第二章第二章 水准测量水准测量 第二章第二章 水准测量水准测量n重点讲授重点讲授p 水准测量的原理，水准测量的原理，p DS3水准仪的构造及使用，水准仪的构造及使用，p 五等水准测量施测方法及成果计算，五等水准测量施测方法及成果计算，p 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法 n水准测量是目前高程测量中最常用、精度最高的测量方法n高程测量：测量地面点高程的工作高程测量的方法有：¨ 水准测量水准测量¨ 三角高程测量¨GPS卫星测高¨ 气压高程测量引引 言言 2.1水准测量的原理水准测量的原理n计算高差：计算高差：¨高差法高差法 hAB=a-b 则：则：HB=HA+ hAB =HA＋＋(a- b））¨仪高法仪高法视线高： Hi=HA+a＝HB+b 则：HB=Hi-b 水准测量原理示意图 2.1水准测量的原理水准测量的原理n计算高差计算高差——例题例题 已知：已知：HA =34.248m, a = 2.145m,b = 1.684m，，求B点高程解：解：1、高差法、高差法 hAB= a-b = 0.461m HB=HA+ hAB = 34.248 + 0.461 = 34.709m2、仪高法、仪高法 Hi=HA+a＝34.248+2.145＝36.393m HB=Hi-b＝36.393-1.684＝34.709m 2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺1、、 DS3型水准仪构造型水准仪构造2、水准尺和尺垫、水准尺和尺垫3、水准仪的使用、水准仪的使用 2.2 水准仪和水准尺水准仪和水准尺n水准仪水准仪按精度分为DS05、DS1、DS3三种型号n水准仪水准仪是能够提供水平视线的仪器，主要由基座、照准部（包括望远镜、水准器）构成。
望远镜：瞄准目标并在水准尺上读数 十字丝中心(或称十字丝交点)和物镜光心的连线，称为视准轴视准轴 水准器：圆水准器，管水准器n本节主要介绍本节主要介绍DS3型微倾式水准仪型微倾式水准仪 2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造 n望远镜望远镜1－物镜 2－目镜 3－十字丝分划板 4－分划板护罩 5－对光透镜 6－物镜对光螺旋 7－分划板固定螺丝 8－十字丝2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造 2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造n望远镜成像原理望远镜成像原理 n水准器水准器水准管上每2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值，设以表示，分划值愈小，水准管的灵敏度也愈高2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造 n 水准器水准器¨水准管分划水准管分划值 ζζ=2/R*ρ R为地球半径,以mm为单位,ρ=206265¨管水准器管水准器: : 一般S1、S3型水准仪的水准管分划值分别为10″/2mm及20″／2mm， 用于精平¨ 圆水准器圆水准器: 一般圆水准器的分划值约为8′~ 10′,用于粗平 2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造 2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造n 水准器水准器¨符合水准器符合水准器: :可提高水准管气泡居中精度和速度。
转动微动螺旋,使气泡两端影像吻合,气泡居中 2.2.1 DS3型水准仪构造型水准仪构造n 基座基座¨基座主要由基座主要由轴座、脚螺旋和座、脚螺旋和连接版构接版构成 2.2.2 水准尺和尺垫水准尺和尺垫n水准尺水准尺¨按材料可分为：木质、铝合金、玻璃钢¨ 按形式分为：按形式分为：塔尺、折尺、直尺¨按刻划面分为：按刻划面分为：单面尺和双面尺 双面尺通常一面为黑色另一面为红色两根尺黑面的起始读数为零，红面的起始读数则分别为4.687m和4.787m 2.2.2 水准尺和尺垫水准尺和尺垫n尺垫：尺垫：在转点处放置水准尺，使用时，将尺垫踏实，水准尺立于突 起的半球顶部 尺垫的使用 2.2.3 水准仪的使用 n水准仪使用的五步骤水准仪使用的五步骤 ¨安置水准仪安置水准仪¨粗略整平粗略整平¨瞄准水准尺瞄准水准尺¨精确整平精确整平¨读数读数 2.2.3 水准仪的使用n安置水准仪安置水准仪 打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上 2.2.3 水准仪的使用n粗略整平粗略整平 用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中 左手拇指规则：左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向” 2.2.3 水准仪的使用n瞄准水准尺瞄准水准尺 1、目镜对光 2、瞄准水准尺，拧紧制动螺旋 3、精确瞄准 4、消除视差 2.2.3 水准仪的使用n瞄准水准尺瞄准水准尺（关于视差视差）¨视差视差： 在物镜调焦后，眼睛在目镜前上下作少量移动，有时会出现十字丝与目标有相对运动。
¨产生原因产生原因： 目标通过物镜所成的像没有与十字丝平面重合 2.2.3 水准仪的使用n瞄准水准尺瞄准水准尺（关于视差视差）¨后果：后果：视差将影响观测结果的准确性，必须消除¨ 消除视差方法消除视差方法:仔细反复进行目镜和物镜调焦 2.2.3 水准仪的使用n精确整平（精平）精确整平（精平） 调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合 2.2.3 水准仪的使用n读数读数 利用中丝在尺上读数，估读至毫米图2－15结果为：1.464m估读位禁止改正估读位禁止改正 2.2.3 水准仪的使用n读数读数 第二章 水准测量2.3 水准测量方法 水准测量方法1、水准点、水准点2、水准测量实施、水准测量实施3、水准测量检核、水准测量检核 2.3.1 水准点 水准点n用水准测量方法测定的高程控制点n水准点的标定：钢制、砼制、道钉、木桩 2.3.2 水准测量实施 水准测量实施n水准测量通常是从一个已知高程的水准点开始，按照一定的水准路线，引测出所需各点的高程n两点距离较近时，设站一次进行测量 两点相距较远或高差较大时，在中间设立若干转点，A、B两点间的高差是各高差之和 2.3.2 水准测量实施 水准测量实施n水准测量实施 h1=a1-b1 h2=a2-b2 …… hn=an-bn hAB=∑h = ∑a-∑b B点高程为：HB=HA+hAB=HA+∑a-∑b 转点：转点：作为传递高程的过渡点，称为转点。
例：水准测量方法水准测量方法2.3.2 水准测量实施 水准测量实施 三项检核： 水准水准测量量记录手簿表手簿表日期日期 2003年年6月月12日日 仪器型号器型号 DS3 仪器器编号号 32654班班级 交交02 组别 4 观测者：者： XXX 记录者：者：XXX点号水准尺读数(m)高差h(m)高程H(m)备注后视(a)前视(b)+－A A1.8521.8521.1811.18129.053(29.053(已知已知) )TP1TP11.5361.5360.6710.67130.23430.2340.9210.921TP2TP21.6241.6240.6150.61531.15531.1551.0121.012TP3TP30.7130.7130.6120.61232.16732.167-0.921-0.921TP4TP41.2141.2141.6341.63431.24631.246-1.598-1.598B B2.8122.81229.64829.648∑∑6.9396.9396.3446.3443.114-2.519 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n测站检核测站检核（（1）变动仪高法）变动仪高法（（2）双面尺法）双面尺法（（3）倒立尺法）倒立尺法n成果检核成果检核 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n测站检核测站检核（（1）变动仪高法）变动仪高法¨ 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 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n测站检核测站检核¨（（2）双面尺法（黑面、红面）：）双面尺法（黑面、红面）：Ø 用双面尺，每尺均读黑、红面读数Ø 立尺，尺中间安置水准仪，粗平Ø 瞄准后后视尺黑黑面，精平，读数Ø 瞄准前前视尺黑面，精平，读数Ø 瞄准前前视尺红红面，精平，读数Ø 瞄准后后视尺红红面，精平，读数 黑面黑面：以零开始刻划；红面红面：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¨（（3）倒立尺法）倒立尺法 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n成果检核成果检核1、水准路线布设形式：（1）附合水准路线；（2）闭合水准路线；（3）支水准路线2、各种水准路线形式见下页各图： 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n成果检核（成果检核（1）附合水准路线）附合水准路线 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n成果检核：成果检核：(2)闭合水准路线闭合水准路线 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n成果检核：（成果检核：（3）支水准路线）支水准路线 左图为青岛观象山－国家左图为青岛观象山－国家水准原点水准原点右图为国家水准网示意图右图为国家水准网示意图引引 言言 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n成果检核方法成果检核方法：：高差闭合差fh＝观测值-理论值＝∑h测-∑h理产生原因：测量中存在各种误差 高差闭合差限差fh容用来衡量成果的精度若| fh|≤| fh容|，则成果符合精度要求，可进行高差闭合差的调整与高程计算；否则检查原因，返工重测 2.3.3 水准测量检核 水准测量检核n成果检核方法：成果检核方法： 单一水准路线的高差闭合差如下表：图根水准测量四等水准测量平地山地水准路线 支水准 附合水准 闭合水准fh水准测量高差闭合差容许值fh容见下表 第二章 水准测量2.4 水准测量成果计算1、高差闭合差计算高差闭合差计算2、闭合差调整、闭合差调整3、、计计算改正后高差算改正后高差4、、各点高程计算各点高程计算 2.4 水准测量成果计算n高差闭合差计算高差闭合差计算 根据上表计算fh和fh容，若| fh|≤| fh容|，继续下一步计算，否则，外业返工。
n闭合差调整闭合差调整 调整方法按距离或测站数成正比反符号分配，改正数用vi表示 vi=-(fh/∑L)·Li或vi=-(fh/∑n)·ni 校核： ∑(vi)=- fh 2.4 水准测量成果计算n计计算改正后高差算改正后高差 改正后高差：(hi)=hi+vi 检核： ∑(hi)=∑h理n各点高程计算各点高程计算 由已知点开始，依次根据Hi+1＝Hi+（hi,i+1)计算出各点高程 校核：计算得到的终点高程与已知终点高程相等 2.4 水准测量成果计算n示例示例 =0.045m= 45mm附合水准路附合水准路线高差高差闭合差合差调整与高程整与高程计算算 点号测站数测得高差(m)高差改正数(m)改正后高差(m)高程(m)备注A6-2.515-0.011-2.52642.365(已知)139.8396-3.227-0.011-3.238236.6014+1.378-0.008+1.370337.9718-5.447-0.015-5.462B32.509(已知)∑24-1.826-0.045-9.856 第二章 水准测量2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正n各轴线保证水准仪提供水平视线的几何条件各轴线保证水准仪提供水平视线的几何条件:¨圆水准器轴应平行于仪器的垂直轴L’L’//VV¨ 水准管轴应平行于望远镜的视准轴LL//VV¨ 望远镜十字丝横丝应 垂直于仪器的垂直轴 n水准仪轴线水准仪轴线(如图如图): n圆水准器轴平行于仪器的垂直轴的检验校正圆水准器轴平行于仪器的垂直轴的检验校正p 检验方法：检验方法： 旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器水平旋转水平旋转180°，气泡仍居中则正常，否则需要校，气泡仍居中则正常，否则需要校正。
正p 校正方法：校正方法： 旋转脚螺旋使圆水准气泡向中心位置移动偏旋转脚螺旋使圆水准气泡向中心位置移动偏离距离的一半，然后再用校正针调整圆水准器下离距离的一半，然后再用校正针调整圆水准器下面的三个校正螺钉，使气泡居中面的三个校正螺钉，使气泡居中 2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 n圆水准器轴平行于仪器的垂直轴的检验校正圆水准器轴平行于仪器的垂直轴的检验校正2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 n水准管轴平行于望远镜的视准轴的检验校正水准管轴平行于望远镜的视准轴的检验校正¨ 检验方法： 在高差不大的地面上选择相距约80米的两点A、B，将水准尺放置在此点上，将水准仪安置在A、B中点处，用变仪高法测出A、B高差，两次高差小于3mm为合格，取其均值hAB作为结果 将仪器搬至距A点2－3米处，再测量A、B点高差得h’AB¨依几何原理得：i″=（hAB-h’AB)*ρ″/DAB，若i小于20″，则仪器合格，否则需校正2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 n水准管轴平行于望远镜的视准轴的检验校正水准管轴平行于望远镜的视准轴的检验校正¨ 检验方法检验方法： 先计算B尺水平视线的正确读数：b0’＝a’-hAB仪器在A点附近不动，调节微倾螺旋，使中丝在B尺上的读数移到b0’，这时视准轴处于水平位置，但气泡不居中。
用拨针动两上校正螺丝，使气泡居中再重测量，直到i值小于20"为止2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正iii.b’baa’bo’BA n 望远镜十字丝横丝垂直于仪器垂直轴的检验望远镜十字丝横丝垂直于仪器垂直轴的检验¨ 检验方法检验方法：瞄准一固定点，转微动螺旋使仪器水平旋转，若点始终沿横丝移动，则水平；否则需校正¨ 校正方法校正方法：松开十字丝固定螺钉，转动目镜筒，使十字丝水平，再固定螺钉2.5 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 第二章 水准测量2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法 n误差产生的三因素：误差产生的三因素：¨仪器误差仪器误差（（1）仪器残余误差）仪器残余误差（（2）水准尺误差）水准尺误差¨观测误差观测误差（（1）水准管气泡居中误差）水准管气泡居中误差（（2）读数误差）读数误差（（3）视差影响）视差影响（（4）水准尺倾斜误差）水准尺倾斜误差 ¨外界条件影响外界条件影响2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法 n仪器误差仪器误差¨仪器残余误差仪器残余误差 水准管轴不平行于视准轴的残余误差。
水准管轴不平行于视准轴的残余误差 消除方法：使前后视距相等消除方法：使前后视距相等¨水准尺误差水准尺误差 尺长度变化，刻划误差－对水准尺进行检定尺长度变化，刻划误差－对水准尺进行检定 零点误差－采取偶数站法或前后视使用同一尺零点误差－采取偶数站法或前后视使用同一尺2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法 n观测误差观测误差¨水准管气泡居中误差水准管气泡居中误差 与水准管分划值、视线长成正比 与水准管分划值、视线长成正比 消减方法：消减方法：限制视线长度限制视线长度¨读数误差读数误差 与视线长成正比，与望远镜放大率成反比 与视线长成正比，与望远镜放大率成反比 消减方法：消减方法：限制视线长度限制视线长度¨视差影响视差影响 操作中 操作中仔细调焦仔细调焦，避免出现视差避免出现视差¨水准尺倾斜误差水准尺倾斜误差 与尺倾斜角度及尺上读数成正比 与尺倾斜角度及尺上读数成正比 尽量将尺立直尽量将尺立直Δb=b’(1-cosθ)2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法θb’ n外界条件影响外界条件影响¨仪器下沉仪器下沉 选择坚实地面作测站或利用选择坚实地面作测站或利用 双面尺双面尺“后前前后后前前后”观测程序观测程序¨尺垫下沉尺垫下沉 转点选择坚实地面并踏实。
转点选择坚实地面并踏实¨地球曲率地球曲率 仪器架设在两尺中央仪器架设在两尺中央¨大气折光大气折光 仪器架设在两尺中央仪器架设在两尺中央¨温度的影响温度的影响 为仪器架伞，观测时间为仪器架伞，观测时间2.6 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法 第二章 水准测量2.7 精密水准仪和水准尺 精密水准仪和水准尺 n仪器部分仪器部分¨ 光学测微器可将1cm划分100倍，直接读数0.1mm ¨ 望远镜孔径40mm，放大率40倍¨ 水准管分划值6－10"/2mmn水准尺部分水准尺部分¨ 铟钢水准尺：受温度影响变形量最小¨ 刻划精度高2.7 精密水准仪和水准尺 精密水准仪和水准尺 2.8 2.8 自动安平水准仪自动安平水准仪n补偿器工作原则：补偿器工作原则： 为了使仪器的视线恢复至水平位置，补偿器按以下两种工作原则设计 ：¨自动补偿原则自动补偿原则¨自动安平原则自动安平原则 2.8 2.8 自动安平水准仪自动安平水准仪n自动补偿原则自动补偿原则 当望远镜倾斜时，仪器内部的补偿器K使水平视线在望远镜分划板上所成的像点位置折向望远镜十字丝中心Z，从而使十字丝中心发出的光线在通过望远镜物镜中心后成为水平视线。
n自动安平原则自动安平原则 当视准轴稍有倾斜时，仪器内部的补偿器使得望远镜十字丝中心z自动移向水平视线位置，从而使望远镜视准轴与水平视线重合，从而可以读出视线水平时的读数 2.8 自动安平水准仪自动安平水准仪 第二章 水准测量2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪n电子水准仪的基本原理 n条码水准尺图 2－352.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 nDINI 12电子水准仪2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪nDINI 12电子水准仪——特点介绍¨精度高精度高¨每公里往返测中误差每公里往返测中误差 0.3mm¨先进的感光读数系统先进的感光读数系统 ¨感应可见白光即可测量感应可见白光即可测量¨测量仅需读取条码尺测量仅需读取条码尺30cm范围范围 nDINI 12电子水准仪——特性介绍新设测量快捷键集成弧型提手可多角度观测的水准气泡2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 nDINI 12电子水准仪——特性•宽大图形液晶显示屏•可输入字母和数字•标配2M内存的PCMCIA数据存储卡2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪nDINI 12电子水准仪——特性特性¨多种水准导线测量模式并具平差功能多种水准导线测量模式并具平差功能¨全新、快速高程放样功能全新、快速高程放样功能¨可进行可进行:角度、面积、坐标等测量角度、面积、坐标等测量¨快速的测量时间快速的测量时间 < 3 秒秒¨ 低电耗设计低电耗设计,一个电池可使用一个电池可使用3天天¨ 工作温度：工作温度：-20℃℃—+50℃℃¨ 重量轻，仅重量轻，仅3.5公斤公斤 2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪n电子水准仪器电子水准仪器——工作原理工作原理¨电子水准其实与光学水准没有多少不同的地方。
电子水准其实与光学水准没有多少不同的地方在光学水准中用到的许多原理和方法在电子水在光学水准中用到的许多原理和方法在电子水准中任然需要用到准中任然需要用到¨电子水准工作原理：电子水准工作原理：利用仪器里的十字丝瞄准的电子图象感应器（CCD） 当您按下了Measure 测量键时，仪器就会把您瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照，然后把她和仪器内存中的同样的尺子条码图片进行比较和计算这样，一个尺子的读数就可以计算出来并且保存在内存中了 nDINI 12电子水准仪—— 图示水平微动螺旋水平气泡电池锁扣键盘和显示面板PCMCIA 卡插槽条码尺图例提 把对焦目镜2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 nLengt500数据传输软件2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪n电子水准仪——其他信息 电子水准测量时需要的条件：尺子上必须有 30cm 的刻度区域可见，也就是大约在十字丝上方必须有 15cm 的条码可见 电池是 NiMh一次充电 1.5 小时可以连续使用3个工作日 电子水准仪是高精度仪器需要小心使用：日常护理和检查是非常必要的。
一般在标准的像台上进行圆气泡的调节 n激光水准仪 与光学水准仪相似，只是它有一束可见的红色激光，对放样特别有用2.9 2.9 电子水准仪电子水准仪 n水准仪的使用与水准仪的使用与高差测定高差测定 一、实习目标二、实习内容三、方法与过程四、实测数据与计算结果本本 章章 实实 验验 1、上交作业、上交作业 ：： P27—7 2、、自习作业 1,2,3,4,5,6,8 3、、 高程计算（单站）高程计算（单站） 已知：已知：HA =37.624m, a =1.318m, b = 2.657m 计算：计算： HB 4 、高程计算（设转点）、高程计算（设转点） 已知：已知： HA =37.624m 观测时在A、B点之间设了两个转点，读数分别如下a1 = 1.348m, b1 = 1.627m;a2 = 1.082m, b2 =2.631m;a3 = 0.947m, b3 = 1.465m; 计算：计算： HB本本 章章 作作 业业 。