02高程测量1解析课件

高等学校土建类专业应用型人才培养通用教材土木工程测量电子教案隋惠权制作大连民族学院土木建筑工程学院土木工程测量学主讲：隋惠权

civilengineeringsurveying第二章水准测量本章学习重点1、掌握水准测量原理。2、能使用水准仪进行野外水准测量。3、会进行水准测量的内业数据处理。测量工作的基准线和基准面①、基准线：重力方向又称为铅垂线。铅垂线是测量工作的基准线②、基准面：大地水准面是测量工作的基准面青岛观象山水准原点72.2604m国家水准网国家水准原点国家大地控制点国家控制点第2章水准测量高程测量的一般方法水准测量(leveling)三角高程测量(trigonometricleveling)GPS高程测量(GPSleveling)物理高程测量(airpressureleveling)精度水准测量是本章学习的重点珠峰高程是从青岛国家水准原点起算，通过国家一、二等水准测量，经郑州、西安、格尔木、拉萨、江孜、到定日，从定日Ⅱ等水准点定江3至珠峰测区布设了Ⅱ等水准路线，联测了该地区三角锁(网)七个点，在这些点上采用三角高程测量的方法直接交会了珠峰，其中距珠峰最近的水准点是13.6km。由青岛原点至珠峰地区Ⅲ7点，水准测量的路线全长为5068km，其观测精度均达到我国测量规范相应等级的要求。珠峰高程测量本章主要内容§2.1

水准测量原理

§2.2

DS3水准仪和水准测量的工具

§2.3

水准仪的使用

§2.4

水准测量的施测方法

§2.5

水准测量的内业计算

§2.6

水准仪的检验与校正

§2.7

水准测量的误差及注意事项

§2.8

其他水准仪简介水准测量原理：

利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图：

hAB=a–bHB=HA+hAB大地水准面HibHBHAhAB前进方向高差法Hi=HA+aHB=Hi-b视线高法AB当a>b时，hAB

为正，B高于A；当a<b时，hAB

为负，B低于A。a水准测量所使用的仪器、工具：

水准仪(level)

水准尺(levelingstaff)

尺垫(staffplate)

返回

高差法：利用高差计算高程。（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）视线高法：利用视线高计算高程。（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）一、水准仪1、水准仪的等级

DS05、DS1、DS3、DS10、DS20

D—大地测量仪器

S—水准仪

数字

—表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。目镜水准管目镜圆水准器校正螺钉微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器三脚架脚螺旋2、DS3型水准仪的主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。构造微倾螺旋（1）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为25~30倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。（2）水准器(bubble)

水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。①圆水准器(circularbubble)

作用：粗略整平结构：如图所示精度：一般为

8＇~10＇/2mm

（气泡中心偏离零点2mm

所对的圆心角）②管水准器(bubbletube)

作用：精确整平结构：如图所示精度：一般τ=20″/2mm

水准管的分划值τ：

气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。公式：

分析：R越大，τ越小，灵敏度越高。

DS3:R=20.6265米τ=20″

（3）基座(tribrach)

轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成轴座脚螺旋连接板二、水准尺和尺垫1、水准尺塔尺：可以伸缩，一般全长3m、5m，

用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，

用于三、四等水准测量。2、尺垫

仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。返回一、操作步骤1、安置仪器高度适中、架头大致水平，固定仪器。

2、粗略整平目的：使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。方法（如图所示）：3、瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：①初步瞄准（用准星对准目标）

②目镜调焦（使十字丝清晰）

③物镜调焦（使目标成像清晰）④

精确瞄准（使纵丝对准目标）注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。4、精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。5、读数用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数0.860m注意：读数前必须精平，精平后立即读数。二、一个测站的水准测量工作1、安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；2、粗略整平；3、瞄准A尺，精平、读数a，

记录1.568m；4、瞄准B尺，精平、读数b，

记录1.471m；5、计算：hAB=a–b=1.568-1.471=0.115m

即B点比A点高0.115m。

hBA

=

–

hAB=–0.115m，即A点比B点低0.115m。ABab三、概念1、测站：测量仪器所安置的地点。2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。3、后视：水准路线的后视方向。4、前视：水准路线的前视方向。5、视线高程：后视高程+后视读数。6、视距：水准仪至标尺的水平距离。7、水准点：水准测量的固定标志。8、水准点高程：指标志点顶面的高程。9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。水准点返回一、连续水准测量

当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。

h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4

hAB=h1+h2+h3+h4BATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4b2b4AA、B两点高差计算的一般公式：hAB==n—为测站数注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。B例：ATP1TP2TP32.1421.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074ⅠⅡⅣⅢHA=123.446mHB大地水准面前进方向测站点号

水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅣⅢⅡⅠATP1TP1TP2TP2TP3TP3B

2.142

1.258+0.884

0.928

1.235-0.307

1.664

1.431+0.233

1.672

2.074-0.402计算检核Σ6.4065.998测站点号

水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注

∑a－∑b＝0.4080.4080.408123.446123.854水准测量手簿已知（一）、测站检核目的：保证前后视读数的正确。方法：变动仪器高法、双面尺法1、变动仪器高法在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|Δh

|≤6mm，取其平均值作为最后结果。2、双面尺法采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。（二）、计算检核目的：检核计算高差和高程计算是否正确。检核条件：如上表所示：等式条件成立，说明计算正确。…………2、待求点高程的测量与计算TP1TP2TP3BMAHA=24.889BHBa1=1.464b1=0.8971.8790.9350.9850.6351.2350.262已知点上的水准尺为后视尺待求点上的水准尺为前视尺高差=后视尺读数-前视尺读数h1h1=a1-b1=1.464-0.897h1=a1-b1h2=a2-b2h4=a4-b4hAB=∑a-∑bHB=HA+∑a-∑b水准仪的使用1、粗略整平（圆气泡居中）2、瞄准（使十字丝对准水准尺；调目镜焦距，消除视差）3、精平（符合长气泡，使水准仪视线水平）4、读数（因水准仪多为倒像望远镜，因此在望远镜中读数时由上而下进行。）水准测量的检核

1、测站检核两次仪器高法双面尺法①两次仪器高法

在每一测站上测出两点高差后，改变仪器高再测一次高差（10cm以上）。两次高差之差不超过容许值（如图根水准测量容许值为±6mm），取平均值作最后结果；若超过容许值，则需重测。②双面尺法

在每一测站上，仪器高不变，分别测出两点黑面尺高差和红面尺高差。若同一水准尺红面读数与黑面读数之差，以及红面尺高差与黑面尺高差均在容许值范围内，（如四等水准测量容许值为±5mm），取平均值作最后结果；若超过容许值，则需重测。直尺——A、B尺，两把一对每把有黑、红两面分划与注记A尺——黑面分划0~3m，红面分划4.687m~7.687mB尺——黑面分划0~3m，红面分划4.787m~7.787mA、B尺黑面注记的零点差——0红面注记的零点差——0.1m1、水准路线的布设形式附合水准路线(annexedlevelingline)

（见图1）

闭合水准路线(closedlevelingline)

（见图2）

支水准路线(spurlevelingline)

（见图3）水准网BMBBMA1234图13BMA124图2123图3BMA2、检核的主要内容闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；用fh表示，即fh=∑h测

-∑h理限差：《规范》规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。等外水准测量要求：平地：fh允≤±40（mm）

L—水准路线的长度，单位km。

山地：fh允≤±12（mm）

n—水准路线的测站数。要求：fh≤fh允

3、不同形式水准路线fh的计算

附和水准路线：

∑h测=h1+h2+h3+······+hn

∑h理=H终

–H始

fh=∑h测-∑h理=∑h测-（H终

–H始）

闭合水准路线：

∑h测=h1+h2+h3+······+hn

∑h理=0

fh=∑h测-∑h理=∑h测

支水准路线：∑h测=∑h往+∑h返∑h理=0

fh=∑h测-∑h理=∑h往+∑h返返回一、符合水准路线的内业计算如图为一符合水准路线：A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.623m点1、2、3为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：

AB123前进方向备注测段点名距离

km测站数实测高差

m改正数

m改正后的高差

m高程

m123456789Σ1234A123B1.08+1.5751.212+2.0361.414-1.7422.216+1.4465.850+3.315辅助计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420+3.24765.37666.93968.96167.20368.623符合水准测量成果计算表已知已知1、计算闭合差：2、检核：故其精度符合要求。3、计算改正数

分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。按距离：按测站数：以第1测段为例，测段改正数为：检核：4、计算改正后高差检核：以第1测段为例，改正后的高差为：5、计算高程如：检核：否则说明高程计算有误。二、闭合水准路线成果计算

1、计算闭合差：

2、检核：

3、计算高差改正数：

闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。

4、计算改正后高差：

5、计算各测点高程：三、支水准路线成果计算11、计算闭合差：2、检核：，故精度符合要求。3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）4、计算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)返回An=16站1、将图中数据填入表中，并进行计算。8站123A6站3站7站-6.645m-3.128m+5.085m+4.736mHA=200.00M点号测站数观测高差（m）改正数（mm）改正后高差（m）高程（m）辅助计算

fh=fh容=±12√n微倾式水准仪的检验与校正1、水准仪有以下主要轴线视准轴、水准管轴、仪器竖轴、圆水准器轴、十字丝横轴2、各轴线应满足的几何条件：①圆水准器轴平行仪器竖轴；②水准管轴平行视准轴；③十字丝横轴垂直仪器竖轴；3、各项检验与校正①圆水准器轴平行仪器竖轴的检验与校正检验一、水准仪的主要轴线及应满足的条件主要轴线：视准轴CC水准管轴LL

仪器竖轴VV圆水准器轴

几何关系：

圆水准器轴//仪器竖轴水准管轴//视准轴十字丝横丝竖轴视准轴水准管轴支点微倾螺旋二、水准仪的检验和校正1、圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴//仪器竖轴检验：①用脚螺旋使圆水准器气泡居中；②望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。校正：①用脚螺旋调气泡偏离值的一半；②用圆水准器的校正螺旋再调一半。

竖轴圆水准器轴δδδδ各调一半2、十字丝横丝的检校和校正目的：使十字丝横丝竖轴

检验：

①精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p；②水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：

①松开十字丝的固定螺旋；

②微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；③拧紧十字丝的固定螺旋。P十字丝固定螺旋3、水准管轴的检验与校正目的：使水准管轴//视准轴。检验：

①在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之差≤3mm）测定两点之间的高差h0=a1-b1；

i角—视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。ABiia1a1b1CΔΔ②仪器搬A点附近，测得高差h=a2－b2；

若h=h0，则水准管轴//视准轴；若h不等于h0，则存在i角。如图：式中：DAB为AB两点之间的距离

b2b2应ABiiia1a1a2b1C2ΔΔΔ对于DS3水准仪，当时，则需校正。3、校正

①转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。②调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。返回误差来源：

仪器误差+观测误差+外界条件的影响

一、仪器误差

1、仪器校正后的残余误差—主要是i角误差。（前后视距相等可消除）

2、水准尺误差—包括刻划不准、尺长变化、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）二、观测误差

1、视差（仔细调焦可消除）

2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）

3、水准器泡居中误差（符合后立即读数）

4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）三、外界条件的影响

1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）

2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）

3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）

4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）返回观测误差1、水准气泡居中误差（±0.15τ″）引起的读数误差m=0.15τ″2ρD2、读数误差mv=60″vρDV望远镜的放大