水准测量-土木工程测量-02

1、2. .1 水准测量原理水准测量原理 1. 水准测量基本原理水准测量基本原理目的：目的：测定两点的高差测定两点的高差仪器：仪器：水准仪水准仪原理：原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行间的水准尺进行观测观测 ，并通过其，并通过其中一个点（中一个点（M M点）点）的高程推算另一的高程推算另一个点个点(N(N点点) )的高的高程。程。2. 水准测量观测方法水准测量观测方法 （1）高差法：）高差法： 在在M、N两点间安置水准仪，在两点间安置水准仪，在M、N两两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线

2、分别读取M点、点、N点上的读数点上的读数a、b，则两点的高差为，则两点的高差为则则N点的高程点的高程HN为为 a：后视读数：后视读数(后视观测后视观测读数读数)；b：前视读数前视读数( (前视观测前视观测读数读数) )。M M：后视点后视点N N：前视点前视点永远是永远是后视减前视后视减前视bahMNMNMNhHH（2）视线高法（单站多测法）视线高法（单站多测法） 安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的首先算出水准仪的视线高程视线高程Hi，然后分别，然后分别计算出各个点的高程：计算出各个点的高程：bj为第为第j个前视点的读数，个前视点的读数

3、，Hj为第为第j个前视点的高程。个前视点的高程。这种方法常用于路线纵这种方法常用于路线纵断面测量。断面测量。大地水准面大地水准面MjbjHMHjHi大地水准面大地水准面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,)aHHMijijbHH(j=1,2,3,)3. . 连续水准测量（路线水准测量）连续水准测量（路线水准测量） 应用前提应用前提：两待测点之间距离较远、高差较大，或中间：两待测点之间距离较远、高差较大，或中间有障碍。有障碍。方法：方法：加设若干个临时立尺点（称为加设若干个临时立尺点（称为转点转点ZD），依此），依此测定相邻两个点的高差，取各高差的代数和即得到起测定相邻两

4、个点的高差，取各高差的代数和即得到起终两个点的高差。终两个点的高差。则则M、N两点的高差为两点的高差为 niiniiniiMNbahh111),.,3 , 2 , 1(ni iiibah4. 提高精度的观测方法提高精度的观测方法“中间法中间法”观测：观测：各测站前、后视线长度大致相各测站前、后视线长度大致相等等“中间法中间法” 观测的作用观测的作用削弱水准管轴削弱水准管轴与视准轴不平与视准轴不平行的仪器误差行的仪器误差地球曲率和大地球曲率和大气折光的影响气折光的影响对光透镜运行对光透镜运行误差误差2.2 水水 准准 仪仪1. 水准仪：水准仪：提供水平视线（平行大地水准面）的设备提供水平视线（平

5、行大地水准面）的设备2. 水准仪类型：水准仪类型：（1）微倾式水准仪微倾式水准仪 （2）自动安平水准仪自动安平水准仪 （3）电子水准仪电子水准仪3. 水准仪的表示方法（国产仪器）水准仪的表示方法（国产仪器） DSn：D表示大地测量表示大地测量S表示水准仪，表示水准仪，n为数字表示为数字表示仪器精度，数值仪器精度，数值n越小越小,表示仪器精度越高。如表示仪器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或小于或等于等于0.5mm 4. 常用水准仪的等级划分及主要用途常用水准仪的等级划分及主要用途一一般般工工程程水水准准测测量量国国家家三三

6、四四等等水水准准测测量量及及一一般般工工程程水水准准测测量量国国家家二二等等测测量量及及其其他他精精密密水水准准测测量量国国家家一一等等水水准准测测量量及及地地震震测测量量主主要要用用途途仪仪器器精精度度DS10DS3DS1DS0.5仪仪器器系系列列型型号号一一般般工工程程水水准准测测量量国国家家三三四四等等水水准准测测量量及及一一般般工工程程水水准准测测量量国国家家二二等等测测量量及及其其他他精精密密水水准准测测量量国国家家一一等等水水准准测测量量及及地地震震测测量量主主要要用用途途仪仪器器精精度度DS10DS3DS1DS0.5仪仪器器系系列列型型号号mm5 . 0mm1mm3mm105.

7、水准仪的主要结构组成水准仪的主要结构组成主要为三部分：主要为三部分：（1）望远镜望远镜 （2）水准器水准器 （3）基座基座其中望远镜为主要组成部分。下图为其中望远镜为主要组成部分。下图为WILD NAK-0X型型水准仪（由北京测绘仪器厂组装）水准仪（由北京测绘仪器厂组装）目镜目镜目镜对光螺旋目镜对光螺旋物镜对光螺旋物镜对光螺旋物镜物镜水平微调螺旋水平微调螺旋脚螺旋脚螺旋准星准星6. 望远镜组成及其成像原理望远镜组成及其成像原理望远镜由望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个四个主要部分组成。主要部分组成。成像原理：成像原理：目标经过物镜和对光凹透镜的作用，目标经

8、过物镜和对光凹透镜的作用，在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。（望远镜的放大倍数望远镜的放大倍数）视准轴视准轴 目镜的作用：目镜的作用：放大，人眼经过目镜，可以看到目标放大，人眼经过目镜，可以看到目标的小实像与十字丝一起放大了的虚像。的小实像与十字丝一起放大了的虚像。 十字丝的作用：十字丝的作用：提供照准目标的标准。其中心交点提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝

9、。水准测量就是当视线水的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时，用中间横丝截取水准尺读数。平时，用中间横丝截取水准尺读数。 视准轴：视准轴：十字丝中央交点和物镜十字丝中央交点和物镜 光心的连线光心的连线 （水准仪四条轴线水准仪四条轴线 之一之一） 竖轴：竖轴：望远镜底部与基座相连的望远镜底部与基座相连的 轴的中心线。轴的中心线。 （水准仪四条轴水准仪四条轴 线之一线之一）视距丝视距丝横丝横丝7. 水准器水准器（1）水准器的用途：）水准器的用途： 衡量衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。的标志。（2）水准器种类：）水准器种类：水准盒及水准管水准盒及水准管水准盒

10、用于粗调整平，水准管则用于精密整平水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平（3）水准盒轴线：水准盒轴线：水准盒顶面中心（水准盒零点）水准盒顶面中心（水准盒零点）的球面法线（水准仪四条主要轴线之一）的球面法线（水准仪四条主要轴线之一）（4）水准管轴线水准管轴线： 过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内壁相切的直线（水准仪四条主要轴线之一）壁相切的直线（水准仪四条主要轴线之一）（5）水准器灵敏度：水准器灵敏度： 用分划值表示，即当气泡移动用分划值表示，即当气泡移动2mm时，水准盒（管）时，水准盒（管）轴相应倾斜的角度轴相应倾斜的角度8. 水准尺水准

11、尺用途：用途：用于水准测量的目标点观测用于水准测量的目标点观测种类：种类：塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的 塔尺一般长塔尺一般长3米，由三节组成。板尺一般米，由三节组成。板尺一般2米。米。水准尺的刻度与标注：水准尺的刻度与标注：精度比较：精度比较：板尺精度高于塔尺。板尺精度高于塔尺。用用 途：途：板尺一般常用于三、四等水准板尺一般常用于三、四等水准测量，而塔尺则用于等外水准测量。测量，而塔尺则用于等外水准测量。 使用注意事项：使用注意事项：使用前应认清尺子使用前应认清尺子刻划线刻划线与数字之间的位置关系与数字之间的位置关系，是否为正、倒，是否为正、倒数字，数字，

12、尺底的数值尺底的数值。对于塔尺，当使用。对于塔尺，当使用两节以上时应注意两节以上时应注意两节接口位置是否对两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住。准、卡簧是否卡住。2.3 水准仪使用方法水准仪使用方法仪器仪器安放整平安放整平 对光照准对光照准消除视差消除视差照准读数照准读数三角架三角架脚螺旋脚螺旋目、物镜目、物镜对光螺旋对光螺旋脚架张开脚架张开角度勿太角度勿太大或太小大或太小不可对准不可对准太阳太阳水平微调水平微调螺旋螺旋刻度大小刻度大小正、倒像正、倒像注意：如何辨别及消除视差？注意：如何辨别及消除视差？用脚螺旋整平仪器用脚螺旋整平仪器 视差存在的根本原因：视差存在的根本原因：目标像和十字丝目标像

13、和十字丝分划板不重合！分划板不重合！水准尺读数方法：水准尺读数方法：2.375m2.4 水准测量的实施水准测量的实施1. 水准点及其选择水准点及其选择 水准测量必须要有已知水准点（即其高程已水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用知的点，用BM表示，如表示，如BM0、BM1等）等）水准点选择：水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。路线形式选择。水准点类型：水准点类型：永久性和临时性永久性和临时性水准点制成：水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。依永久性及临时性水准

14、点而制做。2. 水准路线布置水准路线布置（1）闭合水准路线）闭合水准路线 高差闭合差：高差闭合差：（2）附合水准路线）附合水准路线 高差闭合差：高差闭合差：附合水准路线附合水准路线闭合水准路线闭合水准路线3测hfh)(始终测HHhfh（3）支水准路线：）支水准路线：从一水准点出发，沿线测量各待定从一水准点出发，沿线测量各待定点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。（4）结点水准网：）结

15、点水准网：由若干条单水准路线相互连接而成由若干条单水准路线相互连接而成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。的图形。可分为附合水准网及独立水准网。 往 测返支支 水水 准准 路路 线线测往 测返支支 水水 准准 路路 线线测往 测返支支 水水 准准 路路 线线往 测返支支 水水 准准 路路 线线测返往hhfh3. 水准测量施测水准测量施测 （1）观测与记录：）观测与记录：采用连续水准路线测量方法进行采用连续水准路线测量方法进行测量。点与点之间的距离大小取决于通视条件、读数测量。点与点之间的距离大小取决于通视条件、读数清晰度以及保证视线在尺子范围内，一般为清晰度以及保证视线在尺子范围内，一般为5

16、0100米。米。注意：待测点必须要立尺观测。注意：待测点必须要立尺观测。对每一测站分别记录对每一测站分别记录后视读数及前视读数后视读数及前视读数。注意：记录方法。注意：记录方法（2）测量结果校核）测量结果校核 1）计算校核：）计算校核：检查计算结果有无错误：高差计检查计算结果有无错误：高差计算结果；采用公式是否正确等。算结果；采用公式是否正确等。 2）测站校核：）测站校核：对每一站的观测和记录都及时地对每一站的观测和记录都及时地在现场进行校核。校核方法有：变动仪器高法、在现场进行校核。校核方法有：变动仪器高法、双面尺法或双仪器法；双面尺法或双仪器法； 3）路线校核：）路线校核：根据计算的闭合差

17、，与规定的允根据计算的闭合差，与规定的允许误差比较，判断观测精度是否合格。许误差比较，判断观测精度是否合格。 平地平地 (L 为水准路线总长度为水准路线总长度km） 山地山地 (n为测站总数）为测站总数）)(40容mmLfh)(12容mmnfh4. 水准测量的高程计算水准测量的高程计算（1）高差闭合差计算高差闭合差计算 计算闭合差及闭合差允许值，写在计算闭合差及闭合差允许值，写在“路线校核路线校核”栏栏内。内。（2）高差闭合差分配及高程计算）高差闭合差分配及高程计算 当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正数分配的原则：改正数

18、v与测站数与测站数n（或路线长度（或路线长度L）成）成正比，与闭合差反号，即正比，与闭合差反号，即 各点高程值各点高程值 H0：已知点的高程，已知点的高程，Hi为改正前的高程值。为改正前的高程值。nfvh每站11)(ijiivHH每站2.5 水准测量的误差来源及削减措施水准测量的误差来源及削减措施仪器误差（水准仪器误差（水准仪、水准尺）仪、水准尺）观测误差（视差、观测误差（视差、估读、气泡、尺倾斜）估读、气泡、尺倾斜）外界条件影响外界条件影响（设备下沉、地球（设备下沉、地球曲率、大气折光等）曲率、大气折光等） 1. 校正仪器校正仪器 2. 偶数测站数观测偶数测站数观测 1. 消除视差消除视差

19、2. 相同人观测相同人观测 3. 严格调平仪器严格调平仪器 4.立尺竖正立尺竖正 1. 往返观测取平均往返观测取平均 2. 控制前后视点距离控制前后视点距离 3. 选择良好气候观测选择良好气候观测 4.视线尽量高于地面视线尽量高于地面2.6 水准仪校验水准仪校验 1. 水准仪轴线几何关系水准仪轴线几何关系（1）水准盒轴平行竖轴；水准盒轴平行竖轴；（2）十字丝横丝垂直竖轴；十字丝横丝垂直竖轴；（3）水准管轴平行视准轴。水准管轴平行视准轴。2. 检验方法：检验方法：（1）检验水准盒轴与竖轴是否平行：检验水准盒轴与竖轴是否平行： 调平水准盒调平水准盒气泡居中，然后旋转望远镜气泡居中，然后旋转望远镜180度，若气泡依然度，若气泡依然居中则两轴平行。居中则两轴平行。（2）检验十字丝横轴与竖轴是否垂直：检验十字丝横轴与竖轴是否垂直： 将十字丝将十字丝横丝左端对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目横丝左端对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横丝上则表明两轴垂直。丝上则表明两轴垂直。（3）检验水准管轴是否平行视准轴：检验水准管轴是否平行视准轴： 在已知高差在已知高