【测绘课件】02水量

1、2021-11-14第二章水准测量2l第一节第一节 高程测量概述高程测量概述l第二节第二节 水准测量原理水准测量原理l第三节第三节 水准测量的仪水准测量的仪 器及使用器及使用l第四节第四节 水准测量的方法水准测量的方法l第五节第五节 水准测量的成果计算水准测量的成果计算l第六节第六节 水准仪的检验水准仪的检验 和校正和校正l第七节第七节 水准测量的误差水准测量的误差 分析分析l第八节第八节 精密水准仪和精密水准仪和 精密水准尺精密水准尺l第九节第九节 电子水准仪简电子水准仪简l思考题2021-11-14第二章水准测量3一、高程测量一、高程测量l l高程测量高程测量：测量地面点高程的工作。：测量

2、地面点高程的工作。l l目的目的：获得未知点的高程。一般是通过测出：获得未知点的高程。一般是通过测出已知点和未知点之间的高差，再根据已知点的已知点和未知点之间的高差，再根据已知点的高程推算出未知点的高程。高程推算出未知点的高程。l l水准测量原点水准测量原点：直接由平均海水面测得高程直接由平均海水面测得高程的水准点的水准点（图图2-j）。）。2021-11-14第二章水准测量42021-11-14第二章水准测量5l l 水准测量：利用水平视线来测量两点之间的高差。此方法此方法施测简单，且精度较高施测简单，且精度较高，所以是高程测量中最，所以是高程测量中最主要的方法，被广泛应用于高程控制测量、工

3、程勘测主要的方法，被广泛应用于高程控制测量、工程勘测和各项施工测量中。和各项施工测量中。l l三角高程测量三角高程测量：是通过测量两点之间的水平距离：是通过测量两点之间的水平距离（或倾斜距离）和竖直角，然后利用三角公式计算出（或倾斜距离）和竖直角，然后利用三角公式计算出两点间的高差。两点间的高差。此方法的精度受各种条件的限制，一般只在适当的条此方法的精度受各种条件的限制，一般只在适当的条件下才被采用。件下才被采用。l l气压高程测量、静力高程测量、摄影高程测量、气压高程测量、静力高程测量、摄影高程测量、gps高程测量。高程测量。二、高程测量的方法二、高程测量的方法2021-11-14第二章水准

4、测量6三、水准点及其等级三、水准点及其等级l l水准点水准点（benchmark），通过水准测量建立的高程），通过水准测量建立的高程控制点，工程上常用控制点，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w w国家水准点国家水准点分为一、二、三、四等四个等级，按规分为一、二、三、四等四个等级，按规范要求埋设永久性标石标记。三、四等水准点一般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下，在标用混凝土标石制成，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的材料制成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

5、（的半球状标志（图图2-1a）。）。w w墙上水准点墙上水准点（图图2-1b）w w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采用常采用临时性标志临时性标志,例如例如:木桩（桩顶钉一半圆球状铁钉）木桩（桩顶钉一半圆球状铁钉）2021-11-14第二章水准测量7或大铁钉打入地面，也可在地面上突出的坚硬岩石或房或大铁钉打入地面，也可在地面上突出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶等处用红油漆标记。屋四周水泥面、台阶等处用红油漆标记。 l l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，应绘出水准点的使用

6、方便的地点。埋设水准点后，应绘出水准点的点之点之记记。图图2-12021-11-14第二章水准测量8一、基本原理一、基本原理1.水准测量的实质水准测量的实质:测量两点之间的高差。2.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视线，借助水准尺来测定两点间的高差，从而由 已知点的高程推算出未知点的高程。3.a、b两点的高差为两点的高差为：(利用水准仪提供的水平视线，分别读取a点水准尺上的读数a和b点的读数b ) 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: )(bahhhhaababbahab 图图2-22021-1

7、1-14第二章水准测量94. 水准测量术语：水准测量术语：如图如图2-2所示：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v 高差高差=后视读数后视读数前视读数前视读数观测者站在仪器处，面向前进方向，前面所立观测者站在仪器处，面向前进方向，前面所立尺为前视，背后所立尺为后视。尺为前视，背后所立尺为后视。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 图图2-22021-11-14第二章水准测量105、连续水准测量：、连续水准测量： 在两点间

8、连续地多次安置仪器所进行的水准测量。在两点间连续地多次安置仪器所进行的水准测量。 图图2-3 在图在图2-3中中： 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)。2021-11-14第二章水准测量11 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点高程已知为点高程已知为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 222111hab为为a、b两点间测得的高差，两点间测得的高差， 则：未

9、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：hbha=hab。2021-11-14第二章水准测量12二、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未知点的高：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。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 = h= hi i b = b = ( (h ha a +a+a) )b

10、b 中间点中间点(p1.p2等等)：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程待高程待求点求点，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”。其高程其高程:（转点：转点：tp1、tp2等）等）cahchhaic)(图图2-42021-11-14第二章水准测量13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（转点）（转点）置镜置镜ii点：点：hp3=（htp1+a2）c3；hp4=（htp1+a2）c4；

11、htp2=（htp1+a2）b2；（转点）（转点）2021-11-14第二章水准测量14一、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、ds10四个等级四个等级。d、s分别分别是是“大地测量大地测量”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精度。仪器的

12、精度。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测量，准测量，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水水准仪准仪。2021-11-14第二章水准测量15（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。一般尺长能伸

13、缩，携带方便。一般尺长为为5m，尺的底部为零点，尺面，尺的底部为零点，尺面绘有绘有1cm或或5mm黑白相间的分黑白相间的分格，米和分米处注有数字（见格，米和分米处注有数字（见图图2-5b）。）。图图2-52021-11-14第二章水准测量16l 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（见图尖脚（见图2-6）。）。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

14、，把水准尺立在突出的圆顶上。圆顶上。图图2-6（二）尺垫（二）尺垫2021-11-14第二章水准测量17l（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2021-11-14第二章水准测量18 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

15、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（单丝或楔形丝）中丝（单丝或楔形丝）读取读数。读取读数。 视距丝：上、下短丝，用于测距。视距丝：上、下短丝，用于测距。l l视准轴（即视线）：视准轴（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

16、。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水准仪望远镜放大率一般为水准仪望远镜放大率一般为28倍。倍。图图2-81 1望远镜望远镜2021-11-14第二章水准测量19（1）管水准器（水准管）：）管水准器（水准管）：反映视线是否水平，用于精平。反映视线是否水平，用于精平。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，分划线的的分划线，分划线的对称中心对称中心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（见图过零点与管内壁纵向相切的直线（见图2-10）。）。l l气泡居中：气泡居中：当当气泡的气泡的中心点中心点与与零点零点

17、重合重合时，称时，称气泡居中气泡居中，此时，此时水准管轴位于水平位置，水准管轴位于水平位置，视线水平。视线水平。若气泡不居中，则水准管轴若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置，视线不水平。处于倾斜位置，视线不水平。图图2-102-102 2水准器水准器（管水准器和圆水准器）管水准器和圆水准器）2021-11-14第二章水准测量20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，即气泡每移即气泡每移动一动一格时，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低反映了仪器置平精度的高低。水准水准

18、管纵向弧线半径管纵向弧线半径 r越大，越大，值越小，则水准管值越小，则水准管灵敏度灵敏度越越高。高。ds3型水准管分划值一般为型水准管分划值一般为20/2mm。图图2-102-102021-11-14第二章水准测量21l 符合水准器符合水准器l 当当气泡居中时，两端气泡的影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：注：左边左边气泡影像的移动方向与微

19、倾螺旋的转动气泡影像的移动方向与微倾螺旋的转动方向一致。方向一致。图图2-122021-11-14第二章水准测量22l l圆水准器：一个封闭的圆形玻璃容圆水准器：一个封闭的圆形玻璃容器，顶面内壁是球面，球面中央有一器，顶面内壁是球面，球面中央有一圆圈。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为。l l圆水准器轴圆水准器轴: :通过零点的球面法线通过零点的球面法线。l l当当圆水准器气泡居中时，圆水准器圆水准器气泡居中时，圆水准器轴竖直，仪器竖轴竖直。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: :气泡中心偏离零气泡中心偏离零点点2mm的弧长所对圆心角的大小

20、。的弧长所对圆心角的大小。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。由于它的精度较低，故。由于它的精度较低，故只只用于仪器的粗略整平。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。2021-11-14第二章水准测量23l l用于用于置平仪器置平仪器，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

21、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。2021-11-14第二章水准测量24（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、粗略整平、瞄准水准安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精平与读数尺、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

22、脚螺旋使圆水准器的气泡居中，使仪器竖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。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，逆时针脚螺旋顺时针转动该端升高，逆时针转动该端降低转动该端降低，气泡向高处移动气泡向高处移动）2021-11-14第二章水准测量25图图2-14l操作：操作：（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）w气泡

23、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手相两手相对转动脚螺旋对转动脚螺旋和和，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。2021-11-14第二章水准测量263 3瞄准水准尺瞄准水准尺 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。制动望远镜。 l l物镜调焦物

24、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。2021-11-14第二章水准测量27 视差视差：观测者的眼睛在目镜端上下移动时，物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像与十字丝间有相对运动的现象，叫十字丝视差，动的现象，叫十字丝视差，简称视差。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

25、产生视差的原因: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：重新调焦（物镜）重新调焦（物镜） 图图 2-152-152021-11-14第二章水准测量28 l l精平：精平：转动转动微倾螺旋微倾螺旋使使符合水准管气泡居中。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，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（

26、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2021-11-14第二章水准测量29l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

27、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。2021-11-14第二章水准测量30一、水准路线的布设形式一、水准路线的布设形式 l l附合水准路线（附合水准路线（a a） l l闭合水准路线（闭合水准路线（b b） l l支水准路线（支水准路线（c c） l l水准网水准网 （d d、e e）水准路线水准路线:水准测量所水准测量所经过的路线。经过的路线。图图2-212-4水准测量的方法水准测量的方法2021-11-14第二章水准测量31二、水准测量的施测方法二、水准测量的施测方法图图2

28、-22中：中：v水准点水准点a为已知点，为已知点，高程为高程为51.903m；vb为待定高程的点为待定高程的点 ；v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2-222021-11-14第二章水准测量32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=+

29、0.994h=+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2-222021-11-14第二章水准测量33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tp11.4181.4020.063tp21.5191.1870.231tp31.2420.9840.535tp41.2671.3470.105bmb0.8710.39652.8976.7855.7911.1620.168计算检核计算检核ab=+0.994h=+0.994hbha=+0.994表表2-1 水准测量记录手簿水准测量记录手簿2021-11-14第二章水准测量34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，必须进行检核。检核的方法主要有以下必须进行检核。检核的方法主要有以下几种：几种