第3讲水准测量(3)

1、第3讲 水准测量水准测量原理水准测量是测出两点间的高差高差。即在两个点上分别竖立水准尺，利用水准测量的仪器提供的一条水平视线，瞄准并在水准尺上读数，从而求得两点间的高差。前进方向水平视线大地水准面HiHAHBAB后视尺前视尺bhab在计算高差h hABAB时，一定要注意h hABAB的下标： h hABAB表示A点至B点的高差。 Hi=HA+a =HB+b 则HB-HA=a-bhAB=a-b后视读数前视读数连续水准测量连续水准测量：连续水准测量：依次连续地在两个立尺点中间安置依次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高差

2、的代数和，即求得两点间的高差值。差的代数和，即求得两点间的高差值。hAB欲求hAB，在A点至B点水准路线上增设n个转点转点，安置n次水准仪，依次连续地测定相邻两点间高差h1hn，即 h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn则则 hAB= h1+h2+hn=h= a- b HB=HA+ hAB=HA + （a- b）hAB连续水准测量转点：转点：如果两点间高差较大或相距较远，仅安置一次仪如果两点间高差较大或相距较远，仅安置一次仪器不能测得它们的高差，这时需要加设若干个器不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临时的立临时的立尺点尺点，作为传递高程的临时点。常用，作为传递高程的临时点。常

3、用TP表示。（表示。（放尺垫放尺垫）水准点：水准点：已知高程或待测高程的点成为水准点，常用已知高程或待测高程的点成为水准点，常用BM表示。（表示。（不能放尺垫不能放尺垫）测站：测站：每安置一次仪器称为一测站。每安置一次仪器称为一测站。注意事项 选择土质稳固的地方作为选择土质稳固的地方作为转点位置转点位置，要保持转点，要保持转点（尺垫尺垫）稳定不动；同时要尽可能保持各测站的前）稳定不动；同时要尽可能保持各测站的前后后视距大致相等视距大致相等；还要尽可能通过调节前、后视距；还要尽可能通过调节前、后视距离保持整条水准路线中的前视视距之和与后视视距离保持整条水准路线中的前视视距之和与后视视距之和相等，

4、这样有利于消除（或减弱）仪器之和相等，这样有利于消除（或减弱）仪器i角误差角误差和地球曲率对高差的影响。和地球曲率对高差的影响。S3普通水准仪1.1.水准仪的构造水准仪的构造物镜目镜圆水准器管水准器水平制动螺旋脚螺旋准星缺口校正螺丝水准仪与水准尺水准仪与水准尺物镜调焦螺旋脚螺旋水平微动螺旋目镜调焦螺旋微倾螺旋三脚架S3普通水准仪S3自动安平水准仪自动安平水准仪物镜目镜脚螺旋物镜调焦螺旋三脚架目镜调焦螺旋水平微动螺旋三脚架准星圆水准器脚螺旋S1自动安平水准仪配重器测微器准星三脚架脚螺旋圆水准器测微螺旋水平微动螺旋物镜调焦螺旋目镜调焦螺旋按精度指标等级划分按精度指标等级划分: DS05、DS1:

5、精密水准仪精密水准仪 DS3、DS10: 普通水准仪普通水准仪按原理按原理: 光学、电子、有倾斜螺旋、自动安平光学、电子、有倾斜螺旋、自动安平 1.望远镜望远镜: 瞄准尺并瞄准尺并读数。由物镜、对读数。由物镜、对光透镜、十字丝、光透镜、十字丝、目镜组成。目镜组成。 原理原理:物体通过物镜物体通过物镜和对光透镜在十字和对光透镜在十字丝平面上成倒立实丝平面上成倒立实象象,目镜又将倒立实目镜又将倒立实象放大。象放大。2.水准器水准器作用作用: :指示指示视准轴视准轴是否是否水平的装置。水平的装置。视准轴：视准轴：十字丝分划十字丝分划中心与物镜光心的中心与物镜光心的连线。连线。水准管轴水准管轴: :

6、通过水准通过水准管零点作圆弧的切管零点作圆弧的切线。线。水准器分水准器分圆形圆形和和管形管形两种两种管水准器管水准器: :其纵剖面上内侧呈圆弧其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。就是水准管轴。“气泡居中气泡居中”即水准管轴水平。即水准管轴水平。( (精平精平) )圆水准器圆水准器: :上面有同心圆的刻划。上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。准器的轴。“气泡居中气泡居中”即即水准器的轴垂直水准器的轴垂直 ( (粗平粗平) )3.基座及其它基座及其它脚

7、螺旋脚螺旋: 粗平粗平中心螺旋中心螺旋: 固定仪器固定仪器三脚架三脚架: 放置仪器放置仪器制动扳钮制动扳钮: 粗略对准目标粗略对准目标微动螺旋微动螺旋: 微动对准目标微动对准目标微倾螺旋微倾螺旋: 精平精平物镜对光螺旋物镜对光螺旋:十字丝清晰十字丝清晰铟瓦水准尺铟瓦水准尺 尺垫与尺桩尺垫与尺桩 双面水准尺双面水准尺读数：读数：1555读数：读数：6248K=4687或或4787水准仪的使用步骤水准仪的使用步骤（1） 安置安置首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当高度适当、架头大致水平大致水平并牢固稳妥牢固稳妥。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器的坚固部位，并确认已

8、牢固地连结在三脚架上之后才可放手。（2） 粗平粗平A.先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；B.旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。C.气泡移动方向始终和左手大拇指移动左手大拇指移动方向一致。 （左手拇指法则）（左手拇指法则）27（3） 瞄准瞄准准星瞄准准星瞄准、目镜调焦、物镜调焦、使十字丝竖丝照准水准尺。（4） 精平（自动安平水准仪不须此步骤）精平（自动安平水准仪不须此步骤） 调微倾螺旋，每次读数前都使管水准气泡居中管水准气泡居中。（5） 读数和记录读数和记录水准测量外业实施1、基本概念、基本概念水准点水准点：用水准测量的方法测定的高程控制点用水准测量的方法测定的高程控制点

9、“BM”BM”，分永久性和临时性。分永久性和临时性。水准测量水准测量：从某一已知高程的水准点开始，经过一定的从某一已知高程的水准点开始，经过一定的水准路线，测定各待定点的高程。水准路线，测定各待定点的高程。点之记点之记：水准点应进行编号，并绘出水准点与附近固定水准点应进行编号，并绘出水准点与附近固定建筑物或其它明显地物关系的点位草图，作为水准测量建筑物或其它明显地物关系的点位草图，作为水准测量的成果一并保存。的成果一并保存。2 2、水准路线、水准路线由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线。行水准测量的测量路线。分类：

10、分类：闭合水准路线闭合水准路线; ;附合水准路线附合水准路线; ;支水准路线支水准路线 1 1附和水准路线附和水准路线; ; 2 2闭合水准路线闭合水准路线; ;3 3支水准路线支水准路线; ; 3、水准测量方法、水准测量方法已知已知HA19.153m，欲测定，欲测定B点高程？点高程？步骤如下步骤如下：(1)观测者在测站处安置水准仪，在观测者在测站处安置水准仪，在BM.A和和TP.1点立尺，点立尺，TP.1安放尺垫，依次瞄准、精平、读数，安放尺垫，依次瞄准、精平、读数，1632和和1271。并计算该。并计算该站高差为站高差为+0.361m(2)水准仪搬迁至测站水准仪搬迁至测站2，转点，转点TP

11、.1上的尺垫保持不动，水上的尺垫保持不动，水准尺转向仪器方向，在转点准尺转向仪器方向，在转点TP.2安放尺垫并立尺，读数安放尺垫并立尺，读数为为1.862m和和0.952m，计算高差为，计算高差为+0.910m，按上法依次连，按上法依次连续进行水准测量，直至测到续进行水准测量，直至测到B点为为止。点为为止。对于对于每测站每测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可采用采用改变仪器高改变仪器高的方法或的方法或双面尺法双面尺法进行检核。两次测得高进行检核。两次测得高差的差值满足一定的限差要求时，则取两次高差平均值作差的差值满足一定的限差要求时，则取两次高差

12、平均值作为该站测得的高差值。为该站测得的高差值。1、改变仪器高法、改变仪器高法在每一测站测量高差后，改变仪器高度，即重在每一测站测量高差后，改变仪器高度，即重新安置与整平仪器在新安置与整平仪器在0.1m以上再测一次高差，以上再测一次高差，当两次测得高差的差值在一定限差范围（等外当两次测得高差的差值在一定限差范围（等外水准水准5mm）内时，则取两次高差平均值作为）内时，则取两次高差平均值作为该站测得的高差值。该站测得的高差值。2、双面尺法（以四等水准测量为准）、双面尺法（以四等水准测量为准）后前前后后前前后后视尺黑面：上丝、下丝、中丝；后视尺黑面：上丝、下丝、中丝；前视尺黑面：中丝、上丝、下丝；

13、前视尺黑面：中丝、上丝、下丝；前视尺红面：中丝；前视尺红面：中丝；后视尺红面：中丝。后视尺红面：中丝。不同等级水准测量测站指标要求不同等级水准测量测站指标要求360417水准测量内业计算水准测量内业计算闭合差闭合差: :观测值与理论值观测值与理论值或与重复观测值之差。或与重复观测值之差。1.1.高差高差闭合差闭合差的计算与的计算与校核校核支水准路线支水准路线 闭合水准路线闭合水准路线附合水准路线附合水准路线 返往hhfh测hfh)(ABhHHhhhf测理测4012hhfLfn 容容 适用于平原区 适用于山区 。206hhfLfn 容容 适用于平原区 适用于山区2.2.高差闭合差分配和计算改正后

14、高差高差闭合差分配和计算改正后高差 分配原则分配原则：对于闭合或附合水准路线，按与路线长度L或按路线测站数n成正比分配的原则。3.3.计算各点改正后的高程计算各点改正后的高程 根据已知水准点高程和各测段改正后的高差 ，依次逐点推求各点改正后的高程。ihhLLfiihhifnn 4.4.算例算例如图，如图， BM.A BM.A 和和BM.BBM.B为已知水准点，按普通水准测量的为已知水准点，按普通水准测量的方法测得各测段观测高差和测段路线长度分别标注在路方法测得各测段观测高差和测段路线长度分别标注在路线的上、下方。将计算成果列于表中。线的上、下方。将计算成果列于表中。附合水准路线测量成果计算表附

15、合水准路线测量成果计算表点号点号L(km)hi(m)v(m)h(m)H(m)BM.A 0.60 +1.331 -0.002 +1.329 6.543 1 7.872 2.00 +1.813 -0.008 +1.805 2 9.677 1.60 -1.424 -0.007 -1.431 3 8.246 2.05 +1.340 -0.008 +1.332BM.B 9.578 6.25 +3.060 -0.025 +3.035作 业HA16.330mh2= -0.231m水准测量的误差及其消减方法一、仪器误差一、仪器误差( (一一) ) 视准轴与水准管轴不平行引起的误差视准轴与水准管轴不平行引起的误

16、差( (二二) ) 水准尺误差水准尺误差二、观测误差二、观测误差( (一一) ) 气泡居中误差气泡居中误差( (二二) ) 估读水准尺分划的误差估读水准尺分划的误差( (三三) ) 扶水准尺不直的误差扶水准尺不直的误差三、外界环境的影响三、外界环境的影响( (一一) ) 仪器下沉和水准尺下沉的误差仪器下沉和水准尺下沉的误差1. 1. 仪器下沉的误差仪器下沉的误差2. 2. 水准尺下沉的误差水准尺下沉的误差( (二二) ) 地球曲率和大气折光的误差地球曲率和大气折光的误差1. 1. 地球曲率引起的误差地球曲率引起的误差2. 2. 大气折光引起的误差大气折光引起的误差( (三三) ) 气候的影响气

17、候的影响微倾水准仪检校步骤1.水准仪应满足的条件图中：图中：CC望远镜视准轴望远镜视准轴(十字丝交点与物镜光心的连线十字丝交点与物镜光心的连线) LL水准管水准轴水准管水准轴 LL 圆水准器水准轴圆水准器水准轴 VV仪器旋转轴仪器旋转轴CCLLLLVV（）水准仪应满足的主要条件（）水准仪应满足的主要条件水准管的水准轴应与望远镜的视准轴平行望远镜的视准轴不因调焦而变动位置（）水准仪应满足的次要条件（）水准仪应满足的次要条件圆水准器的水准轴应与仪器的旋转轴平行十字丝的横丝应与仪器的旋转轴垂直三角架是否稳固三角架是否稳固微动螺旋是否有效微动螺旋是否有效脚螺旋是否灵活脚螺旋是否灵活制动螺旋是否有效制动

18、螺旋是否有效一般检查：一般检查： 2.圆水准器水准轴与仪器旋转轴平行的检验与校正（1 1）检验原理）检验原理如VV与LL不平行，当 气 泡 居 中 时 ，LL竖直，则VV不竖 直 。 仪 器 旋 转180，如图（b），LL将不竖直，即气泡不居中。 （2 2）检验方法）检验方法先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后将仪器旋先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后将仪器旋转转180180，若气泡仍在居中位置，则表明此项条，若气泡仍在居中位置，则表明此项条件已得到满足；若气泡有了偏移，则表明条件没件已得到满足；若气泡有了偏移，则表明条件没有满足。有满足。（3 3）校正）校正分别调动三个校正螺钉使气泡向居中位置

19、移动偏离分别调动三个校正螺钉使气泡向居中位置移动偏离长度的一半；如果操作完全准确，经过校正之后，长度的一半；如果操作完全准确，经过校正之后，水准轴将与仪器旋转轴平行。如果此时用脚螺旋将水准轴将与仪器旋转轴平行。如果此时用脚螺旋将仪器整平，则仪器旋转轴处于竖直状态。仪器整平，则仪器旋转轴处于竖直状态。 校正螺丝圆水准器是否平行于仪器竖轴圆水准器是否平行于仪器竖轴转180次数气泡偏差数（mm） 转180次数气泡偏差数（mm）13243.十字丝横丝应与旋转轴垂直的检验与校正（1 1）检验方法）检验方法用十字丝横丝一端瞄准远处一清晰A点，然后用微动螺旋缓慢的旋转望远镜，观察A点在视场中的移动轨迹。如A

20、点在横丝上移动，则二者垂直，如A点不在横丝上移动，则二者不垂直。 AA二者垂直二者垂直二者不垂直二者不垂直（3 3）校正）校正校正工作用固定十字丝环的校正螺钉进行。放松校正螺钉使整个十字丝环转动，让横丝与所示的虚线位置重合或平行。4.望远镜视准轴应与水准管水准轴平行的检验和校正（1）检验）检验i角的基本原理角的基本原理i i角：角：望远镜视准轴与水准管水准轴在竖直面上投影的夹角；在水平面上的投影叫交叉误差。 在地面选定两个固定点在地面选定两个固定点、B，测出，测出、B 间的两次高差间的两次高差hAB和和hAB 。设仪。设仪器存在器存在i角误差角误差abbahABASBSASBSa”b”bahA

21、BBAABABSSihhBAABABSSihhABABABABhhiSSSS（2）第一种检验方法BASS令： BAABABSShhi则：水准测量规范规定水准测量规范规定用于一、二等水准测量的仪器用于一、二等水准测量的仪器i角角不得大于不得大于1515；用于三、四等水准测量的仪器用于三、四等水准测量的仪器i角角不得大于不得大于2020，否则应进行校正。，否则应进行校正。 即：水准仪位于水准尺中点测两即：水准仪位于水准尺中点测两点高差点高差hAB，水准仪位于水准尺线，水准仪位于水准尺线段的延长线上测两点高差段的延长线上测两点高差hAB。abab（A）仪器在）仪器在B点一端不动，计算点一端不动，计算

22、A尺的正确读数尺的正确读数a2；AAAxaaSix 22（B） 用微倾螺旋使读数对准用微倾螺旋使读数对准a2 ；（C）调节校正螺钉使水准管气泡居中。）调节校正螺钉使水准管气泡居中。实际操作时，需先将左（或右）面的螺钉（如上图）略微实际操作时，需先将左（或右）面的螺钉（如上图）略微松开一些，使水准管能够活动，然后再校正上、下两螺钉。松开一些，使水准管能够活动，然后再校正上、下两螺钉。校正结束后仍应将左（或右）面的螺钉旋紧。校正结束后仍应将左（或右）面的螺钉旋紧。 校正方法仪仪器器站站观观测测次次数数水 准 尺 读 数高高 差差（ab)(mm)i角计算及校正角计算及校正A 尺读数尺读数aB尺读数尺读数bC1S bd20.6m（a2b2）（a1b1）i10校正后校正后A、B尺上尺上的正确读数：的正确读数：a2、b2为为a2a22b2b2234中数中数D1234中数中数检校方法一记录计算检校方法一记录计算 （3）第二种方法)(BABAABSS