第二章 水准测量

第二章水准测量第1页，课件共30页，创作于2023年2月

第二讲本次授课的目的和要求本次授课的重点与难点掌握水准测量原理了解水准仪的仪器结构掌握水准仪的使用

水准仪的操作水准测量

水准测量的原理2第2页，课件共30页，创作于2023年2月2.1水准测量原理与方法2.2水准仪和水准尺2.3水准测量方法2.4水准仪的检验和校正2.5水准测量的误差分析

作业主要内容：3第3页，课件共30页，创作于2023年2月第四章水准测量和水准仪测定地面点高程的工作称为高程测量。水准测量

水准测量三角高程测量物理高程测量（重力/气压）

GPS高程测量4第4页，课件共30页，创作于2023年2月bba大地水准面aHAHBhAB1.水准测量原理：水准测量是利用水准仪提供水平视线，借助水准尺来测定地面上两点的高差，从而由已知点高程推出未知点的高程。hAB=HB－HAhAB＝a－b

AB前进方向前视、后视概念

高差法：先计算两点高差再计算未知点的高程§2.1水准测量原理与方法Ha+a=Hb+bHb＝Ha＋(a-b)5第5页，课件共30页，创作于2023年2月

HB＝HA＋hAB=HA＋（a－b）(2-1)

由式（1）根据高差推算待定点高程的方法叫做高差法。

高差法：

先计算两点高差再计算未知点的高程例1：图2.1中已知A点高程HA=452.623m，后视读数a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。解：B点对于A点高差为

hAB=1.571－0.685=0.886mB点高程为

HB＝452.623＋0.886＝453.509m6第6页，课件共30页，创作于2023年2月

视线高法：先计算出水平视线的高程再计算未知点高程广泛应用于面水准测量和线路水准测量中视线高：水平视线的高程HB＝H视-b(2-3)H视babaHAHB大地水准面ABH视＝HA+a(2-2)由式（2）、（3）通过视线高推算待定点高程的方法称为视线高法。7第7页，课件共30页，创作于2023年2月

面水准测量(视线高法的应用)

此种方法可以解决一次后视，多次前视时作业效率问题如:土方测算;道路断面测量H视=a+HAab321AH1＝H视-bcH2＝H视-cH3＝H视-dd

高差法和视线高法的测量原理是相同的，区别在于计算高程时次序上的不同。在安置一次仪器需求出几个点的高程时，视线高法比高差法方便，因而视线高法在建筑施工中被广泛采用。

8第8页，课件共30页，创作于2023年2月如果水准尺长度为3米,则能观测的最大高差为3米,而不是6米。如：后视读数为3米，前视读数为0米问题:一测站能测到的最大高差为多少?9第9页，课件共30页，创作于2023年2月AP前进方向hAP

=h1+h2+h3Hp＝HA＋hAP连续水准测量模拟h1h2h3hAP连续水准测量：由于两点间距离过远或高差过大不能一次测出其高差需设立一些临时立尺点，作为高程传递过渡点，也称转点TP(turningpoint)每架设一次仪器成为一个测站。10第10页，课件共30页，创作于2023年2月二、地球曲率和大气折光的影响abABMM′EB’N′NFr1r2过A的水准面过I的水准面I水平面hAB=EA-FB球差改正：ME=p1；NF=p2hAB=（MA-p1）-（NB-p2）气差改正：MM′=f1；NN′=f2hAB=（a+f1-p1）-（b+f2-p2）hAB=（a-b）-（r1-r2）一般可根据水准测量的精度，将s1与s2之差限制在某一范围之内，使（r1-r2）可忽略不计。当s1

＝s2时，则r1、r2互相抵消过B的水准面11第11页，课件共30页，创作于2023年2月§2.2水准仪和水准尺水准仪系列的精度分级及主要用途水准仪系列型号DS05DS1DS3DS10每千米往返测高差中数偶然中误差≤0.5mm≤1mm≤3mm≤10mm主要用途国家一等水准测量及地震监测国家二等水准测量及其他精密水准测量国家三、四等水准测量及一般工程水准测量一般工程水准测量12第12页，课件共30页，创作于2023年2月（1002厂）（北光）欧波水准仪电子水准仪天宝Trimble按照结构特点的不同，水准仪可分为微倾式水准仪、自动安平水准仪、数字(电子)水准仪13第13页，课件共30页，创作于2023年2月一、水准仪的基本部件

下图为一种DS3微倾式水准仪的外形和各部件名称。它主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。望远镜物镜；2、水准管；3、簧片；4、支架；5、微倾螺旋；6、基座；7、脚螺旋；8、圆水准器；9、望远镜目镜；10、物镜调焦螺旋；11、气泡观察镜；12、制动螺旋；13、微动螺旋；14、缺口；15、准星14第14页，课件共30页，创作于2023年2月十字丝横丝十字丝竖丝视距丝CC物镜调焦螺旋调焦透镜物镜目镜十字丝分划板二、望远镜视准轴：望远镜物镜的光心

与十字丝交点的连线。

15第15页，课件共30页，创作于2023年2月水准管的零点：在水准管上刻有2mm的分划线与中间的O点成对称，O点称为零点。三、水准器水准器用来置平仪器，分为水准管和圆水准器。1、水准管O水准管轴：过零点O与圆弧相切的切线LL水准管的分划值：相邻两分划线间弧长（2mm）所对的圆心角水准管的分划值与灵敏度的关系LLO01216第16页，课件共30页，创作于2023年2月为了提高目估水准管气泡居中的精度，一般在水准管上装有符合棱镜系统，通过符合棱镜系统将气泡两端的影像反射到同一平面上，影像底端符合，则气泡居中。当气泡符合时：当气泡不符合时：17第17页，课件共30页，创作于2023年2月2、圆水准器

盒顶面的内壁磨成圆球形，顶面的中央划一小圆，其圆心O即为圆水准器的零点。通过零点O与球面的球心的连线（O点的法线）L’L’称为圆水准轴。L’O当气泡位于圆内中央位置时，圆水准轴就处于铅垂位置，切于零点的平面也就成水平了。实际上圆水准器的灵敏度较低，常用于粗略整平。L’18第18页，课件共30页，创作于2023年2月基座用于置平仪器，它支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动。脚螺旋用于粗平使圆水准器气泡居中。19第19页，课件共30页，创作于2023年2月四、水准尺和尺垫水准尺：材料——干燥的木料、铝合金、因钢尺构造——折尺、塔尺、直尺。

长度——2m、3m、5m。水准尺的要求：直、变形小、刻划精确、观测时应竖直。常用三、四等水准测量的水准尺为木质3m的、双面水准尺，黑面尺主尺）底端刻划为0，而红面尺（辅助尺）底端刻划分别为4687mm、4787mm。尺垫：放在过渡点上即转点上（只用于转点，不能用于已知点和待测点）。尺垫的作用：传递高程用、防止测量过程中水准尺的位移和下沉20第20页，课件共30页，创作于2023年2月五、水准仪的使用1、安置水准仪：首先根据观测者的身高调节好三脚架的高度，为便于整平仪器，还应使三脚架的夹头面大致水平，脚架一定要稳定；然后用三脚架头上的中心螺旋将水准仪脚架固连在一起。2、粗平：

旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。

方法：

对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。

遵循左手大姆指法则:

气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。

a123b312c31221第21页，课件共30页，创作于2023年2月3、瞄准：①目镜对光（使十字丝分化成像清晰）；②粗瞄目标（找准水准尺所处的方位）；③物镜对光（使水准尺成像清晰）；④精瞄目标（使十字丝竖丝照准水准尺）视差：当观测者的眼睛在目镜端上下移动时，尺像与十字丝存在相对移动，即读数有变化，这一现象叫视差（见下图）。原因是尺像没有落在十字丝平面上。消除视差的方法:先调节目镜调焦螺旋使十字丝清晰，然后一面调节物镜调焦螺旋一面仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面上。22第22页，课件共30页，创作于2023年2月4、精平：用微倾螺旋使符合水准管气泡居中（每次读数前都需要重新使气泡符合）。5、读数：用十字丝中丝、下丝、上丝分别读数，通常读四位数（由四位数字组成：米、分米、厘米、毫米），估读至毫米，不足位用0补齐，不记小数点，如086912001206起始4687mm或4787mm23第23页，课件共30页，创作于2023年2月六、带有光学测微器装置的水准仪(精密水准仪)实际的水平视线一般不可能恰好对准水准标尺上的分划线，只能用估读的方式来读取不足一个分划的数值；而光学测微器可以精确地测定该值。

24第24页，课件共30页，创作于2023年2月转动测微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平视线向下平移与就近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为6.2mm，最后读数为1486.2。25第25页，课件共30页，创作于2023年2月七、自动安平水准仪大大缩短水准测量的工作时间提高了水准测量的精度

在光路中装置—个“补偿器”．使光线偏转而通过十字丝交点

26第26页，课件共30页，创作于2023年2月27第27页，课件共30页，创作于2023年2月补偿器补偿原理适当选择补偿器悬挂材料及重心位置，可使水平光线正好通过十字丝的交点。28第28页，