水准仪的使用

1、学习情景一学习情景一 点测量点测量学习单元学习单元1.1 高程测量高程测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库(一）任务描述一）任务描述n 从已知高程的水准点BM0出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量BM0国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库（二）教学设计（二）教学设计n（1）教学目标 1) 会识别不同类型水准仪及其构造 2) 会操作水准仪测高差、算高程 3) 会按任务选择合适的水准路线 国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库（2）教学步骤）教学步骤 教教 学学 步步 骤骤咨咨讯讯（信（信息获取）息获取）任务任务介绍介绍老师布置任务，介绍水准测量原理，水准仪构造，水准

2、尺读数，高差和高程的计老师布置任务，介绍水准测量原理，水准仪构造，水准尺读数，高差和高程的计算，水准路线的布设形式。算，水准路线的布设形式。学生获取基本信息学生获取基本信息 决决策策确定确定工作工作任务任务学生根据任务，选择合适的水准路线完成测量任务。学生根据任务，选择合适的水准路线完成测量任务。教师做的工作：为学生准备材料，与学生交流，讨论学生提出的决策。教师做的工作：为学生准备材料，与学生交流，讨论学生提出的决策。 计计划划计划计划工作工作任务任务学生根据现场踏勘情况将测量计划讲给老师听，在此基础上独立编制水准路线施学生根据现场踏勘情况将测量计划讲给老师听，在此基础上独立编制水准路线施测方

3、案。测方案。教师做的工作教师做的工作：老师做为咨询者的身份出现，过程中老师要经常获得项目的反馈，老师做为咨询者的身份出现，过程中老师要经常获得项目的反馈，与学生交流，提出自己的观点。与学生交流，提出自己的观点。 实实施施工作工作任务任务实施实施学生学生分组进行施测，分组进行施测，老师做为咨询者的身份，接受咨询并指出学生实施中的问题。老师做为咨询者的身份，接受咨询并指出学生实施中的问题。 检检查查评评价价 任务任务 检查检查 评价评价学生计算水准路线高差闭合差和高差闭合差允许值，在确定观测结果合格后，在学生计算水准路线高差闭合差和高差闭合差允许值，在确定观测结果合格后，在进入内业计算。进入内业计

4、算。老师为学生提供答案，并对整个过程做全面的评价，老师为学生提供答案，并对整个过程做全面的评价，老师考核分过程考核、结果老师考核分过程考核、结果考核考核) 。国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 （三）（三） 教学实施教学实施n 水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。ABabhAB前进方向前进方向大地水准面大地水准面HA（已知）（已知）HB=？后视后视前视前视水准测量原理水准测量原理国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准测量的原理水准测量的原理ABabhAB前进方向前进方向大地水准面大

5、地水准面HA（已知）（已知）HB=？后视后视前视前视bahAB A、B两点间高差两点间高差hAB为：为：A点为点为后视点后视点，A点尺上的读数点尺上的读数a称为称为后视读数后视读数；B点为点为前视前视点点，B点尺上的读数点尺上的读数b称为称为前视读数前视读数。高差等于高差等于后视读数后视读数减去减去前视读数前视读数。国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 水准测量的原理水准测量的原理hABABab前进方向前进方向大地水准面大地水准面HAHBHBABABhHH bHHaHHiBAi视线高度视线高度n 计算未知点的高程p高差法p视线高法国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 为水准测量提供水

6、平视线的仪器。n 常用的水准仪 精密水准仪 DS05 、 DS1 普通水准仪 DS3 、DS10 水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库DS3型水准仪水准仪望远镜望远镜水准器水准器基基 座座n 水准仪的结构水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库目镜目镜微倾螺微倾螺旋旋物镜调焦螺物镜调焦螺旋旋物镜物镜水平水平微动微动螺旋螺旋水平水平制动制动螺旋螺旋脚螺脚螺旋旋准星准星n 水准仪的结构水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库物镜物镜对光透镜对光透镜目镜目镜视准轴视准轴上丝上丝下丝下丝中丝

7、中丝竖丝竖丝十字丝分划板十字丝分划板n (1)望远镜p望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。p它主要由: 物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。p物镜、目镜调焦的目的。 水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库圆水准器圆水准器圆水准器轴圆水准器轴长水准管长水准管长水准管轴长水准管轴n (2)水准器p是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。p水准器又分为圆水准器和管水准器。水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库气气泡泡LLn (2)水准器p圆水准器u用以粗平仪器。u过零点的球面法线LL，称为圆水准器轴。u圆水

8、准器轴LL平行于仪器竖轴VV。u气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值。 水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库OLLn (2)水准器p管水准器u管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。u水准管上2mm圆弧所对的圆心角，称为水准管的分划值，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20，记作20/2mm。 水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n (2)水准器p符合管水准器u为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。 水准测量仪器与工具水准测量

9、仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n (3)基座p基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。p基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。p转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。n 尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称辅尺）。n 尺常数立尺点立尺点水准测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准

10、测量仪器与工具水准测量仪器与工具国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 水准仪的使用水准仪的使用n 安置：安置三脚架和水准仪；n 粗平：使圆水准器气泡居中；n 瞄准：粗瞄和精瞄；n 精平：使长水准管气泡居中；n 读数：用中丝读数；国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n (1)安置仪器p在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。p从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。 水准仪的使用水准仪的使用国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n (2)粗平p使圆水准器气泡居中b312c312 a13

11、 2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。水准仪的使用水准仪的使用国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水平微动螺旋水平微动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋对光螺旋对光螺旋消除视差消除视差n (3)瞄准目标p粗瞄、对光、精瞄和消除视差 水准仪的使用水准仪的使用国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库微倾螺旋微倾螺旋每次读中丝读数前都要精平每次读中丝读数前都要精平n (4)精平p 使长水准管气泡居中水准仪的使用水准仪的使用国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库1213111.251m0.717mn (5)读数p用中横丝读数水准仪的使用水准仪的使用国家共享

12、型教学资源库国家共享型教学资源库n 水准点：我们将用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点。水准点记为BM (Bench Mark)。n 水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。国家等级永久性水准点国家等级永久性水准点 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库BM23BM24BM259.0m9.8m8.4mH2356.437mH2458.392mH2553.168m水准点的水准点的“点之记点之记”建筑工程水准点建筑工程水准点临时性水准点临时性水准点n 水准点 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库单一单一水准路线水准路线附和附和水准路线水准路线闭合闭合水准

13、路线水准路线支支水准路线水准路线水准网水准网n (2)水准路线水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 水准路线p附和水准路线u从已知高程的水准点BM1出发，沿待定高程的水准点1、2、进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点BM2所构成的水准路线，称为附合水准路线。BM1BM2水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 水准路线p闭合水准路线u从已知高程的水准点BM1出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BM1的环形路线，称为闭合水准 路线。BM0 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 水准路线p支水

14、准路线u从已知高程的水准点BM0出发，沿待定高程的水准点1，2进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。 BM0 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库BM3BM1BM2结点通过平差方法求得各待定点的高程n 水准路线p水准网水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准测量的外业ABabhAB前进方向前进方向大地水准面大地水准面HAHBHB水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库BMABDAB50mhAB12.500mAHACHChAC大地水准面大地水准面D1000m水准测量水准测量国家共享

15、型教学资源库国家共享型教学资源库n 当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时，不能安置一次仪器即可测得两点间的高差。这时需要在两点间加设若干个立尺点，分段设站，连续进行观测。n 加设的这些立尺点并不需要测定其高程，它们只起传递高程的作用，故称之为转点，用TP（Turning Point）表示。n 转点上需放置尺垫。 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 已知水准点BMA的高程 HA19.153m，现欲测定B点的高程HB，由于A、B两点相距较远，需分段设站进行测量，具体施测步骤如下。HAHBhAB大地水准面大地水准面AB 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享

16、型教学资源库AHABHBhAB大地水准面大地水准面TP1h1后视点后视点前视点前视点进行方向进行方向1.2711.632测站 测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数 前视读数+-19.153 已知1BMATP11.6321.2710.36119.514水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库AHABHBhAB大地水准面大地水准面TP11h1后视点后视点前视点前视点进行方向进行方向2水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库AHABHBhAB大地水准面大地水准面TP11h1后视点后视点前视点前视点进行方向进行方向0.95221.862测站 测点水准尺读数/m

17、高差/m高程/m备注后视读数 前视读数+-1BMA1.6320.36119.153 已知TP11.27119.5142TP11.8620.91020.424TP20.952 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库测站测站点号点号水准尺读数（水准尺读数（m）高差高差高程高程(m)备注备注后视后视前视前视1BM.A1.6320.36119.153TP.11.27119.5142TP.11.8620.910TP.20.95220.4243TP.21.3460.094TP.31.25220.5184TP.30.9310.547TP.41.47819.9715TP.40.8360.38

18、9B1.22519.582计算计算检核检核 6.6076.1781.3650.936 a b0.429 h0.429HBHA0.429国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库校核校核a= b= a b = h= 高程高程高差高差前视读前视读数数后视读数后视读数测点测点测站测站BM1TP111BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.8280.0663.3252.814 +0.511+0.511 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 注意事项：p架仪器要注意前后视距大致相等；p仪器不能架在路中央；p尺垫只在转点处使用；p读数前要精平

19、；p后视完毕转向前视，一定要重新精平再读数，（但切记不能动脚螺旋）；p视线要小于100米。水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准测量的内业计算n 测站校核：p在一个测站上观测两次高差，两次高差不符值应在允许范围内。方法有变仪器高法和双面尺法。n 线路校核：p把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。n 线路方式主要有闭合水准路线 、附合水准路线 、往返水准路线水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 计算高差闭合差(closing error) 理测hhfh公式：公式：n 对于闭合水准路线，有：测理测hhhfhn 对于附

20、合水准路线，有：)(始终测理测HHhhhfh返往hhfhn 对于支水准路线，有：水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 高差闭合差的容许值（tolerance）对于普通水准测量：对于普通水准测量：适用于山区适用于平原区容容nfLfhh1240式中，式中，fh容容高差闭合差限差，单位：高差闭合差限差，单位：mm； L水准路线长度，单位：水准路线长度，单位：km ； n测站数测站数 。水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA6.543m，HB9.578m，1、2、3为待定高程的水准点。h1

21、1.331mh21.813mh31.424mh41.340mL10.60kmL2.0kmL1.6kmL42.05km13BMBBMA2水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 原始数据填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注 L/kmhi/mvhi/mHi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 高差闭合差的计算：n 高差闭合差的计算和调整n 计算各点改正后的高差 25)543. 6578. 9(

22、060. 3mmHHhfABh）（测mmLfh10040容002. 01hihhvLLfviihiivhhn 计算各点改正后的高差iiihHH1 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 辅助计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注 L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核1()2540100254/256.25ihBAhhkmhhfhHHmmfLmmfvmmkmvmmfL 测容 水准测量水准测量国家共享

23、型教学资源库国家共享型教学资源库n 高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注 L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核1()2540100254/256.25ihBAhhkmhhfhHHmmfLmmfvmmkmvmmfL 测容-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注

24、L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核1()2540100254/256.25ihBAhhkmhhfhHHmmfLmmfvmmkmvmmfL 测容-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.035 水准测量水准测量国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 高差改正数计算填表高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注 L/kmHi/mPhi/m

25、hi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.83121.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知6.25+3.060计算检核1()2540100254/256.25ihBAhhkmhhfhHHmmfLmmfvmmkmvmmfL 测容-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.0357.8729.6778.246国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正CCLLLLVVn 水准仪应满足的几何条件p圆水准器轴LL应平行于仪器的竖轴VV；p十字丝的

26、中丝应垂直于仪器的竖轴VV；p水准管轴LL 应平行于视准轴CC 。国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库n 圆水准器的检校p检验方法：u转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远镜旋转180，如果仍然居中，说明满足此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正n 圆水准器的检校p校正方法：u转动脚螺旋，使气泡向中间移动偏离量的一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正n 十字丝的检校p检验方法：u整平仪器，瞄准墙

27、上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横丝，则需校正。MMM国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正n i角的检验p检验方法：u在比较平坦的地面上，相距约80m左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和B。检验时先将水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，分别读取A、B点上的水准尺的读数a1和b1，求得高差h1=a1-b1。（h1不含有该项误差的影响）a1b1x1x1iiABCABhabxaxbabh)()(11111国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正n i角的检验p 检验方

28、法u将仪器搬至B点附近（相距约3米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺A和近尺B，分别读得读数a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2。若h2=h1，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若h2h1，则计算u如果i角大于20，则需要进行校正。 ABDhhi12ABia2b2a2xD国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正n i角的检验p校正方法u算出远尺的正确读数a2， a2=h1+b2。转动微倾螺旋，令远尺A上读数恰为a2，此时视线已水平，而符合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两校正螺丝，使气泡居中，这时水准管轴就平行于视准轴。国家共享型教学资源

29、库国家共享型教学资源库D.m 2150居居mm.m730100000206265202150 居居n (1)仪器误差：水准仪在使用前应进行严格的检验，但由于检验不完善或其他方面的影响，使仪器存在残差。例如水准管轴与视准轴不平行的残余误差，可采用等距离观测可以消除。此外水准尺误差如尺长、弯曲、零点误差等，可采用采用前后视交替放置尺子，凑成偶数站等方法加以消除。n (2)观测误差：p 水准管气泡的居中误差： 水准管居中误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有关。实践证明一般人判断气泡居中误差约为0.15，采用符合水准器后，居中精度约提高一倍即：0.15/2，引起的读数误差为： 例如：=20，D=100米时，则： 水准测量误差与注意事项水准测量误差与注意事项国家共享型教学资源库国家共享型教学资源库 水准测量误差与注意事项水准测量误差与注意事项n (3)观测误差p 估读水准尺的误差：估读毫米数的误差与十字丝粗细、望远镜放大率、视线长度有关。一般认为在100米内。m估 = 1.2 mm。p 照准误差：照准误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率、视线长度有关。 V28，D100米，则：p 水准尺倾斜的影响误差 ：由于扶尺不直引起读数变大。其误差