第2章水准测量文库.

1、第二章水准测量§2.1 水准测量虑理§2.2水准测査的仪屋和工丹瓦搽作方法§2.3 水准测査的紘测及成系整理§ 2.4水维化飽检轮与校淫§2.5xMft测畳讽差的主矣亲繰又戏覇箱禺本章要点 本章主要介绍了水准测量的原理，水准仪的构造、使用方法、检 验校正方法，水准测量的成果数据处理、误差分析。学生学习过 程中要注重掌握仪器操作和数据处理的方法以及水准测量误差的 消除方法宀本章还简要介绍了自动安平水准仪，电子水准仪的原 理。本章难点为成果检核和闭合差调整的相关知识。2.1水准测量原理 几何水准测:利用水准仪提供的水平视线来测两点间的高差，进而推算

2、 地面点的高程。一般适用于平坦的地区。 三角高程测量:是利用经纬仪和测距仪测定垂直角和距离，按照三角原 理即使两点间的高差，进而推得高程。适用于非平坦地区。 气压水准测量:利用大气压力的变化测量点的高程，地形复杂地区. GPS高程测量：近年来逐渐采用的高程测最方法，主要适用于地形复杂，高差 较大的山岭地区。利用水准仪提供水平视线， 读取竖立于两个点上的水准尺 的读数.测定两点间的高差， 然后根据已知点高程推求未知 点高程如图：A后视点a后视读数 B前视点b前视读数A. B两点间高差hAB = a - b当a> b时，11ab为正.B高于A： 当a< b时hAB为负.B低于A。B点的

3、高程 Hb= Ha + hAB视线高程B点的高程 Hb= Hi-b视线高法测定高程的步骤架设一次水准仪测多个前视点，B点的高2贰程：/）将水准仪架设在适当的位置，对准后视点4 读取中丝读数°：刃 根据/点高程计算出视线高 ，二八+S3用水准仪照准竖立在点上的水准尺.并分别读取读数为心；"丿计算点心的高程: HBl = Hl-b=（HA+al）-b 九严仏（比+冬）-$E4-2用祝钱血去iTJBi直甸？“亦二“厂二一亿H«z- a 十 HaOb高差法：利用高差计算高程。（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）视线高法：利用视线高计算高程，（安诗一次仪器测定多个前视点

4、高程时采用）水准测屋所使用的仪器、工具:水准仪水准尺尺垫实例1：图4一1中已知A点高程为54.892m,后视读数为1.432m,前视 读数为0.578m,求B点高程。解：B点对于A点的高差为/?A/, = 1.432-0.578=0.85411B点高程为H” = 54.8924- 0.854= 55.746n2.2水准测量的仪器和工具1、水准仪的等级DSo5 DS（ > DS3. DSy DS20D大地测量仪器S水准仪数字一表示仪器的精度.即每公里往、返测得高差中数的偶然 中误差（mm） °DS05、DS1为精密水准仪，主要用于国家一、二等精密水准测量和精 密工程测量DS3主要

5、用于国家三、四等水准测星和常规工程测量。工程测量中常使用DS$型水准仪，该仪器标称精度为土3mm/km°2. 2. 1 DS3型微倾水准仪的构造及使用主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。檄傾微动螺淡制动螺换水准管圓水准專圓水准器枝正螺钉1基座（支撑仪器及用于仪器整平）组成轴座：承托仪器上部J 脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中I连接板：连接三脚架2望远镜：望远镜是构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的 主要部件。由物镜.目镜、十字丝分划板.调焦透镜、调焦螺旋组成：放大率一 般为2530倍。1物檢；2II俊；3.關仮透後；4. |字紆分划低；5物经匹尤煤庭；6II位闕您蝶磺；7

6、.卜7丝放大俾77望远镜的视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线7 纵丝（也叫竖丝）用来照准水准尺，横丝（又叫中丝）的中间来读取读数视距丝：与横丝平行而等距的上下两根短细线称为视距丝，用于 测量距离。十字丝分划板3水准器水准器的作用：水准器是用来判断望远镜的视准轴是否水平及仪器数 竖是否竖直的装通常分为管水准番和圆水准器。 管水准器作用：精确整平精度：一般t= 20M/2mm水准管零点：分划线的对称中心O即为水准管圆弧的中点° 水准管的分划值“水准管上2mm间隔的弧长所对的圆心角。公式：丁 2T = p分析：R越大.T越小.灵敏度越高。DS3 : 1=20管水准器 圆水准器 作用：粗略整

7、平 精度：一般为8 - IO, /2mm 圆水准器轴：零点与球心的连 线。2.2.2水准尺和尺垫1、水准尺双面水准尺：多用于三、四等水准测量，一般尺长为3m, 每对双面水准尺其黑面尺底部的起始均为零，而红面尺底部的起始数分别为4687mm和47X7n】g两把尺红面注记的零点差为O.lm,为使水准尺更精确地处于竖直位置，3多数水准尺的侧面装有圆水准器折尺长：一般为3m,折脅处为1.5m,尺 面分划值为lcm或0. 5cmo因连接处稳定 性较差，仅适用于等外水准测量和地形测塔尺：一般为5m,分3节套接而成，可以 伸缩.尺底从零起算，尺面分划值为1cm 或0.5cmo因塔尺连接处稳定性较差，仅 适用

8、于等外水准测晁三种水*尺翁比戦A X# *JBL一般为3m.1、衽水准测空中，水 准尺须成对使用；2、多数水准尺的侧面 装有OS水准1、尺面毎隔lcm涂以黑白或红白 相间的分格，毎分米处有敛字；2、毎对双面水准尺其黑面尺底部 的起始均为專.而红面尺底部的 起始数分别为46«7mm和47X7mm多用于三.四 等水准測一般为3m 连接处稳定性较差1%折叠处为13m；2、尺面分划值为hm或0. 5cm.仅运用于奪外 水准液最和地 形测一般为5m1、分3节套接而成.可 以侔缩塔尺：2、连接处稳定性较差。1、尺底从零起算；2、尺面分划值为lcm或035cm仅适用于第外 水准測鼻2. 尺垫仅在转

9、点处竖立水准尺时使用，防止点位移 动和水准尺下沉。注武人尺垫通常用于转点；夂 上下有三个尖脚可以插入土 中：3. 使用时应使其稳定、牢固：久水准尺应立于半圆球顶部二2. 2.3水准仪的使用基本操作程序：安畫水准仪、粗略整平、照准和调焦、精确整平和读数1安萱水准仪1) .将水准仪架设在两根水准尺中间，首先松开三脚架架腿的固定 螺旋，按观测者的身高调节好三个架腿的高度，目估脚架顶面大致水平, 用脚踩实三脚架腿，使脚架稳定、牢固，再拧紧固定螺旋。刃.三脚架安置好后，从仪器箱中取出仪器，旋紧中心连接螺 旋将水准仪固定在三脚架头上，以防仪器从三脚架头上摔下来° 2粗略整平 目的：调节脚螺旋，使

10、圆水准气泡居中. 方法：对向转动脚螺旋I、2使气泡移至1、2方向中间-转动脚螺旋3,使气泡居中。图形：粗平的操作方法示意图规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。3照准和调焦目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：初步瞄准 目镜调焦 物镜调焦 精确瞄准（用准星对准目标）（使十字丝淸晰）（使目标成像清晰（使纵丝对准目标）注意：瞄准时应消除视差视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以 致两者不能同时被看清“十字丝观差目标的像'十字丝(O消除方法：先仔细地调节目镜以使十字丝成像清晰，然后再调节物镜, 反复按此程序调节.直到眼睛上下移动时读数不变为止。4精确整平目的：

11、使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合匚O-(<)注意：读数前必须精平.精平后立即 读数.5读数用十字丝横丝在水准尺上按从小 到大的方向读数，读取米、分米、 厘米、毫米（估读数）四位数字 如图的读数0.860m2. 2. 4自动安平水准仪的构造及使用人自动安平水准仪：自动安平水准仪是一种只需粗略整平即可获得水平视线读 数的仪器。2、自动安平原理3. 国产QZS3理自动安平水准仪：1) .结构特征及组成、仪签特点1_自动安平原理自动安平水准仪的安平原理如图4-37所示。若视准轴倾斜了 角，为使经过物镜光心的水平光线仍能通过十字丝交点*,可采用以 下两种方法：a

12、1、在望远镜的光路中设置一个补悽哉装置，使光线偏转一个 角而通过十宇丝交点A。?34-Ji gctSTIftT2、若能使+字丝交点移至B点，也可使视准轴处于水平位 而实现自动安平。补偿器自动安平水准仪中常用的补偿器，其结构是采用特殊材料 制成的金属丝悬吊一组光学棱镜组成，利用力原理进行视线的 安平，只有当视准轴的倾斜角在一定的范围内，补偿器才起作用,能使补偿器起作用的最大允许倾斜角度称为补自动安平 水准仪的补偿范围一般为土,质量较好的自动安平水准仪甚至达到±15 .补偿时间一般为Zs；水准器的分划值一般为8 /2叭 因此，操作时，只要使圜水准器的气泡居中.补偿器马上就起作用.当水准尺

13、像在72s后趋于稳定时，即可在 水准尺上读数.北京光学仪器厂处4曲自动安平水准仪，其结构特点是没 有管水准器和微倾螺旋，其构造组成如图彳-32所示。BE 432牝京光学牧两厂DZS3- 1« R1kC；2-5 P 也：6 旨水俭却；7-lft忖桂舱妆口订；8-BM准器复先規：9； 10 馳爺硕：ll JUltttf朴卷UUtH &ES 4->1 DZS3-1型白Q文干木韵kQZS3T型自动安平水准仪一仪H特点T）.采用轴承吊挂补偿校镜的自动安平机构，为平移光线式自动补偿器；2）、设有自动安平警告指示器，可以迅速判别自动安平机构是否处于正 常工作范围.提高了测的可靠性：3

14、）.采用空气阻尼器，可使补偿元件迅速稳定;4）、采用正像望远镜，观测方便；5）、设有水平度盘，可方便地粗略确定方位。工作中.在演站上水冷 antu中，可水Mt尺读致 时应注意先观察自动报警窗的颜色（如图 所示，若全窗堆绿色.则可读数，若窗的任 一端出现红色.则说明仪舒的倾斜童超出了安 平范围.应新整平仪器后再读敛.2. 2. 5电子水准仪的构造及使用电子水准仪又称数宇水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上 发展起来的。当前电子水准仪采用不的三种自动电子读JS方 法.1）.几何法如勿Q、相关沬（瑞士铢卡NA3002/3003/DNA03）3、相位法（日*拓o由于各厂家采用条码标尺编码的条码图案不相

15、同，不能互换 使用。目前照准标尺和魚仍需人工目视进行。人工完成照准和调 焦之后，标尺羡码一方面被成徐在望远镜分划板上，供目镜观测， 另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器（又 称探测器）上，即线阵0器件上，供电子读#U（1）相关法楝卡丛3勿“咖电子水准仪采用相关法：标尺一m是伪艦机条科供电子测 用.另一面为区格式分划.供光学测用.照准标尺井调魚后， 可将*码清噸地威在分划板上（如图*V所示），供目时条也被分光成律左援演上，供电子读flu测是裸卡公司的第二代数字水准仪，它设计新穎，外形美观，屏幕采取中文 显示。有幽宓口翊70两种型号，采用锢钢尺，每公里往返差分别是0.30. 9

16、mm。(2)仇裸卡加0嫩字水准仪如图4-询示.*«!*»尺如图4Y5所示，左边矗水 准标尺的伪曲机3,该条经事先 报存储在电子水准仪中作为参考倍号。该条 码右边是与它对应的区格式分划，左边伪議 机条码的下是望远镜照准伪随机条码后截 取的片段伪髓机条码。该片段成傑在探测器 上后，被探测器转换成电倍号（测倍号）， 该信号在电子水准仪中与参考信号进行比较, 若两信号相同.即如图4Y5中左边虚拔位置， 读数就可以确定。如图中的0. 116m,图 中箭头所指为对应的区格式标尺的读数。£4-44 母累 DNJL03 80?宇步It"._二 十®JSoile

17、«nI*7* ttW*尺上的门視 KM）04-45(3)日本拓黄*)1Q1C 1Q2C 103日本拓普康QTOPCON）公司，自从M舛年研制推出DL/01/102电 子水准仪以来，已经历D/OIC/O2C/IO3产品的更新与改进。下團 所示即为 # DL101C/l02/103(a)DL-l0IC/10K4b) DL-1033-42 jF?»DL- 101Cn02CJI03 灯哎金2电子水准仪的特点电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增 加了分光镜和探测器（如），并采用条码标尺和图像处理电子系 统而构成的光电测屋一体化的高科技产品.采用普通标尺时，又可 像一般

18、自动安平水准仪一样使用。与传统仪器相比，电子水准仪具有以下特点： 读数客观；刃、精度高；0、速度快，效率高；4）.仪器菜单功能丰富，内置功能强、操作界面友好，有 各种信息提示，大大方便了实际操作。蔡司6M/2电子水准仪1、功能及构造Z测虽准备0、安仪2）、越准目标3人开机3、测量过程：设置完成后，即可按照测量程序进行。藤司DiNi 12电子水准仪功桩&构逍特点:1)每千米往返测最高差中误差最高为土。3啊2人 配有羽内存的A3W7/力数据存储卡；2) .先进的感光读数系统，感应可见白光即可测,测时仅需读 取条码尺30。的范围功能:可进行多种水准导线测量模式平差、高程放样，以及角度.面 积

19、和坐标等测量-构進 望远镜.补偿器、光敏二极管、水准器及脚螺旋尊。3e宙"* Lmm二木硅b的外兀和出作可说电子水准仪的使用安仪器“、松开脚架的三个制动螺旋，展开架腿，将脚架升至合适高度(仪 器安放后望远镜大致与眼睛平齐)井使架头基本水平，旋紧三个制动蝮 旋井将脚架踩人地面使之稳定.刃、将仪器箱打开，把仪器安放在三脚架上，旋察基座下面的连接 螺旋.0、调节脚螺旋使圆水准气泡居中。.在明亮背景下对望远镜进行目镜调焦，便十字丝清晰.瞄准目标1）.用手转动望远镜大致照准水准尺（注：该仪器为阻尼制动， 无制动螺旋），用瞄准器进行粗瞄.调节对光螺旋（俗称调焦）使尺像清晰，用水平微动螺旋 使十字

20、丝精确对准条码尺的中央。刃、消除十字丝视差.开机”、开机前必须确认电池已充好电，仪器应和周围环境温度相适应；袈、用防0仔键启动仪器，在简短的显示程序说明和公司简介后，仪器 进人工作状态。这时可根据选项设置测量模式：、选项有刑，即单次侧星、路线水准测量、校正测量：4、测量模式有刑，即后前、后前前后、后前后前、后后前前、后前 （奇偶站交替）、后前前后（奇偶站交替）、后前后前（奇偶站交 替）、后后前前（奇偶站交替）、可选用适当的测量模式进行：5）.可直接输入点号、点名、线名以及代号信息：6）、可直接设定正/倒尺模式。2.3水准测量的施测及成果整理基本概念1、测站：测量仪器所安置的地点。2、水准路线：进行水准测屋时所行走的路线3、后视：水准路线的后视方向。4、前视：水准路线的前视方向。5、视线高程：后视高程+后视读数。6、视距：水准