第三章-山东科技大学泰山科技学院矿业工程综合实训中心

1、3.1 3.1 水准测量原理与方法水准测量原理与方法3.2 3.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺u高程测量概念高程测量概念 根据已知点高程，测定该点与未知根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。程的方法。1、水准测量、水准测量2、三角高程测量、三角高程测量3、气压高程测量、气压高程测量4、GPS测量测量一一. .基本原理基本原理 利用水准仪利用水准仪提供的提供的“水平视水平视线线”，测量两点，测量两点间高差，从而由间高差，从而由已知点高程推算已知点高程推算出未知点高程。出未知点高程。大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+h

2、AB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向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3.3.视线高程视线高程大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向hAB=h1+ h2+ hn =(a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n) = a-a- b b 若若A A、B B 两点间布设一些过渡点两点间布设一些过渡点（转点）（转点）1 1、2 2、3 3，将其分为，将其分为n n段，段，则用水准仪分别测得各段高差为则用水准

3、仪分别测得各段高差为h h1 1， h h2 2 h hn n，则有：，则有： 欲求欲求A A点至点至B B点的高差点的高差h hABAB，选择一条施测路线，选择一条施测路线，用水准仪依次测出用水准仪依次测出APAP的高差的高差h hAPAP、PQPQ的高差的高差h hPQPQ等，直到最后测出的高差等，直到最后测出的高差h hWBWB。每安置一次仪。每安置一次仪器，称为一个测站，而器，称为一个测站，而P P、Q Q、RWRW等点即为转等点即为转点。点。h hABAB=h=hApAp+h+hpQpQ+ + h+ + hBWBW二、水准测量方法二、水准测量方法h hABAB= =（a a1 1-b

4、-b1 1）+ +（a a2 2-b-b2 2）+ + +（a an n-b-bn n）=（a-ba-b）三、地球曲率和大气折光的影响三、地球曲率和大气折光的影响1 1、地球曲率对一根水准尺上读数的影响、地球曲率对一根水准尺上读数的影响 设过仪器中心的水准面的半径为设过仪器中心的水准面的半径为R R，仪器至水准尺的弧长，仪器至水准尺的弧长为为S S，仪器至水准尺的切线长为，仪器至水准尺的切线长为t, t,地球曲率对水准尺的读数影地球曲率对水准尺的读数影响为响为p, p,则：则：Rsp22（4-54-5）2 2、大气折光对一根水准尺上读数的影响、大气折光对一根水准尺上读数的影响 设地球曲率与大气

5、折光对一根水准尺读数的联合设地球曲率与大气折光对一根水准尺读数的联合影响用影响用r r表示，称之为球气差改正，则：表示，称之为球气差改正，则：)()(21rrbah（4-84-8）主要仪器：主要仪器：水准仪、水准尺、尺垫1、水准仪、水准仪 精度系列精度系列:分分D DS05S05、D DS1S1、D DS3S3，D DS10S10, ,下标下标“05”05”、“1”1”、“3”3”及及“10”10”等数字表示该类仪器的精等数字表示该类仪器的精度，每公里往返测高差中数的中误差。度，每公里往返测高差中数的中误差。 精密水准仪，配有相应的精密水准尺，用于国精密水准仪，配有相应的精密水准尺，用于国家一

6、二等水准测量、大型工程建筑物施工及变形家一二等水准测量、大型工程建筑物施工及变形测量以及地下建筑测量。普通水准仪，用于国家测量以及地下建筑测量。普通水准仪，用于国家三四等及普通水准测量。三四等及普通水准测量。 望远镜望远镜 水准器水准器 基座基座1. 1. 望远镜望远镜望远镜：望远镜：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜对光螺旋、目镜对光螺旋分划板、物镜对光螺旋、目镜对光螺旋 望远镜视准轴：望远镜视准轴：通过物镜光心与十字丝交通过物镜光心与十字丝交点的连线点的连线CCCC，延长线即为视线。，延长线即为视线。 视差：由于物镜调焦螺旋调焦不完善，使视差：由于物镜调焦

7、螺旋调焦不完善，使目标成像与十字丝分划板平面之间有相对目标成像与十字丝分划板平面之间有相对移动。移动。 消除视差的方法：消除视差的方法： 先进行目镜调焦，使十字丝十分清晰；先进行目镜调焦，使十字丝十分清晰；再瞄准目标进行物镜调焦，使目标十分清再瞄准目标进行物镜调焦，使目标十分清晰，使目标与十字丝平面之间没有相对移晰，使目标与十字丝平面之间没有相对移动。动。水准器水准器圆水准器圆水准器 分划值分划值 8/2mm 用于仪器粗平用于仪器粗平 管水准器管水准器 分划值分划值 20/2mm 用于仪器精平用于仪器精平圆水准器圆水准器水准器零点水准器零点圆水准轴圆水准轴圆水准器分划值圆水准器分划值 RO符合

8、水准器符合水准器在水准管上安装符合棱镜系统，当气泡在水准管上安装符合棱镜系统，当气泡两端影像符合一致时就表明气泡已经居中。两端影像符合一致时就表明气泡已经居中。由于气泡不符合的程度是指两个端点之间的由于气泡不符合的程度是指两个端点之间的距离，它正好是距完全符合位置的两倍，因距离，它正好是距完全符合位置的两倍，因此用符合水准器作业可使气泡居中的精度提此用符合水准器作业可使气泡居中的精度提高一倍。高一倍。 直尺直尺:双面水准尺分 “黑面尺” 和 “红面尺”。黑面尺尺底尺 均从零开始，而红面尺尺底， 从固定数值4.687m或4.787m 开始，此数值称为零点差。 塔尺塔尺:可伸缩，伸足为3米、 5米

9、，用于一般工程测量。 尺垫尺垫:转点立尺用。 操作程序：操作程序：粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数（一）粗平（一）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。 1方法：方法：对向转动脚螺旋对向转动脚螺旋1 1、2 2使气泡移至使气泡移至1 1、2 2方方向中间向中间转动脚螺旋转动脚螺旋3 3，使气泡居中。，使气泡居中。三、水准仪的使用三、水准仪的使用 a a123b b312c c3122 2规律规律： 气泡移动方向与气泡移动方向与左手大拇指左手大拇指运动的方向一致。运动的方向一致。1 1方法：方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2

10、2视差：视差： 概念：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。像有相对运动。 产生原因：产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。目标像平面与十字丝平面不重合。 消除方法：消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。（三）精平（三）精平1、方法：、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。管气泡成像抛物线符合。2、说明：、说明：自动安平水准仪不需进行精平。自动安平水准仪不需进行精平。 精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1 1方法

11、：方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。尺面上的格数，毫米估读。2 2规律：规律：读数在尺面上由小到大的方向读。读数在尺面上由小到大的方向读。仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。即从下往上读。 bc a0.7251.4776.252一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪1原理原理望远镜的光路上加有一个补偿器。望远镜的光路上加有一个补偿器。自动安平水准仪自动安平水准仪3检校检校要增加一项补偿器的检验，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警告指示窗是

12、否出现红色。告指示窗是否出现红色。 2使用使用粗平后，望远镜粗平后，望远镜内观察警告指示窗应全部呈绿色；内观察警告指示窗应全部呈绿色；最好状态是指示窗的三角形尖顶与最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。横指标线平齐。1、精密水准仪、精密水准仪提供精确的水平视线和提供精确的水平视线和精确读数；精确读数；2、精密水准尺、精密水准尺刻度精确刻度精确( (铟瓦尺）。铟瓦尺）。精平后，转动精平后，转动“测微螺旋测微螺旋”，使十字丝的，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。楔形丝精确夹准某一整分划线。将整分划值和测微器中的读数合起来。将整分划值和测微器中的读数合起来。 1.48655m优点优点: :

13、 具有自动安平、显示读数和视距功能。具有自动安平、显示读数和视距功能。 与计算机数据通讯，与计算机数据通讯，避免人为观测误差。避免人为观测误差。 一、水准点 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用称为水准点，一般用BM表示。有永久性和临时表示。有永久性和临时性两种。性两种。1 1闭合水准路线闭合水准路线 由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM1BM12 2附合水准路线附合水准路线 由已知点由已知点BM1BM1已知点已知点BM2BM23 3支水准路线支水准路线 由已知点由已知点BM1BM1某一待定水准点某一待定水准点A A。 3.

14、3.支水准路线支水准路线BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.闭合水准路线闭合水准路线2.2.附合水准路线附合水准路线BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3 BMABMB1.444 1.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8220.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=+0.118=+0.118前进方向前进方向1.1341.1341.6771.677TP1TP1h h1 1=-0.543=-0.543 两次仪器高法：高

15、差之差两次仪器高法：高差之差h -h 5mm三、水准测量的实施（外业）三、水准测量的实施（外业） 1 1、观测要求、观测要求 BMABMB1.4441.444 1.3241.324TP2TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8221.8220.8760.876TP3TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8201.8201.4351.435TP4TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.4221.3041.304h h5 5=+0.118=+0.118前进方向前进方向1.1341.1341.6771.677TP1TP1h h1 1=-0.543=-0.5

16、43123BMA 1.134BMA 1.134TP1 1.677 -0.543TP1 1.677 -0.543TP1 1.444 TP1 1.444 TP2 1.324 +0.120TP2 1.324 +0.120TP2 1.822 TP2 1.822 TP3 0.876 +0.946TP3 0.876 +0.946测站检核测站检核 在进行连续水准测量时，若其中任何一个后视或在进行连续水准测量时，若其中任何一个后视或前视读数有错误，都要影响高差的正确性。对于每一前视读数有错误，都要影响高差的正确性。对于每一测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可采测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，

17、可采用用改变仪器高改变仪器高的方法或双面尺法进行测站检核。的方法或双面尺法进行测站检核。（1）改变仪器高的方法）改变仪器高的方法 在每一测站测得高差后，改变仪器高度（即重新在每一测站测得高差后，改变仪器高度（即重新安置与整平仪器）在安置与整平仪器）在0.lm以上再测一次高差，或者用以上再测一次高差，或者用2台水准仪同时观测，当两次测得高差的差值在土台水准仪同时观测，当两次测得高差的差值在土5mm以内时，则取两次高差平均值作为该站测得的以内时，则取两次高差平均值作为该站测得的高差值。否则需要检查原因，重新观测。高差值。否则需要检查原因，重新观测。 2）双面尺法）双面尺法 仪器高度不变，读取每一根

18、双面尺的黑面与红面的读数，仪器高度不变，读取每一根双面尺的黑面与红面的读数，分别计算双面尺的黑面与红面读数之差及两个黑面尺的高差分别计算双面尺的黑面与红面读数之差及两个黑面尺的高差h黑与两个红面尺的高差黑与两个红面尺的高差h红，若同一水准尺红面与黑面（加红，若同一水准尺红面与黑面（加常数后）之差在常数后）之差在3mm以内，且黑面尺高差以内，且黑面尺高差h黑与红面尺高差黑与红面尺高差h红之差不超过土红之差不超过土5mm，则取黑、红面高差平均值作为该站，则取黑、红面高差平均值作为该站测得的高差值。测得的高差值。 当两根尺子的红黑面零点差相差当两根尺子的红黑面零点差相差100mm时，两个高差也时，两

19、个高差也应相差应相差l00mm，此时应在红面高差中加或减，此时应在红面高差中加或减100mm后再与后再与黑面高差比较。黑面高差比较。 每次读数时均应使符合水准气泡严密吻合，每个转点均每次读数时均应使符合水准气泡严密吻合，每个转点均应安放尺垫，但所有已知水准点和待求高程点上不能放置尺应安放尺垫，但所有已知水准点和待求高程点上不能放置尺垫。垫。（一）计算高差闭合差（一）计算高差闭合差 理测hhfh公式：公式：测理测hhhfh故对于闭合水准路线，有：故对于闭合水准路线，有：)(始终测理测HHhhhfh对于附合水准路线，有：对于附合水准路线，有：适用于山区适用于平原区容容nfLfhh1240 。按与距

20、离按与距离L L或测站数或测站数n n成正比原则，将高差成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。闭合差反号分配到各段高差上。 （三）计算各待定点高程（三）计算各待定点高程例题：已知水准点例题：已知水准点BM.A的高程的高程HA19.153m，欲测，欲测定距水准点定距水准点BM.A较远的较远的B点高程，按普通水准测量的点高程，按普通水准测量的方法，由方法，由BM.A点出发共需设五个测站，连续安置水点出发共需设五个测站，连续安置水准仪测出各站两点之间的高差，观测步骤如下：准仪测出各站两点之间的高差，观测步骤如下：二、国家三、四等水准测量二、国家三、四等水准测量（一）适用：平坦地区的高程控制测

21、量。（一）适用：平坦地区的高程控制测量。（二）精度技术要求：（二）精度技术要求： 表一：三、四等水准测量测站技术要求 等等 级级视线长度视线长度(m)(m)前、后视前、后视 距离差距离差(m)(m)前、后视前、后视距离累积差距离累积差(m)(m)红、黑面红、黑面读读 数数 差差(mm)(mm)红、黑面红、黑面高差之差高差之差(mm)(mm)三三 等等 65 3 6 2 365 3 6 2 3四四 等等 80 5 10 3 580 5 10 3 5等级等级 每公里高每公里高 附合路附合路 水准仪水准仪 往返测高往返测高 附合路线或附合路线或 差中误差差中误差 线长度线长度 级别级别 差不符值差不符值 环线闭合差环线闭合差 (mm) (km) (mm) (mm)(mm) (km) (mm) (mm)三等三等 6 45 S1 6 45 S1或或S3 S3 1212 R R 12 L或或4 4 n四等四等 10 15 S110 15 S1或或S3 S3 2020 R R 20 L或或6 6 n n注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位。1、每站观测程序、每站观测程序（见图）（见图）（1 1）顺序：）顺序：“后前前后（黑黑红红）后前前后（黑黑红红）”；一般一对尺子交替；一般一对尺子交替使用。使用。（2 2）读数：黑面