第3章水准测量修改新1

1、第三章第三章 水准测量水准测量3.1 水准测量原理水准测量原理3.2 水准仪构造及使用水准仪构造及使用3.3 水准测量的施测方法水准测量的施测方法3.4 水准测量的校核与高程计算水准测量的校核与高程计算3.5 水准仪类型简介水准仪类型简介3.6 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正内容提要内容提要 3.1 水准测量原理水准测量原理 一、水准测量概述一、水准测量概述 获得某点的高程；一般测高差，根据已知点的高获得某点的高程；一般测高差，根据已知点的高程，求算未知点的高程程，求算未知点的高程 水准测量水准测量（采用水准仪和水准尺根据水平视线测（采用水准仪和水准尺根据水平视线测定两点的高差，适用于平

2、坦地区）定两点的高差，适用于平坦地区） 三角高程测量三角高程测量（用经纬仪和测距仪测定垂直角和（用经纬仪和测距仪测定垂直角和距离，按照三角原理计算两点间的高差，适用于非距离，按照三角原理计算两点间的高差，适用于非平坦地区）平坦地区）二、水准测量原理二、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，根据已知点高程推求未知点高程。定两点间的高差，根据已知点高程推求未知点高程。如图：如图：视线高法Hi= HA+ aHB= Hib高差法当a b时，hAB 为正，B高于A ；当a b时， hAB 为负，B低于A。 hAB = a b

3、 HB = HA + hAB 高高差法：差法：利用高差计算高程。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）（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用） 视线高法视线高法：利用视线高计算高程。：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）（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用） 水准测量所使用的仪器、工具水准测量所使用的仪器、工具： 水准仪水准仪 水准尺水准尺 尺垫尺垫一、水准仪的分类一、水准仪的分类 按构造来分按构造来分 可分为三类，即微倾水准仪，自动安平水准仪可分为三类，即微倾水准仪，自动安平水准仪和激光水准仪。和激光水准仪。 按精度指标划分按精度指标划分 我国水

4、准仪按照仪器所能达到的每公里我国水准仪按照仪器所能达到的每公里 往返高差平均数的中误差这一精度来划分，共分四个精度等往返高差平均数的中误差这一精度来划分，共分四个精度等级：级： 一等水准测量：一等水准测量： DS0.5 二二 等水准测量：等水准测量：DS1 三、四等水准测量三、四等水准测量 ：DS3 一般工程测量使用：一般工程测量使用：DS10 本节主要介绍本节主要介绍DS3 型水准仪。型水准仪。 3.2 水准仪构造及使用水准仪构造及使用二、微倾水准仪构造二、微倾水准仪构造主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。1.望远镜：是水准仪的主要部件，是用来瞄准目标

5、的。它是是水准仪的主要部件，是用来瞄准目标的。它是由由物镜、对光透镜、十字丝分划板及目镜组成。物镜、对光透镜、十字丝分划板及目镜组成。它们固定在一它们固定在一个镜筒内，当转动调焦螺旋时，可使凹透镜做前后移动，达到个镜筒内，当转动调焦螺旋时，可使凹透镜做前后移动，达到物像清晰的目的。物像清晰的目的。 十字丝分划板装在十字丝环上，通过校正螺旋固定在十字十字丝分划板装在十字丝环上，通过校正螺旋固定在十字丝环上。瞄准目标或在水准尺上读数时，以十字丝交点为准。丝环上。瞄准目标或在水准尺上读数时，以十字丝交点为准。 视准轴：物镜中心 与十字丝交点的连线。放大率一般为2530倍。 2 2、水准器、水准器 水

6、准器是利用液体受重力作用后气泡居最高处的特性，使水准器水准器是利用液体受重力作用后气泡居最高处的特性，使水准器的一条特定的直线位于水平或竖直的一种装置。的一条特定的直线位于水平或竖直的一种装置。水准器的作用水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。：整平仪器，使视准轴处于水平位置。（气泡中心偏离零点（气泡中心偏离零点2mm 2mm 所对的圆心角）所对的圆心角）圆水准器圆水准器 装在托板上作为粗略整平用。装在托板上作为粗略整平用。 圆水准器是用一个玻璃盒制成，装在金属圆水准器是用一个玻璃盒制成，装在金属外壳内。玻璃的内表面磨成球面。中央刻外壳内。玻璃的内表面磨成球面。中央刻有一小圆圈。圆圈中

7、心与它所在球心的连有一小圆圈。圆圈中心与它所在球心的连线叫做圆水准器轴。当气泡位于小圆圈中线叫做圆水准器轴。当气泡位于小圆圈中央时，圆水准器轴处于铅锤位置。央时，圆水准器轴处于铅锤位置。精度：一般为 8 10/2mm 管水准器 (OLL（1）水准管： 由玻璃圆管制成，其纵面方向内表面被磨成一定半径的圆弧，由玻璃圆管制成，其纵面方向内表面被磨成一定半径的圆弧，管内注满酒精和乙醚，加热封闭冷却以后，管内形成空隙为液管内注满酒精和乙醚，加热封闭冷却以后，管内形成空隙为液体的蒸汽充满，为水准气泡。体的蒸汽充满，为水准气泡。水准管的零点：水准管的零点：水准管表面刻有水准管表面刻有2mm间隔的分划线，分划

8、线与间隔的分划线，分划线与水准管的圆弧中点水准管的圆弧中点O对称，对称，O点称为水准管的零点。点称为水准管的零点。水准管) 水准管轴水准管轴：通过水准管的零点作圆弧的切线，称水准管轴。通过水准管的零点作圆弧的切线，称水准管轴。 气泡居中气泡居中：气泡的中点与水准管的零点重合时，称气泡居中。气泡的中点与水准管的零点重合时，称气泡居中。 作用：精确整平作用：精确整平 结构：如图所示结构：如图所示 精度：一般精度：一般= 20/2mm = 20/2mm 水准管的分划值水准管的分划值： 气泡中心偏离零点气泡中心偏离零点2mm2mm所对的圆心角。所对的圆心角。 公式：公式： R2DS3 : R=20.6

9、265米，米， =20分析： R越大，越小，则用以导致仪器某部分成为水平位置或竖直位置及测定倾斜角的精度也就越高。即灵敏度越高。符合水准器符合水准器作用作用：调整水准仪观测视线处于水平状态的精密整平装置。：调整水准仪观测视线处于水平状态的精密整平装置。构成构成：由一个管水准器和一个棱镜组构成。：由一个管水准器和一个棱镜组构成。应用原理：利用光学反射原理，使水准气泡应用原理：利用光学反射原理，使水准气泡A端半影像按端半影像按1、2、3、4 的方向反映在显示窗上，的方向反映在显示窗上，B 端半影像从另一个棱镜开始按端半影像从另一个棱镜开始按A端同样方式反映在显示窗上。端同样方式反映在显示窗上。轴

10、座：承托仪器脚螺旋：粗略整平连接板：连三角架3、基座三、水准尺和尺垫1 1、水准尺、水准尺塔尺塔尺 ：可以伸缩，一般全长：可以伸缩，一般全长3m3m、5m5m，用于等外水准测量。，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长双面尺：不可伸缩，一般全长3m3m，用于三、四等水准测量。用于三、四等水准测量。2 2、尺垫、尺垫三角形铸铁三角形铸铁,中央有一突起的半球顶。中央有一突起的半球顶。 仅仅在转点处竖立水准尺时使用，在转点处竖立水准尺时使用， 防止点位防止点位移动和水准尺下沉。移动和水准尺下沉。四、微倾水准仪的使用四、微倾水准仪的使用1、安置仪器、安置仪器 高度适中、架头大致水平，固定仪器，使

11、脚螺旋高度适中、架头大致水平，固定仪器，使脚螺旋处于螺丝的中间位置。处于螺丝的中间位置。2、粗略整平、粗略整平 目的：使圆水准气泡居中，竖轴大致铅垂。目的：使圆水准气泡居中，竖轴大致铅垂。 操作步骤操作步骤 ：固定两个架腿，调整第三个架腿前：固定两个架腿，调整第三个架腿前后左右移动，使圆水准气泡脱离圆水准器边缘。注意后左右移动，使圆水准气泡脱离圆水准器边缘。注意气泡移动方向与架腿移动方向相反。气泡移动方向与架腿移动方向相反。 操作步骤操作步骤 ：调整脚螺旋使圆水准器气泡居中。调整脚螺旋使圆水准器气泡居中。注意气泡移动方向与左手大拇指移动方向相同。注意气泡移动方向与左手大拇指移动方向相同。“左手

12、大拇指法”整平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。3 3、瞄准水准尺、瞄准水准尺 目的：使目标和十字丝成像清晰。目的：使目标和十字丝成像清晰。 步骤：步骤： 初步瞄准初步瞄准（用准星对准目标）（用准星对准目标）( (制动螺旋制动螺旋) ) 目镜调焦目镜调焦（使十字丝清晰）（目镜调焦）（使十字丝清晰）（目镜调焦） 物镜调焦物镜调焦（目标成像清晰）（对光螺旋）（目标成像清晰）（对光螺旋） 精确瞄准精确瞄准（纵丝对准目标）（水平微动）（纵丝对准目标）（水平微动）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

13、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用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数四位数字。如图的读数 0.860m注意：读数前必须精平， 精平后立即读数。几个概念1 1、测站：测量仪器所安置的地点。、测站：测量仪器所安置的地点。2 2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。3 3、后视：水准路线的后视方向。、后视：水准路线的后视方向。4 4、前

14、视：水准路线的前视方向。、前视：水准路线的前视方向。5 5、视线高程：后视高程、视线高程：后视高程+ +后视读数。后视读数。6 6、视距：水准仪至标尺的水平距离。、视距：水准仪至标尺的水平距离。7 7、水准点：水准测量的固定标志。、水准点：水准测量的固定标志。8 8、 水准点高程：指标志点顶面的高程。水准点高程：指标志点顶面的高程。9 9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。33 水准测量的方法 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

15、点之间，设3个临时性的转点。 A、B两点高差计算的一般公式：hAB= =niiiba1）（nihi1ATP1TP2TP3a1b1a2b2a3b3a4b4b2b4A二、水准测量作业应注意的事项二、水准测量作业应注意的事项1在水准测量过程中，前后视距大致相等，且视线在水准测量过程中，前后视距大致相等，且视线长度不能大于长度不能大于100米。米。2转点上，尺垫不能移动。转点上，尺垫不能移动。3读数时，符合水准气泡应居中，注意消除视差。读数时，符合水准气泡应居中，注意消除视差。扶尺员要将尺子扶直，观测过程中，不能碰动脚架。扶尺员要将尺子扶直，观测过程中，不能碰动脚架。34 水准测量的校核与计算高程水准

16、测量的校核与计算高程1.闭合水准路线闭合水准路线闭合差的计算：h测= h1+h2+h3+ + hn h理= 0 fh = h测 h理= h测一、水准路线的布设形式及闭合差的概念一、水准路线的布设形式及闭合差的概念水准测量时，一般将已知水准点和待水准测量时，一般将已知水准点和待 测水准点测水准点组成一条水准路线组成一条水准路线2.附合水准路线 附和水准路线闭合差的计算： h测=h1+h2+h3+ + hn h理=H终 H始 fh = h测 h理= h测（H终 H始）3.支水准路线支水准路线闭合差的计算： h测= h往+ h返 h理= 0 fh = h测 h理= h往+ h返 二、水准测量的精度二

17、、水准测量的精度在水准测量中，由于仪器本身的误差，水准尺本身在水准测量中，由于仪器本身的误差，水准尺本身长度的误差，读数误差等因素的影响，使测得的高差长度的误差，读数误差等因素的影响，使测得的高差值总含有误差。根据各种误差的产生规律和实践总结，值总含有误差。根据各种误差的产生规律和实践总结，规范中规定了误差的允许范围。用规范中规定了误差的允许范围。用fh容容表示。表示。 不同的测量等级，误差的允许范围不同。就普通水准测量而言，高差闭合差的允许值为： 平坦地区： 山区 ：三、水准测量的校核方法与平差三、水准测量的校核方法与平差、测站检核 目的：保证前后视读数的正确。（1）变动仪器高法 在同一测站

18、上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|h | 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。 在水准测量的施测过程中，测站检核在水准测量的施测过程中，测站检核 只能检核一个测站上是否存在错误或误只能检核一个测站上是否存在错误或误 差是否超限；差是否超限； 计算检核只能发现每页计算是否有误；计算检核只能发现每页计算是否有误； 对一条水准路线来讲必须进行路线检核。对一条水准路线来讲必须进行路线检核。 2、路线校核与平差 （1）附合水准路线的内业计算）附合水准路线的内业计算 如图为一附合水准路线：如图为一附合水准路线：A、

19、B为已知水准点，为已知水准点，HA =65.376m ， HB =68.623m点点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：距离见下图： kmLnh0 .18575.1111kmLnh2 .112036.2222kmLnh4 .114742.1333kmLnh2 .216446.1444AB123前进方向点点 号号 距离距离 （kmkm）高差（高差（m m）改正数改正数（mmmm）改正后高改正后高差（差（m m）高程（米）高程（米）BM1BM10.950.95-1.960-1.960-12-12-1.972-1.972200.000200.0

20、001 1198.028198.0281.21.2-1.420-1.420-16-16-1.436-1.4362 2196.592196.5920.750.75+1.805+1.805-10-10+1.795+1.7953 3198.387198.3871 110101.6281.628-15-15+1.613+1.613BM1BM1200.000200.0004 4+0.053+0.053-53-53 0 0闭合水准测量成果计算闭合水准测量成果计算3.5 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正（2） 管水准器轴 用LL表示（3） 竖轴 用VV表示（4） 圆水准器轴 用LL表示 它们应满足的轴线关系：CC平行于LL，VV平行于LL，十字丝横丝应垂直于VV。 一、水准仪主要轴线及其应满足关系（1）视准轴）视准轴 物镜光心与十字