第3章水准测量与水准仪.

1、第2章水准测量与水准仪厂水准测量原理水准测量仪器水准测量方法水准测量误差2.1水准测量原理一、高程测量方法几何水准测量(dirtct/spirit leveling)三角高程测量(trigonomdric leveling) GPS高程测量二、水准测量原理前进方向水平视线大地水准面A若A点的高程已知，贝仏的高程为:A. 3两点间的高差为则3点的高程为:hAB =a_bggj/7 =H +(a-b)2.2水准仪和水准尺一、水准仪的基本结构1.水准仪的功能与分类水准仪的功能最基本功能是提供一条，进而获取两点间的高差；根据已知点与待定点之间的高差，将待定点放样到地面上.水准仪的分类按精度分为：精密水

2、准仪和普通水准仪（工程水准仪）按结构分为：微倾式准仪、自动安平水准仪、激光水准仪按原理分为：光学水准仪和电子水准仪冃物镜II微倾螺旋脚螺旋2.微倾水准仪的基本结构微倾水准仪(title level )的主要部件有望远 镜.水准器和基座(tribrach ).水准仪的精度划分目前，我国按“每千米往返测高差中数的偶然中误差” 将水准仪分为四个等级，分别为DS05、DS1、DS3和DS10。 DS05和DS1为精密水准仪，DS3和DS10为普通水准仪。D 大地测量S 水准仪05、 1、 3、 10_ ? -1-3水平制动螺旋水平微动螺旋水准仪系列型号DSO5DSIDS3DS1O毎往返测応左 中数(W

3、燃中误签SO. 5mmSlmmS3mmSlOmm主耍用途国家一等水准测录 及地嘏监测国家二等水准测嚴 及英他粘密水准测国家三四等水准 测燃及一般匸程水ft't 1UV水准测尿仪器的精度二、测量望远镜(telescope)的结构测量仪器上的望远镜用于瞄准远处目标和读数。由物镜、 目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜调焦螺旋和目镜调 焦螺旋组成。视准轴：物镜光心与十字丝中心的连线，如图中eq十宇丝分划饭十宇丝放大图视差(parallax):眼睛在目镜后作上下或 左右微微移动时，物像与十字丝发生相对 移动的现象。三、水准器(bubble)1水准器的功能与类别水准器的功能(1)使仪器的竖轴处于铅

4、垂位置；(2 )使望远镜的视准轴位于水平位置;(3 )使竖直度盘指标处于零位。水准器的分类圆水准器(ci rcular bubble ) 管水准器(bubble tube )2.水准器圆水准器是将一圆柱形 的玻璃盒装嵌在金属框内， 如图所示。盒内装有酒精或 乙醛，玻璃盒顶面内壁被磨 成圆球面，中央刻有一个小 圆圈，其圆心是圆水准器的 零点，通过零点的球面法线, 称为圆水准轴。当气泡居中时，圆水准 轴处于铅垂位置。由于其灵敏度较低，只用于粗略整平仪器O3.水准管水准管是一个内装酒精或乙醛并留有气泡的密封玻璃管,其纵向内壁被磨成一定半径的圆弧面，外表面刻有2mm间隔的分划线，2mm所对的圆心角淋为

5、水准管通过分划线的对称中心做水准管圆弧的纵切线，称为2nun|川|匸niiii|ii2min四、水准尺和尺垫水准尺：三、四等水准测量或普通水 准测量所使用的水准尺是用干燥木料或玻璃 纤维合成材料制成，一般长约34米，按其 构造不同可分为折尺、塔尺、直尺等数种。 折尺可以对折，塔尺可以缩短，这两种尺运 输方便，但用旧后的接头处容易损坏，彩响 尺长的精度，所以。尺面每隔一厘米涂有黑白或红白 相间的分格，每分米有数字注记。为倒像望 远镜观测方便起见，注字常倒写。尺子底面 钉以铁片，以防磨损。水准尺一般式样如右 图所示。三、四等水准测量采用的尺长为 3m,以厘米为分划单位的区格式 木质双面水准尺。双面

6、水准尺的 一面分划黑白相间称为黑面尺 （也叫主尺）。另一面分划红口 相间称为红面尺（也叫辅助尺）。 黑面分划的起始数字为“零”， 而红面底部起始数字不是“零”， 一般为4687mm或4787mmo为使 水准尺能更精确的处于竖直位置, 可在水准尺侧面装一圆水准器。尺垫（尺台）作为转点用，系用生铁铸成，一般 为三角形，中央有一突起的圆顶，以 便放置水准尺，下有三尖脚可以插入 土中。在土质松软地区，可用尺桩。尺桩 长约30cm,粗约23cm,使用时打 入土中，比尺垫稳固。五.水准仪的使用安置水准仪、粗平、瞄准、精平和读数。1 安置水准仪在测站打开三脚架，高度适中，架头大致水平，稳固地架设在地面上；将

7、水准仪安放在三腳架头上并旋紧中心嫄旋.2.粗平首先用双手分别以相对方向同时等量转动两个脚螺旋1、2,使圆气泡移到1、2脚螺旋连线方向的中间，如图(a)所示;然后再转动第三个脚螺旋，使圆气泡居中，如图(b)所示。3瞄准对光：将望远镜对向明亮的背景，调节目镜调焦螺旋使十 字丝清晰，粗瞄：用望远镜上的瞄准器粗略照准水准尺，并立即用制 动螺旋将仪器制动；精瞄：调节物镜调焦螺旋，看清水准尺，利用水平微调螺 旋使十字竖丝瞄准水准尺的中央，并检査是否有。4.精平与读数从望远镜的一侧观察管水准气泡偏离零点的方向，旋转微 倾螺旋，使气泡大致居中，这时再从目镜左边的附合气泡 观察窗中察看两个气泡影像是否吻合，如不

8、吻合，再漫漫 旋转微倾螺旋直至完全吻合为止。仪器精平的同时，应用十字丝的横丝在水准标尺上读数。(a)(b)七、数字水准仪数字水准仪在望远镜中安置了一个由光敏二极管 构成的线阵探测器，仪器釆用数字图像识别处 理系统，并配用条码水准尺。水准尺的分划用 条纹编码代替厘米间隔的米制长度分划。线阵 探测器将水准尺上的条码图像用电信号传送给 信息处理机。信息经处理后即可求得水平视线 的水准尺读数和视距值。其特点：具有测量1 数字水准仪的一般结构提手0o目镜%iiuiLIIIB圆水准器PCMCIA插槽諒板字母数字式混排键盘无限位微动螺旋补偿器检测按钮LCD液晶显示屏电源开关11庄2.3水准测量外业施测一、概

9、述1水准测量的基本方法2 水准点及转点水准点：标志和保存水准测量成果的固定地面点,可以是永久性的（用水准标石在实地进行标定），也可以是临时性的（用木桩或其它标志在实地标志）转点：在两水准点之间设置前、后视水准尺，用于传递高程的过渡点。3.水准路线和水准网的布设测段：两相邻水准点间的观测路线单一水准路线：连接于高级水准点之上、由若干 个测段首尾相连构成的单一路线。单一水准路线的形式：附合水准路线、闭合水准 路线.支水准路线。水准网：由若干个单一水准路线相互连接构成的 网状图形。1（C）附合水准路线:导线起始于一个已知控制点而 终止于另外一个已知控制点。已知控制点可 以有一条或几条定向边与之相连，

10、也可以没 有。闭合导线：由一个已知点出发，最终又回到 该点。已知的控制点上至少应有一条定向边。支导线：从一个已知控制点出发，既不符合 于另外一个已知的控制点，也不闭合于原来 的起始控制点。二、普通水准测量将水准尺立于上作为后视，水准仪置于施测路线附近合适位置，在施测路线的 前进方向上 尺垫 尺垫作为前视。立尺点的选择应尽量保持O粗平水准仪后瞄准后视标尺，用微倾螺旋将水准 管气泡居中，用中丝读后视读数至毫米。掉转望 远镜瞄准前视标尺，再次将水准管气泡居中，用 中丝读前视读数至毫米。将读数记录在手薄中，并立即计算高差。此为第 一测站的全部工作。第一测站结束后，记录员通知后视标尺员向前转 移，选定第

11、二站的前视点，并将仪器随之迁至第 二测站。前视尺的尺垫保持不动，而作为第二测 站的后视尺。然后依第一测站相同的工作程序进 行第二测站的工作。如此依次沿水准路线方向施 测直至全部路线观测完为止。进行连续水准测量时，若其中任何一个后视读数 或前视读数有错误，都会影响高差的正确性。因 此，在每一测站的水准测量中，为了能及时发现 观测中的错误，通常采用双面尺法或两次仪器高 法进行观测，以检査高差测定中可能发生的错误。双面尺法在每一测站上将水准仪安置在两立尺点之间，高 度不变。分别读取后视、前视水准尺的黑、红面 读数各一次，测得两次高差。（应相等） 两次仪器高法每一测站上用两次不同仪器高度测得两次高差，

12、 以相互进行比较。按理，两次测得的高差应相等, 据此检査观测中是否存在错误。日期人气仪器白至观测者记录者测站点号水准尺读数 后视前视高差h高程H备注1A034746.215转点11631-12842转点10306转点2262423183转点20833转点31516-06834转点31528转点40501+10275转点42368R0694+167444.631三、国家三、四等水准测量1基本要求S3级及其以上等级，并配以区格式木质水准尺, 在作业期间应对水准仪和水准尺按规定的项目 进行检验与校正。国家三、四等水准测量技术要求见下表：等级縊标准视 线长度(m)后、前 视距差(m)视计前累m) 、差

13、5 后距黑红面 读数差 (mm)黑红面所测 高差之差 (mm)检测间歇点 高差之差 (mm)三等S3653.06.02.03-03.0四等S3805.010.03.05.05.02. 观测方法三等水准测量釆用中丝读数法进行往返观测，每 测站的观测顺序为：后-前T前-后，即：(1) 照准后视尺黑面，按视距丝及中丝读数；(2) 照准前视尺黑面，按视距丝及中丝读数；(3) 照准前视尺红面，按中丝读数；(4) 照准后视尺红面，按中丝读数。四等水准测量采用中丝读数法。对于,可只进行单程观测；对于,必须进行往返观测或单程双转点观测。每测站的观测顺序为：后T后T前T前。3.家三.四等水准测量的记录及计算 三

14、、四水准测量的记录o三、四水准测量的计算与检核测站上的计算与检核一测段的计算与检核成果超限处理 凡超限成果，均应重测； 测站观测超限时，若在本站发现后，应立即重测，若迁 站后发现，则应从水准点或间歇点重新观测； 测段往返测不符值超限时，应选可靠程度较小的往测或 返测进行整段重测，并与原测成果比较，若不超限，则 取其中数。2.4水准测量的误差分析水准测量误差包括、和一、仪器误差1.视准轴与水准管轴不平行的误差x = stani« sP”心=(a-xA)-(b-xB)P如2(心)-宦(ST)当前后视距相等时，i角误差对观测高差没有影响。 由此，在可釆取将水准仪安置在前、后水准尺中点 处的

15、办法消除该误差对观测高差的影响。2. 水准尺误差水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲和水准尺的 零点差等会影响水准测量的精度。因此水准尺须进 行检验后才能使用；对于零点差，可在一测段中设 置偶数站予以消除。忙=（ - j 一 （乞 一 ）=g 一 “）+（-,）二、观测误差1. 精平误差精平的程度反映了视准轴的水平程度。对于分划 值为2（T/mm的水准器，视线长度为 时，若 水准管气泡偏离中心 格，则引起的读数误差可 达 。（严格精平，快速.果断读数）2. 调焦误差望远镜调焦必然导致视准轴发生变化，而引起读 数误差。在一测站的观测中不允许两次调焦。由 于前、后视距大致相等，因此，是可以做到的。3估

16、读误差毫米读数的准确度与厘米分划像的宽度、十字丝的粗细有关。而厘米分划像的宽度与望远镜的放大倍率和视线的长度有关。 因此规范中规定了远镜的放大倍率和视线的长度。4. 视差应彻底消除视差5. 水准尺倾斜误差水准尺未竖直的影响总是使读数偏大。ta=ci(1 cos/) = 2m-(l cos 2°) = 1.2m.a照准标尺的高度；y标尺的倾角三、外界环境的影响1-地球曲率与大气折光的影响折射后视线S'P 2R2.仪器和尺垫升沉的影响在土质松软地段作业时，仪器和尺垫在重力作用下会下 沉，还可能因土壤和杂草的弹性而使仪器和尺垫升高，在春 季、解冻地段特别突出。在松软地段和解冻地段作

17、业时，采取特殊措施避免其升沉; 在一般地段，釆取适当的观测程序来限制其影响，如后（） 前（久）一前（2）T后（。2）。h = q _ （b、_ ）=（企 一 b） _ A h （6Z, A） b、=（d, &） + b = U （e _$）+（匕 _I 2 -2 I3. 温度和风力的影响温度变化使木质水准尺伸缩、水准管的灵敏度降 低以及大气折光的变化等。观测时O气温的变化还会使密度不同的空气发生湍动，导 致视线发生跳动，特别是在日出后与日落前半小 时，和太阳中天前后较为明显，故O风力大于四级时，会使水准尺和仪器的整置难以 稳定，因此要避免在2.5水准仪的检验与校正一、水准仪应满足的条件

18、VV1 主要条件：LL/CC；不因调焦而变动视准轴位置。2次要条件：LfLf/VV；十字丝的横丝应水平。二、水准仪的检验与校正1. LfLf/VV的检验与校正检验原理L9| VL9V检验方法先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后将仪器旋转180。， 若气泡偏离了中央，则表明条件没有满足，应予以校正。校正方法校正可用圆水准器下面的校正螺钉进行。操作时，可微微松 开固紧螺旋，调整二个校正螺钉使气泡向居中位置移动偏离 长度的一半，用脚螺旋改正另一半，使气泡回到中央。如 此反复，直至条件得到满足。2.十字丝横丝应与仪器旋转轴垂直检验方法首先安置好仪器，用十字丝横丝瞄准一个明显的 点状目标，并固定制动螺旋，转动水平微动螺旋。 若目标点沿横丝移动，则横丝垂直于竖轴。否则, 则需要校正。 校正方法：用固定十字丝的校正螺钉进行。3. 视准轴与水准管轴平行的检验与校正(1)，角误差检验h =(a -b)-(S -S)= h -(S -Spph =(a -b)-(S -S ) = K -(S -SPP,于是上式简化为:1(6当使Effl时，有h = h<u