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1、1,第二章,水准仪及水准测量,2,测量地面上各点高程的工作，称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和测量方法可分为：水准测量三角高程测量气压高程测量GPS卫星测高,3,第一节 水准测量基本原理,水准测量原理是： 利用一台能够提供水平视线的仪器水准仪，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，由已知点的高程推算出未知点的高程。 根据水准仪望远镜的水平线视线在A点的水准尺上读数为a，在B点的水准尺上的读数为b，则A，B两点的高差为,图 水准测量原理,4,两点间的高差为：“后视读数”“前视读数”。 如果后视读数大于前视读数，则高差为正，表示B点比A点高；如果后视读数小于前视读数，则高差为负，表示B点比A
2、点低。 如果已知A点的高程，则B点的高程可按下式计算： B点的高程也可以通过水准仪的视线高程计算，即,5,第二节 水准仪的基本结构及使用 水准仪按其精度分为DS05，DS1，DS3，DS10几种等级。一、水准仪的基本结构（一）水准仪的基本结构 水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。,6,如图所示,1.远镜物镜；2.水准管；3.簧片；4.支架；5.微倾螺旋；6.基座；7.脚螺旋；8.园水准器；9.望远镜目镜；10.物镜调焦螺旋；11.气泡观察镜；12.制动螺旋；13.微动螺旋；14.缺口；15.准星 图 DS3型微倾式水准仪,7,1.望远镜 图2-3是DS3水准仪望远镜的构造图，主要由物镜1、
3、目镜2、调焦透镜3和十字丝分划板4所组成。 十字丝交叉点与物镜光心的连线，称为望远镜的视准轴(图2-3中的CC)。,1-物镜；2-目镜；3-调焦透镜；4-十字丝分划板；5-连接螺钉；6-调焦螺旋 图2-3 望远镜,8,2.水准器 水准仪通常装有圆水准器和管水准器，分别用来指示仪器竖轴(圆水准器)是否竖直和视准轴是否水平(管水准器)。 (1)圆水准器 如图所示 (2)管水准器 如图所示,图 园水器,图 长水准管,9,3.基座 基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成(见图）。,10,（二）水准尺和尺垫 水准尺是水准测量时使用的标尺。常用干燥的优质木料、玻璃钢、铝合金等材料制成。根据它们的构造又
4、可分为直尺、折尺和塔尺，如图所示。,图 水准尺,11,二、水准仪的使用水准仪的使用包括 ： a.仪器的安置 b.粗略整平 c.瞄准水准尺 d.精确整平和 c.读数,12,第三节 水准测量一般方法及计算一、水准点 水准点有永久性和临时性两种，如图所示。,图 标石水准点的埋设(单位cm),图 墙上水准点(单位mm),图 混凝土、木桩水准点,13,二、水准路线 在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。 根据测区已知高程水准点分布情况和实际需要，水准路线可以布设成以下几种形式：,图 水准路线,14,（一）闭合水准路线 如图（a），从已知水准点BM.A出发，经过各高程待定点1、2、3、4，最
5、后测回BM.A点，这种水准路线称为闭合水准路线。 从理论上来说，闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即 这是闭合水准路线应满足的检核条件，用来检核闭合水准路线测量成果的正确性。,15,（二）附合水准路线 如图（b），从已知水准点BM.A出发，经过各高程待定点1、2、3之后，最后连测到另一已知水准点BM.B上，这种水准路线称为附合水准路线。从理论上来说，附合水准路线中各段实测高差的代数和应等于BM.A、BM.B两点间的已知高差，即 这是附合水准路线应满足的检核条件，用来检核附合水准路线测量成果的正确性。,16,（三）支水准路线 如图（c），由已知水准点BM.A出发，经过高程待定点1、2之后，不
6、自行闭合，也不附合到另一已知水准点上，这种形式的水准路线称为支水准路线。支水准路线通常要进行往返观测，以便检核。从理论上来说，往测高差与返测高差，应大小相等符号相反，即 这是支水准路线应满足的检核条件，用来检核支水准路线测量成果的正确性。,17,三、水准测量方法 (一) 水准测量方法 当欲测的高程点距已知水准点较远或高差较大，不可能安置一次仪器即可测得两点间的高差，此时，可在水准路线中加设若干个临时的立尺点，称为转点（代号为TP，英文Turning Point的缩写），依次连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起、终两点间的高差，从而计算出待求点高程。,18,图 连
7、续水准测量,19,如图所示，在A、B两个水准点之间，由于距离远或高差大，依次设置4个临时性的转点TP1TP4，连续地在相邻两点间安置水准仪和在点上竖立水准尺，依次测定相邻间的高差： A、B两点的高差计算的一般公式为： 式中，n为安置水准仪的测站数。,20,（二）测站检核 测站检核通常采用变动仪器高法或双面尺法。 1.变动仪器高法，就是在同个测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核。 2.双面尺法：就是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。,21,四、水准测量的成果计算 水准测量成果计算的主要内容是:调整高差闭
8、合差，计算出各待定点的高程。 以下分别介绍各种水准路线的成果整理方法。（一）高差闭合差计算 1.闭合水准路线的计算 理论上闭合水准路线的高差总和应等于零，即 但实际上总会有误差，致使高差闭合差不等于零，则高差闭合差为,22,2.附合水准路线的计算 在理论上附合水准路线中各待定高程点间高差的代数和，应等于始、终两个已知水准点的高程之差，即 如果不相等，两者之差称为高差闭合差。,23,3.支水准路线的计算 支水准路线要进行往返观测，往测高差与返测高差值的绝对值应相等而符号相反，所以，把它作为支水准路线测量正确性与否的检验条件。如不等于零，则高差闭合差为,24,（二）高差闭合差调整 1.允许高差闭合
9、差 测量规范中，对不同等级的水准测量作了高差闭合差容许值的规定。等外水准测量的高差闭合差容许值规定为： 式中： L水准路线长度，以km为单位 N水准路线总的测站数,25,一般认为，高差闭合差的产生与水准路线的长度或水准路线的测站数成正比。因此，调整闭合差的原则是，将闭合差反号，按各测段的测站数多少或路线长短成正比例计算出高差改正数，加入各测段的观测高差之中，并计算出各测段的改正高差，由此推算出各未知点的高程。 按路线长度进行高差闭合差调整。即,26,按测站数进行高差闭合差调整。即 求出各段高差改正数后，应按进行检核，在按下式计算各测段改正后高差。即,27,（三）计算待定点的高程 根据已知点的高
10、程和各测段的改正高差即可推算出各未知点的高程。即,28,第四节 水准测量误差及仪器检校一、水准测量误差 水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界条件的影响等三个方面。在水准测量作业中应根据产生误差的原因，采取措施，尽量减少或消除其影响。,29,(一) 仪器误差l.仪器校正后的残余误差 2.水准尺误差(二) 观测误差1.水准管气泡居中误差 2.读数误差 3.视差影响 4.水准尺倾斜影响,30,(三) 外界条件的影响1.仪器下沉 2.尺垫下沉 3.地球曲率及大气折光影响 4.温度影响,31,二、水准仪的检校（一）水准仪的轴线及其应满足的条件 水准仪的轴线如图所示，图中CC1为视准轴，LL1为水准管
11、轴，LL1为圆水准轴，VV1为仪器旋转轴（纵轴）。,图 水准仪的轴线,32,根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，据此在水准尺上读数，才能正确地测定地面两点间的高差。为此，水准仪应满足下列条件： (1) 圆水准器轴应平行于仪器的纵轴（L/V）； (2) 十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的纵轴； (3) 水准管轴应平行于视准轴（L / C）。,33,（二）水准仪的检验和校正1.圆水准器的检验和校正 目的：使圆水准器轴平行于纵（L/V）。 检验：旋转脚螺旋，使圆水准气泡居中（图（a）。然后将仪器绕纵轴旋转180，如果气泡偏于一边（图（b），说明L不平行于V，需要校正。 校正：转动脚螺旋，使
12、气泡向圆水准器中心移动偏距的一半(图(c)，然后用校正针拨圆水准器底下的三个校正螺丝，使气泡居中(图(d)。,图 园水准器的检验与校正,34,2.十字丝的检验和校正 目的：当水准仪整平后，十字丝的横丝应该水平，纵丝应该铅垂，即横丝应该垂直于仪器的纵轴。 检验：整平仪器后，用十字丝交点瞄准一个明显点P，制紧制动螺旋，转动微动螺旋，如果P点在望远镜中左右移动时离开横丝 (图(a)，表示纵轴铅垂时横丝不平，需要校正。 校正： 旋下靠目镜处的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝组的四个固定螺丝(图(b)，按横丝倾斜的反方向转动十字丝组，再进行检验。如果P点始终在横丝上移动，则表示横丝已水平(纵丝自然铅垂)，最后转紧十字丝组固定螺丝。,图 十字丝的检验和校正,35,3.水准管轴平行于视准轴的检验和校正 目的：使水准管轴平行于视准轴（L/C）。 检验：设水准管轴不平行于视准轴，它们之间的交角为（如图）。当水准管气泡居中时，视准轴不在水平线上而倾斜了角，水准仪至水准尺的距离越远，由此引起的读数偏差也越大。当仪器至尺子的前后视距离相等时，则在两根尺子上的读数偏差也相等，因此对所求高差不受影响。前、后视距离相差越大，则角对高差的影响也越大。视准轴不平行于水准管轴的误差也称角误差。,
