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1、实用工程测量,第2章 水准测量,2.1 水准测量的原理 2.2 水准测量仪器及工具 2.3 水准仪的使用 2.4 水准测量外业 2.5 水准测量校核 2.6 水准测量内业计算 2.7 水准测量检验与校正 2.8 水准测量误差的分析 2.9 几种新式水准仪简介,实用工程测量,高差是确定地面点位的三要素之一，一般是通过测量高差进而求得点的高程。,水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。本章重点介绍水准测量的原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量外业和内业以及水准仪的检验与校正等内容。,实用工程测量,2.1 水准测量的原理,利用仪器提供的水平视线，在两根直立的尺子上获取读数，来求得该两立尺点间的高
2、差，然后推算高程。,hAB = a-b HB = HA + hAB,hAB有正负之分，hAB为正,说明B点比A点高，反之说明B点比A点低。,A,B,后视读数,前视读数,实用工程测量,高差法,巳知某点的高程，观测两点间高差求另一点高程的方法叫高差法。 高差法的计算测点高程公式为： HB=HA+ hAB 此法适用于由一已知点推算某一待定高程点的情况（例如路线工程测量）。,实用工程测量,仪高法,在实际工作中，如要求安置一次仪器测出若干个前视点待定高程（例如平整土地测量），此时可采用仪高法，即通过水准仪的视线高程Hi计算待定点B的高程HB。当安置仪器后，读已知后视点读数a，从图中可看出水准仪的视线高程
3、Hi 为,待定点高程= 仪器视线高程Hi - 前视读数b,则待定点1的高程 H1=Hi -b1 待定点2的高程 H2=Hi -b2,Hi=HA+a,实用工程测量,2.2 水准测量的仪器与工具,1.水准仪的分类 按精度分：DS05、DS1、DS3、DS10共4级。 (“D”和“S”分别表示为“大地测量”和“水准仪”，其后的数字表示每公里测量高差中误差为0.5mm、1mm、3mm和10mm ) 按构造分：微倾式水准仪、自动安平 水准仪、 激光水准仪和数字水准仪。,3. 水准尺与尺垫 水准测量时还需配套的工具有水准尺和尺垫。,2. 微倾式水准仪构造 望远镜、水准器、托板、基座共4部分。,实用工程测量
4、,自动安平水准仪,数字水准仪,水准仪分类,激光水准仪,微倾水准仪,实用工程测量,水准仪构造：望远镜、水准器（水准管与圆水准器）、 托板与基座,实用工程测量,S3级水准仪各部件名称,实用工程测量,望远镜,由物镜、目镜、对光凹透镜、十字丝组成,下图为望远镜成像光路图,视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。,实用工程测量,水准器,圆水准器 （粗平用）,水准管 （精平用）,管水准器用来指示视准轴是否水平，圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直。,管水准器,圆水准器,实用工程测量,水准管零点：水准管圆弧上分划的对称中心。 水准管轴：通过水准管零点所作水准管圆弧的纵切线，称为水准管轴，用LL表示。,水准管,式中：
5、 -2mm所对的圆心角，单位秒（） =206265 R-水准管圆弧半径，单位毫米（mm）,水准管分划值：2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值。,即,实用工程测量,圆水准器零点：分划圈中心 圆水准轴：即通过水准器零点所作球面的法线。 用LL表示。 当气泡居中时，圆水准器轴竖直，此时仪器竖轴处于竖直位置。 DS3型水准仪圆水准器分划值为8/2mm，分划值大，故精度低，只能用于粗平。,L,L,圆水准器,实用工程测量,水准尺与尺垫,双面水准尺,塔尺,使用时水准尺安放在尺垫的半球突出顶上,实用工程测量,2.3 水准仪的使用,1. 测站安置 (1)安置仪器 (2)粗略整平（粗平） 操作演示 2. 瞄准水
6、准尺 目镜对光，使十字丝清晰 物镜对光，使目标清晰，并消除视差 3. 精平与读数 精平 读数,实用工程测量,用圆水准器进行粗平,左手大拇指的运动方向和气泡运动的方向一致。,通过水准器零点与1、2两脚螺旋连线的垂线上,实用工程测量,粗平的另一种操作法,第1步：先旋转脚螺旋，使气泡a 向刻划圆圈移动，实际移到b处,第2步：再用两手转脚螺旋、， 使气泡居中。 反复操作使气泡完全居中。,实用工程测量,视差现象,视差产生的原理,实用工程测量,消除视差的步骤：,1、调 目镜螺旋 使十字丝清晰；,2、反复调 对光螺旋 使目标的像与十字丝平面重 合，眼睛上下观察两者没有错动现象为止。,实用工程测量,精确调平视
7、线（精平）,用微倾螺旋精确调平视线,微倾螺旋,实用工程测量,水准尺读数1,实用工程测量,水准尺读数2,实用工程测量,水准仪使用步骤及注意事项,1. 测站安置 安置仪器:用中心螺旋把仪器与三脚架相连 粗略整平（粗平）：用脚螺旋 2. 瞄准水准尺 目镜对光，使十字丝清晰 物镜对光，使目标清晰，并消除视差 3. 精平：使用微倾螺旋，使水准管气泡居中 4. 读数：用十字丝横丝在尺上读数，从小到大读,实用工程测量,2.4 水准测量外业,1. 水准点 测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称水准点，用BM（Bench Mark）表示。分永久性与临时性2种。,永久水准点,临时水准点,实用工程测量,通常待定点离
8、水准点较远或高差很大，就需要连续多次安置仪器才能测定两点高差，例如下图：,第1站 ：hA1 =a1- b1 第2站 ：h12 =a2- b2 第3站 ：h23 =a3- b3 . 第n站 ：hnB =an- bn - h=hAB =a -b 已知HA，则 HB=HA+h,2. 水准测量外业 （复合水准测量）,测站：安置仪器的位置称为测站 转点：两站之间的立尺点，仅起高程传递作用，称为转点。,实用工程测量,1,A,1852,TP1,0658,+1.194,2,1672,TP2,1360,+0.312,水准测量外业动画,实用工程测量,a4,b4,TP3,测站,测点,水 准 尺 读 数,后 尺 (a
9、),前尺(b),高差(m),高程(m),1,A,1852,TP1,0658,+1.194,2,1672,TP2,1360,+0.312,3,1029,TP3,1472,-0.443,4,1754,B,1396,+0.358,71.632,73.053,实用工程测量,BMA,已知临时水准点BMA点高程HA=50.000m, 求P点的高程。,往测,水准测量实习外业与内业,由临时水准点BMA，测未知点P，往测两站，返测两站。,实用工程测量,BMA,往测,实用工程测量,BMA,返测,实用工程测量,已知临时水准点BMA高程HA=50.000m,求P点的高程。,返测,水准测量记录表.doc ,外业结束，每
10、人在室内独立进行内业计算,实用工程测量,2. 测站检核： (1)变动仪器高法： 在同一测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差进行校核，即第一次测得高差之后，改变仪器高度重新安置，再测一次。两次测量高差之差不大于8mm（对等外水准测量）。,2.5 水准测量的检核方法,1. 计算检核： 一测站观测1次时：,一测站观测2次时：,实用工程测量,黑面求得高差=红面求得高差0.1m (后视尺为4.687，取“+”号， 后视尺为4.787，取“-” 号) 红黑双面求得高差不得超过容许值，四等水准不得超过5mm，等外水准可放宽至8mm。,在同一测站，仪器高度不变，黑面测得高差与红面测得高差应相等。配对的双面
11、水准尺，红面起点不是0，一根是4.687m，另一根是4.787m， 所以求得高差还须0.1m ，才是地面的实际高差。即,(2)双面尺法 ：,实用工程测量,红黑双面水准尺,一对双面水准尺，红面起点一根为4.687m，另一根为4.787m。,实用工程测量,从一水准点BM A出发，沿各待定高程点逐站进行水准测 量，最后附合到另一水准点BM B上。,若等号两边不相等，则附合水准路线的高差闭合差fh为,限差为：,(1)附合水准路线,附合水准路线的检核条件为,2. 成果检核：附合水准路线 闭合水准路线 支水准路线,式中 ：L为路线的总长度（公里为单位）。 n为路线上总测站数，闭合差容许值的单位为毫米。,实
12、用工程测量,从水准点BMA出发，沿环线逐站进行水准测量，经过各高程待定点，最后返回BMA点，称为闭合水准路线。 限差同符合水准路线。,(2)闭合水准路线,若从一水准点出发，既没有符合到另一水准点，也没有闭合到原来的水准点，就称其为支水准路线。,返回,(3)支水准路线,对于支水准路线其高差闭合差的计算公式为 ：,实用工程测量,表2-2 水准测量记录表（双仪高法） P.19,11.691,11.691,实用工程测量,实用工程测量,2.6水准测量内业：附合水准路线高程的计算（附图）,8.813,0.034,8.847,20,48.646,BM2,4.653,0.008,4.661,5,43.993,
13、3,2.752,0.007,2.745,4,46.745,2,1.438,0.005,1.433,3,48.183,1,8.350,0.014,8.364,8,39.833,BM1,改正值,观测值,高程,改正后的高差,高 差,测站数,点号,fh=（8.3641.4332.745+4.661)-(48.646-39.833) = 8.847-8.813=+ 34mm,=54 mm,h3=7 mm,h2=5 mm,改正值公式：,h4=8 mm,实用工程测量,BM1,BM2,1,2,3,39.833m,48.646m,n=8 h=+8.364,n=3 h=-1.443,n=4 h=-2.745,n=
14、5 h=+4.661,附合水准路线草图,实用工程测量,CC LL VV L1L1 十字丝横丝 VV,2.7 水准仪的检验与校正 水准仪结构应该满足的几何条件：,实用工程测量,1. 圆水准轴平行仪器竖轴的检验与校正,(1)目的：L LVV (2)检验：把仪器安置好，并用脚螺旋将气泡居中，然后将仪器旋转 180 ，看气泡是否居中，如果气泡仍居中，则条件满足，否则，条件不满足。,实用工程测量,（3）校正,调整其周围的3个校正螺钉，使气泡向居中位置移动偏离量的一半，如下图所示。此时圆水准器轴LL 平行于仪器竖轴VV ；,首先稍松位于圆水准器下面中间的固紧螺钉；,再用脚螺旋整平，使圆水准器气泡居中，竖轴
15、VV与圆水准器轴LL同时处于竖直位置。 校正工作一般需反复进行，直至仪器转到任何位置气泡均为居中为止，最后应旋紧固定螺钉。,实用工程测量,将仪器整平后，用十字丝一端对准水平方向某一清晰目标。用水平微动慢慢转动望远镜，当目标移动到十字丝交点从一端移到另一端时，看目标是否始终在十字丝上。,2. 十字丝横丝垂直于仪器竖轴检验与校正,瞄准一点,望远镜水平转动后现象,十字丝无误差清况,实用工程测量,将仪器安置在某两固定点中间。测出它们之间的正确高 差。,A,B,a,b,x,x,hAB正= a b =(a x) (b x)=ab,D后 = D前,i,i,3. 水准管轴平行于视准轴的检验与校正,(2)检验：,(1)目的：LLCC,hAB正,实
