杨程-2水准测量课件

1、复习复习1 1、测定、测设的区别？、测定、测设的区别？2 2、什么是水准面？什么是大地水准面？两种间关、什么是水准面？什么是大地水准面？两种间关系？系？3 3、地面点高程？绝对高程（海拔）？、地面点高程？绝对高程（海拔）？4 4、19851985年国家水准原点是高程多少？年国家水准原点是高程多少？2 2 水准测量水准测量内容提要内容提要 本章的主要内容包括：水准测量的原理、本章的主要内容包括：水准测量的原理、水准测量仪器及工具、等外水准测量内外业水准测量仪器及工具、等外水准测量内外业工作、三四等水准测量内外业工作。工作、三四等水准测量内外业工作。能力要求能力要求 通过本章的学习，学生应达到熟练

2、操作通过本章的学习，学生应达到熟练操作水准仪、准确进行水准测量内业计算的能力。水准仪、准确进行水准测量内业计算的能力。2.1 水准测量原理水准测量原理2.2 水准测量仪器水准测量仪器2.3 水准测量外业水准测量外业2.4 水准测量内业水准测量内业u高程测量概念高程测量概念 根据已知点高程，测定该点与未知点的高根据已知点高程，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。差，然后计算出未知点的高程的方法。1 1、水准测量、水准测量2 2、三角高程测量、三角高程测量3 3、气压高程测量、气压高程测量4 4、GPSGPS测量。测量。 水准测量水准测量 是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水

3、准是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。法。 三角高程测量三角高程测量 是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角( (即倾斜即倾斜角角) )，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。才被采用。 高程基准面高程基准面: :通常采用大地水准面即平均海水面作为高程基准面。“19851985国家高程基准国家高程基准”:19521979年的观测资料，计

4、算得出的平均海水面作为新的高程基准面。-72.260m72.260m。 水准测量水准测量用水准仪进行高程测量的工作。是高程测量的主要方法使用仪器：水准仪水准仪 水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。第一节第一节 水准测量原理水准测量原理水准测量水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。是利用水平视线来求得两点的高差。水准尺、水准仪水准尺、水准仪 高程高程：地面点沿铅垂线方向到地面点沿铅垂线方向到大地水准面大地水准面的距的距离，当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之离，当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之取负值。取负值。高差高差具有方向性具有方向性，其值

5、，其值可正可负可正可负。 利用水准仪提供的水平视线，借助于带利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测量水准尺上有分划的水准尺，直接测量水准尺上a和和b，计算出地面上两点间的高差，然后根据已知计算出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。点高程和测得的高差，推算出未知点高程。A后视点后视点 a后视读数后视读数B前视点前视点 b前视读数前视读数高差法高差法: :测量测量a、b，计算高差计算高差hAB=a-b ，计算高程计算高程HB=HA+ hAB ；视线高法视线高法：求出视线高程求出视线高程Hi=HA+a ，利用视线高利用视线高程计算程计算B点高程点高

6、程 HB=Hi-b当当a b时，时，hAB 为正，为正，B高于高于A ；当；当a b时，时， hAB 为负，为负，B低于低于A。高差必须带高差必须带“+、 -”号；号； hAB的下标的下标 次序次序必须与测量的前必须与测量的前进方向一致。进方向一致。 例：已知例：已知 hAB=+1.436 m 则则 hBA=-1.436 m 高差法：高差法：利用高差计算高程。适用于适用于“线路线路水准水准 ” ”（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用） 视线高法：视线高法：利用视线高计算高程。适用于适用于“面域水准面域水准”（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用） 水准测量所使用的仪器、工具：水准测量所使用的

7、仪器、工具： 水准仪水准仪 水准尺水准尺 尺垫尺垫立尺立尺观测与记录观测与记录立尺、观测与记录立尺、观测与记录搬站（迁站）搬站（迁站）水准测量水准测量利用利用测站测站通过通过转点转点传递传递高程高程尺尺尺尺尺尺尺尺尺尺尺尺路径方向路径方向（AB）路径方向一定之后，要搞清楚路径方向一定之后，要搞清楚测站测站，每测站的，每测站的后后视视（点、尺、读数、距离）和（点、尺、读数、距离）和前视前视（点、尺、读（点、尺、读数、距离）。数、距离）。尺尺尺尺尺尺尺尺尺尺尺尺路径方向路径方向（AB）第二节第二节 水准测量仪器与工具一、水准仪一、水准仪1、水准仪按精度划分，有 DS05、DS1、DS3、DS10、

8、 DS20D D大地测量仪器， S S水准仪数字数字 表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。主要由望远镜、水准器、基座望远镜、水准器、基座三部分组成。2021-10-202021-10-202021-10-20 3基座基座读数读数 用用十字丝横丝十字丝横丝在水在水准尺上按准尺上按从小到大的方从小到大的方向向读数，读取米、分米、读数，读取米、分米、厘米、厘米、毫米（估读数）毫米（估读数）四位数字。四位数字。625262521478147807210721 bc a正像望远镜观测标尺读数三、三、DS3微倾水准仪使用微倾水准仪使用 微倾水准仪的操作步骤微倾水准仪的操作步骤v 1

9、安置仪器安置仪器v 2粗略整平（圆水准器）粗略整平（圆水准器）v 3瞄准（消除视差）瞄准（消除视差）v 4精确整平（管水准器）精确整平（管水准器）v 5读数读数1 1 安置水准仪安置水准仪 打开三脚架并使其高度适中，打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上旋固定于三脚架头上2 粗略整平粗略整平(圆水准器气泡居中圆水准器气泡居中) 用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。左手拇指规则左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方左手拇指旋转脚螺旋的运

10、动方向，就是气泡移动的方向向，就是气泡移动的方向” a ab bc c3 瞄准水准尺瞄准水准尺 目镜对光（能清晰看见十字板） 瞄准水准尺，拧紧制动螺旋 精确瞄准 消除视差：4 4 精确整平精确整平( (精平精平) ) 调节微倾螺旋，使气泡两端的影像符合调节微倾螺旋，使气泡两端的影像符合5 读数读数 利用中丝在尺上读数，估读至毫米1538四、自动安平水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪以微倾水准仪为基础，在水准器和精确以微倾水准仪为基础，在水准器和精确置平方面有突破。置平方面有突破。在在水准仪的光学系统中装有一个自动补偿器自动补偿器代替了管水准管水准器器起到了自动安平自动安平的作用。当望远镜视线有

11、微量倾斜时补当望远镜视线有微量倾斜时补偿器在重力作用下对望远镜作相对移动从而能自动而迅速偿器在重力作用下对望远镜作相对移动从而能自动而迅速地获得视线水平时的标尺读数。地获得视线水平时的标尺读数。自动安平水准仪不需要精自动安平水准仪不需要精平，平，测量速度快，在工程中被广泛应用。自动安平水准仪使用操作：观测时，观测时， 首先用脚螺旋将圆水准器气泡居中。首先用脚螺旋将圆水准器气泡居中。 然后瞄准水准尺，等待然后瞄准水准尺，等待24秒后，即可用十秒后，即可用十字丝中丝进行读数。字丝中丝进行读数。 有的自动安平水准仪配有一个有的自动安平水准仪配有一个补偿器检查按补偿器检查按钮钮，每次读数前按一下该按钮

12、，确认补偿器能，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常作用后再读数。正常作用后再读数。 自动安平水准仪 日本宾得激光水准仪五、电子水准仪电子水准仪电子（数字）水准仪电子（数字）水准仪以光学水准仪为基础，加以光学水准仪为基础，加入电子器件，在读数、记录计算方面有突破。入电子器件，在读数、记录计算方面有突破。电子水准仪在望远镜光路中增加了分光镜和读数器），并采用条码标尺和图象处理电子系统而构成的光机电测一体化仪器。电子水准仪使用操作：（1）安置仪器在测站点上架设好三脚架，将电子水准仪从仪器箱中取出并安置在三脚架上，拧紧中心螺旋。调节三脚架架腿使圆气泡大致居中，再用脚螺旋使圆气泡精确居中。 （2）

13、仪器操作 设置仪器参数 开机后用导航键选择主菜单中配置选项按回车键选择输入菜单按回车键输入大气折射、加常数、日期、时间按回车键储存。 用导航键选择主菜单中配置选项按回车键选择限差/测试菜单按回车键输入 最大视距（范围0-100m）、最小视距高（范围0-1m）、 最大视距高（范围0-5m）按回车键进入第三页选择设置一个测站限差或单次测量最大限差（范围0-0.01m）按回车键进入第四页设置单站前后视距差（范围0-5m）或设置水准线路前后视（范围0-100m）按回车键储存。 （2）仪器操作 建立数据文件，进行测量在主菜单中选择文件选项按回车键选择项目管理按回车键选择新建项目按回车键输入文件名称输入作

14、者名称按回车键。 (见教材P18，继续) 电子水准仪和条码水准尺电子水准仪和条码水准尺 世界第一台电子精密水准仪徕卡NA2002,（1990年） 日本拓扑康数字水准仪日本拓扑康数字水准仪Topcon DL-101/102。（。（1994）天宝Dini12 (蔡司)精密电子水准仪 条码水准尺与尺垫一、几个名词 ？1 水准点 ？2 水准线路支水准线路，闭合水准线路，附合水准线路，水准网 ？3 线路闭合差（线路高差闭合差）第三节第三节 水准测量外业施测水准测量外业施测1 水准点水准点国家等级水准点国家等级水准点 用水准测量技术测定的高程控制点称为水准点（习用水准测量技术测定的高程控制点称为水准点（习

15、惯记作惯记作BMBM）。）。 埋设在永久、固定的地点按等级不同，埋设的要埋设在永久、固定的地点按等级不同，埋设的要求不同。求不同。 水准点的位置应选在土质坚水准点的位置应选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的硬、便于长期保存和使用方便的地点。地点。 按其精度分为不同等级，国按其精度分为不同等级，国家水准点分为四个等级：一、二、家水准点分为四个等级：一、二、三、四等水准点。三、四等水准点。 水准测量一般分为五个等级。水准测量一般分为五个等级。一、二等属于精一、二等属于精密水准测量，三、四等水准属于普通水准测量，五密水准测量，三、四等水准属于普通水准测量，五等属于等外水准测量。等属于等外水准测量。

16、工程水准点：工程水准点：工程永久水准点工程永久水准点工程临时水准点工程临时水准点2 2 水准路线水准路线三种水准路线的布置形式三种水准路线的布置形式支水准路线支水准路线BM.ABM.ATBM1TBM2TBM1BM.ABM.ATBM2TBM3TBM4闭合水准路线闭合水准路线由已知点由已知点BM.A已知已知点点BM.A由已知点由已知点BM.A某一待定水准点某一待定水准点TBM2附合水准路线附合水准路线BM.ABM.ABM.BBM.BTBM1TBM2TBM3由已知点由已知点BM.A另一已知点另一已知点BM.B3 3 水准线路闭合差水准线路闭合差成果检核成果检核（1 1）闭合线路高差闭合差）闭合线路高

17、差闭合差 fh=h测段测段（2 2）附合线路高差闭合差）附合线路高差闭合差 fh=h测段测段-（H末末-H起起）（3 3）支水准线路高差闭合差）支水准线路高差闭合差 fh=h测段（往测段（往）+ h测段（返）测段（返）二、五等水准外业工作二、五等水准外业工作 1 1、踏勘选点、踏勘选点 2 2、水准点（控制点）标定、水准点（控制点）标定 3 3、设计水准线路、设计水准线路 4 4、观测记录（采集数据）、观测记录（采集数据） 测站校核：变换仪器高法测站校核：变换仪器高法 or 双面尺法双面尺法测段高差：测段高差：BMAB的高差的高差h BMAB测量测量测站测站测段测段线路线路 BMABMB1.4

18、44 1.324TP2TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8220.876TP3TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.435TP4TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=+0.118=+0.118前进方向前进方向1.1341.677TP1TP1h h1 1=-0.543=-0.543若若A、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）TP1、TP2、TP3，将其分为，将其分为n段，则用水准仪分别测得各段高差段，则用水准仪分别测得各段高差为为h1， h2 hn; 两次仪器高法：高差之差两次仪器高法：高差之

19、差h-h5mmhAB=h1+ h2+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn) = a- b当两点相距较远或高差太大时，则可分段当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图中可得：连续进行，从图中可得：测站测站: :架设仪器的点位。转点：转点起传递高程的作用架设仪器的点位。转点：转点起传递高程的作用。111222nnnABhabhabhabhhab 注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。五等水准测量记录表水准线路自 至 记录者：夏 雪 日 期

20、： 仪器号： 观测者：韩 梅 测站序号立尺点名a( mm)b( mm )h=a-b( mm )H( m )备 注1BMA1353-0073TP114262 TP1 2018 +1033TP2 0985 校核计算a=b=h=fh= 逐个测站观测结束，检查记录表中的计逐个测站观测结束，检查记录表中的计算是否正确。算是否正确。 测段观测结束，检查无误后累计测段高测段观测结束，检查无误后累计测段高差。直至整个线路观测完成，计算线路闭合差。直至整个线路观测完成，计算线路闭合差。线路闭合差不超限，观测合格。否则，差。线路闭合差不超限，观测合格。否则，查找原因进行局部甚至全面返工。查找原因进行局部甚至全面返

21、工。三、三四等水准测量外业工作三、三四等水准测量外业工作 1 1、踏勘选点、踏勘选点 2 2、水准点（控制点）标定、水准点（控制点）标定 3 3、设计水准线路、设计水准线路 4 4、观测记录（采集数据）、观测记录（采集数据） 测站校核：变换仪器高法测站校核：变换仪器高法oror双面尺法双面尺法目录下页上页等级等级 路线长路线长度度/km 水准仪水准仪 水准尺水准尺观测次数观测次数 往返较差、线往返较差、线路闭合差路闭合差 与已知与已知点联测点联测符合或符合或环线环线平地平地/mm山地山地/mm三三50DS1因瓦因瓦往返各往返各一次一次 往一次往一次12 4DS3双面双面往返各往返各一次一次四四

22、16DS3双面双面往返各往返各一次一次往一次往一次206三、四等水准测量的主要技术要求三、四等水准测量的主要技术要求目录下页上页三、四等水准测量观测的技术要求三、四等水准测量观测的技术要求等等级级水准水准仪仪视线视线长度长度/m前后前后视距视距差差/m前后视前后视距累积距累积差差/m视线高度视线高度黑面、黑面、红面红面读数之读数之差差/mm黑面、红黑面、红面面所测高差所测高差之差之差/mm三三DS110036三丝能读三丝能读数数1.01.5DS3752.03.0四四DS3100510三丝能读三丝能读数数3.05.0一个测站上的观测程序和记录顺序一个测站上的观测程序和记录顺序 （1 1）瞄准后视

23、尺黑面，精平，读取下丝、上）瞄准后视尺黑面，精平，读取下丝、上丝和中丝读数，分别记入丝和中丝读数，分别记入表表2-42-4（P24P24）中、中、位置；、位置；（2 2）瞄准前视尺黑面，精平，读取下丝、上）瞄准前视尺黑面，精平，读取下丝、上丝和中丝读数，分别记入表丝和中丝读数，分别记入表2-42-4中、中、位置；位置；（3 3）瞄准前视尺红面，读取中丝读数，记入）瞄准前视尺红面，读取中丝读数，记入表表2-42-4中位置；中位置； （4 4）瞄准后视尺红面，读取中丝读数，记入）瞄准后视尺红面，读取中丝读数，记入表表2-42-4中位置。中位置。 一个测站上的这种观测程序简称一个测站上的这种观测程序

24、简称“后后- -前前- -前前- -后后”（“黑黑- -黑黑- -红红- -红红”）（三等水准测（三等水准测量）。量）。 四等水准测量也可采用四等水准测量也可采用“后后- -后后- -前前- -前前”（“黑黑- -红红- -黑黑- -红红”）的观测程序。）的观测程序。 3测站计算与检核测站计算与检核（1）视距部分 视距视距=（下丝读数（下丝读数-上丝读数）上丝读数）100 后视距离：后视距离：100前视距离：前视距离：100前、后视距差：前、后视距差：前、后视距累积差：上站本站前、后视距累积差：上站本站（2）高差部分）高差部分未完，教材未完，教材P25继续。继续。闭合差分配原则闭合差分配原则高

25、差闭合差分配原则高差闭合差分配原则按线路总长度依比例反号分配（平原）按线路总长度依比例反号分配（平原）按线路总站数依比例反号分配（山地）按线路总站数依比例反号分配（山地）第四节第四节 水准测量内业计算水准测量内业计算 适用于山区适用于平原区容容nfLfhh1240 。 容hhff容hhff GB50026-2007 GB50026-2007工程测量规范工程测量规范规定，规定，普通普通水准水准测量各路线高差闭合容许值为：测量各路线高差闭合容许值为： 平坦地区平坦地区，即每，即每kmkm的测站的测站不超过不超过1616站；站； 山地地区山地地区，即每，即每kmkm的测站的测站大于等于大于等于161

26、6站。站。基本步骤基本步骤1. 外业记录数据整理外业记录数据整理测段高差测段高差hi和测段长度和测段长度Di（或测站数（或测站数ni）2. 计算线路闭合差计算线路闭合差fh并判断并判断fh f限限，3. 高差闭合差分配，改正观测高差高差闭合差分配，改正观测高差按线路总长度依比例反号分配（平原）按线路总长度依比例反号分配（平原）按线路总站数依比例反号分配（山地）按线路总站数依比例反号分配（山地）Vi=(-fh/Di)*Di (平原平原)Vi=(-fh/ni)*ni (山地山地)4. 计算改正后高差计算改正后高差hi改改=hi+Vi5 . 推算高程，检核推算高程，检核Hi=Hi-1+hi改改H末计

27、算末计算=H末已知末已知 （检核）（检核）补充：水准测量误差分析补充：水准测量误差分析 1、仪器误差、仪器误差3种种 i角误差角误差、调焦透镜运行差、水准尺误差、调焦透镜运行差、水准尺误差 2、观测误差、观测误差3种种 精平误差、读数误差、水准尺倾斜误差精平误差、读数误差、水准尺倾斜误差 3、外界条件影响产生的误差、外界条件影响产生的误差5种种 仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率影响、大气折仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率影响、大气折光、温度变化光、温度变化 思考题：水准测量时为什么要求前后视距大致相思考题：水准测量时为什么要求前后视距大致相等？等？ 限制前后视距差限制前后视距差地球曲率对水准测量的影响

28、地球曲率对水准测量的影响 实验实验1 DS3微倾水准仪认识与使用微倾水准仪认识与使用（P13-P16）1掌握掌握DS3型水准仪的构造及各部件的名称型水准仪的构造及各部件的名称及作用。及作用。2掌握利用圆水准器粗略整平仪器的方法。掌握利用圆水准器粗略整平仪器的方法。3掌握用水准仪瞄准目标、消除视差、精确掌握用水准仪瞄准目标、消除视差、精确整平及在水准尺上读数的方法。整平及在水准尺上读数的方法。 实验实验2 五等水准测量五等水准测量1 线路：闭合水准线路A29A27MB1MB2MB4MB3A292 视距60步。实例：符合水准路线的内业计算实例：符合水准路线的内业计算 如图为一符合水准路线：A、B为已知水准点，HA =65.376m ， HB =68.623m点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图： kmLnh0 . 18575. 1111kmLnh2 . 112036. 2222kmLnh4 . 114742. 1333kmLnh2 . 216446. 1444AB123前进方向备注测段 点名 距离 km测站数实测高差