第二章 水准测量

1、第二章 水准测量 o2-1.水准测量原理 o2-2.水准测量的仪器和工具 o2-3.水准测量的实施及成果整理 o普通水准测量 o三、四等水准测量 o2-4.水准仪的检验与校正 o2-5.精密水准仪与自动安平水准仪 o2-6.水准测量的误差及注意事项 引言 o 高程测量 测量地面上各点高程, 根据已知点高程，测定该点与未根据已知点高程，测定该点与未 知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。 o 方法可分为： n 水准测量 精度高,用途广 -主要方法 n 三角高程测量 n 气压高程测量 o水准测量原理 利用水准仪提供的 “水平视线”，测量 两点间高差，从

2、而由 已知点高程推算出未 知点高程。 大地水准面大地水准面 hAB A B HA HB=HA+hAB 水平视线水平视线 水水 准准 尺尺 水水 准准 尺尺 ab 前进方向前进方向 A后视点后视点 a后视读数后视读数 B前视点前视点 b前视读数前视读数 bHaHH BAi ABAB hHH 1 1、A A、B B两点间高差两点间高差 2. B2. B点的高点的高 程程 3.3.视线高程视线高程 bah AB 大大 地地 水水 准准 面面 A B 后后 视视 前前 视视 前 进 方前 进 方 向向 HA Hi H B a b h a b 水水 准准 尺尺 水水 准准 尺尺 转点TP(turning

3、 point)的概念 若若A A、B B 两点间布设一些过渡点（转点）两点间布设一些过渡点（转点）1 1、2 2、 3 3，将其分为，将其分为n n段，则用水准仪分别测得各段高段，则用水准仪分别测得各段高 差为差为h h1 1， h h2 2 h hn n，则有：，则有： hAB=h1+ h2+ hn =(a a1 1-b -b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n) = a-a- b b 2-2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具 o水准仪 o水准尺和尺垫 o水准仪的使用 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准仪 n用于观察水准尺并读取水准 尺上

4、读数 n圆水准器（粗平） n符合（管）水准器（精平） n连接仪器和三脚架，基座上 另有三个脚螺旋，一个圆水 准器用于整平仪器。 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准仪 o 水准尺 o木木 质质有双面尺有双面尺 和塔尺，一般是和塔尺，一般是 3m，也有，也有5 m o铝合金铝合金通常是塔通常是塔 尺结构，一般是尺结构，一般是 3m o铟刚尺铟刚尺通常是单面通常是单面 尺，一般是尺，一般是3m或是或是 2 m o双面尺的红面尺底双面尺的红面尺底 刻划：一把为刻划：一把为 4687mm，另一把，另一把 为为4787mm。 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准尺与尺垫 o 尺垫 放在转点上，以防水准尺

5、下沉放在转点上，以防水准尺下沉 o 安置仪器 o 粗略整平：使用脚螺旋使圆水准器气泡居中 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准仪的使用 气泡移动方向与气泡移动方向与左手大拇指左手大拇指运动的方向一致运动的方向一致 a a 12 3 b b 3 12 c c 3 12 o 安置仪器 o 粗略整平 o 瞄准水准尺：使用粗瞄器瞄准水准尺，消除 视差 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准仪的使用 视差：视差： 概念：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标 像有相对运动。像有相对运动。 产生原因：产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合

6、。 消除方法：消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。 o 安置仪器 o 粗略整平 o 瞄准水准尺 o 精平：微调微倾螺 旋使水准管气泡居 中 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准仪的使用 o 安置仪器 o 粗略整平 o 瞄准水准尺精平 o 精平 o 读数：用十字丝横丝读取水准尺上刻度读数， 读四位。 2-2 水准测量的仪器和工具 -水准仪的使用 精平后，用十字丝的中丝在精平后，用十字丝的中丝在 水准尺上读数。水准尺上读数。 1 1方法：方法：米、分米看尺面上米、分米看尺面上 的注记，厘米数尺面上的格数，的注记，厘米数尺面上的格数， 毫米估读。毫米估读。 2

7、2规律：规律：读数在尺面上由小读数在尺面上由小 到大的方向读。故仪器若成倒到大的方向读。故仪器若成倒 像的，从上往下读；若成正像，像的，从上往下读；若成正像， 即从下往上读。即从下往上读。 b c a 0.7250.725 6.2526.2521.4771.477 2-3 水准测量的实施和成果整理水准测量的实施和成果整理 o基本概念 o水准测量的实施 o测量中的检核方法 o成果整理 o三、四等水准测量 o 水准点-BM(Bench Mark) 标定要求: 稳定、安全、便于保存和使用 o分类: 基本水准标石- 一、二等水准点 普通水准标石- 三、四等水准点 墙角水准标志- 三、四等水准点 临时水

8、准标志-水准 (木桩、岩石、屋脚等) o点之记 水准点与附近固定建筑物或其它地物的关系图 2-3水准测量的实施和成果整理 -基本概念 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水 准点，一般用准点，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。表示。有永久性和临时性两种。 2-3水准测量的实施和成果整理 -基本概念 o 水准路线 在两水准点之间进行水准测在两水准点之间进行水准测 量所经过的路线量所经过的路线 o闭合水准路线 o附合水准路线 o支水准路线 o水准网 0 1 n i i h AB n i i HHh 1 n k k n i i hh 11 -

9、 返往 3.3.支水准路线支水准路线 BMBM 1 1 2 2 1 1 BMBM 2 2 3 3 4 4 1.1.闭合水准路线闭合水准路线 2.2.附合水准路线附合水准路线 BM1BM1 BM2BM2 1 1 2 2 3 3 2-3水准测量的实施和成果整理 -水准测量的实施 o 转点（ZD、TP） 当两点距离太远或高差 太大时,需分段测量,此 时需加设转点作为传递 高程的过渡点. o 实施步骤 2-3水准测量的实施和成果整理 -水准测量的实施 o 观测与记录 2-3水准测量的实施和成果整理 -水准测量的实施 o 要求及注意事项： (1).检校仪器,选择 v20, 25的仪器. (2).前后视距

10、尽可能相等,视距100m,最大10cm, 若h6mm,取 平均值作为最后结果. b)双面尺法: (3).成果检核：高差闭合差fh： fh = h测 - h已知 o 闭合路线、附合路线、支水准路线的理论fh=？ 若fhfh允,则成果可用,否则应检查原因. 测站数山地 公里数平地 -n n12f -L L40f h h 2-3水准测量的实施和成果整理 -水准测量成果整理 o 目的：消除fh ，求出正确高差 o 步骤： 1.计算fh 已知 hhfh i h i i h i L L f v n n f v 或 iii vhh 1,1 iiii hHH 2.若fhfh容，则对测量值进行调整 根据按比例分

11、配原则 检核：v fh 3.计算改正后高差： 高程 已知 hhi 检核： 水准测量成果整理实例 )(37293. 4330. 4)(mmHHhf h 始终测 )(8 .1084 . 74040mmLf h 容 第一步计算高差闭合差：第一步计算高差闭合差： 第二步计算限差：第二步计算限差： 容hh ff故可进行闭合差分配 kmmm L f V h /5 0 第三步计算每第三步计算每km改正数：改正数： ii nVV 0 第四步计算各段高差改正数：第四步计算各段高差改正数： 。 第五步计算各段改正后高差后，计算第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的各点的 高程。高程。 改正后高差改正后高

12、差=改正前高差改正前高差+改正数改正数Vi hi fv 四舍五入后，使：四舍五入后，使： 故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。 故可得：故可得： H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m) H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m) H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m) HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m) 2-3水准测量的实施和成果整理 -水准测量成果整理 o 当所求水准点的精度要求较高时，普通水准测量就达不到精

13、 度要求，因此必须采取高等级的水准测量方法。三、四等水 准测量，除用于国家高程控制网的加密外，还常用作小地区 的首级高程控制，以及工程建设地区内工程测量和变形观测 的基本控制。 o 三、四等水准常用双面水准尺。两尺黑面尺底均为 0，红面尺底一根为4.687m，一根为4.787m。 o 视线长度和读数误差的限差及高差闭合差的规定 2-3水准测量的实施和成果整理 -三、四等水准测量 等等 级级 标准视线长标准视线长 度（度（m） 前后视距前后视距 差（差（m） 前后视距累计前后视距累计 差（差（m） 红黑面读数红黑面读数 差（差（mm） 红黑面高差之红黑面高差之 差差 (mm) 三三 四四 65

14、80 3.0 5.0 5.0 10.0 2.0 3.0 3.0 5.0 2-3水准测量的实施和成果整理 -三、四等水准测量 后黑：上下中后黑：上下中前黑：上下中前黑：上下中 后红：中后红：中 前红：中前红：中 第二站第二站 前进方向前进方向 不动不动 当测站观测记录当测站观测记录 完毕完毕随即计算随即计算， 完成后才能搬完成后才能搬 站站 1.前、后视距： D视距100 （下上）m 2. 后视中丝（黑面） 前视中丝（黑 面）h1 3. 后视中丝（红面） 前视中丝（红 面）h2 4.两高差之差 h1- h2 5100 mm 5.计算高差平均数： h平 (h1+h20.1 m)/2 当测站观测记录

15、当测站观测记录 完毕完毕随即计算随即计算， 完成后才能搬完成后才能搬 站站 简单检核：3、3、 5、5、10 1. 前、后视距差： DD后 D 前 3 m 前、后视距累 积差： D 10 m 黑红面读数差 3mm 两次高差相差 5mm 17=15-16 18=(15+16)/ 2 2-4 DSDS3 3级水准仪的检验与校正级水准仪的检验与校正 o水准仪应该满足的条件 o圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正 o十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验校正 o视准轴平行于水准管轴的检验校正 2-4 DS3级水准仪的检验与校正 -水准仪应该满足的条件 2-4 DS3级水准仪的检验与校正 -圆水准器轴平行于仪器

16、竖轴的检验校正 2-4 DS3级水准仪的检验与校正 -十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验校正 2-4 DS3级水准仪的检验与校正 -视准轴平行于水准管轴的检验校正 精密水准仪与自动安平水准仪精密水准仪与自动安平水准仪 o精密水准仪器 o精密水准仪器操作方法 o自动安平原理 o概述 o仪器误差 o观测误差 o外界环境的影响 o水准测量注意事项 一、仪器误差 1. 仪器校正后的残余误差 2. 水准尺误差 二、观测误差 1. 水准管气泡居中误差 2. 读数误差 3. 水准尺倾斜误差 4. 视差影响 三、外界环境的影响 1. 仪器下沉 2. 尺垫下沉 3. 地球曲率及大气折光影响 4. 温度的影响 -概述 v D i i角角 Di v -仪器误差 2211 21 12222 21111 baba hhh vbvah vbvah a1b1 b2 a2 v1v2v1 -仪器误差 i i角角 i i角角 D i i角角 v i i1 1角角 ni /DnDiv -观测误差 v D mv 06 V V 望远镜的放大倍率望远镜的放大倍率 60 60 人眼的最大分辩能力人眼的最大分辩能力 -观测误差 cos1 a aav aa