《测量放线工（中级）实训教程》课件-项目二：水准测量

项目二水准测量项目二水准测量水准测量的原理水准仪及其使用普通水准测量及其成果整理水准仪的检验与校正水准测量误差分析及其注意事项本章主要内容测量学课件

绝对高程大地水准面假定水准面

相对高程

高差高程的概念高程测量高程测量是测量工作的三项基本任务之一，通常确定地面点高程的方法有：水准测量和三角高程测量。水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。GPS测高。水准测量的原理水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。ABabhAB前进方向大地水准面HA（已知）HB=？后视前视水准测量的原理ABabhAB前进方向大地水准面HA（已知）HB=？后视前视A、B两点间高差hAB为：A点为后视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。高差等于后视读数减去前视读数。水准测量的原理hABABab前进方向大地水准面HAHBHB视线高度计算未知点的高程高差法视线高法水准测量的原理∑hAB大地水准面HB=?ＨA连续水准测量

hAB=∑h=h1+h2

+…

=(a1

－b1)+(a2

－b2)+…=∑a－∑b水准仪为水准测量提供水平视线的仪器。常用的水准仪精密水准仪DS05

、DS1

普通水准仪DS3

、DS10

水准仪DS3型水准仪望远镜水准器基座水准仪的结构水准仪目镜微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜水平微动螺旋水平制动螺旋脚螺旋准星水准仪的结构水准仪物镜对光透镜目镜视准轴上丝下丝中丝竖丝十字丝分划板望远镜望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。它主要由:物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。物镜、目镜调焦的目的。水准仪圆水准器圆水准器轴长水准管长水准管轴水准器是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。水准器又分为圆水准器和管水准器。水准仪气泡L′L′水准器圆水准器用以粗平仪器。过零点的球面法线L′L′，称为圆水准器轴。圆水准器轴L′L′平行于仪器竖轴VV。水准仪基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。水准尺和尺垫尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称辅尺）。立尺点水准尺和尺垫水准仪的使用安置：安置三脚架和水准仪；粗平：使圆水准器气泡居中；瞄准：粗瞄和精瞄；读数：用中丝读数；水准仪的使用安置仪器在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。水准仪的使用粗平使圆水准器气泡居中b312c312

a13

2气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。水准仪的使用缺口准星水平微动螺旋水平制动螺旋对光螺旋消除视差瞄准目标粗瞄、对光、精瞄和消除视差1.251m水准仪的使用1213110.717m读数用中横丝读数水准点和水准路线水准点：我们将用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点。水准点记为BM(BenchMark)。水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。国家等级永久性水准点水准点和水准路线BM23BM24BM259.0m9.8m8.4mH23＝56.437mH24＝58.392mH25＝53.168m水准点的“点之记”建筑工程水准点临时性水准点水准点水准点和水准路线单一水准路线附和水准路线闭合水准路线支水准路线水准网水准路线水准点和水准路线水准路线附和水准路线从已知高程的水准点BM1出发，沿待定高程的水准点1、2、…进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点BM2所构成的水准路线，称为附合水准路线。BM1BM2水准点和水准路线水准路线闭合水准路线从已知高程的水准点BM1出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BM1的环形路线，称为闭合水准路线。BM0水准点和水准路线水准路线支水准路线从已知高程的水准点BM0出发，沿待定高程的水准点1，2进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。BM0水准测量的外业ABabhAB前进方向大地水准面HAHBHB水准测量的外业BMABDAB＝50mhAB＝＋12.500mAHACHChAC大地水准面D＝1000m水准测量的外业当已知高程的水准点距欲测定高程点较远或高差较大时，不能安置一次仪器即可测得两点间的高差。这时需要在两点间加设若干个立尺点，分段设站，连续进行观测。加设的这些立尺点并不需要测定其高程，它们只起传递高程的作用，故称之为转点，用TP（TurningPoint）表示。转点上需放置尺垫。水准测量的外业已知水准点BMA的高程HA＝19.153m，现欲测定B点的高程HB，由于A、B两点相距较远，需分段设站进行测量，具体施测步骤如下。HAHBhAB大地水准面AB水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP1Ⅰh1后视点前视点进行方向1.2711.632测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-19.153已知1BMATP11.6321.2710.36119.514水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP11h1后视点前视点进行方向2水准测量的外业AHABHBhAB大地水准面TP11h1后视点前视点进行方向0.95221.862测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+-1BMA1.6320.36119.153已知TP11.27119.5142TP11.8620.91020.424TP20.952水准测量的外业测站点号水准尺读数（m）高差高程(m)备注后视前视＋－1BM.A1.6320.36119.153TP.11.27119.5142TP.11.8620.910TP.20.95220.4243TP.21.3460.094TP.31.25220.5184TP.30.9310.547TP.41.47819.9715TP.40.8360.389B1.22519.582计算检核

6.6076.1781.3650.936

a－

b＝＋0.429

h＝＋0.429HB－HA＝＋0.429水准测量的外业校核∑a=∑b=∑a

－∑b

=∑h=

高程高差前视读数后视读数测点测站BM1TP111BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.828－0.0663.3252.814+0.511+0.511水准测量的外业注意事项：架仪器要注意前后视距大致相等；仪器不能架在路中央；尺垫只在转点处使用；读数前要精平；后视完毕转向前视，一定要重新精平再读数，（但切记不能动脚螺旋）；视线要小于100米。水准测量的内业计算测站校核：在一个测站上观测两次高差，两次高差不符值应在允许范围内。方法有变仪器高法和双面尺法。线路校核：把已知高程点和待测点布设成路线，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。线路方式主要有闭合水准路线、附合水准路线、往返水准路线水准测量的内业计算计算高差闭合差(closingerror)公式：对于闭合水准路线，有：对于附合水准路线，有：对于支水准路线，有：水准测量的内业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。水准测量的内业计算下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA＝6.543m，HB＝9.578m，1、2、3为待定高程的水准点。h1＝＋1.331mh2＝＋1.813mh3＝－1.424mh4＝＋1.340mL1＝0.60kmL＝2.0kmL＝1.6kmL4＝2.05km13BMBBMA2水准测量的内业计算原始数据填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmhi/mvhi/mHi’/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.81321.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知

6.25+3.060计算检核水准测量的内业计算高差闭合差的计算：高差闭合差的计算和调整计算各点改正后的高差计算各点改正后的高程填表填表填表填表水准测量的内业计算辅助计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.81321.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知

6.25+3.060计算检核返回水准测量的内业计算高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.81321.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知

6.25+3.060计算检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025返回水准测量的内业计算高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.81321.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知

6.25+3.060计算检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.035返回水准测量的内业计算高差改正数计算填表点号路线长度观测高差高差改正数改正后高差高程备注L/kmHi/mPhi/mhi/mH/mBM.A0.60+1.3316.543已知12.00+1.81321.60-1.42432.05+1.340BM.B9.578已知

6.25+3.060计算检核-0.002-0.008-0.007-0.008-0.025+1.329+1.805-1.431+1.332+3.0357.8729.6778.2462）两水准点间高差测定的基本方法：两次仪器高法：立尺，尺中间安置水准仪，粗平照准后视尺，精平，读数照准前视尺，粗平，读数计算高差变动仪器高（升或降大于10cm）再观测高差互差不大于±5mm时，取平均值双面尺法（黑面、红面）：用双面尺，每尺均读黑、红面读数立尺，尺中间安置水准仪，粗平瞄准后视尺黑面，精平，读数瞄准前视尺黑面，精平，读数瞄准前视尺红面，精平，读数瞄准后视尺红面，精平，读数黑面：以零开始刻划红面：一尺从4687开始刻划，另一尺从4787开始红黑面计算高差理论上相差0.1m自动安平水准仪用水准仪进行水准测量的特点是,根据水准管的气泡居中而获得水平视线.因此,在水准尺上每次读数都要用微倾螺旋将水准管气泡调至居中位置,这对于提高水准测量的速度是很不利.

为了解决这一问题,人们研制了一种自动安平水准仪,这种水准仪上没有水准管和微倾螺旋,使用时只须用圆水准器进行粗平,然后借助安平补偿器自动地把视准轴置平,读出视线水平时的读数.这不仅大大缩短了水准测量的时间,而且当地面有微小的震动或脚架的不规则下沉等造成视线不水平,可以由补偿器迅速调整而得到正确的读数,从而提高了水准测量的精度.

如图2-27所示,当视准轴水平时在水准尺读数为p.当视线倾斜一微小的角度a，此时读数为q,为了补偿这段偏距,可在十字丝之前d处的光路上,安置一个光学补偿器,水平光线经过补偿器偏转一角β,仍旧成像于十字丝中心,由于α和β的值

很小,若满足下列条件：

f·a=d·β

则达到补偿的目的.我国生产的DSZ3型自动安平水准轴就是根据这一原理设计制造的。水准仪的检验与校正

一、水准仪轴线应满足的几何关系

视准轴CC水平圆水准轴L’L’∥竖轴VV横丝要水平（即：⊥VV）

CCLLVVL'L'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“校正螺丝”使气泡向中央移动一半,再用三个脚螺旋使气泡居中。

（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80-100m。