定高程的步骤架设一次水准仪测多个前视点，…，点的高程：

1）将水准仪架设在适当的位置，对准后视点A，读取中丝读数；2）根据A点高程计算出视线高；3）用水准仪照准竖立在，，…，点上的 水准尺，并分别读取读数为，，…，

；4）计算点，，…，的高程：

3

转点及测站条件：在水准测量工作中,若已知水准点到待定水准点之间距离较远或高差较大,仅安置一次仪器无法测得两点之间的高差。转点与测站求解待定水准点高程

转点与测站

设已知点A的高程为，要定B点的高程，必须在A、B两点之间连续设置若干个测站。进行观测时，每安置一次仪器观测两点间的高差，称为一个测站；作为传递高程的临时立尺点1，2，…，n－1称为转点（TP）。

求解待定水准点高程1)、计算各测站高差2)、计算A、B两点间的高差3)、计算待定点B的高程二、连续水准测量转点

P1、P2、P3，起传递高程的作用，必须保持稳定不动。3.1.2水准仪和水准尺D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母；字母后数字05，1，3，10指用该类型水准仪进行水准测量时每千米往、返测高差中数的偶然中误差值，分别不超过±0.5mm，±1mm，±3mm，±10mm；DS05、DS1为精密水准仪，主要用于国家一、二等精密水准测量和精密工程测量，DS3主要用于国家三、四等水准测量和常规工程测量，建筑工程测量中常用的是DS3型水准仪，简称S3型水准仪。

望远镜物镜目镜十字丝水准器圆水准器管水准器基座水准仪的基本部件（1）.望远镜定义：构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件。分类：根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可分为：正像望远镜倒像望远镜

（微倾式水准仪的望远镜多采用内对光式的倒像望远镜

）倒像望远镜

组成：物镜、物镜调焦镜、十字丝分划板、目镜等。

视准轴：

1、定义：物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴；

2、作用：视准轴是瞄准目标和读数的依据。

成像原理

十字丝分划板十字丝分划板：是一块圆形平板玻璃，上面刻有相互正交的十字丝；十字丝组成及其功能：

1、纵丝（也叫竖丝）用来照准水准尺；

2、横丝（又叫中丝）的中间来读取读数；

3、视距丝：与横丝平行而等距的上下两根短细线，用于测量距离。实用技巧：调节目镜调焦螺旋，可使十字丝分划板成像清晰。（2）.水准器定义：用来判断望远镜视准轴是否水平及仪器数竖是否竖直的装置。分类：

a、管水准器；b、圆水准器

（3）.基座组成：轴座、底板、三角压板及三个脚螺旋。作用：

1、支撑仪器；

2、连接仪器与三脚架。实用技巧：由转动三个脚螺旋可使水准器气泡居中。

水准尺和尺垫水准尺分为黑面与红面，黑红面的零点差为4687或4787；尺垫：放置在转点处，防止在观测过程中水准尺下沉和移位

水准仪应满足的条件主要条件：水准管轴LL∥视准轴CC视准轴位置不因调焦而变动次要条件：圆水准轴L’L’∥竖轴VV横丝⊥VVCCLLVVL'L'2.3水准仪使用方法仪器安放整平

对光照准消除视差照准读数三角架脚螺旋目、物镜对光螺旋脚架张开角度勿太大或太小不可对准太阳水平微调螺旋刻度大小正、倒像注意：如何辨别及消除视差？

四、水准仪的使用步骤：安置、粗平、瞄准、精平、读数1、粗平（调节脚螺旋，使圆水准器气泡居中，仪器竖轴大致铅垂）

a123b312c312规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。2、瞄准先调十字丝清晰，用粗瞄器粗瞄，仪器制动，转动调焦螺旋至目标成像清晰消除视差，再用微动螺旋转动望远镜使竖丝对准尺中间稍偏一点。3、精平

调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合，视线水平（每次读中丝读数前都应进行精平）水准尺读数方法：2.375m3.1.3水准点和水准路线1、水准点的含义2、水准点的埋设要求3、标石的埋设类型4、点之记（一）水准点水准点的含义：

为了统一全国高程系统和满足科学研究、各种比例尺测图和工程建设的需要，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点，一般用BM(BenchMark)表示。水准点的埋设要求：

1)、国家等级水准点：须按要求设置永久性固定标志；

2)、等外水准点：可在地面上打人木桩，或在坚硬的岩石、建筑物上设置固定标志，并用红色油漆标注记号和编号。标石的埋设类型：四类水准点标石：

基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石、墙角水准标志。点之记： 定义：水准点埋设后，为便于以后使用时查找，需绘制说明点位的平面图，称为点之记。

图4-17所示为水准点BM1点之记的示例。

2水准路线含义：水准测量施测时所经过的路线，称为水准路线。布设要求：水准路线应尽量沿公路、大道等平坦地面布设，以保证测量精度。水准路线上两相邻水准点之间称为一个测段。

布设形式：

1、单一水准路线

2、水准网

单一水准路线名称路线定义观测要求路线简图附合路线从一个已知高级水准点BM1出发，沿各待测高程的点1、2进行水准测量，最后附合到另一个已知高级水准点BM2上的水准路线。单程观测。闭合路线从一个已知高级水准点BM3出发，沿环线上各待测高程的点1、2、3进行水准测量，最后仍回到原己知高级水准点BM3上的水准路线。单程观测。支路线从一已知高级水准点BM4出发，沿各待测高程的点1、2进行水准测量，既不附合到另一高级水准点上，也不自行闭合的水准路线。往返观测或单程双线观测。水准测量的技术要求3.1.4水准测量记录与成果计算水准测量观测程序：

从一个已知高级水准点出发，一般要用连续水准测量的方法，才能测量并计算出待定水准点的高程。具体工作步骤：

1水准测量的具体工作步骤、记录、计算：

1)、在己知高程的水准点上立水准标尺，作为后视尺。

2)、在路线的前进方向上的适当位置放置尺垫，在尺垫上竖立水准标尺作为后视尺。

3)、把水准仪安置在到两水准尺间的距离大致相等的地方，仪器到水准尺的最大视距不大于150m。使圆水准器气泡居中。

4)、照准后视标尺并消除视差后，用微倾螺旋调节管水准气泡并使其精确居中，用上、中、下三丝读取后视读数，并记入手簿，见表3-3。

5)、照准前视标尺后使水准管气泡居中，用上、中、下三丝读取前视读数，并记入手簿，见表3-3

，比较前后视距差（一半不大于5m）。

6)、将仪器按前进方向迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。

7)、顺序沿水准路线的前进方向观测、记录，直至终点。2水准测量的检核方法

（1）计算检核主要检核每站高差计算中的错误。（2）测站检核

仪器高法、双面尺法。（3）成果检核

测量结果与理论值的比较，一般用高差闭合差来反映。高差闭合差计算高差闭合差调整计算改正后高差高程计算3五等水准测量内业计算（1）高差闭合差——闭合水准路线闭合水准路线的高差闭合差：由于路线起闭于同一个水准点，因此，高差总和的理论值应等于零，但因测量误差的存在使得实测高差的总和往往不等于零，其差值称为闭合水准路线的高差闭合差。闭合差的计算：

高差闭合差计算（2）高差闭合差——附合水准路线附合水准路线的高差闭合差：附合水准路线是由一个已知高程的水准点测量到另一个已知高程的水准点，各段测得的高差总和应等于两水准点的高程之差。但由于测量误差的影响，使得实测高差总和与其理论值之间有一个差值，即附合水准路线的高差闭合差。闭合差的计算：（3）高差闭合差——支水准路线支水准路线的高差闭合差：通过往返观测，得到往返高差的总和 和，理论上应大小相等，符号相反，但由于测量误差的影响，两者之间产生一个差值，这个差值称为支水准路线差闭合差。闭合差的计算：高差闭合差调整

当高差闭合差在允许值范围之内时，可调整闭合差。 附合水准路线或闭合水准路线高差闭合差分配的原则是将闭合差按距离或测站数成正比例反号改正到各测段的观测高差上。 高差改正数计算公式为：或 高差改正数的总和应与高差闭合差大小相等，符号相反，即，用该式可以检核上述改正数计算的正确性。计算改正后高差1)、闭合（或附合）水准路线： 将各段高差观测值加上相应的高差改正数，求出各段改正之后的高差值，即:

2)、支水准路线： 对于支水准路线，当其闭合差符合要求时，可按下式计算各测段的平均高差：计算高程 方法：

1)、对于附合或闭合水准路线，需根据改正后的高差，由起点高程逐一推算出其他各点的高程；

2)、对于支水准路线，需根据各测段往、返两次高差平均值，由起点高程逐一推算其他各点的高程。 注意：对于附合或闭合水准路线而言，最后一个已知点的推算高程应等于它的已知高程，以此检查计算是否正确。3.1.5水准测量注意事项1观测2扶尺3记录3.1.7电子水准仪的特点

电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器（CCD），并采用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光电测量一体化的高科技产品。采用普通标尺时，又可像一般自动安平水准仪一样使用。 与传统仪器相比，电子水准仪具有以下特点：

1)、读数客观；

2)、精度高；

3)、速度快；

4)、效率高；

5)、仪器菜单功能丰富，内置功能强、操作界面友好，有各种信息提示，大大 方便了实际操作。3.1.7电子水准仪的基本原理

电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。当前电子水准仪采用原理不同的三种自动电子读数方法。

1)、几何法（德国蔡司DiNi12/12T/22）

2)、相关法（瑞士徕卡NA3002/3003/DNA03）

3)、相位法（日本拓普康DL-101C/102C/103）。 由于各厂家采用条码标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需人工目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成像在望远镜分划板上，供目镜观测，另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器(又称探测器)上，即线阵CCD器件上，供电子读数。五、五等水准测量水准点：采用水准测量方法测得的高程控制点用BM表示。分为永久性水准点和临时水准点。水准路线：从一个水准点到另一个水准点所经过的水准测量路径称为水准路线。水准路线的布设形式一般有闭合水准路线、附和水准路线、支水准路线等。水准测量工作施测包括：水准路线的设计、水准点标石的埋设、水准测量外业观测数据采集、水准内业处理等过程。§五等水准测量外业施测

一、水准测量的主要技术要求等级水准仪型号后前视距差K+黑-红mm红、黑面所测高差之差mm视线长度m检测间歇点高差之差mmdm∑dm三DS3≤3≤6≤2≤3≤65≥3.0四DS3≤5≤10≤3≤5≤80≥5.0五DS3大致相等——≤100—二、五等水准测量的主要步骤将水准尺立于高级水准点上，作为后视A；在施测路线前进方向上合适的位置（如TP1）作为前视点，放置尺垫，在A与TP1之间放置水准仪I，其中I距离A与TP1的距离大致相等；以上称为第一测站，采用水准测量的方法读取前后视读数，计算高差，视距等记录于手簿；将TP1作为下一测站的后视点，重复前面步骤，寻找TP2作为第二测站的前视点，将相关数据记录于手簿中；按照相同的方法和操作程序，完成整条水准路线的数据采集工作。检查水准仪、水准尺符合要求方可使用每次读数前后均应检查水准管气泡是否居中前后视距要大致相等，视线距离不超过75m为宜相邻站转站过程中，转点尺位严格保持不动；读数时，记录员要复述，以便核对每条水准路线测站数应为偶数，以消除两根水准尺的零点差。三、五等水准测量注意事项测站数为偶数消除水准尺零点误差标尺的零点差可用一测段中使测站为偶数的方法予以消除。计算检核测站检核（单站检核）仪器高法、双面尺法成果检核（整条路线检核）高差闭合差（三种不同水准路线的高差闭合差P37）四、五等水准测量检核方法测站检核方法1、两次仪器高法2、双面尺法a2a1b2b1测站测点水准尺读数mm高差mm平均值mm后视前视1A1240a11393a2B2045b1-0805h′-0804h12196b2-0803h″AB高差闭合差计算（注意布设形式）；高差闭合差调整（与测站成正比反号分配或者与测段长度成正比反号分配）；计算各待定点的高程；内业计算实例P38五、五等水准测量内业计算高程测设什么叫高程测设？高程测设的任务是什么？高程测设的几种方法？实习一水准仪的认识一、实习内容1、了解水准仪的基本构造，各部件名称和作用2、学会水准仪的使用（安置、粗平、瞄准、精平）；3、练习读数（