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1、郑州大学土木工程学院郑州大学土木工程学院土木工程测量土木工程测量Civil Engineering Survey2 2 水准测量水准测量 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.1 水准测量原理水准测量原理水准测量原理水准测量原理测测定定地地面面点点高高程程的的工工作作称称为为高高程程测测量量。按按使使用用仪仪器器和和施施测测方方法法的的不不同同，高程测量分为高程测量分为水准测量水准测量、三角高程测量三角高程测量和和气压高程测量气压高程测量。图图2-12-1，A A、B B两点高差为：两点高差为：h hABAB=a-b (2-1)=a-b (2-1)h hABAB=a-b=
2、a-b图图2-12-1中中，A A为为已已知知高高程程点点，B B为为待待测测高高程程点点，a a为为后后视视读读数数，b b为为前视读数前视读数。若已知若已知A A点高程为点高程为H HA A，则，则B B点高程为：点高程为：H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a-b) (2-2)+(a-b) (2-2)H HB B=H=HA A+h+hABAB=H=HA A+(a-b)+(a-b)B B点高程点高程还可通过仪器的视线高程还可通过仪器的视线高程H Hi i计算：计算：H Hi i=H=HA A+a+aH HB B=H=Hi i-b-b(2-3)(2-2式式)称高差法称
3、高差法(2-3)式称仪高法式称仪高法 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.2 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具DS3DS3型型水水准准仪仪，进进行行水水准准测测量量每每千千米米往往、返返测测高高差差精精度度可可达达3 3mmmm. .其其主要由主要由望远镜望远镜、水准器水准器和和基座基座三部分构成。三部分构成。2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量4目镜目镜水准管水准管圆水准器圆水准器底脚螺旋底脚螺旋物镜对光螺旋物镜对光螺旋水平微动
4、螺旋水平微动螺旋水平止动螺旋水平止动螺旋微倾螺旋微倾螺旋DS3级水准仪实物级水准仪实物 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量5 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量1 1、望远镜、望远镜2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造望望远远镜镜主主要要由由物物镜镜、镜镜筒筒、调调焦焦透透镜镜、十十字字丝丝分分划划板板、目镜等部件构成。目镜等部件构成。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2 2、水准器、水准器2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造水水准准器器是是用用来来标标志
5、志视视准准轴轴是是否否水水平平或或仪仪器器竖竖轴轴是是否否铅铅垂的装置。垂的装置。管水准器管水准器( (水准管水准管) )用来指示视准轴是否水平用来指示视准轴是否水平水准管圆弧中点水准管圆弧中点O O称为水准管零点。称为水准管零点。过零点与内壁圆弧的直线过零点与内壁圆弧的直线LLLL，称为水准管轴。当水准管气泡称为水准管轴。当水准管气泡中心与零点重合时，称气泡居中，中心与零点重合时，称气泡居中，此时水准管轴处于水平位置；此时水准管轴处于水平位置；若气泡不居中，则水准管轴处于若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置。倾斜位置。水准管零点水准管零点水准管轴水准管轴气泡居中气泡居中管水准器管水准器 工程
6、测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2 2、水准器、水准器2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造管水准器管水准器水水准准管管2mm2mm的的弧弧长长所所对对应应的的圆圆心心角角称为称为水准管分划值水准管分划值。(2-4)R R水准管圆弧半径，水准管圆弧半径，mmmm206265 206265 DS3DS3型水准管分划值为型水准管分划值为20/2mm20/2mm水准管分划值水准管分划值 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2 2、水准器、水准器2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造圆水准器圆水
7、准器用来指示竖轴是否竖直。用来指示竖轴是否竖直。圆水圆水准器准器 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量3 3、基座、基座2.2.1 DS32.2.1 DS3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造主要由轴座、脚螺旋和连接板构成。主要由轴座、脚螺旋和连接板构成。轴座轴座脚螺旋脚螺旋连接板连接板 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量1 1、水准尺、水准尺2.2.2 2.2.2 水准尺和尺垫水准尺和尺垫塔塔尺尺由由两两节节或或三三节节套套接接而而成成，长长3m3m或或5 5米米，接接头头处处存存在在误误差差，多多用用于于精精度度较较低低的的水水准准测量中。测量中。
8、双双面面尺尺( (直直尺尺或或板板尺尺) )；黑黑面面尺尺( (基基本本分分划划) )、 红红 面面 尺尺 ( (辅辅 助助 分分 划划 ) )； 常常 数数 K1=4.687mK1=4.687m，K2=4.787mK2=4.787m。用用于于三三、四四等等精精度度以以下下的的水水准准测测量量中。中。注意：用主尺可以直接测量两点间高差；用副尺注意：用主尺可以直接测量两点间高差；用副尺则必须对直接读数计算的高差加（或减）则必须对直接读数计算的高差加（或减）100mm，才能得到正确高差。，才能得到正确高差。什么情况下加什么情况下加100mm100mm，什么情况下减，什么情况下减100mm100mm
9、？ 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量1210mm分划水准尺（双面尺）分划水准尺（双面尺） 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量135mm分划水准尺（塔尺）分划水准尺（塔尺） 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量14 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量15 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2 2、尺垫、尺垫 由生铁铸成，下面有三个脚尖，由生铁铸成，下面有三个脚尖，能稳定地立于地上或踏入土中，上能稳定地立于地上或踏入土中，上部中央有一凸起的半球体，供立尺部中央有一凸起的半球体，供立尺之用。
10、之用。尺垫只限于用在转点上尺垫只限于用在转点上，以，以防水准尺下沉。防水准尺下沉。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.3 2.3 水准仪的使用水准仪的使用水准仪的使用按以下五个步骤进行：水准仪的使用按以下五个步骤进行：安置仪器安置仪器 粗平粗平 瞄准瞄准 精平精平 读数读数 1、安置仪器、安置仪器 在测站安置三脚架，使其高度适中，架头大致水平。调整水在测站安置三脚架，使其高度适中，架头大致水平。调整水准仪三个脚螺旋大致等高，用连接螺旋将其安装在架头上。准仪三个脚螺旋大致等高，用连接螺旋将其安装在架头上。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2 2、
11、粗平、粗平目的使仪器竖轴大致铅直，视准轴粗略水平。目的使仪器竖轴大致铅直，视准轴粗略水平。2.3 2.3 水准仪的使用水准仪的使用 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量视差：标尺像未成在十字丝分划板引起读数误差消除：望远镜对准天空(或明亮背景)旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰望远镜对准标尺旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰3 3、瞄准、瞄准 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量204、精平、精平 调整微倾螺旋，使符合水准器的气泡两个半边影像符合，以使调整微倾螺旋，使符合水准器的气泡两个半边影像符合，以使视准轴精密水平。左侧影像移动方向与右手大拇指转动的方
12、向相同。视准轴精密水平。左侧影像移动方向与右手大拇指转动的方向相同。水准管未调平时水准管未调平时 水准管调平时水准管调平时 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.3 2.3 水准仪的使用水准仪的使用5 5、读数、读数 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量22读数读数=?读数读数=?2.3 2.3 水准仪的使用水准仪的使用 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.4 水准测量外业水准测量外业水准测量外业水准测量外业2.4.1 2.4.1 水准点水准点用用水水准准测测量量方方法法测测定定的的高高程程控控制制点点称称为为水水准准点点( (
13、记记为为BMBM. . (Bench Mark) )国家水准点分为一、二、三、四等，按规范规定埋设永久性标石标志。国家水准点分为一、二、三、四等，按规范规定埋设永久性标石标志。图根水准点和施工测量水准点常采用临时性标志。图根水准点和施工测量水准点常采用临时性标志。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量25水准测量的程序水准测量的程序 ：第一测站施测第一测站施测 架设设备架设设备转站转站 当欲测的高程点距水准点较远或高差很大时，就需要多次当欲测的高程点距水准点较远或高差很大时，就需要多次安置仪器以测出两点的高差。此时设
14、置安置仪器以测出两点的高差。此时设置转点转点（Turning Point 简记为简记为TP）,连续观测，将数据记录在水准测量手簿中，并应连续观测，将数据记录在水准测量手簿中，并应注意前、后视水准尺应交替移动（测量中称为注意前、后视水准尺应交替移动（测量中称为“倒尺倒尺”）。）。 2.4.2、水准测量的实施、水准测量的实施 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.4.2 2.4.2 水准测量的实施水准测量的实施下图下图 转点转点(Turing Point), 简写为简写为TP 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量27 将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视
15、，水准仪安置于将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，水准仪安置于水准路线附近的适当位置，在施测路线的前进方向上，水准路线附近的适当位置，在施测路线的前进方向上，在与在与后视距大致相等的地方后视距大致相等的地方放置尺垫作为转点放置尺垫作为转点TP，在尺垫上竖立，在尺垫上竖立水准尺作为前视。水准尺作为前视。（1）、）、 架设设备架设设备 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量28 测测量量员员将将水水准准仪仪粗粗平平后后，瞄瞄准准后后视视尺尺，用用微微倾倾螺螺旋旋使使管管水水准准器器气泡居中。用中丝读取后视读数气泡居中。用中丝读取后视读数a1，估读至，估读至mm。 转转动动望望
16、远远镜镜瞄瞄准准前前视视尺尺，精精平平后后读读取取中中丝丝读读数数b1，并并由由记记录录员员立即计算本次高差立即计算本次高差h1=a1b1。此为第一测站的全部工作。此为第一测站的全部工作。 （2） 第一测站施测第一测站施测 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量29（3） 转站转站 第一测站施测结束后，记录员招呼后尺手沿水准路线向前第一测站施测结束后，记录员招呼后尺手沿水准路线向前转移，在适当位置设置下一个转点。然后，将水准仪迁至第转移，在适当位置设置下一个转点。然后，将水准仪迁至第二测站位置。二测站位置。 此时，第一测站的前视点成为第二测站的后视点，重复此时，第一测站的前视
17、点成为第二测站的后视点，重复第一测站上的工作，可以完成第二测站的测量，得到本站高第一测站上的工作，可以完成第二测站的测量，得到本站高差差h2=a2b2，此步施测程序称为转站。，此步施测程序称为转站。 重复转站工作，直至完成全部水准路线的观测为止，并重复转站工作，直至完成全部水准路线的观测为止，并得到各测站高差得到各测站高差h3、 h4 hn，则终点高程为：则终点高程为： 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.4.2 2.4.2 水准测量的实施水准测量的实施每一测站可测得前、后视两点间的高差，即：每一测站可测得前、后视两点间的高差，即：h1=a1-b1 h2=a2-b2 h
18、n=an-bn各式相加，得：各式相加，得： hAB=h=a-bB点高程为：点高程为：HB=HA+h(2-5)hAB=h=a-bHB=HA+h 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.4.2 2.4.2 水准测量的实施水准测量的实施水水准准测测量量手手簿簿（变（变仪仪高高法）法） 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.4.3 2.4.3 水准测量检核水准测量检核1、测站检核、测站检核变动仪高法变动仪高法是在同一个测站上用两次不同的仪器高度是在同一个测站上用两次不同的仪器高度( (10cm10cm) )，测得两次高差以相互比较进行检核。两次所测高差之差不超
19、过容许值，测得两次高差以相互比较进行检核。两次所测高差之差不超过容许值( (四等水准测量容许值为四等水准测量容许值为5mm5mm) )。否则必须重测。否则必须重测。双面尺法双面尺法: :是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水是仪器的高度不变，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。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。若同一水准尺红面与黑面读数若同一水准尺红面与黑面读数( (加常数后加常数后) )之差，不超过之差，不超过3mm3mm；且两次高差且两次高差之差，又未超过之差，又未超过5mm5mm, ,则取其平均值作
20、为该测站的观测高差。否则，需要检则取其平均值作为该测站的观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。查原因，重新观测。红面尺起点不一致（分别为红面尺起点不一致（分别为4.787m4.787m和和4.687m4.687m）。当前尺起点读数大时，计算结果加上当前尺起点读数大时，计算结果加上100mm100mm为实际高差；当前为实际高差；当前尺起点读数小时，计算结果减去尺起点读数小时，计算结果减去100mm100mm为实际高差为实际高差 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2、 计算检核计算检核 起止点高差等于各段高差的代数和，且等于测量行程中起止点高差等于各段高差的代数和，且等于测
21、量行程中后视后视总和总和减去减去前视总和前视总和。 计算检核中只能检核计算过程中的错误，不能发现观测和记录时计算检核中只能检核计算过程中的错误，不能发现观测和记录时发生的错误发生的错误。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量3、成果检核、成果检核 测站检核只能检核一个测站上误差不超限，不能保证全部测程测站检核只能检核一个测站上误差不超限，不能保证全部测程上误差不会积累。测站误差有积累的可能，还必须对整个水准路上误差不会积累。测站误差有积累的可能，还必须对整个水准路线进行成果检核，以保证测量资料满足使用要求。线进行成果检核，以保证测量资料满足使用要求。 成果检核有以下方法成果
22、检核有以下方法:（a）、闭合水准路线）、闭合水准路线(closed leveling route)起止于同一已知水准点的封闭水准路线，称为起止于同一已知水准点的封闭水准路线，称为闭合水准路线闭合水准路线。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 由由于于存存在在测测量量误误差差，一一般般情情况况下下高高差差之之和和h测测不不等等于于零零，则称为高差闭合差（简称闭合差则称为高差闭合差（简称闭合差），记为），记为 fh。fh= h测测闭合水准路线高差闭合差闭合水准路线高差闭合差 fh=h测测(2-7)fh=h测测 如如闭闭合合差差fh小小于于某某一一限限值值时时（由由对对应应等等
23、级级的的精精度度指指标标控控制制），即即为为合合格格。但但需需要要采采用用相相应应方方法法进进行行闭闭合合差差调调整整，最最后后得得到各水准点的高程。到各水准点的高程。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量36 起起止止于于两两个个已已知知水水准准点点间间的的水水准准路路线线，称称为为附附合合水水准准路路线线。各段高差之和应等于终点高程减去起点高程，各段高差之和应等于终点高程减去起点高程，即即h理理=H终终-H始始。 如果如果h测测与与h理理不相等，两者之差即为高程闭合差不相等，两者之差即为高程闭合差 fhfh= h测测-（ H终终-H始始）BM2BM3 附合水准路线附合水
24、准路线（b）、附合水准路线）、附合水准路线(connecting leveling route) 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量37（c）支水准路线）支水准路线(spur leveling route) 从从一一已已知知水水准准点点出出发发，终终点点不不附附合合也也不不闭闭合合于于另另一一已已知知水水准准点点的的水准路线，称为支水准路线。水准路线，称为支水准路线。 支水准路线无检核条件，应进行往返观测，以资检核支水准路线无检核条件，应进行往返观测，以资检核。fh= h往往+ h返返 当当闭闭合合差差小小于于某某一一限限值值时时，即即为为合合格格，但但需需要要进进行行闭
25、闭合合差差调整，最后得到各点的高程。调整，最后得到各点的高程。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 2.5水准测量的内业 整理野外测量结果，计算高差闭合差，若闭合差在容许值范围整理野外测量结果，计算高差闭合差，若闭合差在容许值范围内，则调整闭合差，最后计算各点高程，此项工作称为水准测量的内，则调整闭合差，最后计算各点高程，此项工作称为水准测量的内业。内业。四等水准测量闭合差容许值四等水准测量闭合差容许值等外水准（图根）闭合差限值等外水准（图根）闭合差限值 L_ L_水准路线长度，以公里为单位水准路线长度，以公里为单位水准路线长度，以公里为单位水准路线长度，以公里为单位n_
26、n_水准路线测站数。水准路线测站数。水准路线测站数。水准路线测站数。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.5.1附合水准路线的计算附合水准路线的计算例题例题【2.5.1】：如图所示，进行等外水准测量。：如图所示，进行等外水准测量。 已已知知A、B两两点点高高程程HA=90.000m、HB=91.754m,各各测测段段高高差差与与测测站站数如下：数如下：hA1=+0.624m,8站站; h12=+0.763m、9站站；h23= -0.505m,7站站； h3B=+0.831m 、10站。站。 求求1、2、3点高程。点高程。（1）、将已知数据填入计算表格）、将已知数据填入计
27、算表格 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量（2）、计算高差闭合差）、计算高差闭合差 fh= h测测-（ H终终-H始始） =（0.6240.7630.5050.831）(91.75490.000)=1.7131.754= 0.041（m） =-41（mm）（3）、计算容许闭合差）、计算容许闭合差 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 闭合差的调整原则：将闭合差反号，按上述假定分配到各测闭合差的调整原则：将闭合差反号，按上述假定分配到各测段或测站上。则各测段改正数段或测站上。则各测段改正数Vi为：为：式中：式中： ni, , Li第第i 段的测站数和距离
28、；段的测站数和距离； ni ,Li线路总测站数和总长。线路总测站数和总长。 在同一条水准路线中，假定各测站产生误差的机会是相等的，在同一条水准路线中，假定各测站产生误差的机会是相等的，则各测段产生误差的机会与其对应的距离或测站数成正比。则各测段产生误差的机会与其对应的距离或测站数成正比。（4）、闭合差的调整）、闭合差的调整 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量各测段改正数各测段改正数Vi与高差测量值与高差测量值hi相加，即得各测段改正后高差相加，即得各测段改正后高差hi改改。注意：由于注意：由于DS3级水准仪只有估读到级水准仪只有估读到mm位，所以其测量结果位，所以其测量结
29、果只保留到只保留到mm位。在误差分配过程中可能会出现位。在误差分配过程中可能会出现0.1mm位上的位上的小数，此时可以按四舍五入的方法保留至整数，但要保证调整小数，此时可以按四舍五入的方法保留至整数，但要保证调整后的高差没有闭合差。后的高差没有闭合差。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 每一站的改正数为每一站的改正数为: 测段的改正数分别为测段的改正数分别为V1=1.28=9.6 =+10 mm V2=1.29=10.8=+11 mmV3=1.27=8.4=+8 mmV4=1.210=12=+12 mm Vi= +41 mm =fh= 41 mm 说明计算无误。将各测段
30、实测高差加上相应的改正数，便得到说明计算无误。将各测段实测高差加上相应的改正数，便得到改正后的高差。改正后的高差总和应与改正后的高差。改正后的高差总和应与A、B两点高差相等。两点高差相等。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量（5 5）、计算待定点高程）、计算待定点高程）、计算待定点高程）、计算待定点高程 总测站数总测站数实测高差实测高差调整值调整值实测高差加改实测高差加改正数正数A点已知高程点已知高程90.000+改正改正后高差后高差B点已知高程点已知高程 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.5.32.5.3、支水准路线的计算、支水准路线的计算、支
31、水准路线的计算、支水准路线的计算 支水准路线高差闭合差：支水准路线高差闭合差： fh= h往往+ h返返 容容许许闭闭合合差差计计算算公公式式同同前前，n应应为为往往测测与与返返测测测测站站数数的的平平均值，均值，L为往、返距离平均值。为往、返距离平均值。调整后高差调整后高差 符号与往返高差符号相同。符号与往返高差符号相同。 其闭合差为其闭合差为fh= h测测，如在容许范围内，则计算步骤同附合，如在容许范围内，则计算步骤同附合水准路线水准路线 。2.5.22.5.2、闭合水准路线的计算、闭合水准路线的计算、闭合水准路线的计算、闭合水准路线的计算 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量
32、水准测量2.6 精密水准测量精密水准测量 采采用用高高精精度度的的仪仪器器、工工具具和和测测量量方方法法所所进进行行的的每每千千米米高高差全中误差小于差全中误差小于2mm的水准测量，称为的水准测量，称为精密水准测量精密水准测量。 精精密密水水准准测测量量主主要要用用于于国国家家一一、二二级级水水准准测测量量和和高高精精度度的的工工程程测测量量中中，例例如如建建筑筑物物沉沉降降观观测测，大大型型精精密密设设备备安安装装等等测测量工作。量工作。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.6.1、光学精密水准仪、光学精密水准仪DS05、DS1 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2
33、 水准测量水准测量 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量（1 1）、水准管分划值较小，一般为）、水准管分划值较小，一般为10/2 mm10/2 mm。（2 2）、望远镜放大率较大，一般不小于）、望远镜放大率较大，一般不小于4040倍；望远镜的倍；望远镜的亮度好，仪器结构稳定，受温度的变化影响小等。亮度好，仪器结构稳定，受温度的变化影响小等。（3 3）、为了提高读数精度，精密水准仪上设有光学测微）、为了提高读数精度，精密水准仪上设有光学测微器，最小读数可达器，最小读数可达0.05mm0.05mm。（4 4）、密水准仪配
34、有精密水准尺，即）、密水准仪配有精密水准尺，即铟瓦合金尺铟瓦合金尺（invar invar staffstaff）。这种水准尺一般都是在木质尺身的槽内，引张）。这种水准尺一般都是在木质尺身的槽内，引张一根因瓦合金带。在因瓦带上标有刻划，数字注在木尺上，一根因瓦合金带。在因瓦带上标有刻划，数字注在木尺上，精密水准尺的分划值有精密水准尺的分划值有1cm1cm和和0.5cm0.5cm两种，与之相适应，精两种，与之相适应，精密水准仪的密水准仪的测微尺范围测微尺范围也有也有1cm1cm和和0.5cm0.5cm两种。两种。 精密水准仪的构造与精密水准仪的构造与精密水准仪的构造与精密水准仪的构造与DS3DS
35、3DS3DS3水准仪基本相同，也是由望远水准仪基本相同，也是由望远水准仪基本相同，也是由望远水准仪基本相同，也是由望远镜、水准器和基座三部分组成。其不同之点是：镜、水准器和基座三部分组成。其不同之点是：镜、水准器和基座三部分组成。其不同之点是：镜、水准器和基座三部分组成。其不同之点是： 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 光学测微器分划尺有光学测微器分划尺有100个分格，与水准尺上的分划个分格，与水准尺上的分划值相对应。值相对应。 铟瓦合金水准尺上的分划值为铟瓦合金水准尺上的分划值为10mm或或5mm，则测微，则测微尺能直接读到尺能直接读到0.1mm或或0.05mm。 下
36、下下下图图图图所所所所示示示示为为为为铟铟铟铟瓦瓦瓦瓦精精精精密密密密水水水水准准准准尺尺尺尺的的的的一一一一种种种种，其其其其分分分分划划划划值值值值为为为为1cm1cm。水水水水准准准准尺尺尺尺全全全全长长长长3.2m3.2m，铟铟铟铟瓦瓦瓦瓦合合合合金金金金带带带带上上上上有有有有两两两两排排排排分分分分划划划划，右右右右边边边边一一一一排排排排的的的的注注注注记记记记数数数数字字字字自自自自0cm0cm至至至至300cm300cm，称称称称为为为为基基基基本本本本分分分分划划划划；左左左左边边边边一一一一排排排排注注注注记记记记数数数数字字字字自自自自300cm300cm至至至至600
37、cm600cm，称称称称为为为为辅辅辅辅助助助助分分分分划划划划。基基基基本本本本分分分分划划划划和和和和辅辅辅辅助助助助分分分分划划划划有有有有常常常常数数数数差差差差K=3.01550mK=3.01550m，称称称称为为为为基基基基辅辅辅辅差差差差，其其其其作作作作用用用用类类类类似似似似于于于于双双双双面面面面尺，可以进行水准测量的测站校核。尺，可以进行水准测量的测站校核。尺，可以进行水准测量的测站校核。尺，可以进行水准测量的测站校核。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 图图示示为为N3水水准准仪仪的的视视
38、场场图图，楔楔形形丝丝夹夹住住的的读读数数为为1.48m，测测微微尺尺的的读读数数为为6.50mm，所所以以全全读读数数为：为：1.48650m。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 2.6.2 2.6.2、电子水准仪、电子水准仪 徕徕卡卡（Lecia, Switzerland）公公司司在在20世世纪纪90年年代代首首次次推推出出了了利利用用影影像像处处理理技技术术自自动动读读取取高高差差和和距距离离，并并自自动动进进行行数数据据记记录录的的全全数数字字化化电电子子水水准准仪仪，现现已已发发展展成成为为NA2000、NA2002、NA3000、NA3003四个型号。四个型
39、号。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量DNA03电子水准仪电子水准仪 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量（1）、电子水准仪测量原理）、电子水准仪测量原理 电电子子水水准准仪仪使使用用的的标标尺尺与与传传统统的的标标尺尺不不同同。它它采采用用条条形形码码尺尺，条条形形码码印印制制在在铟铟瓦瓦合合金金条条或或玻玻璃璃钢钢的的尺尺身身上上。观观测测时时，标标尺尺上上的的条条形形码码由由望望远远镜镜接接收收后后，探探测测器器将将采采集集到到的的标标尺尺编编码码光光信信号号转转换换成电信号，并与仪器内部储存的标尺编码信号进行比较。成电信号，并与仪器内部储存的
40、标尺编码信号进行比较。 在在仪仪器器中中安安置置一一传传感感器器，由由传传感感器器通通过过调调焦焦使使标标尺尺成成像像清清晰晰。这这一一过过程程采采集集到到调调焦焦镜镜的的移移动动量量，对对编编码码电电信信号号进进行行缩缩放放，使使其其接近仪器内部储存的信号，因此可以在较短的时间内确定读数。接近仪器内部储存的信号，因此可以在较短的时间内确定读数。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量（2）、电子水准仪的特点）、电子水准仪的特点（a）、无无疲疲劳劳观观测测及及操操作作，只只要要照照准准标标尺尺，调调焦焦后后按按动动测测量量键键即可完成标尺读数和视距测量。即可完成标尺读数和视距
41、测量。（b）、采用）、采用REC模块自动记录和存储数据或直接连接电脑操作。模块自动记录和存储数据或直接连接电脑操作。（c）、自动计算高差。）、自动计算高差。（d）、快速量测并提取成果，可见测尺范围）、快速量测并提取成果，可见测尺范围30cm即可测量。即可测量。（e）、含含用用户户测测量量程程序序、视视准准差差检检测测改改正正程程序序及及水水准准网网平平差差程程序。序。（f）、全全自自动动高高精精度度以以电电子子方方式式量量测测条条形形码码标标尺尺，能能保保证证最最佳佳精度。精度。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量（3）、电子水准仪主要性能指标）、电子水准仪主要性能指标p
42、 精度（精度（1km往返误差）往返误差） NA2002 1.5mm,0.9mm（用铟钢尺）（用铟钢尺） NA3003 1.2mm,0.4mm（用铟钢尺）（用铟钢尺）p 测量范围测量范围 电子测量电子测量1.8m100m 光学测量光学测量0.6mp 测距精度测距精度 1mm5mmp 测量时间测量时间 4sp 水准测量方式水准测量方式 NA2002 后前（后前（B-F） NA3003 后前前后（后前前后（B-F-F-B） 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量水准网测量：二至四等水准（水准网测量：二至四等水准（NA2002NA2002） 一至二等水准（一至二等水准（NA3003N
43、A3003）uA地形测量：碎部及区域测量、等高线、控制点测定。地形测量：碎部及区域测量、等高线、控制点测定。uB公路、铁路、建筑：区域和碎部水准、横断面、高程控制、公路、铁路、建筑：区域和碎部水准、横断面、高程控制、坡度控制、确定路面磨损、后续监测。坡度控制、确定路面磨损、后续监测。uC管道、河道建设：管道定位、坡度控制、确定落差。管道、河道建设：管道定位、坡度控制、确定落差。uD变形测量：沉降测量、检查负载的精密量测。变形测量：沉降测量、检查负载的精密量测。uE工业测量：机器、底座表面、地基、轴颈轴承、转台的精密工业测量：机器、底座表面、地基、轴颈轴承、转台的精密测量。测量。 应用范围应用范
44、围: : 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量 2.7 2.7自动安平水准仪自动安平水准仪 自自动动安安平平水水准准仪仪只只用用圆圆水水准准器器进进行行粗粗平平，仪仪器器借借助助于于自自身身的的补补偿偿功功能能使使视视准准轴轴水水平平，故故不不必必精精平平即即可可读读数数。自自动动安安平平水水准仪可以提高工效，且通常为正像，但光强不足，视距短。准仪可以提高工效，且通常为正像，但光强不足，视距短。 自自动动安安平平水水准准仪仪是是用用设设置置在在望望远远镜镜内内的的自自动动补补偿偿装装置置代代替替水水准准管管，观观测测时时，只只需需将将水水准准仪仪上上的的圆圆水水准准器器气气
45、泡泡居居中中，便便可可通通过过中中丝丝读读到到水水平平视视线线在在水水准准尺尺上上的的读读数数。由由于于仪仪器器不不用用调调节节水准管气泡居中，从而简化了操作，提高了观测速度。水准管气泡居中，从而简化了操作，提高了观测速度。 现在工程中常用的水准仪大都是自动安平水准仪。现在工程中常用的水准仪大都是自动安平水准仪。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量自动安平水准仪自动安平水准仪 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正水准仪有以下主要轴线：视准轴、水准管轴
46、、仪器竖轴和圆水水准仪有以下主要轴线：视准轴、水准管轴、仪器竖轴和圆水准器轴，以及十字丝横丝，见图准器轴，以及十字丝横丝，见图2-18。各轴线间应满足的几何条件是各轴线间应满足的几何条件是: 圆水准器轴平行仪器竖轴；圆水准器轴平行仪器竖轴；十字丝横丝垂直仪器竖轴；十字丝横丝垂直仪器竖轴；水准管轴平行视准轴。水准管轴平行视准轴。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量为社会提供公正数据的测量设备必须由当地省、市级质量技为社会提供公正数据的测量设备必须由当地省、市级质量技术监督局校正，并出具合格证明（包括有效期限）术监督局校正，并出具合格证明（包括有效期限）国家质量技术监督局标志
47、国家质量技术监督局标志河南省质量技术监督局河南省质量技术监督局 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2.8.1 2.8.1 圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正检验检验 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2.8.1 2.8.1 圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正校正校正 工程测量工程测量工程
48、测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2.8.2 2.8.2 十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正检验检验 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2.8.2 2.8.2 十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正校正校正改正偏移量的一半。改正偏移量的一半。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.
49、8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2.8.3 2.8.3 水准管轴平行视准轴的检验与校正水准管轴平行视准轴的检验与校正检验检验在高差不大的地在高差不大的地面上选择相距面上选择相距80m左右左右的的A、B两点两点实际测出的实际测出的b与计算得到的与计算得到的b0应相等，则表明水准管平行视准应相等，则表明水准管平行视准轴。否则，两轴不平行，其夹角为：轴。否则，两轴不平行，其夹角为：b0=a+hAB (2-13)(2-14)DS3水准仪的水准仪的i角不得大于角不得大于20，否则应校正。，否则应校正。将仪器搬至距将仪器搬至距A点点23m
50、的的处，处，B点尺上水平视线点尺上水平视线的正确读数为：的正确读数为：b 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.8 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2.8.3 2.8.3 水准管轴平行视准轴的检验与校正水准管轴平行视准轴的检验与校正校正校正仪器仍处仪器仍处在在处，调节处，调节微倾螺旋，使微倾螺旋，使中丝在中丝在B尺上尺上的读数移到的读数移到b0,这时视准轴处这时视准轴处于水平位置，于水平位置，但水准管气泡但水准管气泡不居中不居中(符合气符合气泡不吻合泡不吻合)。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测
51、量水准测量2.9 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.9.1 2.9.1 仪器误差仪器误差仪器校正后的残余误差仪器校正后的残余误差水准仪经过校正后，不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条水准仪经过校正后，不可能绝对满足水准管轴平行视准轴的条件，因而使读数产生误差。件，因而使读数产生误差。这种误差的影响这种误差的影响与距离成正比与距离成正比，只要观，只要观测时注意测时注意使前、后视距离相等，便可消除或减弱此项误差的影响。使前、后视距离相等，便可消除或减弱此项误差的影响。水准尺误差水准尺误差包括水准尺长度变化、刻划误差和零点误差等。包括
52、水准尺长度变化、刻划误差和零点误差等。精密水准测量应对水准尺进行精密水准测量应对水准尺进行检定检定，并对读数进行，并对读数进行尺长误差改尺长误差改正正。零点误差零点误差在成对使用水准尺时，可采取设置在成对使用水准尺时，可采取设置偶数测站偶数测站的方法来的方法来消除；也可在前、后视中消除；也可在前、后视中使用同一根水准尺使用同一根水准尺来消除。来消除。 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.9 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.9.2 2.9.2 观测误差观测误差水准管气泡对中误差水准管气泡对中误差水准管气泡
53、居中误差一般为水准管气泡居中误差一般为0.15。符合水准器，气泡居中精。符合水准器，气泡居中精度可提高一倍。由气泡居中误差引起的读数误差为：度可提高一倍。由气泡居中误差引起的读数误差为：读数误差读数误差估读毫米数的误差，与人眼分辨能力、望远镜估读毫米数的误差，与人眼分辨能力、望远镜放大率以及视线长度有关。按下式计算：放大率以及视线长度有关。按下式计算：式中：式中：V望远镜放大率；望远镜放大率；D视线长；视线长； 60人眼能分人眼能分辨的最小角度；辨的最小角度；206265；(2-15)(2-16)为保证读数精度，各等水准测量对望远镜放大率和最大视线长为保证读数精度，各等水准测量对望远镜放大率和
54、最大视线长有相应规定。有相应规定。水准管分划值水准管分划值 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.9 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.9.2 2.9.2 观测误差观测误差视差影响视差影响视差对水准尺读数会产生较大误差。应仔细调视差对水准尺读数会产生较大误差。应仔细调焦，避免出现视差。焦，避免出现视差。水准尺倾斜水准尺倾斜误差水准尺倾斜会使读数增大，其误差大小误差水准尺倾斜会使读数增大，其误差大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。 工程测量工程测量工程测量工程测量2
55、 2 水准测量水准测量2.9 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.9.3 2.9.3 外界条件影响外界条件影响仪器下沉仪器下沉选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实。用双面尺法进行测站选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实。用双面尺法进行测站检核时，采用检核时，采用“后、前、前、后后、前、前、后”的观测程度，可减小其影响。的观测程度，可减小其影响。尺垫下沉尺垫下沉往返观测，取高差平均值往返观测，取高差平均值水平视线在尺上的水平视线在尺上的读数读数b，理论上应改算，理论上应改算为相应水准面截于水准为相应水准面截于水准尺的读数尺的读数b，两者
56、的差，两者的差值值c称为地球曲率差。称为地球曲率差。测量中测量中当前、后视距相等当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该影响。时，通过高差计算可消除该影响。地球曲率的影响地球曲率的影响(2-17) 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量2.9 水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法水准测量误差及其消减方法2.9.3 2.9.3 外界条件影响外界条件影响大气折光影响大气折光影响由于地面上空气密度不均匀，使由于地面上空气密度不均匀，使I光线发生折射。因而水准测量光线发生折射。因而水准测量中，实际的读数不是水平视线的读数，而是一向下弯曲视线的读数。中，实际的读数不是水平视线的读数，而是一向下弯曲视线的读数。两者之差称为两者之差称为大气折光差大气折光差，用，用表示。在稳定的气象条件下，大气表示。在稳定的气象条件下，大气折光差约为地球曲率差的折光差约为地球曲率差的1/7，即：，即：温度的影响温度的影响(2-18)此项误差可用此项误差可用前、后视距相等前、后视距相等的方法来消除。的方法来消除。地球曲率差和大气折光差是同时存在的两者对读数的共同影响地球曲率差和大气折光差是同时存在的两者对读数的共同影响可用下式计算：可用下式计算：(2-19) 工程测量工程测量工程测量工程测量2 2 水准测量水准测量
