第2章水准测量K

1、第二章第二章 水准测量水准测量教学要求：教学要求：通过学习使学生掌握水准测量的基本原理、水准仪通过学习使学生掌握水准测量的基本原理、水准仪的使用及检验方法，高差的测定及高差闭合差的调整和高程的使用及检验方法，高差的测定及高差闭合差的调整和高程的计算方法。理解自动安平水准仪的安平原理和自动安平水的计算方法。理解自动安平水准仪的安平原理和自动安平水准仪的自动补偿器的结构。了解电子水准仪的基本构造和测准仪的自动补偿器的结构。了解电子水准仪的基本构造和测量原理。量原理。学习重点：学习重点：1、水准仪的使用、水准仪的使用2、水准测量一般方法及要求、水准测量一般方法及要求3、水准路线高差闭合差的调整和高程

2、的计算、水准路线高差闭合差的调整和高程的计算4、水准仪的检验与校正、水准仪的检验与校正第二章第二章 水准测量水准测量学习难点：学习难点：1 1、水准路线高差闭合差的调整和高程的计算、水准路线高差闭合差的调整和高程的计算2 2、水准仪的检验与校正、水准仪的检验与校正一、基本原理一、基本原理l l水准测量的实质水准测量的实质:测量两点之间的高差。测量两点之间的高差。l l水准测量的基本原理水准测量的基本原理：利用水准仪建立一条水平利用水准仪建立一条水平视线，借助水准尺来测定两视线，借助水准尺来测定两点间的高差，从而由点间的高差，从而由已知点的高程推算出未知点已知点的高程推算出未知点的高程。的高程。

3、 l l如果如果A点是已知高程点，点是已知高程点，B点是待求高程点。则点是待求高程点。则B点高程为点高程为: )(baHhHHAABAB图图2-2lA、B两点的高差为：两点的高差为：(利用利用水准仪水准仪提供的水平视线，分别读取提供的水平视线，分别读取A点点水准尺水准尺上的上的读数读数a和和B点的读数点的读数b)bahAB l l如果如果A点是已知高程点，点是已知高程点，B点是待求高程点。则点是待求高程点。则B点高程为点高程为: )(baHhHHAABABl l如图所示：如图所示：A后视点后视点、a后视读数，后视读数，B前视点前视点、 b前视读数前视读数则：则：v高差高差=后视读数后视读数前视

4、读数前视读数根据前进方向，在前面的为前视，背后为后视。根据前进方向，在前面的为前视，背后为后视。v高差的符号高差的符号：高差的正负号反映两点的高低；高差的正负号反映两点的高低；高差的正负号又与测量前进的方向有关高差的正负号又与测量前进的方向有关：hAB=hBA二、仪高法测量二、仪高法测量l l适用场合适用场合：根据一个后视点的高程同时测定多个：根据一个后视点的高程同时测定多个未知点的高程。常用于纵断面测量、土石方测量。未知点的高程。常用于纵断面测量、土石方测量。 l l仪高法仪高法：仪器的视线高：仪器的视线高：H Hi i = H= HA A +a+a 待求点高程：待求点高程： H H B B

5、 = H= Hi i b = b = （H HA A +a+a） b b 中间点：中间点：在测量过程中不起传递高程作用的在测量过程中不起传递高程作用的高高程待求点程待求点，这些点上只有一个前视读数这些点上只有一个前视读数C,也称也称“中视读数中视读数”。caHcHHAic)(图图2-4如图如图中间点高程中间点高程=仪器的视线高仪器的视线高中视读数中视读数置镜置镜点：点：HP1=（HA+a1）C1;HP2=（HA+a1）C2HTP1=（HA+a1）b1置镜置镜II点：点：HP3=（HTP1+a2）C3；HP4=（HTP1+a2）C4；HTP2=（HTP1+a2）b2；2.2水准测量的仪器及其使用

6、水准测量的仪器及其使用一、水准仪的种类一、水准仪的种类 l l光学水准仪：光学水准仪： l l微倾式水准仪微倾式水准仪：用水准管来获得水平视线；：用水准管来获得水平视线； l l自动安平水准仪：用补偿器来获得水平视线。自动安平水准仪：用补偿器来获得水平视线。 l l电子水准仪电子水准仪水准仪按仪器精度分水准仪按仪器精度分：DS05、DS1、DS3、DS10四四个等级个等级。D、S分别分别是是“大地测量仪器大地测量仪器”和和“水准仪水准仪”汉语拼音的第一个字母，数字汉语拼音的第一个字母，数字05、1、3、10表示该表示该仪器的测量精度，即往返观测仪器的测量精度，即往返观测1km1km产生的高差闭

7、合差的产生的高差闭合差的中误差。中误差。DS05和和DS1用于精密水准测量，用于精密水准测量，DS3用于一般水用于一般水准准测量，测量，DS10则用于简易水准测量。则用于简易水准测量。工程常用工程常用DS3水准仪水准仪。46874787（一）水准尺（一）水准尺 用优质木材或用优质木材或合金合金制成，要求制成，要求尺长稳定，刻划准确。尺长稳定，刻划准确。 l l最常用的有双面尺和塔尺两最常用的有双面尺和塔尺两种。种。双面尺双面尺多用于三、四等及以下多用于三、四等及以下精度的水准测量（见图精度的水准测量（见图2-5a）。）。塔尺塔尺用两节或三节套接在一起，用两节或三节套接在一起，能伸缩，携带方便。

8、一般尺长能伸缩，携带方便。一般尺长为为5m，尺的底部为零点，尺，尺的底部为零点，尺面绘有面绘有1cm或或5mm黑白相间黑白相间的分格，米和分米处注有数字的分格，米和分米处注有数字（见图（见图2-5b）。）。图图2-5l l尺垫是在转点上放置水尺垫是在转点上放置水准尺用的，准尺用的，尺垫可使转点尺垫可使转点稳固，防止下沉稳固，防止下沉。l l用钢板或铸铁制成，一用钢板或铸铁制成，一般为三角形，中央有一突般为三角形，中央有一突出的半球体，下方有三个出的半球体，下方有三个尖脚尖脚l l用时把三个尖脚踩入土用时把三个尖脚踩入土中，把水准尺立在突出的中，把水准尺立在突出的圆顶上。圆顶上。（二）尺垫（二）

9、尺垫l（一）（一）DSDS3 3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造 图图2-71、物镜、物镜2、目镜、目镜3、物镜对光螺旋、物镜对光螺旋4、管水准器、管水准器5、圆水准器、圆水准器6、脚螺旋、脚螺旋7、制动螺旋、制动螺旋8、微动螺旋、微动螺旋9、微倾螺旋、微倾螺旋10、轴座、轴座11、三角压板、三角压板12、底版、底版三、DS3微倾式水准仪的构造及使用l l作用作用：它可以提供视线，：它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数并可读出远处水准尺上的读数l l构造构造：物镜、目镜、对光：物镜、目镜、对光 透镜和十字丝分划板。透镜和十字丝分划板。1.物镜：物镜：使目标的成像落在十字丝板前后。使目

10、标的成像落在十字丝板前后。2.调焦透镜：调焦透镜：使目标的成像与十字丝重合。使目标的成像与十字丝重合。3.目镜目镜：放大放大十字丝和目标的成像。十字丝和目标的成像。4.十字丝分划板十字丝分划板：竖丝竖丝是为了瞄准目标，是为了瞄准目标， 中丝中丝（单丝或楔形丝）（单丝或楔形丝）读取读数。读取读数。 视距丝视距丝：上、下短丝，用于测距。上、下短丝，用于测距。l l视准轴视准轴（即视线）：（即视线）：十字丝交十字丝交点与物镜光心的连线。点与物镜光心的连线。它是水准仪的主要轴线之一。它是水准仪的主要轴线之一。DS3水准仪水准仪望远镜放大率望远镜放大率一般为一般为28倍倍。图图2-81 1望远镜望远镜（

11、1）管水准器（水准管）：）管水准器（水准管）：反映视线是否水平，用于反映视线是否水平，用于 精平。精平。l l水准管的零点水准管的零点：管面上刻有间隔为管面上刻有间隔为2mm的分划线，的分划线，分划线的对称中心分划线的对称中心O称。称。l l水准管轴水准管轴LL：过零点与管内壁纵向相切的直线（见过零点与管内壁纵向相切的直线（见图图2-10）。）。l l气泡居中：气泡居中： 当当气泡的中心点气泡的中心点与与零点零点重合重合时，称时，称气泡居气泡居中中，此时水准管轴位于，此时水准管轴位于水平位置，水平位置，视线水平。视线水平。图图2-102-102 2水准器水准器（管水准器和圆水准器）管水准器和圆

12、水准器） 若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置，若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置，视线不水平。视线不水平。l 水准管分划值水准管分划值 l定义定义：水准管水准管2mm的弧长所对圆心角的弧长所对圆心角，即即气泡每移动一气泡每移动一格时，水准管轴所倾斜的角值。格时，水准管轴所倾斜的角值。l水准管分划值的大小水准管分划值的大小反映了仪器置平精度的高反映了仪器置平精度的高低低。水准管纵向弧线半径水准管纵向弧线半径 R越大，越大，值越小，值越小，则水准管则水准管灵敏度灵敏度越高。越高。DS3型水准管分划值一般为型水准管分划值一般为20/2mm。l 符合水准器符合水准器l 当当气泡居中时，两端气泡的影

13、像就能符合成吻合气泡居中时，两端气泡的影像就能符合成吻合的抛物线，的抛物线，它用于微倾式水准仪。它用于微倾式水准仪。l l如果两端影像错开，则表示气泡不居中，这时可如果两端影像错开，则表示气泡不居中，这时可旋转微倾螺旋使气泡影像符合，使气泡居中。旋转微倾螺旋使气泡影像符合，使气泡居中。l注：左边注：左边气泡影像的移动方向气泡影像的移动方向与与微倾螺旋的转动微倾螺旋的转动方向一致。方向一致。图图2-12l l圆水准器：一个封闭的圆形玻璃圆水准器：一个封闭的圆形玻璃容器，顶面内壁是球面，球面中容器，顶面内壁是球面，球面中央有一圆圈。央有一圆圈。l l水准器零点水准器零点: :圆圈圆心称为圆圈圆心称

14、为 。l l圆水准器轴圆水准器轴: :通过零点的球面法通过零点的球面法线线。l l当当圆水准器气泡居中时，圆水准圆水准器气泡居中时，圆水准器轴竖直，仪器竖轴竖直。器轴竖直，仪器竖轴竖直。l l圆水准器的分划值圆水准器的分划值: :气泡中心偏气泡中心偏离零点离零点2mm的弧长所对圆心角的的弧长所对圆心角的大小。大小。DS3水准仪圆水准器分划值一般为水准仪圆水准器分划值一般为8 10 /2mm。由于它的精度较。由于它的精度较低，故低，故只用于仪器的粗略整平。只用于仪器的粗略整平。图图2-13（2）圆水准器：）圆水准器：反映竖轴是否竖直，用于粗平。反映竖轴是否竖直，用于粗平。3基座基座l l用于用于

15、置平仪器置平仪器，它支撑仪器的上部使其在水，它支撑仪器的上部使其在水平方向上转动，并通过连接螺旋与三脚架连平方向上转动，并通过连接螺旋与三脚架连接。接。l l基座主要由基座主要由轴座、脚螺旋、三角压板和底板轴座、脚螺旋、三角压板和底板构成。构成。 调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中，调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中，使仪器使仪器粗略整平粗略整平。（二）二）DSDS3 3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用 微倾式水准仪的使用包括微倾式水准仪的使用包括安置仪器安置仪器、粗略整平粗略整平、瞄准水准瞄准水准尺尺、精平与读数精平与读数等操作步骤。等操作步骤。1 1安置仪器安置仪器 l l在测站上

16、安置三脚架，架头大致水平。在测站上安置三脚架，架头大致水平。 l l 用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。2 2粗略整平（粗平）粗略整平（粗平） l l粗平概念：粗平概念：用脚螺旋使圆水准器的气泡居中，使仪器用脚螺旋使圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，从而使视准轴粗略水平。竖轴大致铅直，从而使视准轴粗略水平。 l l气泡的移动方向气泡的移动方向 与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致 操作操作：如如图图2-14所示所示（脚螺旋顺时针转动该端升高，逆时脚螺旋顺时针转动该端升高，逆时针转动该端降低针转动该端

17、降低，气泡向高处移动气泡向高处移动）l操作：操作：w气泡未居中而位于气泡未居中而位于a 处，则先按图上箭头所指的方向用处，则先按图上箭头所指的方向用两两手相对转动脚螺旋手相对转动脚螺旋和和，使气泡移到使气泡移到b的位置（如图的位置（如图b）。）。w然后然后单独转动脚螺旋单独转动脚螺旋使气泡居中。如有偏差可重复进行使气泡居中。如有偏差可重复进行。图图2-143 3瞄准目标瞄准目标 l l目镜对光目镜对光：对准白色目标，旋转目镜，使十字：对准白色目标，旋转目镜，使十字丝成像清晰。丝成像清晰。 l l粗略瞄准粗略瞄准：缺口、准星、目标（尺）三点一线，：缺口、准星、目标（尺）三点一线，制动望远镜。制动

18、望远镜。 l l物镜调焦物镜调焦（对光）：转动物镜调焦螺旋，使目（对光）：转动物镜调焦螺旋，使目标成像清晰。标成像清晰。 l l精确照准：精确照准：转动水平微动螺旋使目标的对称中转动水平微动螺旋使目标的对称中心与竖丝重合（或在竖丝附近）心与竖丝重合（或在竖丝附近） 注意：注意：瞄准水准尺时必须消除瞄准水准尺时必须消除视差视差。 视差视差：观测者的眼睛在目镜端上下移动时，物像与观测者的眼睛在目镜端上下移动时，物像与十字丝间有相对运十字丝间有相对运动的现象，叫十字丝视差，简称视差动的现象，叫十字丝视差，简称视差。 产生视差的原因及消除的方法产生视差的原因及消除的方法：l产生视差的原因产生视差的原因

19、:尺像与十字丝分划板不重合。尺像与十字丝分划板不重合。 l消除的方法：消除的方法：转动目镜调节螺旋使十字丝成像清晰，转动目镜调节螺旋使十字丝成像清晰，再转动物镜对光螺旋使尺像清晰，反复调节直至十字丝再转动物镜对光螺旋使尺像清晰，反复调节直至十字丝和水准尺呈像均清晰，眼睛上下晃动时，十字丝横死所和水准尺呈像均清晰，眼睛上下晃动时，十字丝横死所截取的读数不变为止。截取的读数不变为止。 图图 2-152-15 l l精平：精平：转动转动微倾螺旋微倾螺旋使符合水准管气泡居中。使符合水准管气泡居中。 l l读数：读数：用用十字丝横丝切十字丝横丝切尺上的刻划尺上的刻划直接读出米、直接读出米、分米和厘米数，

20、并估读出分米和厘米数，并估读出毫米数，保证每个读数均毫米数，保证每个读数均为四位数，即使某位数是为四位数，即使某位数是零也不可省略。零也不可省略。读数方法：读数方法： 由小到大的读（倒像仪器从上到下）。由小到大的读（倒像仪器从上到下）。图图2-16的读数为的读数为: : 1.258m。图图2-164 4精平与读数精平与读数l用设置在望远镜内的用设置在望远镜内的自动补偿器自动补偿器代替水准管而能代替水准管而能自动获得水平视线的水准仪。自动获得水平视线的水准仪。l观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，即可直观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，即可直接读取水平视线读数。接读取水平视线读数。l具有具有观

21、测速度快观测速度快、精度高等优点，被广泛应用在、精度高等优点，被广泛应用在各种等级的水准测量中。各种等级的水准测量中。l补偿器有一定的补偿器有一定的补偿范围补偿范围，应特别注意圆水准器，应特别注意圆水准器的气泡居中的气泡居中l要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于正常正常工作状态工作状态。2-4普通水准测量普通水准测量l l水准点水准点（BenchMark），通过水准测量建立的），通过水准测量建立的高程控制点，工程上常用高程控制点，工程上常用BM来标记。来标记。l l水准点的等级及埋设水准点的等级及埋设水准点可根据需要设置成永久性水准点和临时性水准点可根据

22、需要设置成永久性水准点和临时性水准点。水准点。国家水准点国家水准点分为一、二、三、四等四个等级，分为一、二、三、四等四个等级，按规范要求埋设永久性标石标记。三、四等水准按规范要求埋设永久性标石标记。三、四等水准点一般用混凝土标石制成，深埋到地面冻结线以点一般用混凝土标石制成，深埋到地面冻结线以下，在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀下，在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀的材料制成的半球状标志。（如图的材料制成的半球状标志。（如图a）图根水准点和一些施工测量使用的水准点图根水准点和一些施工测量使用的水准点常常采用临时性标志采用临时性标志,例如例如:木桩（桩顶钉一半圆木桩（桩顶钉一半圆球状铁

23、钉）或大铁钉打入地面，也可在地面球状铁钉）或大铁钉打入地面，也可在地面上突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶上突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶等处用红油漆标记。（如图等处用红油漆标记。（如图b墙上水准点）墙上水准点）水准点桩顶面上应注明编号及等级。例如：水准点桩顶面上应注明编号及等级。例如：BM1、BM2水准点的位置水准点的位置：选在土质坚硬、便于长期保存和：选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。埋设水准点后，应绘出水准点使用方便的地点。埋设水准点后，应绘出水准点的的点之记点之记。连续水准测量：连续水准测量：在两点间连续地多次安置仪器所进行在两点间连续地多次安置仪器所进行的水准测量。

24、的水准测量。 图2-3 测站：安置仪器的点（测站：安置仪器的点（在图在图2-3中中、）转点：转点：（TurningPoint）常简写为：）常简写为：TP，是传递高程的点（是传递高程的点（1、2）。）。在转点上先有前视读数后有后视读数。在转点上先有前视读数后有后视读数。假设假设A点高点高程已知为程已知为HA，各测站测得的高差为，各测站测得的高差为hi，则有：，则有：bahhbahbahbahABnnn 222111 hAB为为A、B两点间测得的高差，两点间测得的高差， 则：未知点则：未知点B的高程为的高程为：ABABhHH高差的计算检核：高差的计算检核：ab=hAB高程的计算检核：高程的计算检核

25、：HBHA=hAB。图图2-22中：中：水准点水准点A为已知点，为已知点，高程为高程为51.903m；B为待定高程的点为待定高程的点 ；施测过程施测过程（见表（见表2-1）(高差高差=后视后视-前视前视hi=ai-bi)图图2-22点号点号水准尺读数水准尺读数高高差差高高程程备备注注后视后视前视前视+BMA1.33951.903已知高程点已知高程点TP11.4181.4020.063TP21.5191.1870.231TP31.2420.9840.535TP41.2671.3470.105BMB0.8710.3966.7855.7911.1620.168计算检核计算检核ab=+0.994h=+

26、0.994HBHA=+0.994表表2-1水准测量记录手簿（水准测量记录手簿（记录、计算记录、计算）图图2-22点号点号水准尺读数水准尺读数高差高差高高 程程后视后视前视前视+ +BMBMA A1.3391.3390.0630.06351.90351.903TPTP1 11.4181.4181.4021.4020.2310.231TPTP2 21.5191.5191.1871.1870.5350.535TPTP3 31.2421.2420.9840.9840.1050.105TPTP4 41.2671.2671.3471.3470.3960.396BMBMB B0.8710.87152.897

27、52.8976.7856.7855.7915.7911.1621.1620.1680.168ab=6.785-5.791=0.994mab=6.785-5.791=0.994mh=0.994mh=0.994mHB-HA=52.897-51,903=0.994HB-HA=52.897-51,903=0.994计算检核计算检核在每一测段结束后或手簿上每一页之末，必须进在每一测段结束后或手簿上每一页之末，必须进行计算检核行计算检核:（1） a b= h=0.994说明说明高差的计算高差的计算是正确的。是正确的。（2）HB HA= h说明说明高程的计算高程的计算也是正确的。也是正确的。如不相等，则计算

28、中必有错误，应进行检查。如不相等，则计算中必有错误，应进行检查。点号点号水准尺读数水准尺读数高差高差高高 程程后视后视前视前视+ +BMBMA A1.4861.48650.24150.241ZDZD1 11.6981.6980.8740.874ZDZD2 20.5120.5120.7630.763ZDZD3 31.8121.8121.5151.515BMBMB B0.7220.72251.87551.875ababh=h=H HB B-H-HA A= =为了保证水准测量成果的正确可靠为了保证水准测量成果的正确可靠并符合精度要求，必须采取相应的措施并符合精度要求，必须采取相应的措施进行校核。校核

29、的方法主要有以下几种：进行校核。校核的方法主要有以下几种：（一）测站检核（一）测站检核（二）路线校核（二）路线校核（一）测站校核（一）测站校核通常采用以下两种方法：通常采用以下两种方法：1、改变仪器高法：、改变仪器高法：在一个测站上在一个测站上两次置镜两次置镜( (变动变动仪高仪高0.1m0.1m以上以上) )所得高差之差不超过容许值所得高差之差不超过容许值（例例如图根水准测量容许值为如图根水准测量容许值为6mm），则认为符），则认为符合要求，否则，必须重测。合要求，否则，必须重测。2、双仪器法：、双仪器法：即两台仪器同时观测。此法适用即两台仪器同时观测。此法适用于单面尺，两台仪器所测相同两点

30、间的高差不符于单面尺，两台仪器所测相同两点间的高差不符值也不得超过值也不得超过5mm5mm。l3、双面尺法、双面尺法利用同一水准尺利用同一水准尺红面与黑面两面红面与黑面两面读数，分别测得读数，分别测得红面及黑面高差红面及黑面高差，扣除一对尺，扣除一对尺常数差后，较差常数差后，较差均在容许值范围内均在容许值范围内,则取其平均则取其平均值作为该测站观测高差。否则，需要检查原因，值作为该测站观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。重新观测。l测站校核测站校核可以校核本测站的测量成果可以校核本测站的测量成果是否符合是否符合要求，但整个路线测量成果是否符合要求，甚要求，但整个路线测量成果是否符合要求，甚至有错，则不能判定。因此，还需要进行至有错，则不能判定。因此，还需要进行路线路线校核校核。（二）路线校核（二）路线校核水准路线布设形式水准路线布设形式3.3.支水准路线支水准路线BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.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BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3l l将整个水准路线