第二章水准测量2-1

1、测量学测量学 第二章第二章1 1、水准测量的原理及、水准测量的原理及S3S3水准仪的使用；水准仪的使用；2 2、五等水准测量的施测方法及成果计算；、五等水准测量的施测方法及成果计算；( (难点难点) )3 3、水准仪主要轴线应满足的几何条件；、水准仪主要轴线应满足的几何条件；4 4、水准测量中应注意的问题。、水准测量中应注意的问题。水准测量第二章水准测量2目 录2-1 2-1 高程测量概述高程测量概述2-2 2-2 水准测量原理水准测量原理2-3 2-3 水准测量的仪器及其使用水准测量的仪器及其使用2-4 2-4 水准测量的方法水准测量的方法2-5 2-5 水准测量的成果计算水准测量的成果计算

2、2-6 2-6 水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正2-72-7 水准测量的误差分析水准测量的误差分析2-8 2-8 精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺2-9 2-9 电子水准仪简介电子水准仪简介第二章水准测量32-1 2-1 高程测量概述高程测量概述 一、高程测量一、高程测量l l高程测量：测量地面点高程的工作。l 目的：获得未知点的高程。二、高程测量的方法二、高程测量的方法按所使用的仪器和施测方法的不同，可以分为水准测量(leveling)、三角高程测量(trigonometricleveling)、GPS高程测量(GPSleveling)和气压高程测量(airpressurelevel

3、ing)、摄影高程测量等。水准测量水准测量：利用水平视线来测量两点之间的高差。此方法此方法施测施测简单，简单，是目前精度较高的一种高程测量方法，所以是高程测量中最所以是高程测量中最主要的方法。主要的方法。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（或倾斜距离）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两点间的高差。和竖直角，然后利用三角公式计算出两点间的高差。此方法的精度此方法的精度受各种条件的限制，在适当的条件下才被采用。受各种条件的限制，在适当的条件下才被采用。气压高程测量气压高程测量:是利用大气压力的变化测量高差。是利用大气压力的变化测量高差。

4、第二章水准测量4（一）水准点（一）水准点（BM）：）：通过水准测量建立的，满足一定精度要求的高程已知点。（二）（二）水准点的等级及埋设水准点的等级及埋设1.国家水准点国家水准点分为一、二、三、四等四个等级。一、二等为精密水准测量；三、四等为普通水准测量。2.图根水准点（普通水准点）图根水准点（普通水准点）为了进一步满足工程建设和地形测图的需要，采用某等级水准测量方法测出其高程的水准点称为该等级水准点；3.水准点标石类型水准点标石类型：分基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准点（墙上水准点）四种。各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。三、水准点

5、（高程控制点）及其等级三、水准点（高程控制点）及其等级第二章水准测量5图 水准点的形式三、四等水准点一般用混凝土标石制成，埋到冻结线以下，标石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。图根水准点和一些施工测量使用的水准点常采用临时性标志,例如:木桩（桩顶钉一半圆球状铁钉），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、台阶等处用红油漆标记。第二章水准测量6（三）水准点的位置（三）水准点的位置：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，应绘出水准点的绘出水准点的点之记点之记。第二章水准测量72

6、-2 2-2 水准测量原理水准测量原理一、基本原理一、基本原理()ABBAAHHhHabbahAB 如图：A点是已知高程点，B点是待求高程点。则则B点高程为点高程为: A后视点后视点、a后视读数，后视读数，B前视点前视点、 b前视读数前视读数高差高差=后视读数后视读数前视读数前视读数高差的正负号反映高差的正负号反映两点的高低；两点的高低；高差的高差的正负号又与测量前进正负号又与测量前进的方向有关的方向有关：hAB=hBA这种先得到两点高这种先得到两点高差，再求高程的方差，再求高程的方法叫法叫高差法高差法。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

7、的高差，再由已知点的高程推算出未知点的高程。第二章水准测量8二、仪高法测量二、仪高法测量 仪器的视线高（仪高）仪器的视线高（仪高）：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 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程待求点高程待求点。这些点上这些点上只有一只有一个前视读数个前视读数C,也称也称“中视读数中视读数”。图图2-4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（：根据一个后视点的高程同时测定多个未知点（中间中间点）点）的高

8、程。的高程。常用于纵断面测量、土石方测量。常用于纵断面测量、土石方测量。见见图图2-4caHcHHAic)(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)-C2;HTP1=（HA+a1）b1置镜置镜II点：点：HP3=（HTP1+a2）C3；HTP2=（HTP1+a2）b2HP4=(HTP1+a2)-C4；第二章水准测量9在两点间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。测站测站：安置仪器的点：安置仪器的点;转点转点：(TurningPoint)常简写为：常简写为：TP，是传

9、递高程的点，是传递高程的点.三、连续水准测量三、连续水准测量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：第二章水准测量10bahhbahbahbahABnnn222111hAB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：HBHA=hAB。连续水准测量续第二章水准测量112-3 2-3 水准测量的仪器及其使用水准测量的仪器及其使用自动安平水准仪一

10、一、水准仪的种类、水准仪的种类微倾式水准仪电子水准仪第二章水准测量12 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。 D、S分别是“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，字母后的数字表示以mm为单位的、仪器每公里往返测高差中数的中误差。DS05、DS1、DS3、DS10水准仪每公里往返测高差中数的中误差分别为0.5mm、1mm、3mm、10mm。 DS05和DS1用于精密水准测量；DS3用于一般水准测量；DS10则用于简易水准测量。二、水准尺二、水准尺用优质用优质木材木材或或合金合金制成，要求尺长稳定，制成，要求尺长稳定，刻划准确。刻划准确。（一）（

11、一）双面尺和塔尺双面尺和塔尺1.双面尺双面尺多用于三、四等及以下精度的水多用于三、四等及以下精度的水准测量。准测量。2.塔尺塔尺一般尺长为一般尺长为5m，尺的底部为零点，尺的底部为零点，尺面绘有尺面绘有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。格，米和分米处注有数字。水 准 尺 的 种 类 和 尺 垫常 用 水 准 尺 有 两 种 ： 直 尺 和 塔 尺直 尺 为 两 面 尺 ， 塔 尺 可 以 伸 缩 ， 携 带 方 便 。尺 垫 用 于 转 点 处 放 置 水 准 尺 。第二章水准测量13精密水准尺(invarlevelingstaff)是在木质尺身的凹槽内，引张一根

12、因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm和5mm两种。(二二)精密水准尺精密水准尺(因瓦水准尺因瓦水准尺)（三（三)条码水准尺条码水准尺与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，形式有直尺和折叠尺两种，规格有1m、2m、3m、4m、5m几种，尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线(配徕卡仪器)或规则分划线(配蔡司仪器)，其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码，用于数字水准测量；双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。第二章水准测量1

13、4三、尺垫三、尺垫l 尺垫是在转点上放置水准尺用的，尺垫可使转点稳固，防止下沉。 l用钢板或铸铁制成，一般为三角形，中央有一突出的半球体，下方有三个尖脚（见图2-6）。 l 用时把三个尖脚踩入土中，把水准尺立在突出的圆顶上。播放水准尺垫短片第二章水准测量15图2-7水准仪全貌四、DS3微倾式水准仪的构造及使用（一）（一）DS3微倾式水准仪的构微倾式水准仪的构造造1、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

14、、底版第二章水准测量16(1)作用：提供视线，读出水准尺上的读数 。(2)构造：由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。根据观察到的物体成像情况，望远镜分为正像望远镜和倒像望远镜。1 1望远镜望远镜(3)视准轴（即视线）：十字丝交点与物镜光心的连线。它是水准仪的主要轴线之一。十字丝分划板：在直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的竖丝； 竖丝是为了瞄准目标， 中丝（单丝或楔形丝）读取读数。 视距丝：上、下短丝，用于测距。播放十字丝.swf第二章水准测量17(4)(4)望远镜的成像原理望远镜的成像原理第二章水准测量18（5 5）产生视差的原因及消除的方法）产生视差的原因及

15、消除的方法视差视差：观测者的眼睛在目镜端上下移动时，物像与十字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。视差会影响读数的正确性，读数之前必须消除它。消除的方法消除的方法：重新调焦重新调焦用手暂时遮住物镜(或将望远镜对准天空)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝十分清晰；移去遮物镜的手(或瞄准标尺)，旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰。十字丝的视差.swf第二章水准测量192 2水准器（管水准器和圆水准器）水准器（管水准器和圆水准器）

16、 (1)(1)圆水准器圆水准器l 圆水准器：一个封闭的圆形玻璃容器，顶面内壁是球面，球面中央有一圆圈。l水准器零点:圆圈圆心称为。 l圆水准器轴:通过零点的球面法线 。l 当圆水准器气泡居中时，圆水准器轴竖直，仪器竖轴竖直。l 圆水准器的分划值:气泡中心偏离零点2 mm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810/2 mm。由于它的精度较低，故只用于仪器的粗略整平。反映竖轴是否竖直，用于粗平。反映竖轴是否竖直，用于粗平。第二章水准测量20（2 2）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

17、：管面上刻有间隔为管面上刻有间隔为2 mm的分划线，分划线的对称的分划线，分划线的对称中心中心O称。称。l l 水准管轴水准管轴LLl l气泡居中气泡居中定义定义：水准管水准管2mm的弧长所对圆心角的弧长所对圆心角，即气泡每移动一即气泡每移动一格时，水准管轴所格时，水准管轴所倾斜的角值。倾斜的角值。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。水准管纵向弧线半径水准管纵向弧线半径R越越大，大，值越小，则水准管值越小，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。第二章水准测量21 当当气泡居中时，两端气泡的影

18、像就气泡居中时，两端气泡的影像就能符合成吻合的抛物线，能符合成吻合的抛物线，它用于微倾它用于微倾式水准仪。式水准仪。 如果两端影像错开，则表示气泡不如果两端影像错开，则表示气泡不居中，这时可旋转微倾螺旋使气泡影居中，这时可旋转微倾螺旋使气泡影像符合，使气泡居中。像符合，使气泡居中。 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微倾螺旋的转动方向一致。螺旋的转动方向一致。图图2-12(3)(3)符合水准器符合水准器第二章水准测量223 3基座基座l 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平方向，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接。上转动

19、，并通过连接螺旋与三脚架连接。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，使仪调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中，使仪器器粗略整平粗略整平。第二章水准测量23（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安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精平与读数等操作步骤。 1 1安置仪器安置仪器 l 在测站上安置三脚架，高度适中，架头大致水平。 l 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 粗平概念：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。 l操作：脚螺旋顺时针转动该端升高，逆时针转动该端降低。气泡的移动方向与左手大拇指运动的方向一致 播放圆水准器的整平.swf第二章水准测量243 3瞄准水准尺瞄准水准尺 首先要目镜对光：对准白色目标，旋转目镜，使十字丝成像清晰。(1)粗略瞄准(2)物镜调焦(3)精