第二章水准测量

1、测量学测量学课件课件吉林大学吉林大学测绘工程系测绘工程系第二章第二章 水准测量水准测量主要内容：主要内容：水准测量原理、水准仪的构造及使用、 水准测量的施测方法及成果整理、仪器 的检验与校正。主要目的：主要目的：使学生了解水准测量原理、测量仪器与 测量工具，掌握地面点位高程测量过 程。重点内容：重点内容：水准测量原理、施测方法、成果计算。 测定地面点高程的工作称为高程测量。 分：水准测量、三角高程测量。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-1.水准

2、测量原理水准测量原理 水准测量是测出两点间的高差。即在两个点上分别竖立水准尺，利用水准测量的仪器提供的一条水平视线，瞄准并在水准尺上读数，从而求得两点间的高差。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项前进方向水平视线大地水准面hihahbab后视尺前视尺bhab（1）高差法：根据水准仪提供的水平视线在a点水准尺上读数为a（后视读数），b点水准尺上读数为b（前视读数），则 h habab=a-b hb=ha+ h habab =ha+(a-b) 在计算高差

3、h habab时，一定要注意h habab的下标： h habab表示a点至b点的高差。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-1.水准测量原理水准测量原理前进方向水平视线大地水准面hihahbab后视尺前视尺bh habab 如图，已知ha，求hb？（2）视线高法视线高法：b点高程也可以通过水准仪视线高程hi（也称为仪器高程）来计算， 即 hi=ha+a 则 h hb b =(ha+a)-b=hi-b1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.

4、注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项前进方向水平视线大地水准面hihahbab前视尺bh habab2-1.水准测量原理水准测量原理2-2.连续水准测量、转点、测站连续水准测量、转点、测站 转点：转点：如果两点间高差较大或相距较远，仅安置一次仪器不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临时的立尺点，作为传递高程的临时点。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项

5、 bma bmb 1.4441.324tp2h2=+0.1201.8220.876tp3h3=+0.9461.8201.435tp4h4=+0.3851.422 1.304h5=+0.118前进方向1.1341.677tp1h1=-0.5432-2.连续水准测量、转点、测站连续水准测量、转点、测站 附图1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项 bma bmb 1.4441.324tp2h2=+0.1201.822 0.876tp3h3=+0.9461.8

6、201.435tp4h4=+0.3851.422 1.304h5=+0.118前进方向1.1341.677tp1h1=-0.5432-2.连续水准测量、转点、测站连续水准测量、转点、测站 连续水准测量：连续水准测量：依次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高差的代数和，即求得两点间的高差值。hab1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-2.连续水准测量、转点、测站连续水准测量、转点、测站欲求hab，在a点至b点水准路线

7、上增设n-1个转点，安置n次水准仪，依次连续地测定相邻两点间高差h1hn，即 h h1 1=a=a1 1-b-b1 1 h h2 2=a=a2 2-b-b2 2 h hn n=a=an n-b-bn n则 h habab= = h h1 1+ +h h2 2+ + +h hn n=h= a=h= a- - bb h hb b=h=ha a+ + h habab=h=ha a + + （aa- - bb）hab1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-3

8、.注意事项注意事项 选择土质稳固的地方作为转点位置，要保持转点（尺垫）稳定不动；同时要尽可能保持各测站的前后视距大致相等；还要尽可能通过调节前、后视距离保持整条水准路线中的前视视距之和与后视视距之和相等，这样有利于消除（或减弱）仪器i角误差和地球曲率对高差的影响。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-4.水准测量仪器及其操作水准测量仪器及其操作主要仪器：主要仪器：水准仪、水准尺、尺垫1、水准仪、水准仪 精度系列精度系列:分ds05、ds1、ds3，

9、ds10,下标“05”、“1”、“3”及“10”等数字表示该类仪器的精度，每公里往返测高差中数的中误差。 精密水准仪，配有相应的精密水准尺，用于国家一二等水准测量、大型工程建筑物施工及变形测量以及地下建筑测量。普通水准仪，用于国家三四等及普通水准测量。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项s3型水准仪外形型水准仪外形1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准

10、仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪构造水准仪构造 望远镜望远镜 水准器水准器1. 1. 望远镜望远镜望远镜：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜对光螺旋、目镜对光螺旋 1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪构造水准仪构造 望远镜视准轴：通过物镜光心与十字丝交点的连线cc，延长线即为视线。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的

11、检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪构造水准仪构造 视差：视差：由于物镜调焦螺旋调焦不完善，使目标成像与十字丝分划板平面之间有相对移动。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪构造水准仪构造 消除视差的方法：消除视差的方法：先进行目镜调焦，使十字丝十分清晰；再瞄准目标进行物镜调焦，使目标十分清晰，使目标与十字丝平面之间没有相对移动。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准

12、测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪构造水准仪构造2.水准器水准器圆水准器 分划值 8/2mm 用于仪器粗平 管水准器 分划值 20/2mm 用于仪器精平1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准尺、尺垫水准尺、尺垫 直尺直尺:双面水准尺分 “黑面尺” 和 “红面尺”。黑面尺尺底尺 均从零开始，而红面尺尺底， 从固定数值4.687m或4.787m 开始，此数值称为零点差。 塔尺塔尺:可伸缩，伸足为3米、 5米

13、，用于一般工程测量。 尺垫尺垫:转点立尺用。 1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪的使用水准仪的使用水准仪的使用步骤：水准仪的使用步骤： 安置粗平瞄准精平读数 安置时考虑前、后视等距； 粗平时掌握“左手大拇指法”； 瞄准时包括消除视差； 精平状态下(符合气泡符合时)读数； 读数估读至毫米。 符合气泡符合尚未符合符合气泡符合， 水准管轴与视 线水平。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6

14、.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准仪的使用水准仪的使用 a ab bc c“左手大拇指法左手大拇指法”粗平：粗平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准测量的瞄准和读数水准测量的瞄准和读数 a0.7300.730 bc6.2376.2371.4601.4602-5.普通水准测量普通水准测量 1、水准点、水准点 水准点：水准点：用水准测量的方法测定的

15、高程控制点“bm”，分永久性和临时性。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-5.普通水准测量普通水准测量 水准测量：水准测量：从某一已知高程的水准点开始，经过一定的水准路线，测定各待定点的高程。 点之记：点之记：水准点应进行编号，并绘出水准点与附近固定建筑物或其它明显地物关系的点位草图， 作为水准测量的成果一并保存。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型

16、水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-5.普通水准测量普通水准测量 2、水准路线、水准路线 由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线。 闭合水准路线闭合水准路线 附合水准路线附合水准路线 支水准路线支水准路线 1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-5.普通水准测量普通水准测量2.水准路线3.支水准路线bm.abm.a121bm.abm.a2341.闭合水准路线2.附合水准路线bm.abm.abm.bbm.b

17、1231.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-5.普通水准测量普通水准测量2-5.普通水准测量普通水准测量3、普通水准测量方法、普通水准测量方法 已知h ha a19.153m19.153m，欲测定b点高程？步骤如下：(1)观测者在测站处安置水准仪，在bm.abm.a和tp.1tp.1点立尺，tp.1tp.1安放尺垫，依次瞄准、精平、读数，16321632和1271mm1271mm。并计算该站高差为+0.361m+0.361m1.水准测量原理2.连续

18、水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项 (2)水准仪搬迁至测站2，转点tp.1上的尺垫保持不动，水准尺转向仪器方向，在转点tp.2安放尺垫并立尺，读数为1.862m和0.952m，计算高差为+0.910m，按上法依次连续进行水准测量，直至测到b点为为止。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-5.普通水准测量普通水准测量普通水准测量

19、记录手簿普通水准测量记录手簿测站点号水准尺读数(m)高 差(m)高 程(m)备 注后视前视 + - bm.a 1.632 0.361 19.153 已知tp.1 1.271 19.514 tp.1 1.862 0.910tp.2 0.952 20.424 tp.2 1.346 0.094tp.3 1.252 20.518 tp.3 0.931 0.547tp.4 1.478 19.971 tp.4 0.836 0.389 b 1.225 19.582计算检核 6.607 6.178 1.365 0.936a- b =+0.429 h=+0.429对于每一测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错

20、，可采用改变仪器高的方法或双面尺法进行检核。两次测得高差的差值在5mm以内时，则取两次高差平均值作为该站测得的高差值。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项四四.水准测量成果整理水准测量成果整理计算步骤：计算步骤： 高差闭合差的计算高差闭合差的计算 高差闭合差检验高差闭合差检验 闭合差分配：闭合差分配： 计算每公里（或每站）高差改正数计算每公里（或每站）高差改正数 计算测段高差改正数计算测段高差改正数 计算改正后高差计算改正后高差 计算各点高程计算各点

21、高程1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-6.普通水准测量成果整理普通水准测量成果整理1.高差闭合差的计算与校核高差闭合差的计算与校核 支水准路线 闭合水准路线 附合水准路线 2.高差闭合差分配和计算改正后高差高差闭合差分配和计算改正后高差分配原则：对于闭合或附合水准路线，按与路线长度l或按路线测站数n成正比的原则，将高差闭合差反其符号进行分配。 1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普

22、通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-6.普通水准测量成果整理普通水准测量成果整理3.计算各点改正后的高程计算各点改正后的高程 根据已知水准点高程和各测段改正后的高差 ，依次逐点推求各点改正后的高程。高差闭合差限差（容许误差）对于普通水准测量，有：计算各段改正后高差后，计算各点的高程。改正后高差=改正前高差+改正数vi h1=hbm-a+(h1+v1) h2=h1+(h2+v2) h3=h2+(h3+v3) hbm-b=h3+(h4+v4)1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测

23、量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项适用于山区适用于平原区容容nflfhh1240适用于山区适用于平原区容容nflfhh12402-6.普通水准测量成果整理普通水准测量成果整理4.算例算例 如图， bm.a 和bm.b为已知水准点，按普通水准测量的方法测得各测段观测高差和测段路线长度分别标注在路线的上、下方。将计算成果列于表中。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项 附合水准路线测量成果计算表附合水准路线测量成果计算

24、表点号点号l(km)hi(m)v(m)h(m)h(m)bm.a 0.60 +1.331 -0.002 +1.329 6.543 1 7.872 2.00 +1.813 -0.008 +1.805 2 9.677 1.60 -1.424 -0.007 -1.431 3 8.246 2.05 +1.340 -0.008 +1.332bm.b 9.578 6.25 +3.060 -0.025 +3.0351.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项可用可用exce

25、l软件计算如下图：软件计算如下图：2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正1.水准仪轴线及其应满足的几何条件水准仪轴线及其应满足的几何条件(1)四条轴线 视 准 轴 cc 水准管轴 ll 圆水准轴 ll 竖 轴 vv(2)应满足的三个条件三个条件 ll/ vv 横丝vv ll / ccll / cc (主要条件主要条件)ccllvvll1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正2、水准

26、仪的检验与校正、水准仪的检验与校正（1 1）圆水准轴平行于仪器竖轴的检验）圆水准轴平行于仪器竖轴的检验 检验方法：安置水准仪后，转动脚螺旋使圆水准气泡居中，然后将仪器绕竖轴旋转180。如果圆气泡仍旧居中，则表示该几何条件满足，不必校正。校正方法：水准仪不动，旋转脚螺旋，使气泡向圆水准器中心方向移动偏离值的一半，然后用校正针先稍松动一下圆水准器底下中间一个大一点的连接螺丝，再分别拨动圆水准器底下的三个校正螺丝，使圆气泡居中，校正完毕后，应记住把中间一个连接螺丝再旋紧。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds

27、3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正(2)(2)十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正检验方法：检验方法：安置水准仪整平后，用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标a，观测a点是否始终沿着中丝移动。校正方法：校正方法：旋下目镜端的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝环的四个固定螺丝，按中丝倾斜的反方向小心地转动十字丝环，直至中丝水平，再重复检验，最后固紧十字丝环的固定螺丝，旋上十字丝外罩。 1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测

28、量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正2 13 4 十字丝环 校正螺丝十字丝环 校正螺丝1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正（3 3）水准管轴平行于视准轴的检验与校正）水准管轴平行于视准轴的检验与校正原理与方法：原理与方法： i i角误差：角误差：水准管轴不平行于视准轴，它们在竖直面内投影之夹角。 1.水准

29、测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正检验方法：检验方法： 在平坦地区选择相距约80m的a、b两点（可打下木桩或安放尺垫），并在a、b两点中间选择一点o，且使da=db。 将水准仪安置于o点处，分别在a、b两点上竖立水准尺，读数为a1和b1., 将水准仪搬到靠近b点处（约距b点3m），整平仪器后，瞄准b点水准尺，读数为b2 ，再瞄准a点水准尺，读数为a2，则 若 则表明水准管轴平行于视准轴，几何条件满足，

30、若 且差值大于5mm则需要进行校正。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项而水准管轴平行于视准轴的检验1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-7. ds3型水准仪的检验与校正型水准仪的检验与校正水准管轴平行于视准轴的校正方法水准管轴平行于视准轴的校正方法a.计算a尺水平视线读数： a2=b2+h b.转动微倾

31、螺旋，使横丝瞄准读数 a2：cc水平 c. 校正水准管气泡居中：ll水平（ll / cc） d. 重复检验直至符合要求。1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项水准管的 校正螺丝水准管 的一端1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项2-8.水准测量误差分析及注意事项水准测量误差分析及注意事项 1.水准测量误差按其来

32、源可分为： 仪器误差 观测与操作者 外界环境的影响 2.注意事项 按要求检校水准仪，检视水准尺 前后视距应尽可能相等 注意消除视差 做到“人不离仪器” 认真记录、扶尺员应认真竖立尺子等1.水准测量原理2.连续水准测量、转点、测站3.注意事项4.水准测量仪器及其操作5.普通水准测量6.普通水准测量成果整理7. ds3型水准仪的检验与校正8.水准测量误差分析及注意事项补充补充:自动安平水准仪自动安平水准仪一一,自动安平水准仪自动安平水准仪(compensator level)1原理与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。2使用粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。3检校与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。二二,精密水准仪（精密水准仪（precise level）（每公里往返平均高差中误差1mm）1、精密水准仪提供精确的水平视线和精确读数；2、精密水准尺刻度精确(铟钢带水准尺invar leveling staff)。3、读数方法精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。三三,数字水准仪数字水准仪(digital level)及条纹码水准尺及条纹码水准尺(c