第二章水准仪及水准测量

1、第第2 2章水准仪及水准测量章水准仪及水准测量主讲人：成遣沈阳农业大学水利学院2013.1第第2章章水准仪及水准测量水准仪及水准测量 2.1水准测量原理 2.2水准测量的仪器及设备 2.3水准仪的使用 2.4水准测量的一般方法和要求 2.5高差闭合差的调整与高程计算 2.6水准测量中产生误差的原因及其消减方法2.1水准测量原理 原理： 水准测量是测定地面点高程的主要方法之一。水准测量是使用水准仪和水准尺，根据水平视线测定两点之间的高差，从而由已知点的高程推求未知点的高程。2.1水准测量原理 bhABaHAHBHi前进方向水平视线大地水准面AB 设水准测量的前进方向是由A点向B点，则规定A点为后

2、视点（已知点），其水准尺读数为a，称为后视读数；B点为前视点（未知点），其水准尺读数为b，称为前视读数。则A、B两点间的高差为 hAB=ab 。2.1水准测量原理 为了避免计算高差时发生正、负号的错误，在书写高差时必须注下标的写法。例如hAB是表示由A点至B点的高差；而hBA表示由B点至A点的高差，即 hBA=ba 。n直接利用高差hAB计算B点高程的方法称为高差法高差法。 HB=HA+hAB=HA+(ab) n利用仪器视线高程Hi计算B点高程的方法称为视线高法。视线高法。 HI=HA+a HB= HIb= HA+ab 2.2水准测量的仪器及工具2.2.1水准仪水准仪系列型号DS05DS1DS

3、3DS10每千米往返测高差中数偶然中误差0.5mm1mm3mm10mm 主要用途国家一等水准测量及地震监测国家二等水准测量及其他精密水准测量国家三、四等水准测量及一般工程水准测量一般工程水准测量观测者的眼睛作上、下（或左、右）移动，若发觉目标像与十字丝之间有相对移动，这种现象称为“视差”。 消除视差方法 反复交替调节十字丝调焦螺旋和物镜对光螺旋，直到十字丝和尺像稳定、读数不变为止。2.2.1.1望远镜水准器分管水准器和圆水准器，其作用是用来判断视准轴是否水平和仪器竖轴是否竖直的装置。 （1）管水准器2mm2mm(b)(a)LL水准管分划值水准管上两相邻分划线间的圆弧（弧长为2mm）所对的圆心角

4、。分划值越小，水准管的灵敏度越高。（水平） （2）圆水准器 当气泡居中时，圆水准轴就处于铅垂位置。可使水准仪的纵轴大致处于铅垂位置。由于圆水准器分划值较大，精度较低，主要用来粗略整平仪器。（竖直） 2.2.1.2水准器2.2.1.3基座 基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，由基座承托。2.2.2水准尺及尺垫2.2.2.1水准尺水准尺分类按尺型分有，直尺、折尺和塔尺。按尺面分有，单面尺（零点）和双面尺（常数）。 2.2.2.2尺垫 尺垫一般用铸铁制成，其形式有三角形或圆形等，用以放置水准尺，尺垫的作用是标志立尺点和支承水准尺，以防水准尺下沉。 尺垫一对2.3水准仪的使用方

5、法水准仪的使用包括安置仪器、粗略整平、瞄准、读数等操作步骤。（1）安置水准仪 （2）粗略整平仪器 粗略整平是利用脚螺旋使圆水准器的气泡居中，仪器竖轴大致竖直，视线粗略水平。(气泡移动的方向与左手大拇指移动方向一致)。 132132ab( a )( b )左右（3）瞄准水准（注意消除视差 ）（4）精平（5）读数2.4水准测量的一般方法和要求 2.4.1水准测量的方法 bahhbahbahbahABnnn222111测站测站、转点转点：转点起传递高程的作用。n2.4.2水准测量的校核与精度要求2.4.2.1测站校核（1）双仪器高法：为每一测站上用两台仪器来测定相邻两点间的高差。 （2）双面尺法：为

6、每一测站上用两组不同的水准尺面的读数来测定相邻两点间的高差。（3）改变仪器高法：为每一测站用两次仪器高度视线测定相邻连点的高差。2.4.2.2 路线校核 （1）闭合水准路线 0理h测hh理论上高差代数和：高差闭合差：高差闭合差允许值：Lh40允nh10允其中L为路线长度，km；n为测站数。2.4.2水准测量的校核与精度要求2.4.2.2 路线校核（2）附合水准路线）（始终测HHhh高差闭合差为：高差闭合差允许值：Lh40允nh10允（3）支水准路线 高差闭合差为：返往hhh高差闭合差允许值：Lh40允nh10允2.4.2水准测量的校核与精度要求2.5.12.5.1附合水准路线闭合差的计算与调整

7、附合水准路线闭合差的计算与调整高差闭合差的计算2.52.5高差闭合差的调整与高程计算高差闭合差的调整与高程计算 ）（始终测HHhh）高差闭合差的调整innh.illh.高程计算2.5.2.5.闭合水准路线闭合差的计算与调整闭合水准路线闭合差的计算与调整步骤同上。0理hLh40允nh10允hh 允2.6 水准仪的检验和校正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轴；（3）水准管轴应平行于视准轴。视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线。2.6.1圆水准器的检验与校正2.6.1.1目的:使仪器竖轴处于铅垂线的位置2.6.1.2检验原理:2.6.1.3检验方

8、法:安置仪器后,转动脚螺旋使圆水准气泡居中,然后将仪器旋转180,如果气泡仍居中,则满足条件.否则,需要校正.2.6.2十字丝横丝的检验和校正2.6.2.1目的: 使十字丝垂直仪器竖轴,当竖轴处于铅垂位置时,使横丝处于水平位置.2.6.2.2检验原理: 十字丝横丝垂直于竖轴,横丝呈水平,当望远镜绕竖轴旋转时横丝上任意部位始终在同一水平面上,则读数是正确的2.6.2.3检验方法:2.6.3水准管的检验和校正2.6.3.1目的: 使长水准管轴平行于视准轴,即当符合水准管气泡居时,视准轴处于水平位置.2.6.3.2检验方法:2.7.1仪器误差:（1）仪器校正不完善的误差 视准轴与水准管轴不平行的误差

9、，此误差的影响与距离成正比，只要使仪器安置到距前、后视距离相等处，在高差计算中就可消除或减小此误差的影响。 （2）对光误差 对光不完善使水准尺的成像与十字丝面不重合，造成读数误差。观测时，只要将仪器安置在前、后视等距离处，读完后视转向前视时，不必重新对光，即可消除此项误差。（3）水准尺误差 水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等，会影响水准测量的精度，因此，水准尺需经过检验才能使用。一对水准尺的零点差，可在一测段中使测站数为偶数的方法予以消除。 2.7水准测量中产生误差的原因及其消减方法 2.7.2观测误差（1）整平误差（2）调焦误差 （3）估读误差（4）水准尺倾斜误差 2.7.3外界条件影响（1

10、）水准仪、水准尺下沉误差2.7水准测量中产生误差的原因及其消减方法 在土地比较松软地区进行水准测量，观测过程中会产生仪器或尺垫下沉的误差。若水准仪在测站上随安置时间的增加而下沉 ，采用“后前前后”的观测程序可减少仪器下沉对高差的影响。 消除水准尺下沉的影响 ，办法有：踩实尺垫；观测间隔间将水准尺从尺垫上取下，以减小下沉量；采用往返观测，取高差平均值的方法可减弱其对高差影响。 ABhbABb1aAXBhbh1a1(a)(b)A1Xa2.7.3外界条件影响（2）地球曲率和大气折光的影响 从理论上讲，只有当仪器的视线与大地水准面平行时，才能测出两点间的正确高差。由于大气折光的影响，视线并非是水平的，

11、将因折射而发生向地面弯曲。为了减少大气折光的影响视线应高出地面0.3m、选择合适的天气及避开不利的环境。2.7水准测量中产生误差的原因及其消减方法 （3）日照及风力引起的误差 因为光照会造成仪器各部分受热不均使轴线关系改变， 风大时会使仪器抖动、不易精平等。 消除和减弱其影响的方法是选择好的天气测量，给仪器打伞遮光等。书后习题2-3产生视差的原因是什么？如何消除？2-6水准测量时，为什么要将仪器安置在前、后视距离大致相等处？它可以减小或消除哪些误差？为了消除地球曲率和大气折光的误差。2-9说水准管气泡居中时视准轴水平的前提是什么？水准管轴平行于视准轴观测者的眼睛作上、下（或左、右）移动，若发觉

12、目标像与十字丝之间有相对移动，这种现象称为“视差”。 消除视差方法 反复交替调节十字丝调焦螺旋和物镜对光螺旋，直到十字丝和尺像稳定、读数不变为止。2-11水准仪有哪几条轴线？它们之间应满足什么条件？什么是主要条件？为什么？n视准轴、水准管轴、竖轴、圆水准器轴。n圆水准器轴平行于仪器的竖轴；横轴垂直于竖轴；水准管轴平行于视准轴。n因为在水准测量中必须提供一条水准视线，以水准管气泡为标志，所以水准管轴平行于视准轴就成了水准仪必须满足的条件。书后习题2-13如图2-31所示，请把图中观测数字记录在表格（表2-6）中，并进行计算和校核。书后习题测站测站测点测点后视读数后视读数/m前视读数前视读数/m高

13、差高差/m高程高程/m备注备注+BM11.435 0.217 TP1 1.652 TP11.520 0.290 TP2 1.230 TP21.500 0.175 BM2 1.325 校核校核计算计算a=4.455b=4.207a-b=0.248h=0.248表2-6 水准测量记录表思考题2-14闭合水准路线观测成果如图2-32所示，已知BM1高程为50.435m，试进行高差闭合差的调整与高程计算。思路：高差闭合差计算；高差闭合差调整（改正数）；高程计算10nhh 测innh.ii+hh测点测点测站数测站数测得高差测得高差/m高差改正数高差改正数/m改正后高差改正后高差/m高程高程/mBM1 5

14、0.43510+1.224-0.008+1.216151.6518+1.424-0.006+1.418253.0698-1.787-0.006-1.793351.27611-0.714-0.009-0.723450.55312-0.108-0.010-0.11850.435BM1-0.037-0.0390计算结果思考题2-15一附合水准路线的观测成果如表2-7所示，试检验和校核此观测成果是否符合普通水准测量的精度要求。如符合精度要求，请采用CASIO fx-4800P计算器进行高差闭合差的计算和调整，并计算点1，2，3的高程。思路：高差闭合差计算；（与闭合水准不同）高差闭合差调整（改正数）；高程计算40Lh