水准测量模板

1、 水准测量是测定高程的常用方法之一。本章主 要介绍水准测量原理和方法、水准仪的构造及使 用、水准仪测定高差的作业方法及数据处理，水 准测量误差来源及注意问题。重点是水准测量作 业方法及成果计算。难点是仪器的检校。 第二章水准测量 本章内容 2.12.1 水准测量原理 2.22.2 水准测量仪器和工具 2.32.3 水准仪的使用 2.42.4 水准测量的施测方法 2.52.5 水准测量的成果计算 2.62.6 水准仪的检校与校正 2.72.7 水准测量误差与注意事项 2.82.8 其他水准仪简介 2.12.1水准测量原理 2.1.1 高程测量的方法 1. 气压高程测量：利用地面 高度不同、大气的

2、压力也不 同，气压与海拔高度成比例 的原理来测定高程。 此法简便，但精度很低。通 常用在登山探险、资源考察 方面。 测定地面点高程的工作就叫高程测量。 2.2.三角高程测量：根据几何原理测定高差。 （精度较水准测量低，但传递快，平原、 山区均可用，特别适用于山区）。 h h =D =Dtantan h hAB AB= = h h +i-v +i-v H HB B=H=HA Ah hAB AB i h D A B hAB V 3. 3. 水准测量 利用水准仪提供的水平视线来测定两点间的高 差。 精度较高，但山区不适用。 4. GPS4. GPS卫星定位系统测定 通过接收卫星信号, ,利用电磁波空

3、中距离后方交 会来测定高程。 全天候，不受地形限制，但精度不如水准测量。 b 2.1.2 水准测量原理 水准测量：利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高差，推算未知 点高程的一种方法。 地面上A、B两点之间的高差 =后视读数-前视读数，即h A B = a - b 2.22.2水准测量仪器和工具 水准仪的类别 精密水准仪DS05DS05、DS1DS1 按精度分: :普通水准仪 DS3DS3（重点学习） 工程水准仪 DS10DS10 电子水准仪 （精密、自动安平） 按性能分： 自动安平水准仪（有精密、有普通） 微倾式水准仪 激光水准仪 D D大地测量仪器S S水准仪系列 0505、1 1、3

4、 3、1010往返观测1 1公里高差中数的偶然中 误差 （） 电子水准仪 自动安平水准仪 DS3普通水准仪 1.1.望远镜 作用：提供一条清晰的视线 分三部分 2.2.水准器 作用：整平视线 3.3.基座 作用：支承上部 2.2.1 DS32.2.1 DS3水准仪的构造 微倾螺旋 制动 螺旋 调焦螺旋 微动螺旋 各部件名称 物镜 目镜 水准管 圆水 准器 脚螺旋 制动 螺旋 粗瞄器 望远镜的构成: : 由物镜、目镜、十字丝、调焦透镜四个 部分构成 物镜的作用：成像，把目标成像于望远镜内。 目镜的作用：把目标的像放大。 十字丝的作用：用于精确瞄准目标。 调焦透镜的作用：使远近不同的物体都能够成像

5、于十字丝板上。 望远镜视准轴：物镜光心与十字丝的连线。 1. 望远镜的构造 十字丝板 十字丝板 水准管分划 值 2. 水准器 水准器分: : 圆水准器 作用是：粗略整平仪器。 水准管 作用是：精确整平视线。 符合式水准管 微倾螺旋 水准管的符合影像及气泡居中 脚螺旋的操作规律：气泡往高处走，脚螺旋 顺时针转升高，逆时针转为降低。 脚螺旋的作用：调平基座，粗略整平仪器。 3. 基座及脚螺旋 图形：粗平的操作方法示意图 气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。 2.2.2 水准标尺和尺垫 尺垫 水准尺种类 l 普通水准尺 ： 3 3米单面、双面尺 (红、黑面) l 精密水准尺 （配精密水准仪用）

6、l 条码尺 (配电子水准仪用) 水准尺种类 水准尺主要有单面尺、双面尺和塔尺 （1）双面水准尺黑红两面，成对使用， 侧多装有圆水准器 黑面起始 0，黑白相间，黑面尺（主尺） 红面起始 4.687m和4.787m，红白相间， 红面尺(辅尺) 尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻 划的尖端）注有阿拉伯数字 （2）塔尺2m5m 尺的底部为零点，尺面上黑白格相间， 每格宽度为1cm，有的为0.5cm 2.3 水准仪的使用 精平 根据水准测量原理的要求,水准仪必须提供 一条水平视线,瞄准目标,进行读数。也就是说， 读数前必须把视线调成水平。 1. 安置水准仪（将水准仪安装到脚架上） 2. 粗略整平（

7、用脚螺旋或脚架使圆气泡居中） 3. 瞄准水准尺（粗瞄-对光-精瞄-消除视差） 4. 精确整平（用微倾螺旋使符合气泡影像居中） 5. 读数（读取中丝所切的标尺高度） 水准仪的安置及使用 用脚架粗平 用脚螺旋粗平 调微倾螺旋精平 瞄准标尺 读数 瞄准读数记录 立尺 什么是视差？当眼睛在目镜处稍 微上下移动时，发现标尺的读数 （像）也有相对移动的现象称为 视差。 视差产生的原因：主要是由于调 焦不准确，目标的像没有落在十 字丝平面上（两者不重合）。 视差消除的方法：重新进行目镜、 物镜精确调焦，使十字丝与目标 成像都清晰。 十字丝平面 标尺的像 视准轴 关于视差的问题 2.42.4水准测量的施测方法

8、 2.4.1 2.4.1 水准点与水准路线形式 1. 水准点: :用水准测量方法测定高程的高程控 制点。 2. 水准测量等级：一般分为一、二、三、四 等和图根水准。 一、二、三、四等水准点为永久点，图根 点一般是临时水准点。 根据水准点等级不同，埋设要求也不同, ,见 书中P15P15。 闭合水准路线 单一形式附合水准路线 支水准路线 水准网环形网 结点网 3. 水准路线形式 已知点 支水准路线 已知点 闭合水准路线 已知点1 1 已知点2 2 附合水准路线 单一路线形式 2.4.2 水准测量外业工作 水准测量外业工作包括：选点、埋石、观测高差。 1. 选点、埋石或打桩 ( (图上初选-实地定

9、点-埋石或打桩) ) 选点要求: :尽可能沿平坦道路布设，要求土质坚硬，便于长期保存和使用的地方。 等级水准点要埋设标石。 水准点布设 (沿道路布设) 单面观测法 后视点A1A1，前视点A2A2 （1)1)在两点中间安置水准仪 （2)2)粗平 （3)3)先瞄后视点A1A1 （4)4)精平 （5)5)读记中丝读数2.345m2.345m （6)6)转瞄前视点A2A2 （7)7)精平 （8)8)读记中丝读数量0.345m0.345m （9)9)计算两点高差 h=2.345-0.345 =2.000mh=2.345-0.345 =2.000m 2.3452.3450.3450.345 测 点 读数

10、高差 （m） 后视读数 （m） 前视读数 （m） A1 A2 2.3452.345 0.3450.345 2.0002.000 2. 两点高差的观测 双面观测法( (红黑面观测法) ) （1）在两点中间安置水准仪 （2）粗平 （3）瞄准后视点（黑面） （4）精平 （5）读数A1（黑）2.345m （6）转过红面再读数A1（红） 7.032m （7) 转瞄前视点(黑面) （8) 精平 （9) 读数A2(黑)0.345m （10)转过红面再读A2(红)5.032m （11)计算黑红面高差 方向方向 点名点名 标尺读数标尺读数 K K+黑黑 - 红红 高差高差 中数中数 黑面黑面红面红面 后后A1A

11、1 前前A2A2 后后-前前 等级等级观测顺序观测顺序 等级水准 后前前后 等外水准 后后前前 测站检核方法测站检核方法：可用双面尺观可用双面尺观 测或变动仪器高观测测或变动仪器高观测. . 注意注意：由后视转向前视时，水由后视转向前视时，水 准管气泡居中才能读数，若圆准管气泡居中才能读数，若圆 水准器气泡不居中，不能再调水准器气泡不居中，不能再调 脚螺旋。脚螺旋。 2.345 7.032 0.345 5.030 2.3457.032 0.3455.030 0 +2 2.0002.002-2 2.001 3. 水准路线的观测（图根） 测站、后视点、前视点 转点：在水准测量中起传递高程作用的临时

12、立尺点。 观测方法:从已知点开始按两点间高差观测方法一站一 站地往前测，直到闭合回来或符合到另一已知点上。 记录计算 4. 水准测量技术要求 等级等级最大视距最大视距前后视距差前后视距差黑黑+K-+K-红红红黑面高红黑面高 差之差差之差 路线闭合差路线闭合差 四等四等80m80m5m5m3mm3mm5mm5mm20 20 或或6 6 图根图根100m100m10m10m4mm4mm6mm6mm40 40 或或1212 Ln Ln 后视点 前视距离 后视距离前视点 5. 观测成果检核 测站高差检核 可用双面尺观测或变动仪器高观测来检 核. 路线闭合差检核 闭合或附合路线测完后，计算路线闭合 差与

13、允许闭合差比较，若不合格，分析原因， 重测。 闭合路线高差闭合差 f fh h =h =h 附合路线高差闭合差 fh =h-fh =h-（H H终-H-H始） 2.5水准测量的成果计算 水准测量的目的是要得到各待定水准点的 准确高程。 外业测出来的是各站高差, ,并且, ,由于各方 面的原因, ,高差观测值是带有误差的，必须通过 误差处理, ,求出准确高差, ,然后再计算出各个水 准点的高程。 水准测量成果计算的内容包括: : 1. 1. 计算误差（路线闭合差），并进行精度评定。 2. 2. 误差分配，求出改正后的各段高差。 3. 3. 计算出各点高程。 2.5.1 2.5.1 水准测量计算步

14、骤： 1. 对外业记录计算进行全面检查。 2. 绘出线路图。 P30P30图2-162-16 3. . 绘好计算表格。 P31P31表2-22-2 4. 填入有关数据。 5. 计算路线闭合差，并评定精度。 6. 分配闭合差，计算改正后高差。 7. 计算各点高程。 计算实例 闭合差计算 闭合差=观测值-理论值 1. 闭合路线闭合差 f fh h= = h h观- - h h理= = h h观 2. 附合路线闭合差 f fh h= = h h观- -（H H终-H-H始） h h理=0=0 h h理= H= H终- H - H 始 精度评定 允许误差参照技术要求,图根级规定如 下: 平坦地区 fh

15、容= () 山区 fh容= () 若fh fh容 ，则合格 L40 n12 L路线长度,以km为单位； n测站总数。 闭合差分配原则 由于水准路线测量误差的大小是与测站数或 距离成正比的。因此，闭合差分配原则是：反号， 按与测站数或距离成正比分配。 即每站(或每公里)高差改正数 V1= - fV1= - fh h/ / n n 或 V1= - fV1= - fh h/ / S S V1 V1一个站或一公里的改正数； n n 全路线测站数总和； S S全路线总长，以公里为单位。 若这一段有5 5 个站，则这一段的改正数为 5V1 5V1 ；若这一段长是0.50.5公里, ,则这段改正数为 0.5

16、V10.5V1。 1. 闭合水准路线计算 =48 2. 附合水准路线计算 点点 名名 测站测站 数数 高差高差 高程（高程（m m）点名点名 观测高差观测高差 （m m） 改正数改正数 （mmmm） 改正后高改正后高 差（差（m m） A A 2 2+2.150+2.150+6+6+2.156+2.156 80.00080.000A A 82.15682.156B B B B 2 2-1.506-1.506+6+6-1.500-1.500 80.65680.656C CC C 3 3-0.502-0.502+9+9-0.493-0.493 D D 80.16380.163D D 3 3+1.8

17、28+1.828+9+9+1.837+1.83782.00082.000 E E E E 1010+1.970+1.970+30+30+2.000+2.000 辅助计算辅助计算: : h =h = +1.970+1.970m m h h = = +1.970 +1.970 2.000 =-0.03=-30 2.000 =-0.03=-30 h h容 容 = = 1212 = = 38 38 h h 合格 合格 每站改正数每站改正数V1 =V1 = - - h h / / n=- -30/10=+3 n=- -30/10=+3 n 2. 附合水准路线计算 点点 名名 测站测站 数数 高差高差 高

18、程（高程（m m）点名点名 观测高差观测高差 （m m） 改正数改正数 （mmmm） 改正后高改正后高 差（差（m m） A A 2 2+2.150+2.150 80.00080.000A A B B B B 2 2-1.506-1.506 C CC C 3 3-0.502-0.502 D D D D 3 3+1.828+1.82882.00082.000 E E E E 辅助计算辅助计算: : h =h = h h = = h h容 容 = = 1212 每站改正数每站改正数V1 =V1 = n 2.6.1 水准仪的主要轴系及应满足的几何关 系 主要轴系 1. 仪器的竖轴 2. 望远镜视准轴

19、 3. 圆水准器轴 4. 水准管轴 应满足的几何关系 1. 竖轴圆水准器轴 2. 水准管轴视准轴（主要条件） 3. 十字丝应水平 2.62.6水准仪的检校与校正 2.6.2 水准仪检验与校正 检验原理： 检验方法：粗平后转180180观察 气泡偏离情况。 校正方法：各调一半 1.竖轴圆水准器轴的检校 2.2.十字丝横丝的检校 3. 水准管轴视准轴的检校（i i角的检校） 检验原理： 检验方法：中端点法 （1)1)在平坦地段量一段距离80m80m，定两点A A和B B，并立上水准 尺。 （2 2）先在中点安仪器，测出ABAB两点的正确高差h hAB AB=a =a1 1-b-b1 1 （改变仪器

20、高测两次取中数） （3 3）把仪器搬到离端点A A或B B约3m3m处安置，再测高差 h hAB AB =a =a2 2-b-b2 2 若中点与端点所测高差相等，则i i角为0 0，说明 水准管轴视准轴。 若不等，说明条件不满足，如果差值大于4 4 则要校正。( (或i=i=h h /D i/D i角2020则要校 正) ) 校正方法：在端点校正。先计算b b2 2正= a= a2 2 h hAB AB ，然后调微倾螺旋使中丝对准正确读数， 此时水准管气泡不居中，再校正水准管。反复 进行。 关于i i角的问题 什么是i i角？ i i角是水准管轴不平行视准轴所形成的小角。 i i角对标尺读数和

21、高差的影响 与距离成正比，距离越大，对读数的影响越大。 若前后视距离相等，则i i角对前后视读数的影响相等。对高 差没有影响。 若 D1=D2 D1=D2 1 =1 =2 2 则 h=(a+h=(a+1) 1) (b+ (b+ 2)= a - b2)= a - b i i角误差是仪器的残余误差，属于系统误差。 消除方法：可以通过中间法（即前后视距相等）消除其对 高差的影响。 i i角检验举例 两点距离80m，中间站测得两点高差 h1=+0.235m, h2=+0.231m,搬到后视点附近后,测得后视读 数为1.053m,前视读数为0.810m,问仪器i角有 多大？视线偏上或偏下？如何校正？ 解

22、:正确高差h=+0.233m, 端点测得高差h=1.053-0.810=+0.243mh 所以有i角存在， h= h - h = -10 i角= h/D=-10206265/80000=-26 视线偏下。 校正:先计算正确的前视读数 b正=a-h=1.053-0.233=0.820 m 然后用微倾螺旋使中丝对准确0.820 m处, 此时再用校正针调水准管校正螺钉使气泡居中 即可。 校正后还需再检验一次，直到符合要求 为止。 2.7 水准测量误差与注意事项 2.7.1 2.7.1 水准测量误差来源 1.1.仪器、工具残余误差 主要有：i i角误差，标尺分划误差，尺零 点差，十字丝中丝不水平误差等

23、。 2.2.人为误差( (观测误差) ) 气泡居中误差，读数误差，调焦误差、立 尺误差等。 3.3.外界环境影响 风、气温、大气折光、地球曲率、光线明 暗等。 1.1.作业前仪器、工具要检校合格； 2.2.仪器尽可能放在中间（前后视距相等）； 3.3.读数前一定要注意水准管气泡居中； 4.4.观测时注意消除视差，估读要准确； 5.5.测站检核，计算检核，防止出错； 6.6.立尺要直、稳； 7.7.选择合适的观测时间。 前后视距相等，可以消减i i角误差、地球曲 率和大气折光对高差的影响。 2.7.2 水准测量时应注意的问题 2.8 2.8 其他水准仪简介 2.8.1 2.8.1 精密水准仪介绍

24、 1.精密水准仪的构造及特点 老式的精密水准仪构造 与DS3类似，也是由三个部 分构成。但老式的精密水准 仪个头大，质量也是DS3的 几倍，望远镜镜筒特别长、 特别大，光学性能非常好， 放大倍数通常在40倍，清晰 度非常高，水准管的灵敏度 高，还装有光学测微器，可 以估读到0.05mm。 老式精密水准仪 精密电子水准仪 精密水准仪 2.使用方法 与DS3水准仪安置方法一样，光学测微式精密水准仪 读数稍复杂一点，要加上测微器上的精确值。与之配套的 精密水准尺，由特钢做成，变形系数非常小。每公里高差 中误差小于1mm。 2.8.2 2.8.2 自动安平水准仪介绍 1.自动安平水准仪的 构造特 点

25、2.2.使用方法 ( (最大特点: :不用精 平) ) 安置粗平瞄准读数记 录 1.构造特点 电子水准仪 电子水准仪构造及测量原理 2.2.使用方法：安置粗平瞄准测量记录 水准路线高差闭合差的调整与高程计算示例 点号 测站 数 高差（m） 改正后高差 （m） 高 程 （m） 观测值改正值 BM A39.833 1 2 3 BM B48.646 辅 助 计 算 水准路线高差闭合差的调整与高程计算示例 BMA BM B 1 23 h=+8.364 h= -1.433h= -2.745 h=+4.661 n=8 n=3 n=4 n=5 点号 测站 数 高差（m） 改正后高差 （m） 高 程 （m） 观测值改正值