第四章水准测量和水准仪

1、第四章第四章 水准测量和水准仪水准测量和水准仪4.1 水准测量原理与方法水准测量原理与方法4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施4.4 水准测量水准测量的误差分析的误差分析4.5 水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正4.1 水准测量原理与方法水准测量原理与方法一、水准测量的原理一、水准测量的原理ABABhHH称之为视线高法。称之为视线高法。I大地水准面AHBHABhab后视尺前视尺路线前进方向测定地面点高程的工作称为测定地面点高程的工作称为高程测量高程测量,其方法有其方法有水准测量水准测量与与三角高程测量三角高程测量。bahBAABBAhhaHHAIb

2、HbaHHIAB二、水准测量方法二、水准测量方法C4E1D23转点：转点：临时立尺点，传递高程的过渡点(C、D、E)。测站：测站：每安置一次仪器称为一个测站(1、2、3、4）。41414144332211)( )()()()(babababababahABEBDECDACABhhhhh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abABABhMMEBNNFr1r2过A的水准面过I的水准面I水平面hAB=EA-FB球差改正：ME=p1；NF= p2hAB=（MA-p1）-（NB-p2）气差改正：MM=f1；NN= f2hAB=（a+ f1 -p1）-（b+f2-p2）22spR0.1

3、1RRKK 设弯曲视线的曲率（）22sfKR2(1)2srpfKR球气差改正：当s1 s2时，则r1、r2互相抵消)()(21rrbahAB4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺水准仪型号水准仪型号DS05DS1DS3DS10每千米往返测高每千米往返测高差中数偶然中误差中数偶然中误差差0.5mm1mm3mm10mm主要用途主要用途一等水准测一等水准测量及地震监量及地震监测测二等水准测量二等水准测量及其他精密水及其他精密水准测量准测量三、四等水准三、四等水准测量及一般工测量及一般工程水准测量程水准测量一般工程一般工程水准测量水准测量4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪

4、和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 望远镜基座 脚螺旋圆水准器、视准轴补偿器调焦螺旋、微动螺旋电子光路读数系统显示窗、操作面板、数据卡4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 望远镜基座 脚螺旋圆水准器、视准轴补偿器调焦螺旋、微动螺旋电子光路读数系统显示窗、操作面板、数据卡4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 数字水准仪将原有的用人眼观测读数改变为由光电数字水准仪将原有的用人眼观测读数改变为由光电设备

5、自动探测水平视准轴的水准尺读数。设备自动探测水平视准轴的水准尺读数。n 速度快、精度高速度快、精度高n 读数客观读数客观n 使用方便、能减轻作业劳动强度使用方便、能减轻作业劳动强度n 易于实现水准测量内外业一体化易于实现水准测量内外业一体化 主要特征：主要特征：由传感器识别条形码水准标尺上的条形码由传感器识别条形码水准标尺上的条形码分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。示或存储在计算机内。4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺部部分分电电子子水水准准仪仪的的外外观观图图 徕卡徕卡DNA03/10天宝天宝 DINI12/22

6、拓普康拓普康DL101/102索佳索佳SDL1/304.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 观测时水准标尺观测时水准标尺条形码分划影像条形码分划影像射到射到分光镜分光镜上，并将其分为上，并将其分为两部分：其一是两部分：其一是可见光可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；其二是，通过十字丝和目镜，供照准用；其二是红外光红外光射向探测器，它将望远镜接收到的射向探测器，它将望远镜接收到的光图像信息光图像信息转换成转换成电信电信号号，并传输给信息处理机，与机内原有的水准标尺的，并传输给信息处理机，与机内原有的水准标尺的条形码内置条形码内置信息信息进行相关处理，从而得出水

7、准标尺上水平视线的读数。进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读数。 电子数字水准仪简介电子数字水准仪简介( (续续) ) 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 Rmm24.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 Rmm24.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 V4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺转动测微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平视线向下平移转动测微螺旋，平行玻璃板作

8、前俯，使水平视线向下平移与就近的与就近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为分划重合，这时测微分划尺上的读数为6.50mm，而水平视线的平移量应为，而水平视线的平移量应为 mm550. 6最后读数最后读数a为为:mmmmcma550. 61484.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 水准尺和尺垫水准尺和尺垫水准尺：水准尺：材料材料干燥的木料、铝合金、铟钢尺干燥的木料、铝合金、铟钢尺 构造构造 折尺、塔尺、直尺。折尺、塔尺、直尺。 长度长度 2m、3m、5m 。 水准尺的要求：水准尺的要求：直、变形小、刻划精确、观测时应竖直。直、变形小、刻划精确、观测时应竖直。常用三、四等水准测量的水准尺为木

9、质常用三、四等水准测量的水准尺为木质3m的、双面水的、双面水准尺，黑面尺（主尺）底端刻划为准尺，黑面尺（主尺）底端刻划为0，而红面尺（辅助，而红面尺（辅助尺）底端刻划分别为尺）底端刻划分别为4687mm、4787mm。尺垫：尺垫：放在过渡点上即转点上，传递高程用。放在过渡点上即转点上，传递高程用。 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 水准仪的安置（步骤）水准仪的安置（步骤）1、安置水准仪：安置水准仪：将仪器安置在三脚架上将仪器安置在三脚架上, 固定两条腿，前后移动固定两条腿，前后移动左右摆动一条腿，使圆水准器气泡大致居中。左右摆动一条腿，使圆水准器气泡大致

10、居中。2、粗平：粗平：旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。3、瞄准：瞄准：使十字丝使十字丝 和目标的成像清晰，消除视差。和目标的成像清晰，消除视差。4、精平：精平：用微倾螺旋使符合水准管气泡居中（用微倾螺旋使符合水准管气泡居中（自动安平仪器无自动安平仪器无）5、读数：读数：用十字丝中丝、上丝、下丝分别读数，通常读四位数。用十字丝中丝、上丝、下丝分别读数，通常读四位数。 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺Y 粗粗 平平Y 精精 平平 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺3(a)(b)(c)4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 中中 丝丝上下丝上下丝 视距丝视距丝lK

11、S ； l = 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 mlKS7 .17)206. 6383. 6(100: 红红面面视视距距mlKS8 .17)520. 1698. 1(100: 黑黑面面视视距距)(21下下丝丝上上丝丝检检查查读读数数：中中丝丝 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 148+0.655 = 148.655cm =1.48655m 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺 4.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施 水准路线：水准路线：在水准点之间进行水准测量所经过的路线在水准点之间进行水准测量所经过的路

12、线. 1、单一水准路线、单一水准路线: 因线路中已知点的个数不同又分为三种：因线路中已知点的个数不同又分为三种： AB123A12132附合水准路线附合水准路线闭合水准路线闭合水准路线支水准路线支水准路线A34.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施2、水准网、水准网 由几条单一水准路线相互连接构成网形，网中单一水由几条单一水准路线相互连接构成网形，网中单一水准路线相联接的水准点称为准路线相联接的水准点称为结点结点。 根据水准网中已知点个数的不同又分为：根据水准网中已知点个数的不同又分为： 附和水准网附和水准网独立水准网独立水准网DA132C4BE附合水准网附合水准网A3617542独立水准

13、网独立水准网4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施 niinnABhhhhhh11214.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施测站测站点号点号水准尺读数水准尺读数高差高差h高程高程H备注备注后视后视前视前视1A034746.215转点转点11631-12842转点转点10306转点转点22624-23183转点转点20833转点转点31516-06834转点转点31528转点转点40501+10275转点转点42368B0694+167444.631普通水准测量测量手薄普通水准测量测量手薄4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施 照准照准后后尺尺黑黑面，读上、下、中三丝读数；面，

14、读上、下、中三丝读数； 照准照准前前尺尺黑黑面，读中、上、下三丝读数；面，读中、上、下三丝读数； 照准照准前前尺尺红红面，读中丝读数；面，读中丝读数； 照准照准后后尺尺红红面，读中丝读数；面，读中丝读数；此观测程序可简称此观测程序可简称: : 后前前后后前前后 或或 黑黑红红黑黑红红。 四等水准观测程序也可采用：四等水准观测程序也可采用：后后前前（黑红黑红）后后前前（黑红黑红）4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施施测方向施测方向后视尺后视尺前视尺前视尺 标尺读数标尺读数黑面黑面红面红面高差中数高差中数K+黑黑减红减红方向方向即尺即尺号号测站编号测站编号后距后距前距前距后尺后尺前尺前尺上

15、丝下丝下丝下丝上丝上丝视距差视距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前115711197138405510739036352396171-1037.437.6-0.2-0.2+1+0833+0932+0832.5后前后-前4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施标尺读数标尺读数黑面黑面红面红面高差中数高差中数K+黑黑减红减红方向即方向即尺号尺号测站编号测站编号后距后距前距前距后尺后尺前尺前尺下丝下丝上丝上丝上丝上丝下丝下丝视距差视距差dd(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9

16、)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后后前前后后-前前221211747193420082196182167966621-1037.437.5-0.1-0.3+1-0074-0175-0074.5后后前前后后-前前4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施一个测站上等级仪器类型标准视线长度后前视距差后前视距差累计黑红面读数差黑红面所测 高差之差一条水准路线等仪器检测间歇点往返测段闭合或符合水三S3.0四S5.0mmL20mmL12mmL12mmL204.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施AB2h1h2h31BAhHhHf测Lffhh20容许hfvi

17、iihhv1121223ABHHhHHhHHhiihihhfv4.3 水准测量的外业实施水准测量的外业实施点号点号 距离距离/kmkm观测高差观测高差/m/m高差改正数高差改正数/mm/mm改正后高差改正后高差/m/m高程高程/m/mA A4.5+7.23147.2311 17.2-4.3262 27.0-8.251B B41.918高差闭合差：高差闭合差： fh33mm 单一附合水准路线计算单一附合水准路线计算(四等）四等）+8+13+12+7.239-4.313-8.23954.47050.157Lfh20容许高差闭合差容许值：高差闭合差容许值： =86mm检核：检核：v +33mmAB2

18、h1h2h3118.7-5.346+334.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析水准测量误差水准测量误差仪器误差仪器误差、观测误差观测误差和和外界条件的影响外界条件的影响.一、仪器误差一、仪器误差1、视准轴与水准管轴不平行的误差视准轴与水准管轴不平行的误差视准轴（视准轴（CC）水准管轴（水准管轴（LL）水准管轴（水准管轴（LL）平行于视准轴（）平行于视准轴（CC）i角：视准轴与水准管轴在竖直面上投影的夹角角：视准轴与水准管轴在竖直面上投影的夹角4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 视线下倾，视线下倾，i 角为负角为负视线上倾，视线上倾，

19、i 角为正角为正 iSiSx tan4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 iSxaa iSxbb ABABbabaABhhxxbaxbxah )()()()()(babaABSSixxh 0 ABbahSS 前后视距大致相等可减弱前后视距大致相等可减弱 i 角误差的影响角误差的影响4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 sintansintantan ABABABBEi ibbaabaABSiSixxh 0, 0 baii前前视视：假假设设后后视视： iiiba :若若)(baABSSih 4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析

20、水准标尺每米长度误差的影响（精密水准）水准标尺每米长度误差的影响（精密水准） 两水准标尺的零点误差不等，设两水准标尺的零点误差不等，设a, b水准标尺的零点误差水准标尺的零点误差分别为分别为 a和和 b，它们都会在水准标尺上产生误差。它们都会在水准标尺上产生误差。bababbaah)()()(111112 -ababaabbh)()()(222223 )()(2211231213abbahhh4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 水准测量观测误差水准测量观测误差 Sm 1 .0居居中中4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 水准测量观测

21、误差水准测量观测误差 1591 ?1592 ? 1593 ?4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析)cos1 ( coscoscos212211aaaaaaaaaa)cos1()cos1)( hbabah )cos1)( hh 4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 11112222()()()22()habhhababhhab黑黑黑黑红红红红4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析2)()()(11222211返返往往返返往往）（hhhababhbabah 4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析RS22 etptnng 1105 . 57601118 )(21)(22b

22、abaABbaABssRhbah4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 4.4 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 1、圆水准器的水准轴与仪器的旋转轴平行的检验与校正、圆水准器的水准轴与仪器的旋转轴平行的检验与校正检验原理：检验原理：如果水准轴与旋转轴不平如果水准轴与旋转轴不平行，存在一交角，将仪器行，存在一交角，将仪器旋转旋转180度，铅垂线与水度，铅垂线与水准轴交角为准轴交角为2倍交角，气倍交角，气泡不集中偏离另一侧。泡不集中偏离另一侧。检验方法：检验方法：先用脚螺旋将圆水准器气泡先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后旋转居中，然后旋转180

23、，检查，检查气泡是否居中。气泡是否居中。AAAA检验：检验：用望远镜十字丝中丝对准一清晰点用望远镜十字丝中丝对准一清晰点A，再转动水平微动螺旋检查，再转动水平微动螺旋检查A点是否始终落在中丝上。点是否始终落在中丝上。校正：校正：松开目镜保护盖，放松十字丝环的校正螺钉转动十字丝环，让松开目镜保护盖，放松十字丝环的校正螺钉转动十字丝环，让横丝与图中虚线重合或平行。横丝与图中虚线重合或平行。检验原理：检验原理：假设假设十字丝横丝与旋转轴垂直，则过横丝的平面必与旋转十字丝横丝与旋转轴垂直，则过横丝的平面必与旋转轴垂直，仪器绕旋转轴旋转平面的水平位置不会发生变化，如果平面轴垂直，仪器绕旋转轴旋转平面的水

24、平位置不会发生变化，如果平面内有一点，旋转轴旋转是这个点始终在这个平面内。内有一点，旋转轴旋转是这个点始终在这个平面内。望远镜的望远镜的视准轴视准轴和水准管的和水准管的水准轴水准轴是空间的两条直线。是空间的两条直线。在在竖直面上的投影竖直面上的投影是否平行的检验称为是否平行的检验称为 i角检验角检验。在在水平面上的投影水平面上的投影是否平行的检验称为是否平行的检验称为交叉误差的检验。交叉误差的检验。 iABaaxbbxaSbSa b )(babaABSSixxh )(BAABABSSihh)( BAABABSSihh)()( BABAABABSSSShhi )()( BABAABABSSSShhiBASS BAABABSShhi BASBSA AS BS)()( BABAABABSSSShhi()ABABABSSSSS ABABABShhi22a2a AASixAxaa22 1、何为水准管轴？何为圆水准轴？何为水准管的分划值？水何为水准管轴？何为圆水准轴？何为水准管的分划值？水准管的分划值与其灵敏度的关系如何准管的分划值与其灵敏度的关系如何 ？ 2、水准测量时，转点的作用是什么？尺垫有何作用？在哪些、水准测量时，转点的作用是什么？尺垫有何作用？在哪些点上需要放置尺垫？哪