工程测量第2章水准仪

1、第二章 水准测量1 1 高程测量概述高程测量概述2 2 水准测量原理水准测量原理3 3 水准仪及其使用水准仪及其使用4 4 水准测量方法水准测量方法5 5 水准仪的检查和校正水准仪的检查和校正6 6 水准测量误差分析水准测量误差分析1 高程测量概述1 1）高程测量）高程测量测定地面点高程的工作测定地面点高程的工作2）高程测量的方法）高程测量的方法主要方法：水准测量主要方法：水准测量用水准仪进行高程测量的工作。用水准仪进行高程测量的工作。其它方法：三角高程测量、其它方法：三角高程测量、GPS测高测高3）高程系统：）高程系统：黄海高程系黄海高程系 高程基准高程基准： 1985国家国家高程基准高程基

2、准4）水准测量等级）水准测量等级 一等：国家高程控制、科研一等：国家高程控制、科研（地壳形变、地面沉降、精密测量）（地壳形变、地面沉降、精密测量） 二等：城市高程控制、地面沉降、精密工程测量二等：城市高程控制、地面沉降、精密工程测量 三、四等：小地区高程控制、图根水准、普通工程测量三、四等：小地区高程控制、图根水准、普通工程测量ABhAB 大地水准面大地水准面HA（已知）已知）HB=？ab2 水准测量的原理hAB = ab HB= HA+ hAB 利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高差，从而推算高程的一种方法。差，从而推算高程的一种方法。基本原理

3、中间法水准测量hAB大地水准面HB=?A连续中间水准测量hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。3 水准仪及其使用（一）水准仪定义：定义：为水准测量提供水平视线的仪器。为水准测量提供水平视线的仪器。分类：水准气泡式、自动安平式分类：水准气泡式、自动安平式 光学式、电子式光学式、电子式构造：望远镜、水准器、支架构造：望远镜、水准器、支架、基座基座等级：精密等级：精密DS05、DS1 普通普通DS

4、3、DS10 （精度：一公里往返测高差中数中误差 mm）DS3水准仪水准仪（适用于三等及三等以下的水准测量）（适用于三等及三等以下的水准测量）目镜微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜水平微动螺旋水平制动螺旋脚螺旋准星水准仪结构物镜：物镜：目标成像目标成像目镜：目镜：把十字丝和目标像放大把十字丝和目标像放大调焦镜：调焦镜：使远近不同的目标均成像于十字丝面上使远近不同的目标均成像于十字丝面上十字丝：十字丝：横丝、竖丝（上丝、中丝、下丝）横丝、竖丝（上丝、中丝、下丝）纵纵 轴轴 - 支架的旋转轴，又称为竖轴。支架的旋转轴，又称为竖轴。视准轴视准轴 - 十字丝分划中心与物镜光心的连线。十字丝分划中心与物镜光心的连

5、线。测量望远镜下丝竖丝上丝横丝 如果如果目标象没有落在十字丝面上目标象没有落在十字丝面上，则当观，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标像与测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标像与十字丝之间有相对错动，这种现象称为十字丝之间有相对错动，这种现象称为视差视差。视 差原因：原因：望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。消除视差的步骤：消除视差的步骤： 目镜调焦，使十字丝最清晰；目镜调焦，使十字丝最清晰； 物镜调焦，使目标像最清晰，直至无视差。物镜调焦，使目标像最清晰，直至无视差。 用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置，用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置，分分圆

6、形圆形和和管形管形两种。两种。水准器圆水准器圆水准器圆柱形玻璃盒，上面有同圆柱形玻璃盒，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，通通过同心圆圆心的球面法线过同心圆圆心的球面法线成为成为圆水准轴圆水准轴。“气泡居中气泡居中”即圆水准轴处于铅垂位置。即圆水准轴处于铅垂位置。（灵敏度 8/2mm ，用于仪器粗平 ）水准管水准管玻璃圆管，其纵剖面上内侧呈圆玻璃圆管，其纵剖面上内侧呈圆弧形。弧形。刻划线对称中点处的切线刻划线对称中点处的切线成为成为水准管水准管轴轴。“气泡居中气泡居中”即水准管轴水平。即水准管轴水平。 （灵敏度20/2mm 用于仪器精平）圆水准器圆水准

7、器圆水准器水准管轴水准管水准管水准管轴灵敏度灵敏度 - 相邻分划线间的弧所对的圆心角。相邻分划线间的弧所对的圆心角。符合棱镜系统符合棱镜系统（二）水准尺和尺垫直尺直尺：双面双面(黑、红黑、红)水准尺，尺常数水准尺，尺常数4.687m、 4.787m，用于三等以下水准路线测量。，用于三等以下水准路线测量。塔尺塔尺：可伸缩，伸足为可伸缩，伸足为3米、米、 5米，用于一般米，用于一般工程测量。工程测量。折尺：折尺： 可对折可对折水准尺水准尺尺垫尺垫转点立尺用（铸铁、三个脚、突起半球）转点立尺用（铸铁、三个脚、突起半球）1）安置：安置三脚架和水准仪）安置：安置三脚架和水准仪2）粗平：使圆水准器气泡居中

8、）粗平：使圆水准器气泡居中3）瞄准：调节目镜、粗瞄、精瞄）瞄准：调节目镜、粗瞄、精瞄4）精平：使长水准管气泡居中）精平：使长水准管气泡居中5）读数：用中丝读数）读数：用中丝读数（三）水准仪的使用安置粗平左手大拇指规则：左手大拇指规则：气泡移动方向与左手大拇指转动脚螺旋气泡移动方向与左手大拇指转动脚螺旋时的方向相同。时的方向相同。缺口准星水平微动螺旋水平制动螺旋调焦螺旋目镜调节螺旋照 准微倾螺旋精 平121.2720.712读 数 6.2526.2521.5331.5336.2526.2521.5331.533（四）自动安平水准仪（无水准管和微倾螺旋）（无水准管和微倾螺旋）DSZ2Koni 00

9、7实验目的实验目的1）了解了解DS3型水准仪的基本构造，认清主要部件型水准仪的基本构造，认清主要部件的名称、性能和作用。的名称、性能和作用。2）练习水准仪的正确安置、照准和读数。）练习水准仪的正确安置、照准和读数。方法和步骤：方法和步骤：1）安置仪器）安置仪器2）认识仪器部件）认识仪器部件3）粗略整平）粗略整平4）水准仪操作）水准仪操作5）观测练习）观测练习4 4 水准测量方法水准测量方法基本概念n 水准点水准点 （永久性、临时性）（永久性、临时性）4 4 水准测量方法水准测量方法基本概念n 测站、转点测站、转点n 水准路线、测段水准路线、测段4 4 水准测量方法水准测量方法（一）水准路线布设

10、BM0闭合闭合水准路线水准路线附合附合水准路线水准路线BM1BM2h= h测h= h测 -（H终-H始)支支水准路线水准路线BM0h= h往+ h返结点结点水准网水准网闭合闭合水准路线水准路线附合附合水准路线水准路线支支水准路线水准路线单一水准路线单一水准路线水准网水准网高差闭合差高差闭合差：实测高差与其理论值之差应该为实测高差与其理论值之差应该为0，但由于，但由于测量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差测量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等，其差值称为高差闭合差不相等，其差值称为高差闭合差（二）水准测量校核及精度1 1）测站测站校核校核 在一个测站上观测两次高差，

11、两次高差不符值应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。在允许范围内。 方法：变仪器高法、双面尺法方法：变仪器高法、双面尺法2 2）线路线路校核校核 把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高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。差和理论高差不符值应在允许范围内。（三）普通（等外）水准测量三）普通（等外）水准测量线路线路 闭合差允许值闭合差允许值平坦地区：平坦地区：h允允=40L mm L路线长度（路线长度（km）丘陵地区：丘陵地区：h允允=10n mm n测站数测站数（四）水准测量的外业实施BM1TP1测站测点后视读数前视读数高差高程 校

12、核a= b= a b = h=11BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.8280.0663.3252.814+0.511+0.511BM1TP1ABM1BM2AB2+0.5114+2.7914-1.632H BM1=19.431 H BM2 = 21.121（四）水准测量的外业实施（续）AB观测方法观测方法前后视距前后视距测站限差测站限差环线闭合差环线闭合差1） 计算计算高差闭合差高差闭合差 闭合路线闭合路线 fh= h 测测 附合路线附合路线 fh= h 测测（H终终 H始始） 支水准路线支水准路线 fh= h 往往+h 返返v闭合差闭合差允许值

13、允许值： h允允=40L mm （平坦地区）平坦地区） h允允=10n mm （丘陵地区）丘陵地区）（五）水准测量的内业计算3）计算计算改正后高差改正后高差 hii+1 = hi i+1 + i 4）计算计算各点的高程各点的高程 H i+1=Hi+ hii+1 i = - f h L i / L i = - f h n i / nL 线路总长；线路总长；L i 第第 i 段长度段长度n i 第第 i 测段测站数测段测站数 i 各测段高差改正各测段高差改正2）足足 h f h允允计算计算高差改正数高差改正数注：注： 与与 h 大小相等，符号相反。大小相等，符号相反。（五）水准测量的内业计算（续）

14、例1：水准测量的内业计算点号站数观测值改正数改正后高差 高程0.0040.0080.0080.5152.7991.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM22440.5112.7911.632101.670 0.0201.690fh=1.670(21.12119.431)=20(mm)fh允允=31(mm)BM1BM2AB2+0.5114+2.7914-1.632BM1ABM221.12119.431 例：已知水准点例：已知水准点IV1的高程的高程H始始 = 21.453 m，IV2点点的高程的高程H终终 = 25.006m，求各点平差后高程。求各点平差后高程。12

15、3n1 =5h1=3.748n2=10h2=-12.365n3=6h3=11.430n4=4h4=0.715IV1IV2例2：水准测量的内业计算（1）高差闭合差的计算）高差闭合差的计算f h= h测测 -（H终终-H始始） = 3.528 -（25.006 -21.453）= - 0.025 mf h允允 = 10 n = 50 mm （合格）（合格）（2）高差闭合差的调整）高差闭合差的调整i = - f h n i / n 1=0.005 2=0.010 3=0.006 4=0.004检核计算：检核计算： i = - f h例例2：（3）计算各点改正后的高差）计算各点改正后的高差HIV1=

16、21.453 m H1= HIV1 + h1 = 25.206 mH2= H1 + h2 = 12.851 mH3= H2 + h3 = 24.287 mHIV2= H3 + h4 = 25.006 m = 已知高程已知高程 h1= h1 + 1 h2= h2 + 2 h3= h3 + 3 h4 = h4 + 4（4）计算各点的高程）计算各点的高程例例2：* 普通（等外）水准测量实习普通（等外）水准测量实习 *外业注意事项：5 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正（一）水准仪的主要轴线轴线应满足的条件：轴线应满足的条件：1）圆水准器轴平行于仪器纵）圆水准器轴平行于仪器纵轴轴 L L VV2）十字丝的横丝垂直于纵轴）十字丝的横丝垂直于纵轴 3）水准管轴平行于视准轴）水准管轴平行于视准轴 LLCC （i角误差）角误差）（二）轴线关系检验与校正 （1） 圆水准器轴平行于仪器纵轴圆水准器轴平行于仪器纵轴 （2） 十字丝的横丝垂直于纵轴十字丝的横丝垂直于纵轴 （3） 水准管轴平行于视准轴水准管轴平行于视准轴11122222=- =-=-ha ba bha b6 水准测量的误差分析（一）仪器误差（一）仪器误差 i角误差角误差 前后视距尽量相等前后视距尽量相等 调焦误差调焦误差 前后视距尽量相等前后视距尽量相等 水准尺零点