第二章铁路测量基本知识

1、第二章第二章 测量学 一、目的：获得某点的高程；一般测高差，一、目的：获得某点的高程；一般测高差， 根据已知点的高程，求算未知点的高程根据已知点的高程，求算未知点的高程 二、方法：二、方法： 水准测量（采用水准仪和水准尺根据水平水准测量（采用水准仪和水准尺根据水平 视线测定两点的高差，适用于平坦地区）视线测定两点的高差，适用于平坦地区） 三角高程测量（用经纬仪和测距仪测定垂三角高程测量（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直角和距离，按照三角原理计算两点间的高 差，适用于非平坦地区）差，适用于非平坦地区） 2 21 1 高程测量概述高程测量概述 水准测量原理水准测量原

2、理 AB h B H A H a b 用一条水平视线比较两点的高低用一条水平视线比较两点的高低 高差高差bahAB 高程高程 ABAB hHH a a：后视读数：后视读数 b b：前视读数：前视读数 1 1、高差法、高差法 2 2、仪高法、仪高法 视线高程：视线高程： B B点高程：点高程： aHH Ai bHH iB B B点高程通过水准仪的视线高程计算点高程通过水准仪的视线高程计算 AB h B H A H a b 为统一全国的高程系统，我国采用黄海为统一全国的高程系统，我国采用黄海 平均海水面作为全国高程系统的基准面，平均海水面作为全国高程系统的基准面， 在该面上的任一点，其绝对高程为零

3、在该面上的任一点，其绝对高程为零 (zero elevation) (zero elevation) 。为确定这个基准面，。为确定这个基准面， 在青岛设立国家水准原点，经测定，水准在青岛设立国家水准原点，经测定，水准 原点的高程为原点的高程为72.260m72.260m 三、水准原点三、水准原点 1956 1956黄海高程系统黄海高程系统 ： 根据（根据（19501950年年 19561956年）的潮汐观测资料年）的潮汐观测资料 19851985年黄海高程系统：青岛验潮站年黄海高程系统：青岛验潮站19521952 年年19791979年的潮汐观测资料，年的潮汐观测资料，19851985年国家高

4、年国家高 程基准已于程基准已于19871987年年5 5月开始启用，月开始启用，19561956年黄年黄 海高程系同时废止。海高程系同时废止。 19851985年国家高程基准高程年国家高程基准高程=1956=1956年黄海年黄海 高程高程-0.029m-0.029m。 黄海高程系统黄海高程系统 从水准原点出发，用一、二、三、四等从水准原点出发，用一、二、三、四等 水准测量在全国范围内测定一系列水准点水准测量在全国范围内测定一系列水准点 的高程。（的高程。（BMBM：benchmarkbenchmark） 四、水准测量等级四、水准测量等级 一、二等水准测量称为一、二等水准测量称为“精密水准精密水

5、准 测量测量”，是国家高程全面控制的基础，是国家高程全面控制的基础， 又可以为研究地壳形变、地面沉降、地又可以为研究地壳形变、地面沉降、地 震预报等提供数据。一般大、中城市都震预报等提供数据。一般大、中城市都 建立了独立的二等水准网作为本地区的建立了独立的二等水准网作为本地区的 高程基础（高程系统）。高程基础（高程系统）。 三、四等水准测量直接为地形测量和三、四等水准测量直接为地形测量和 各种工程建设提供必须的高程控制依据。各种工程建设提供必须的高程控制依据。 二等水准点二等水准点 五、水准面曲率对水准测量的影响五、水准面曲率对水准测量的影响 如果距离相等，则影响抵消。如果距离相等，则影响抵消

6、。 A A B B 大地水准面大地水准面 过水准仪的水准面过水准仪的水准面 过过B B点的水准面点的水准面 过过A A点的水准面点的水准面 a b a b AB h B H A H 两点间距离远或高差大，不可能安置一两点间距离远或高差大，不可能安置一 侧仪器即可测得两点间的高差，应该在水侧仪器即可测得两点间的高差，应该在水 准路线中间加设若干个临时的立尺点，称准路线中间加设若干个临时的立尺点，称 转点（转点（TPTP：Turning PointTurning Point），转点的作），转点的作 用是传递高程。用是传递高程。 （测段、测站、转点）（测段、测站、转点） 六、连续水准测量：六、连续水

7、准测量： n i n i iiiAB bahh 11 )( A A TP1 TP2 B b2 a2 a3 b1 a1 b3 AB h 333 222 111 bah bah bah 一、水准尺和尺垫一、水准尺和尺垫 1 1、用干燥优质木材、铝材或玻璃钢制成，长、用干燥优质木材、铝材或玻璃钢制成，长 度有度有2m2m、3m3m、5m5m；有整尺、折尺和塔尺。；有整尺、折尺和塔尺。 黑面尺：黑面尺：00000000； 红面尺：（红面尺：（46874687或或47874787：称零点差）：称零点差） 2 2、尺垫：由平面为三角形的铸铁制成，下面、尺垫：由平面为三角形的铸铁制成，下面 有三个尖角，踩入

8、土中，比较稳定；上面有有三个尖角，踩入土中，比较稳定；上面有 一突起的半球形。一突起的半球形。 2 22 2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 1 1、等级：按精度分为、等级：按精度分为DSDS05 05， ，DSDS1 1，DSDS3 3，DSDS10 10 。 。 D D：大地；：大地；S S：水准仪；下标：每公里水准：水准仪；下标：每公里水准 测量的误差，以毫米计。测量的误差，以毫米计。 DSDS05 05， ，DSDS1 1：精密水准仪；：精密水准仪； DSDS3 3，DSDS10 10：工程水准仪或普通水准仪 ：工程水准仪或普通水准仪 二、水准仪二、水准仪 No Image 水准尺和尺垫

9、水准尺和尺垫 水准尺的刻划水准尺的刻划 望远镜（提供视线，读出远处水准尺上望远镜（提供视线，读出远处水准尺上 的读数）的读数） 水准管（指示仪器或视线是否处于水平水准管（指示仪器或视线是否处于水平 位置）位置） 基座（支撑仪器的上部并能使仪器的上基座（支撑仪器的上部并能使仪器的上 部在水平方向转动）部在水平方向转动） 2 2、构造：、构造： 望远镜望远镜 圆水准器圆水准器 管水准器管水准器 （水准管）（水准管） 基座基座 DSDS3 3水准仪水准仪 组成：物镜和目镜组成：物镜和目镜 物镜：倒立的实像（透镜组合：正立像）物镜：倒立的实像（透镜组合：正立像） 目镜：正立的放大的虚像目镜：正立的放大

10、的虚像 分划板：刻在薄玻璃片上的三根横丝和一分划板：刻在薄玻璃片上的三根横丝和一 根纵丝。根纵丝。 （中丝：读取水准尺的读数；上丝和下丝，（中丝：读取水准尺的读数；上丝和下丝， 又称视距丝：测定水准仪到水准尺的距离）又称视距丝：测定水准仪到水准尺的距离） 二、望远镜二、望远镜：（瞄准远处的目标和读数）：（瞄准远处的目标和读数） 1 1、视准轴：物镜光心和十字丝交点的连线。、视准轴：物镜光心和十字丝交点的连线。 No Image 物镜物镜目镜目镜 十字丝分划板十字丝分划板 调焦透镜调焦透镜物镜调焦螺旋物镜调焦螺旋 物镜调焦螺旋：目标清晰，精确瞄准目标。物镜调焦螺旋：目标清晰，精确瞄准目标。 物镜

11、与十字丝分划板之间的距离是固定不物镜与十字丝分划板之间的距离是固定不 变的，变的， 由目标发出的光线在望远镜内的成像的位由目标发出的光线在望远镜内的成像的位 置随着目标的远近而改变，置随着目标的远近而改变， 需要转动物镜调焦螺旋移动调焦透镜，使需要转动物镜调焦螺旋移动调焦透镜，使 目标成像与十字丝分划板重合。目标成像与十字丝分划板重合。 目镜调焦螺旋：十字丝像清晰目镜调焦螺旋：十字丝像清晰 视差：如果目标像与十字丝平面不重合，观测视差：如果目标像与十字丝平面不重合，观测 者的眼睛上下、左右移动时，发觉目标像与十者的眼睛上下、左右移动时，发觉目标像与十 字丝之间有相对移动，这种现象称字丝之间有相

12、对移动，这种现象称“视差视差”。 消除视差：转动目镜调焦螺旋，十字丝清晰；消除视差：转动目镜调焦螺旋，十字丝清晰； 转动物镜物镜调焦螺旋，目标像清晰。转动物镜物镜调焦螺旋，目标像清晰。 2 2、性能：、性能： 放大率：通过望远镜所看到物象的视角与肉眼放大率：通过望远镜所看到物象的视角与肉眼 直接看物体的视角之比。直接看物体的视角之比。 分辨率：望远镜能够分辨出两个相邻物点的能分辨率：望远镜能够分辨出两个相邻物点的能 力。力。 视场角：望远镜所能看到的视野范围。视场角：望远镜所能看到的视野范围。 亮度：通过望远镜所能看到物体的明亮程度。亮度：通过望远镜所能看到物体的明亮程度。 水准气泡水准气泡：

13、由玻璃圆管制成，内壁被磨 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2mm间隔 的分划线，分划线与水准管的圆弧中点O对 称，O点称为水准管的零点。 三、水准器（水准管和圆水准器）水准器（水准管和圆水准器） No Image 1、 水准管水准管： 水准管轴：通过水准管的零点作圆弧水准管轴：通过水准管的零点作圆弧 的切线，称水准管轴。的切线，称水准管轴。 气泡居中：气泡的中点与水准管的零气泡居中：气泡的中点与水准管的零 点重合时，称气泡居中。点重合时，称气泡居中。 水准管的安装：装在圆柱形的上面揩

14、水准管的安装：装在圆柱形的上面揩 油窗口的金属管内，用石膏固定，一端油窗口的金属管内，用石膏固定，一端 用球形支点用球形支点A A，另一端用校正螺丝，另一端用校正螺丝B B、C C把把 金属管连在仪器上。金属管连在仪器上。 特点特点 封闭的圆形玻璃容器；封闭的圆形玻璃容器； 顶盖的内表面为球面；顶盖的内表面为球面； 容器内盛乙醚类液体；容器内盛乙醚类液体； 留有一小圆气泡。留有一小圆气泡。 2 2、圆水准器、圆水准器 No Image 零点零点 ：容器顶盖中央刻有小圈，小圈的：容器顶盖中央刻有小圈，小圈的 中心是圆水准器的零点。中心是圆水准器的零点。 圆水准器轴：通过零点的球面法线是圆圆水准器

15、轴：通过零点的球面法线是圆 水准器的轴。水准器的轴。 （圆水准器气泡居中，圆水准器轴位于铅（圆水准器气泡居中，圆水准器轴位于铅 垂位置）垂位置） 四、各级水准仪的技术参数四、各级水准仪的技术参数 工程水准工程水准 测量测量 2828 2020 DSDS10 10 三、四等三、四等 水准测量水准测量 3838 2828 DSDS3 3 二等水二等水 准测量准测量 4747 3838 DSDS1 1 5555 放大倍数不小放大倍数不小 于（倍）于（倍） 物镜有效孔径物镜有效孔径 不小于不小于 mmmm DSDS05 05 一等水准一等水准 测量测量 4242 水准仪等级水准仪等级 主要用途主要用途

16、 望远镜望远镜 每千米水准测量高差中每千米水准测量高差中 误差（误差（mmmm） 项目项目 5 . 00 . 10 . 310 一、三角架：三角架： 1、松开松开3 3个制动螺旋，个制动螺旋，伸缩架 腿，三角架高度适当，旋紧制动 螺旋； 2、三角等距分开，三角等距分开，使架头大 致水平； 3、取出水准仪，取出水准仪，放在架头上， 连接螺旋旋入水准仪基座的螺孔 内； 23 水准仪的使用水准仪的使用 粗略整平仪器，使圆水准器气泡居中。粗略整平仪器，使圆水准器气泡居中。 转动脚螺旋（和左手大拇指移动方向一致）转动脚螺旋（和左手大拇指移动方向一致） 方法：两手同时反方向转动两个脚螺旋；方法：两手同时反

17、方向转动两个脚螺旋； 再转动另一脚螺旋。再转动另一脚螺旋。 二、粗平二、粗平 No Image 望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦，望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦， 使十字丝和水准尺像清晰使十字丝和水准尺像清晰 1 1、转动目镜，进行调焦，十字丝清晰；、转动目镜，进行调焦，十字丝清晰； 2 2、 准星：照准目标，制动螺旋；准星：照准目标，制动螺旋； 3 3、调焦螺旋：物象清晰；、调焦螺旋：物象清晰； 4 4、微动螺旋：十字丝竖丝照准水准尺。、微动螺旋：十字丝竖丝照准水准尺。 三、瞄准三、瞄准 微倾螺旋微倾螺旋 调焦螺旋调焦螺旋 水平微动螺旋水平微动螺旋 目镜调焦螺旋目镜调焦螺旋 准星准

18、星 水准管水准管 圆水准器圆水准器 微倾螺旋，水准管气泡居中。 四、精平四、精平 No Image 十字丝中丝在水准尺上的读数十字丝中丝在水准尺上的读数: : 0.858m 0858mm 0.858m 0858mm 五、读数五、读数 No Image 07970797 09000900 一、水准点：永久性和临时性一、水准点：永久性和临时性 永久性：混凝土制成标识，标识顶部有金属永久性：混凝土制成标识，标识顶部有金属 标志，顶部标志该点的高程。标志，顶部标志该点的高程。 临时性：大木桩打入地面，桩顶钉入铁钉。临时性：大木桩打入地面，桩顶钉入铁钉。 2 24 4 水准测量的方法水准测量的方法 No

19、 Image No Image No Image 在水准点之间进行水准测量所经过的路线，在水准点之间进行水准测量所经过的路线， 称水准路线。称水准路线。 分类：分类： 1 1、闭合水准路线：从某一已知高程的水准、闭合水准路线：从某一已知高程的水准 点出发，经过若干待定的水准点点出发，经过若干待定的水准点1 1、2 2、3 3、4 4 进行水准测量，最后仍回到原水准点，称闭进行水准测量，最后仍回到原水准点，称闭 合水准路线。合水准路线。 （各相邻点间高差的总和理论为零，可以作（各相邻点间高差的总和理论为零，可以作 为观测正确性的检核）为观测正确性的检核） 二、水准路线二、水准路线 2 2、附和水

20、准路线：从一已知高程的水准点、附和水准路线：从一已知高程的水准点 出发，沿各高程待定的水准点进行水准测量，出发，沿各高程待定的水准点进行水准测量， 最后附和到另一个已知高程的水准点。最后附和到另一个已知高程的水准点。 （高差总和理论等于两端已知点间的高差）（高差总和理论等于两端已知点间的高差） 3 3、支水准路线：从一个已知高程的水准点、支水准路线：从一个已知高程的水准点 出发，沿各高程待定的水准点进行水准测出发，沿各高程待定的水准点进行水准测 量，其路线既不闭合也不附和，称支水准量，其路线既不闭合也不附和，称支水准 路线。路线。 （往返测量，往测高差与返测高差的总和（往返测量，往测高差与返测

21、高差的总和 绝对值相等，符号相反。可以通过往返测绝对值相等，符号相反。可以通过往返测 量徕检核）量徕检核） No Image 1 1、方法：起始点立后视尺；选转点立、方法：起始点立后视尺；选转点立 前视尺；中间架水准仪；前视尺不动；后前视尺；中间架水准仪；前视尺不动；后 视尺前移；中间架水准仪。视尺前移；中间架水准仪。 三、施测方法三、施测方法 No Image 2 2、水准测量记录手簿、水准测量记录手簿 测站测站测点测点 水准尺读数水准尺读数高差高差 高程高程备注备注 A A TP1TP1 TP2TP2 TP3TP3 TP4TP4 B B 14671467 13851385 18691869

22、 14251425 13671367 11241124 16741674 09430943 12121212 17321732 0.3430.343 0.2890.289 0.9260.926 0.2130.213 0.3650.365 27.35427.354 28.18228.182 计算检核计算检核 7.5137.5136.6856.6851.4821.482 0 .6540 .654 28.182 28.182 27.35427.354 =0.828=0.828 6.6856.685 =0.828=0.828 0.6540.654 =0.828=0.828 后视后视前视前视 四、水准测

23、量的检核四、水准测量的检核 1 1、计算检核：、计算检核： hh aabbH HB BH HA A 2 2、测站检核：、测站检核： 变仪器高法（高差容许值：变仪器高法（高差容许值：6mm6mm） 双面尺法（水准尺黑面和红面读数之差：双面尺法（水准尺黑面和红面读数之差：3mm3mm；两次；两次 高差之差：高差之差：5mm5mm） 3 3、成果检核、成果检核（水准路线）（水准路线） 附和水准路线：理论：附和水准路线：理论：hh H H终终H H起起 实际：实际： hHhH终终H H起起 高程闭合差：高程闭合差： f fh hhh（ H H终终H H起起 ） 闭合水准路线：闭合水准路线： 理论：理论

24、：hh 0 0； 实际： 实际： h0h0 高程闭合差：高程闭合差： f fh hhh 支水准路线：支水准路线： 理论：理论：hh往 往 hh返 返 实际：实际： hh往 往 hh返 返 高程闭合差：高程闭合差：f fh hhh往 往 hh返 返 （往返测量） （往返测量） f fh hhh1 1 hh2 2 （并行测量） （并行测量） 一、高程闭合差计算：一、高程闭合差计算： 闭合水准路线上各点之间的高差代数和闭合水准路线上各点之间的高差代数和 理论上应等于零；理论上应等于零； 附和水准路线各点之间高差代数和应等附和水准路线各点之间高差代数和应等 于两个水准点的高程差值；于两个水准点的高程差

25、值； 支水准路线往返测量的高差代数和应等支水准路线往返测量的高差代数和应等 于零。但由于测量误差的存在，理论条件于零。但由于测量误差的存在，理论条件 不能满足，所以产生高程闭合差。不能满足，所以产生高程闭合差。 23 水准测量内业水准测量内业 hfh )( 起终 HHhfh 返往 hhfh 闭合水准路线闭合水准路线 附和水准路线附和水准路线 支水准路线支水准路线 高程闭合差计算高程闭合差计算 容许高程闭合差容许高程闭合差 测站数。 计；水准路线长度，以 山地 平地 : : 12F: 40F: n kmL mmn mmL h h （1 1）存在闭合差的原因：测量误差是不可）存在闭合差的原因：测量误差是不可 避免的，但应在限差范围内。避免的，但应在限差范围内。 （误差是随着线路长度或测站数的增加而（误差是随着线路长度或测