高程测量课件

第三章高程测量内容提要：§3.1水准测量原理与仪器操作§3.2S3级微倾式水准仪的构造与使用§3.3

普通水准测量§3.4

其他类型水准仪器§3.5

三角高程测量高程测量概念〔HeightMeasurement〕根据点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。高程测量的方法分类1、水准测量(leveling)2、三角高程测量(trigonometricleveling)3、气压高程测量(airpressureleveling)4、GPS测量。(GPSleveling)

一.根本原理利用水准仪提供的“水平视线〞，测量两点间高差，从而由点高程推算出未知点高程。大地水准面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向§2.1水准测量原理A——后视点a——后视读数B——前视点b——前视读数1、A、B两点间高差2.B点的高程3.视线高程大地水准面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向由水准测量的原理可知：水准测量的根本要求是：1、水准仪提供的视线必须水平；2、水准尺必须竖直。高差=后视读数-前视读数水准测量的方法包括：高差法：利用高差计算待定点高程；仪高法：利用仪器视线高计算待定点高程。hAB=h1+h2++hn

=(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn)=a-b

4.转点TP(turningpoint)的概念

假设A、B两点间布设一些过渡点〔转点〕1、2、3…，将其分为n段，那么用水准仪分别测得各段高差为h1，h2…hn，那么有：1、望远镜(telescope)物镜目镜十字丝〔上、中、下丝〕三个局部组成。§3.2S3级微倾式水准仪的构造与使用〔一〕水准仪(level)构造圆水准器(circularbubble)：用于整平。水准管(bubbletube)：用于精平。特性：气泡始终向高处移动。3、基座(tribrach)

2、水准器(bubble)〔二〕水准尺(levelingstaff)

主要有单面尺、双面尺和塔尺。1、尺面分划为1cm，每10cm处〔E字形刻划的尖端〕注有阿拉伯数字。2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。〔三〕尺垫(staffplate)放在转点上，以防水准尺下沉。三.水准仪的使用操作程序：粗平—瞄准—精平—读数〔一〕粗平调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1．方法：对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。水准仪的使用图形：粗平的操作方法示意图

a123b312c3122．规律：

气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。〔二〕瞄准1．方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2．视差：概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。〔三〕精平1、方法：如下图，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。2、说明：自动安平水准仪〔compensatorlevel〕，不需进行精平。〔四〕读数精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器假设成倒像的，从上往下读；假设成正像，即从下往上读。图形：水准仪读数实例4.水准仪读数实例6.2521.4770.725

bc

a§3.3

普通水准测量一、水准点(BenchMark)

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BM表示。有永久性和临时性两种。水准点示意图二、水准路线(levelingline)

1．闭合水准路线(closedlevelingline)由点BM1——点BM12．附合水准路线(annexedlevelingline)由点BM1——点BM23．支水准路线(spurlevelingline)由点BM1——某一待定水准点A。图形：水准路线布设形式3.支水准路线BM

1

2

1BM

2

3

41.闭合水准路线2.附合水准路线BM1BM2

1

2

3

三、水准测量的实施〔外业〕

1、观测要求

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543〔1〕水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。〔2〕为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法〞或“双面尺法〞。两次仪器高法：高差之差h-h5mm

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.543图形：水准测量实施与记录对照图123BMA1.134TP11.677-0.543TP11.444TP21.324+0.120TP21.822TP30.876+0.946四.水准测量成果整理步骤〔一〕计算高差闭合差(closingerror)

公式：故对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：〔二〕分配高差闭合差1、计算高差闭合差的容许值〔tolerance〕对于普通水准测量：

式中，fh容——高差闭合差限差，单位：mm；

L——水准路线长度，单位：km；

n——测站数。2、分配原那么按与距离L或测站数n成正比原那么，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

〔三〕计算各待定点高程用改正后的高差和点的高程，来计算各待定点的高程。五.水准测量成果整理实例

【例】如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。第一步计算高差闭合差：第二步计算限差：故可进行闭合差分配例题解算〔Page1〕第三步计算每km改正数：

例题解算〔Page2〕第四步计算各段高差改正数：。第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的高程。改正后高差=改正前高差+改正数Vi

四舍五入后，使：故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。例题解算〔Page3〕故可得：H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m)H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m)用EXCEL软件程序计算水准路线课间实验4:等外闭合水准路线测量实验目的:使学生掌握等外闭合水准路线的测量方法。仪器设备:每组水准仪1台、水准尺2把、记录板1个。实验任务:HBM=785.631m，按等外水准精度要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭合差fh。普通水准仪的检验与校正

水准管轴LL∥视准轴CC圆水准轴L’L’∥竖轴VV横丝要水平〔即：⊥VV〕CCLLVVL'L'一、水准仪轴线应满足的几何关系二.水准仪的检验与校正〔一〕圆水准器的检验与校正1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180°，看气泡是否居中。2、校正：用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用三个“校正螺旋〞，使气泡居中。〔二〕十字丝横丝的检验与校正1、检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看P点是否沿着横丝移动。2、校正：旋下目镜处十字丝环外罩，转动左右2个“校正螺丝〞。〔三〕水准管轴∥视准轴〔i角〕的检校1、检验：〔1〕平坦地上选A、B两点，约50m。〔2〕在中点C架仪，读取a1、b1〔3〕在距B点约2—3m处架仪，读取a2、b2，得h2=a2-b2。假设h2≠h1,那么水准管轴不平行视准轴。①h1无误差②b2的误差可忽略不计。说明：对S3水准仪，若i>20"，需校正。

（4）按下式，可计算出i角：原因？2、校正方法有二种：

〔1〕校正水准管

旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a2’=h1+b2)，拨动水准管“校正螺丝〞，使水准管气泡居中。

〔2〕校正十字丝——可用于自动安平水准仪

保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝〞，使横丝对准(a2’=h1+b2)。课间实验5:水准仪检校实验目的:使学生掌握水准仪检验的工程及方法。仪器设备:每组自动安水准仪1台、水准尺2把、皮尺1把、记录板1个。实验任务:每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、水准管平行于视准轴〔i角〕三项检验。说明:进行i角检验时，要求用两次仪器高法来测量，以保证精度，才能把仪器误差与观测误差区分开来。§3.4

其他类型水准仪器一、自动安平水准仪(compensatorlevel)1．原理——望远镜的光路上加有一个补偿器。自动安平水准仪照片3．检校——要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警告指示窗是否出现红色。

2．使用——粗平后，望远镜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横指标线平齐。

二、精密水准仪(preciselevel)1、精密水准仪——提供精确的水平视线和精确读数；2、精密水准尺——刻度精确(铟瓦尺invarlevelingstaff)。3、读数方法：精平后，转动“测微螺旋〞，使十字丝的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。1.48655m三．数字水准仪(digitallevel)及条纹码水准尺(codinglevelstaff)

优点:具有自动安平、显示读数和视距功能。与计算机数据通讯，防止人为观测误差。水准测量误差及本卷须知来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响一、仪器误差主要有：视准轴不平行于水准管轴〔i角〕的误差、水准尺误差二、操作误差主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。

三、外界条件影响的误差主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风