M第2章 水准测量

第二章水准测量第一节水准测量原理一、水准测量原理水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。ABabHAHBhABHi大地水准面前进方向水准测量原理后视点前视点水准仪水准尺水准尺前视读数后视读数A点高程B点高程A、B点高程差二、计算未知点高程ABabHAHBhABHi大地水准面前进方向水准测量原理方法一：高差法hAB=a-bHB=HA+hAB二、计算未知点高程ABabHAHBhABHi大地水准面前进方向水准测量原理方法二：视线高法Hi=HA+aHB=Hi-bhi=ai-bi

hAB=h1+h2+h3HB=HA+hAB连续水准测量高程计算转点转点第二节水准仪的构造及其使用水准仪型号：DS3大地水准精度型号DS0.5DS1DS3每公里往返测高差中数的中误差≤0.5mm≤1mm≤3mm第二节水准仪的构造及其使用DS3型水准仪构造水准尺、三脚架和尺垫二、DS3微倾式水准仪的使用1.安置仪器首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚在坡下一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。2.粗略整平（左手拇指法则）(1)先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；(2)旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。(3)气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致二、DS3微倾式水准仪的使用粗平二、DS3微倾式水准仪的使用3.瞄准水准尺目镜对光初步瞄准物镜对光消除视差二、DS3微倾式水准仪的使用

4.精确整平粗平→精平每次读数前都需要重新使水准管气泡居中5.读数记录用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。从尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数，所以每个读数必须有四位数。第三节水准测量的方法一、水准点即高程控制点，是通过水准测量测定其高程的固定点，记为BM(BenchMark)。可以分为永久性和临时性两种，永久性水准点一般用钢筋混凝土制成，也可以用金属标志埋设在永久性建筑物的墙角上；临时性水准点在突起的坚硬岩石上做记号或将木桩打入地面。二、水准路线水准路线是在水准点间进行水准测量所经过的路线，可以分为：附合水准路线（右图a）闭合水准路线（右图b）支水准路线（右图c）水准网三、普通水准测量的方法1、简单水准测量当两点相距不远，高差不大，且无视线阻挡时，只需安置一次水准仪就可以测得两点间的高差。2、连续水准测量当两点相距较远或高差较大或有障碍阻挡视线时，需在水准路线中加设若干个临时过渡立尺点（转点，TurningPoint,TP），把原水准路线分为若干段，依次连续安置水准仪测定各段高差，最后取各段高差的代数和。三、普通水准测量的方法已知A点高程HA，求B点高程。在A、B两点间设置4个转点TP1、TP2、TP3、TP4，把AB分为5段，依次测定各段高差，他们的代数和即为A、B两点间的高差hAB。

h1=a1-b1h2=a2-b2……hn=an-bn三、普通水准测量的方法各式相加，可得：hAB=∑h=∑a-∑b点A、B之间的高差等于后视读数之和减去前视度数之和。HB=HA+hAB=HA+∑a-∑b转点的作用是传递高程，其特点是转点上即有前视度数又有后视度数。高程计算表测站测点后视读数前视读数高差高程备注＋－ⅠATP12.0731.5260.54750.118A点高程=50.118ⅡTP1TP21.6241.4070.217ⅢTP2TP31.6781.3920.286ⅣTP3TP41.5951.4020.193ⅤTP4B0.9211.5030.58250.779Σ7.8917.2301.2430.582计算检核∑a-∑b＝+0.661∑h=+0.661HB-HA=+0.661测站检核方法仪器高法在同一测站改变仪器高度重新测量，两次测得的高差在规定值以内，则取两次高差的平均值作为该站测得的高差值双面尺法仪器高度不变，读取每一根双面尺的黑面和红面读数，分别计算黑面高差h黑和红面高差h红，检查误差是否满足要求，满足则取h红±100mm与h黑的平均值四、水准测量成果整理1、高差闭合差的计算与校核1)附合水准路线附合水准路线的高差闭合差为：fh=∑h-（H终-H起）高差闭合差的大小在一定程度上反映了测量成果的质量。四、水准测量成果整理2)闭合水准路线理论上，闭合水准路线中各段高差的总和应等于零。若不等于零，则存在闭合差：fh=∑h3)支水准路线理论上有：h往=-h返

若往返测高差的代数和不为零即为闭合差，亦称较差：

fh=h往+h返

支水准路线一般不超过2km容许高差闭合差注：1、L为水准路线单程长度，以km计；n为单程测站数；

2、容许闭合差在平地按L计算，在山地按n计算。等级容许闭合差(mm)一般应用范围举例三等有特殊要求的较大型工程、城市地面沉降观测等四等综合规划路线及重力自流管道工程、普通建筑工程、河道工程等等外(图根)山区线路工程、排水沟疏浚工程、小型农田水利工程等高程闭合差的计算与调整1）附和水准路线闭合差的调整及各点高程的计算当实际的高程闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上。显然，高程测量的误差是随水准路线的长度或测站数的增加而增加，所以分配的原则是把闭合差以相反的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上。故各测段高差的改正数为：或高程闭合差的计算与调整2）闭合水准路线闭合差的调整及各点高程的计算闭合水准路线闭合差的调整、各点高程的计算及容许值的大小，均与附和水准路线相同。3）支水准路线闭合差调整及待定点高程的计算因支水准路线只求一个点的高程，故只取往返高差的平均值即可（平均高差的符合与往测的高差值符号相同），即：

h均=（∑h往-∑h返）/2算例第四节DS3型水准仪的检验与校正一、水准仪的轴线及其应满足的几何条件微倾式水准仪的主要轴线，它们之间应满足的几何条件是：1.圆水准器轴应平行于仪器的竖轴；2.十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴；3.水准管轴应平行于视准轴。二、水准仪的检验与校正（视频教学）1、圆水准器的检验与校正检验：圆水准器居中时，将仪器绕竖轴旋转180度，如果气泡不居中，说明不满足条件1，需要校正。校正(P27)二、水准仪的检验与校正（视频教学）2、十字丝的横丝的检验与校正检验：整平仪器，在望远镜中用十字丝焦点对准一个明显目标P，拧紧制动螺旋，转动水平微动螺旋，如目标P始终在十字丝横丝上移动，则满足条件2，否则必须要校正。校正(P27)二、水准仪的检验与校正（视频教学）3、水准管轴检验与校正(P28)第五节水准测量误差分析及注意事项一、仪器误差1、视准轴与水准管轴不平行引起的误差测量时将仪器置于前后视距相等处，可以消除该项误差的影响。2、水准尺的误差包括尺长误差、分划误差和零点误差。观测前应对水准尺进行检验后方可使用，零点误差可在每个测段中采用偶数站的方法来消除。第五节水准测量误差分析及注意事项二、观测与操作者的误差1、气泡居中误差2、估读水准尺分划的误差3、扶水准尺不直的误差三、外界环境的影响1、仪器下沉和水准尺下沉的误差仪器下沉的误差;水准尺下沉的误差2、地球曲率和大气折光的误差地球曲率引起的误差;大气折光引起的误差3、气候的影响第五节水准测量误差分析及注意事项四、水准测量注意事项1、保持视线水平a.放置水准仪时，应尽量使前、后视距相等；b.每次读数水准管气泡必须严格居中；c.前后视线长度一般不超过100米，视线离地面高度一般不应小于0.3米，使上中下三丝都能读数；d.在强烈光照下必须撑伞，避免温度的影响；e.观测前仪器必须进行检验和校正。第五节水准测量误差分析及注意事项2、立尺、度数和记录a.读数时水准尺必须竖直，有圆水准器的尺子应使气泡居中；b.尺垫顶部和水准尺底部都不应沾泥土；c.望远镜应仔细对光，严格消除视差；d.读数要干脆清楚，记录者听到读数后边记录边复诵，字体清楚；e.读数后，记录者必须当场计算，测站检核无误后，方可搬站。3、仪器搬站时要保护好转点上的尺垫不受任何碰动自动安平水准仪AutomaticLevelLEICANA2·NAK2TOPCONAT-22A自动安平水准仪特点无水准管和微倾螺旋，测量时只需粗平（圆水准器气泡居中）；在视准轴存在微小倾斜时，可借助一种利用重力的补偿装置，利用十字丝横丝读出相当于视准轴水平时的尺上读数；操作方便，观测速度高；工程中最常用的水准仪。自动安平水准仪自动安平水准仪使用要点操作程序与微倾式水准仪基本一致；不需要“精平”这一步骤，圆水准器气泡距中后，补偿器便能起自动安平的作用；观测时应先在望远镜内观察指标窗是否全部呈绿色，即视线是否在补偿器的补偿范围内，警告指示窗全部呈绿色才能观测读数。精密水准仪PrecisionLevelSOKKIAPL1精密水准仪特点主要用于国家一、二级水准测量和高精度的工程测量中，例如建筑物沉降观测、大型精密设备安装等测量工作；水准管分划值较小，一般为mm；望远镜放大率较大，一搬不小于40倍；望远镜的亮度好，仪器结构稳定，受温度变化的影响小；为了提高读数精度，精密水准仪上设有光学测微器，最小读数可达0.05mm；精密水准仪配有精密水准尺，即铟瓦合金尺。精密水准仪管水准器观察口测微器读数窗口测微器读数窗口微倾螺旋精密水准仪测微轮调焦螺旋水平制动螺旋水平微动螺旋圆水准器精密水准仪光学测微器读数精密水准尺（铟瓦尺）数字水准仪DigitalLevelSOKKIASDL50TOPCONDL103数字水准仪特点无疲劳观测及操作，只要照准标尺聚焦，按动红色测量键即可完成标尺读数和视距测量；采用REC模块自动记录和存储数据或直接电