.水准测量课件

14三月2023

青海大学地质工程系1

第2章水准测量

14三月2023

青海大学地质工程系2第2章水准测量第1节

水准测量原理第2节

水准测量的仪器和工具第3节

水准测量的一般方法和要求第4节

微倾式水准仪的检验与校正。第5节

水准测量误差及其消减方法。第6节

四等水准测量。14三月2023

青海大学地质工程系3第2章水准测量测量三项基本工作之一：高程测量高程测量：测量地面上各点高程的工作高程测量有下列几种方法：

1.几何水准测量——是高程测量最主要的方法

2.三角高程测量

3.物理高程测量包括:气压高程测量、液体静力水准测量

4.GPS高程测量14三月2023

青海大学地质工程系5第1节水准测量原理

原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。

1.高差法:hAB=后视读数—前视读数，即：待定点B点的高程：2.仪高法(视线高法):14三月2023

青海大学地质工程系6

第2节水准测量的仪器和工具

水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度划分为四个等级：精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10

D—大地测量；S—水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。水准仪按其构造可分为四种：微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：

DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）14三月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系7一、DS3微倾式水准仪及其使用DS3微倾式水准仪的构造作用：为测量高差提供一条水平视线组成：望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座

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青海大学地质工程系9（2）水准器

水准器分为圆水准器和管水准器两种。

管水准器—用来指示视准轴是否水平0点2mm管水准器又称为长水准管水准管分划值：是水准管表面2mm圆弧所对应的圆心角水准管轴LL：过水准管零点所作圆弧面的纵切线14三月2023

青海大学地质工程系10

2mm圆水准器—用来指示仪器竖轴是否竖直

圆水准器分划值：是圆水准器表面2mm圆弧所对应的圆心角

DS3水准仪水准器分划值通常为：长水准管圆水准器圆水准器轴：过圆水准器零点所作圆球面的法线14三月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系11DS3水准仪

常采用符合水准管系统

——目的是提高水准管气泡居中的精度

符合气泡符合尚未符合

符合气泡符合，水准管轴与视线水平。微倾螺旋14三月2023

青海大学地质工程系13CCLLVVL'L'水准仪的主要构造特点水准仪的主要轴线：

①视准轴CC②水准管轴LL③圆水准器轴④仪器竖轴VV必须满足的几何条件：

①∥VV②十字丝横丝⊥VV

③LL∥CC14三月2023

青海大学地质工程系142.水准尺和尺垫

（1）水准尺有单面尺、双面尺、塔尺三种

（2）标准水准尺为一对双面尺，

其中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺红面4.687~7.687m,B尺红面4.787~7.787m。

（3）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。14三月2023

青海大学地质工程系15第3节.水准测量的一般方法和要求

为测定A、B两点的高差，首先将水准仪安置在A、B两点之间，然后按以下四个步骤进行操作：（1）粗平（粗略整平）

——目的是使仪器竖轴铅直

调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中，气泡移动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。14三月2023

青海大学地质工程系17（3）精平（精确整平）

在每次读数之前，都应注视符合水准气泡观测窗，转动微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合水准器的两端气泡影像对齐，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，水准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一条水平视线。

微倾螺旋14三月2023

青海大学地质工程系18（4）读数（精确整平）

仪器精确整平后，即可用十字丝横丝（即中丝）在水准尺上读数。

读数按由小到大的方向，读出米、分米、厘米、并仔细估读毫米数。

读数记录一般均不加小数点，读记四位数，以毫米为单位。黑面读数

a=1274（mm）红面读数

b=5958（mm）14三月2023

青海大学地质工程系1914三月2023

青海大学地质工程系211.精密水准仪的特点1)望远镜的放大倍数大，分辨率高，如规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2)管水准器分划值为10″/2mm，精平精度高；3)望远镜的物镜有效孔径大，亮度好；4)望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响；5)采用平板玻璃测微器读数，读数误差小；6)配备精密水准尺。14三月2023

青海大学地质工程系222.精密水准尺(因瓦水准尺)精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值分为基辅分划（10mm）和奇偶分划（5mm）两种。基辅分划差为：3.01550m14三月2023

青海大学地质工程系233.N3精密水准仪及其读数原理下图就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为±0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器。14三月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系25旋转N3的平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm，它对应测微尺上的100个分格。

测微尺上1个分格等于0.1mm，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm。

将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如下图的读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m。

测微尺的读数14三月2023

青海大学地质工程系26

自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。自动安平水准仪正面

§

3.3自动安平水准仪及数字水准仪

一、自动安平水准仪14三月2023

青海大学地质工程系29二、数字水准仪望远镜基座—

脚螺旋自动安平补偿器电子水准仪调焦螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水准仪）14三月2023

青海大学地质工程系30二、数字水准仪14三月2023

青海大学地质工程系31下图为采用相关法的徕卡NA3003

数字水准仪的机械光学结构图14三月2023

青海大学地质工程系32水准测量方法

一、水准测量的外业实施1.水准点

——事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点(BenchMark),常以BM表示。水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面,用于放置水准尺。

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青海大学地质工程系332.待定点高程的测量和计算检核已知HA，求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2….称为转点,起高程传递作用,常用TP表示，实测时转点上应使用尺垫。14三月2023

青海大学地质工程系34每测站高差：各测站高差之和：待定点B点高程：施测方法（动画）2.待定点高程的测量和计算检核14三月2023

合肥工业大学35普通水准测量记录表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358–3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–

HA=51.491–50.000=1.491HB–

HA=∑h=∑a–

∑b(计算无误)计算检核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前视+后视备注高程（m）高差标尺读数（m）测点0.71814三月2023

青海大学地质工程系363.测站检核为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范围之内，必须进行测站检核。测站检核有双仪高法和双面尺法（1）双面尺法：黑面读数高差：红面读数高差：红黑面高差之差：最后高差中数：（2）双仪高法：改变仪器高度10cm以上，测出两次高差，进行检核。第六节四等水准测量一、四等水准测量的主要技术指标视线高度>0.2m；视线长度≤80m；前后视视距差≤3m；前后视距累积差≤10m；红黑面读数差≤3mm；红黑面高差之差≤5mm。二、一个测站的观测次序安置水准仪的测站至前、后视立尺点的距离，应该用步测使其相等。在每一测站，按下列顺序进行观测：后视水准尺黑色面，读上、下丝读数，精平，读中丝读数；前视水准尺黑色面，读上、下丝读数，精平，读中丝读数；前视水准尺红色面，精平，读中丝读数；后视水准尺红色面，精平，读中丝读数三、测站的计算与检核后视距离⑼=100×{⑴-⑵}前视距离⑽=100×{⑷-⑸}视距之差⑾=⑼-⑽∑视距差⑿=上站⑿+本站⑾红黑面差⒀=⑹+K-⑺，（K=4.687或4.787）测站编号点号后尺下丝前尺下丝方向及尺号标尺读数（m）黑+K－红（mm）高差中数（m）备注上丝上丝后视距（m）前视距（m）黑面红面视距差d（m）∑d（m）

(1)(4)后(3)(8)(14)(18)K为水准尺常数(2)(5)前(6)(7)(13)(9)(10)后－前(15)(16)(17)(11)(12)⒁=⑶+K-⑻黑面高差⒂=⑶-⑹红面高差⒃=⑻-⑺高差之差⒄=⒂-⒃=⒁-⒀平均高差⒅=1/2{⒂+⒃}每站读数结束(⑴~⑻)，随即进行各项计算(⑼~⒃)，并按技术指标进行检验，满足限差后方能搬站。14三月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系42

双面尺法水准测量观测记录表14三月2023

合肥工业大学青海大学地质工程系43

双仪高法水准测量观测记录表14三月2023

青海大学地质工程系44四、水准路线测量的全路线成果检核1.闭合水准路线从某已知点BMA出发,经待定点1,2,3,4;再回到A点。高差理论值：⊗高差闭合差：2.附合水准路线从已知点BMA出发到另一已知点B,

高差理论值：高差闭合差：AB2h1h3114三月2023

青海大学地质工程系453.结点水准网（1）独立水准网⊗（2）单结点附合水准网4.支水准路线从已知点BMA出发到待定点B

⊗⊗⊗14三月2023

青海大学地质工程系46水准测量的内业计算

按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后严格满足检核条件。等外水准测量高差闭合差容许误差：山地：平地：国家四等水准测量高差闭合差容许误差：山地：平地：14三月2023

青海大学地质工程系47

水准测量的内业计算步骤

（附合、闭合水准路线）

h21）计算闭合差2）判断闭合差是否超限3）计算各测段观测高差的改正数5）计算各测段的改正后的高差6）计算各点的高程值4）检查闭合差是否分配完AB2附合水准路线h1h3114三月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系48例：附合水准测量内业计算14三月2023