水准测量课件

章水准测量

水准测量原理；水准仪的构造及使用；水准测量的施测方法及成果整理；水准测量误差；2021/5/91第一节水准测量原理

测定地面点高程的测量工作，称为高程测量。根据使用仪器和施测方法的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS高程测量四种。其中，水准测量是高程测量中最基本、精度最高的一种方法。2021/5/92

水准测量是测出地面点高程的方法之一。其原理是利用水准仪提供的水平视线测出两点间高差。如图，A点高程已知，欲求B点高程。为测出AB两点之间的高差，可在AB两点上分别竖立两根标尺，前进方向为A到B，则A称为后视点，B称为前视点。在两点之间安置一架能提供水平视线的水准仪，使视线水平照准A点标尺读数，设为ａ，再照准B点标尺读数，设为ｂ，则AB两点间的高差为：

hAB=ａ-ｂ称a为后视读数，b为前视读数。即

hAB=后视读数一前视读数。

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上述由已知高程HA

和测得的A、B两点间高差hAB可以推算B点的高程HB为：

HB=HA+hAB

这种方法称为高差法。由图可以看出，B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，即

HB=（HA+ａ）-ｂ=HI-ｂ式中，HI称为仪器高或视线高。该法称为视线高法。在施工测量中，常采用视线高法。2021/5/95第二节水准仪及其操作

水准仪是水准测量的主要仪器，按其所能达到的精度分为DS05、DS1、DS3及DS10等几种等级。

“D”和“S”表示中文“大地”和“水准仪”中“大”字和“水”字的汉语拼音的第一个字母，通常在书写时可省略字母“D”，下标“05”、“l”、“3”及“10”等数字表示该类仪器的精度。

S3型和S10型水准仪称为普通水准仪，用于国家三、四等水准及普通水准测量，S05型和S1型水准仪称为精密水准仪，用于国家一、二等精密水准测量。本节介绍DS3微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪。

2021/5/961、S3型水准仪的构造

S3型微倾式水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。2021/5/971－准星2－水准管3－缺口4－目镜5－圆水准器6－圆水准器校正螺丝7－脚螺旋8－三角底板9－水平制动螺旋10－物镜调焦螺旋11－物镜12－水平微动螺旋13－微倾螺旋

2021/5/98望远镜作用：瞄准目标并读数1－物镜2－目镜3－十字丝分划板4－分划板护罩5－对光透镜6－物镜对光螺旋7－分划板固定螺丝8－十字丝

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十字丝分划板

十字丝分划板是用来准确瞄准目标用的，中间一根长横丝称为中丝，与之垂直的一根丝称为竖丝，在中丝上下对称的两根与中丝平行的短横丝称为上、下丝（又称观距丝）。在水准测量时，用中丝在水准尺上进行前、后视读数，用以计算高差，用上、下丝在水准尺上读数，用以计算水准仪至水准尺的距离（视距）。

用望远镜瞄准目标或在水准尺上读数，均以十字丝的交点为准。物镜光心与十字丝交点的连线构成望远镜的视准轴，可见观测的视线即为视准轴的延长线。2021/5/910水准器

包括圆水准器和管水准器作用：整平仪器

水准管上每2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值，设以表示，分划值愈小，水准管的灵敏度也愈高。一般S1、S3型水准仪的一般圆水准器的分划值约为8′~10′。用于粗平。

水准管分划值分别为10″/2mm及20″／2mm。

用于精平。

2021/5/911圆水准器轴当气泡位于圆内中央位置时，称气泡居中，圆水准器轴即成竖直。圆水准器轴与仪器竖轴平行水准管轴当气泡中点位于管子的零点位置时，称气泡居中，水准管轴成水平位置。水准管轴与视准轴平行2021/5/912

在水准管上装有符合棱镜系统，当气泡两端影象符合一致时就表明气泡已经居中。此种水准器称符合水准器。可以精确判断两端气泡的符合程度。用符合水准器作业可使气泡居中的精度提高一倍。符合水准器2021/5/913基座

作用：支承仪器的上部并通过连接螺旋使仪器与三脚架相连。包括轴套、脚螺旋、三角形底板等，仪器竖轴插入轴套内。转动脚螺旋，可使圆水准器气泡居中。2021/5/914

自动安平水准仪是一种只需粗略整平即可获得水平视线读数的仪器。与微倾式水准仪的区别：仪器没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。利用圆水准器粗平仪器之后，借助仪器内部自动补偿装置的作用，在十字丝交点上读得的读数便是视线水平时应得的读数。自动安平水准仪无需精平，操作简便，能迅速自动安平仪器，从而提高了水准测量的观测精度。2.自动安平水准仪2021/5/915

能使补偿器起作用的最大允许倾斜角称为补偿范围。自动安平水准仪的补偿范围一般为±8′～±12′，质量较好的自动安平水准仪可达到±15′，圆水准器的分划值一般为±8′/2mm。因此，操作时只要使圆气泡居中，2～4s后尺像趋于稳定即可读数。补偿范围2021/5/916

北京光学仪器厂生产的DSZ3-1型自动安平水准仪，Z代表“自动安平”的汉语拼音的第一个字母。DSZ3-1自动安平水准仪1-物镜；2-圆水准器；3-粗瞄器；4-目镜；5-保护盖；6-堵盖；7-脚螺旋；8-调整螺钉；9-指标；10-微动螺旋；11-调焦螺旋；12-制动螺旋；13-度盘2021/5/917自动安平水准仪望远镜视场2021/5/918

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一种新型水准仪，将原有的由人眼观测读数彻底变为由光电设备自行探测视线水平时的水准尺读数。电子水准仪的望远镜光学部分和机械结构与光学自动安平水准仪基本相同。较自动安平水准仪多了调焦发送器、补偿器监视、分光镜和行阵探测器4个部件。3.电子水准仪2021/5/919

调焦发送器的作用是测定调焦透镜的位置，由此计算仪器至水准尺的概略视距值；补偿器监视的作用是监视补偿器在测量时的功能是否正常；分光镜则是将经由物镜进入望远镜的光分离成红外光和可见光两个部分；红外光传送给行阵探测器作为标尺图像探测的光源，可见光源穿过十字丝分划板经目镜供观测人员观测水准尺；行阵探测器是仪器的核心部件之一，将水准尺上进入望远镜的条码图像以模拟的视频信号输出。2021/5/920三种不同读数方法的电子水准仪

③相位法拓普康①相关法徕卡②几何法蔡司2021/5/921附件：三脚架和水准尺

2021/5/922附件：锤球和尺垫2021/5/923第三节水准仪的使用安置仪器粗略整平瞄准水准尺精确整平和读数基本操作程序：2021/5/924安置仪器

要点：松开三脚架架腿的固定螺旋，按调整架腿长度，再拧紧固定螺旋张开三脚架将架腿踩实，使架头大致水平取出水准仪，记清所放位置，盖好盒盖，脚螺旋调至中间位置用连接螺旋将水准仪固定在架头上2021/5/925粗略整平

调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。

气泡移动的方向与左手大拇指移动方向一致。操作步骤：如图所示，用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2，使气泡沿着1、2连线方向由a移至b。用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3，使气泡由b移至中心。

2021/5/926瞄准水准尺目镜调焦松开制动螺旋，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。初步瞄准照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。物镜调焦转动物镜对光螺旋，尺像清晰。精确瞄准转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央。消除视差视差：眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动的现象。产生原因：水准尺的尺像与十字丝平面不重合。消除方法：重新仔细地转动目镜和物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。2021/5/927

精确整平简称精平。眼睛观察水准气泡观察窗内的气泡影像，用右手缓慢地转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合。微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向一致。符合水准器气泡居中后，应立即用十字丝中丝在水准尺上读数。读数时应从小到大，从上到下读取。直接读取米、分米和厘米，并估读出毫米，共四位数。读数后再次检查符合水准器气泡是否居中。精确整平和读数1.464m2021/5/928

自动安平水准仪的操作程序分四步，即安置仪器——粗略整平——瞄准水准尺——读数，其中安置仪器、粗平、瞄准与微倾式水准仪操作方法相同。读数时应注意观察自动报警窗的颜色，若全窗为绿色可以读数，若任意一端出现红色，说明仪器倾斜量超出自动安平补偿范围，需重新整平仪器方可读数。有的自动安平水准仪在目镜下方配有一个补偿器检查按钮，每次读数前按一下该按钮，如果目标影像在视场中晃动，说明“补偿器”工作正常，等待2～4s后即可读数。自动安平水准仪的使用2021/5/929

电子水准仪用键盘和测量键来操作。启动仪器进入工作状态后，根据选项设置合适的测量模式，人工完成安置、粗平与瞄准目标（条形编码水准尺）后，按下测量键后约3～4s即显示出测量结果，测量结果可贮存在仪器内或通过电缆连接存入机内记录器中。电子水准仪的使用2021/5/930第四节水准测量的实施

一、水准点与水准路线

水准点(BenchMark)：用水准测量的方法测定的高程达到一定精度的高程控制点，简记为BM。水准点(a)(b)点之记2021/5/931二水准测量方法

2021/5/932步骤（1）立尺（2）安置仪器（3）瞄准后视尺（4）瞄准前视尺（5）迁站（6）顺序观测（7）计算2021/5/933水准测量记录手簿表2021/5/934（1）测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相等。（2）在已知高程点和待定高程点上立尺时，不能放尺垫，直接放在标石或木桩上。（3）估读要准确，读数时要仔细对光，消除视差，必须使水准管气泡居中，读完以后，再检查气泡是否居中。（4）扶尺者要身体站正，双手扶尺，保证扶尺竖直。（5）读数时，记录员要复诵，以便核对，并应按记录格式填写，字迹要整齐、清楚、端正。（6）记录要原始，当场填写清楚。在记错或算错时，应在错字上划一斜线，将正确数字写在错数上方。观测注意事项2021/5/9351、计算检核为了保证记录表中数据计算正确，应对表中计算的高差和高程进行检核，即：后视读数总和减前视读数总和=各段高差总和=B点高程与A点高程之差三、水准测量检核

2021/5/9362.测站检核改变仪器高法：改变仪器高度10CM以上两次高差差值容许值不超过5mm，取两次高差平均值作为该测站高差的最后结果，否则应重测。双面尺法：即在一个测站上，不改变仪器高度，先后用水准尺的黑红面两次测量高差，进行校核。

2021/5/9373、水准路线检核闭合水准路线附合水准路线

水准路线支水准路线

2021/5/938第五节数据处理及成果计算

计算高差闭合差高差闭合差fh＝观测值－理论值＝∑h测—∑h理

产生原因：测量中存在各种误差单一水准路线的高差闭合差如下表

水准路线 支水准 附合水准 闭合水准

fh2021/5/939计算高差闭合差限差fh容

(mm)《工程测量规范》（GB50026—93）规定，五等水准测量的高差闭合差容许值为：

国家《城市测量规范》（CJJ8—99）中规定图根水准测量路线的高差闭合差容许值为：

（mm）式中，L指路线总长度，单位为公里，N为测站总数。山地一般指每公里测站数在16个以上的地形。根据附合水准路线的测站数及路线长度计算每公里测站数2021/5/940

闭合差的调整按与距离或测站数成正比反符号分配。

vi=-(fh/∑L)·Li或vi=-(fh/∑n).ni

校核：∑vi＝－fh，若满足则说明计算无误。高差改正值:(hi)=hi+vi

检核：∑(hi)=∑h理各点高程计算：经检核无误，用改正后的高差，便可由起点开始，逐点推算各点高程，直至回到已知点，并与已知高程相等。

2021/5/941算例----附合导线2021/5/9422021/5/943

第六节

水准仪的检验1、水准仪主要轴线应满足的条件

水准管轴LL平行于视准轴CC――－应满足的主要条件；圆水准轴L0L0平行于仪器竖轴VV；十字丝的横丝ＩＩ应垂直于仪器的竖轴VV。轴线关系图2021/5/9442、检验方法1）．圆水准器轴L′L′平行于仪器的竖轴旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后将仪器绕竖轴旋转180˚，如果气泡仍居中，则表示该几何条件满足；如果气泡偏出分划圈外，则需要校正。校正方法见教材。2021/5/945

2）.十字丝中丝垂直于仪器的竖轴的检验方法安置水准仪，使圆水准器的气泡严格居中后，先用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标M，然后旋紧制动螺旋，转动微动螺旋，如果目标点M不离开中丝，则表示中丝垂直于仪器的竖轴；如果目标点M离开中丝，则需要校正。见图示。校正方法见教材。2021/5/9462021/5/9473）.水准管轴平行于视准轴的检验方法在较平坦的地面上选择相距约80m的A、B两点，打下木桩或放置尺垫。用皮尺丈量，定出AB的中间点C。在C点处安置水准仪，用变动仪器高法，连续两次测出A、B两点的高差，若两次测定的高差之差不超过3mm，则取两次高差的平均值hAB作为最后正确结果。在离B点大约3m左右的D点处安置水准仪，精平后读得B