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1、测测 量量 学学河海大学河海大学 测绘系系高程高程测量概念量概念 （Height Measurement） 根据已知点高程，测定该点与未根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。的高程的方法。高程高程测量的方法分量的方法分类1、水准测量、水准测量(leveling)2、三角高程测量、三角高程测量(trigonometric leveling)3、气压高程测量、气压高程测量(air pressure leveling)4、GPS测量测量(GPS leveling)第二章第二章 水准水准测量量本章要点本章要点 1 1、水准、水准测量的基本原理
2、量的基本原理 2 2、水准、水准仪的在一个的在一个测站上使用站上使用步步骤 3 3、水准的外、水准的外业测量与内量与内业计算算 4 4、水准、水准测量的量的误差分析差分析ABhAB水准水准测量的基本原理量的基本原理 大地水准面大地水准面HA知）知）HB=？abhAB = ab HB= HA+ hAB 原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高差，从而推算高程的一种方法地面点间的高差，从而推算高程的一种方法A: 后后视点点 a:后后视读数数B:前前视点点 b:前前视读数数水 准 仪 与 水 准 尺第二章第二章 水准水准测量量2.12.1水准水准测量原
3、理量原理2.22.2水准水准仪及其使用及其使用2.32.3水准水准测量方法量方法2.42.4水准水准仪的的检查和校正和校正2.52.5水准水准测量量误差分析差分析水准仪：水准仪：为水准测量提供水平视线的仪器。为水准测量提供水平视线的仪器。常用的水准仪常用的水准仪 精密水准仪精密水准仪 DS05 、 DS1 普通水准仪普通水准仪 DS3 、DS10 一、水准仪结构DS3型型水准仪水准仪望远镜望远镜水准器水准器基基 座座水准仪结构目镜目镜微倾螺旋微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜调焦螺旋物镜物镜左右微左右微动螺旋动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋脚螺旋脚螺旋准星准星1、望 远 镜物镜物镜调焦透镜调焦透镜十字丝分
4、划板十字丝分划板目镜目镜2、水准器、水准器是用以指示是用以指示视线水平或水平或竖轴是否是否竖直的装置。直的装置。水准器水准器长水准管长水准管圆水准器圆水准器长水准管长水准管圆水准器圆水准器圆水准器轴圆水准器轴长水准管轴长水准管轴圆水准器水准器圆水准器水准管轴圆水准器水准管轴圆水准器校正螺旋圆水准器校正螺旋圆水水准准器器的的作作用用：粗粗略略整整平平分划分划值：830/2mm长长 水水 准准 管管长水水准准管管的的作作用用：精精确确整整平平分划分划值：30/2mm长水准管轴长水准管轴符合水准器符合水准器二、水 准 尺黑面起点黑面起点0.000和和0.000米米红面起点红面起点4.687和和4.7
5、87米米三、水准仪的使用1.安排：安置三脚架和水准安排：安置三脚架和水准仪2.粗平：使粗平：使圆水准器气泡居中水准器气泡居中3.瞄准：粗瞄和精瞄瞄准：粗瞄和精瞄4.精平：使精平：使长水准管气泡居中水准管气泡居中5.读数：用中数：用中丝读数数水准仪的使用1.安排：安置三脚架和水准安排：安置三脚架和水准仪水准仪的使用2、粗平：使、粗平：使圆水准器气泡居中水准器气泡居中132312水准仪的使用3、照准：粗瞄、照准：粗瞄、对光、精瞄和消除光、精瞄和消除视差差缺口缺口准星准星水平微动螺旋水平微动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋对光螺旋对光螺旋目镜目镜调节调节螺旋螺旋水准仪的使用4、精平：使、精平：使长水准管
6、气泡居中水准管气泡居中微倾螺旋微倾螺旋水准仪的使用5、读数：用中数：用中丝读数数0.714水准仪认识与使用录像水准仪认识与使用录像四、四、DSZ3型自型自动安平水准安平水准仪 f - 组合焦距 s - 补偿器到分 划板的距离 - 倾斜视线 - 水平视线偏转角 n - 补偿系数 sdK(十字十字丝交点）交点）水准尺水准尺水平光线水平光线倾斜视线倾斜视线物镜物镜补偿器f即：即：安置一安置一“补偿器器实现自自动安平的。安平的。DSZ3自动安平水准仪三. 电子水准仪五、电子水准仪五、电子水准仪也称“数字水准仪”具有自动安平功能。自动显示水平视线读数和视距。通过物镜获取水准尺图象，经过 仪器的处理系统，
7、将图象信息转 换成数字显示。能与计算机实现数据通讯。基本避免了人为的观测误差视 差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。电子水准电子水准仪图仪图电子水准仪图电子水准仪图条条码码尺尺测量键测量键要求竖丝要求竖丝位于条码位于条码带上带上电子水准仪的瞄准电子水准仪的瞄准六、水准六、水准仪认识与与实习实验一）一）实验实验目的目的目的目的（1 1了解了解了解了解DS3DS3型水准型水准型水准型水准仪仪的基本构造，的基本构造，的基本构造，的基本构造，认认清主要部清主要部清主要部清主要部件的名称、性能和作用。件的名称、性能和作用。件的名称、性能和作用。件的名称、性能和作用。（2 2练习练习水准水准水准水
8、准仪仪的正确安置、照准和的正确安置、照准和的正确安置、照准和的正确安置、照准和读读数。数。数。数。方法和步方法和步方法和步方法和步骤骤：（1 1安置安置安置安置仪仪器器器器（2 2认识仪认识仪器部件器部件器部件器部件（3 3粗略整平粗略整平粗略整平粗略整平（4 4水准水准水准水准仪仪操作操作操作操作（5 5观测练习观测练习第二章第二章 水准水准测量量2.12.1水准水准测量原理量原理2.22.2水准水准仪及其使用及其使用2.32.3水准水准测量方法量方法2.42.4水准水准仪的的检查和校正和校正2.52.5水准水准测量量误差分析差分析hAB大地水准面HB=?A连续中间水准测量hAB= h =h
9、1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = abHB=A + hABhABAB大地水准面HB=?Ah hAB水准测量校核及精度水准测量校核及精度1 1、测站校核：站校核：在一个在一个测站上站上观测两次高差，两次高差不两次高差，两次高差不符符值应在允在允许范范围内。内。方法有方法有变仪器高法和双面尺法。器高法和双面尺法。2、线路校核：路校核：把已知高程点和待把已知高程点和待测点布点布设成路成路线，线路路观测高差和理高差和理论高差不符高差不符值应在允在允许范范围内。内。线路方式主要有路方式主要有闭合水准路合水准路线 、附合水准路、附合水准路线 、往返水准路、往返水准路线水准路线布设形式
10、1、闭合水准路线BM0h= h测测水准路线布设形式2、附合水准路、附合水准路线 BM1BM2h= h测测 -（H终终-H始始)水准路线布设形式3、支水准路、支水准路线BM0h= h往往+ h返返水准路线布设形式4、水准网BM3BM1BM2结点结点普通水准测量线路闭合差允许值：普通水准测量线路闭合差允许值：h允允=40L mm （平坦地区）（平坦地区） L路路线长度，度，kmh允允=10n mm丘陵地区）丘陵地区） n测站数站数水准测量的外业实施BM1TP1测站测点后视读数前视读数高差高程 校核a= b= a b = h=11BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA
11、1.7621.8280.0663.3252.814+0.511+0.511水准水准测量的外量的外业实施施BM1BM2AB2+0.5114+2.79141.632H BM1=19.431 H BM2 = 21.121一、水准测量的内业计算步骤1、计算高差算高差闭合差和允合差和允许闭合差合差 附合路附合路线 fh= h 测（H终 H始）始） 闭合路合路线 fh= h 测 支水准路支水准路线 fh= h 往往+h 返返闭合差允合差允许值：水准测量的内业计算步骤3、计算改正后高差 hi i+1 = hi i+1 + i 4、计算各点的高程算各点的高程 H i+1=Hi+ hi i+1 i = - f
12、h L i / L i = - f h n i / nL 线路总长；L i 第第 i 段段长度度i=1、2、3、）n 测站站总数；数；n i 为第第 i 测段段测站数。站数。 i 各各测段高差改正段高差改正2、满足 h f h允计算高差改正数注：注： i与与 h 大小相等，符号相反。大小相等，符号相反。例1：水准测量的内业计算BM1BM2AB2+0.5114+2.79141.632点号站数观测值改正数改正后高差 高程0.0040.0080.0080.5152.7991.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM22440.5112.7911.632101.670 0.
13、0201.690fh=1.670(21.12119.431)=20(mm)fh允允=31(mm) 例：已知水准点IV1的高程H始 = 21.453 m，IV2点的高程H终 = 25.006m，求各点平差后高程。123n1 =5h1=3.748n2=10h2=-12.365n3=6h3=11.430n4=4h4=0.715IV1IV2例2：水准测量的内业计算（1高差高差闭合差的合差的计算算f h= h测 -（H终-H始）始） = 3.528 -（25.006 -21.453）= - 0.025 mf h允允 = 10 n = 50 mm , 合合 格。格。（2高差闭合差的调整i = - f h
14、n i / n 1=0.005 2=0.010 3=0.006 4=0.004检核计算：检核计算： i = - f h例例2：（3计算各点改正后的高差算各点改正后的高差HIV1= 21.453 m H1= HIV1 + h1 = 25.206 mH2= H1 + h2 = 12.851 mH3= H2 + h3 = 24.287 mHIV2= H3 + h4 = 25.006 m = 已知高程已知高程 h1= h1 + 1 h2= h2 + 2 h3= h3 + 3 h4 = h4 + 4（4计算各点的高程算各点的高程例例2：普通水准测量录像普通水准测量录像二、普通水准测量实习实验二）二、普通
15、水准测量实习实验二）义务：知：义务：知：H BM1=19.431，测定，测定A点的高程。点的高程。BM1A致用楼外业注意几点：1.架架仪器要注意前后器要注意前后视距大致相等距大致相等2.尺尺垫只在只在转点点处使用使用3.视线要小于要小于100米米4.非自非自动安平水准安平水准仪，读数前要精平数前要精平,当当后后视完完毕转向前向前视，一定要重新精平再，一定要重新精平再读数，切数，切记不能不能动脚螺旋。脚螺旋。水准测量实习外业记录BM1TP1测站测点后视读数前视读数高 差高 程 BM11.563+0.57719.431TP10.986TP11.7620.066?A1.828校核a= b= a b
16、= h=1122A3.3252.814+0.511+0.511水准测量的内业计算BM1BM2AB2+0.5114+2.79141.632点号站数观测值改正数改正后高差 高程0.0040.0080.0080.5152.7991.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM22440.5112.7911.632101.670 0.0201.690fh=1.670(21.12119.431)=20(mm)f h允=31(mm)第二章第二章 水准水准测量量2.12.1水准水准测量原理量原理2.22.2水准水准仪及其使用及其使用2.32.3水准水准测量方法量方法2.42.4水准水
17、准仪的的检查和校正和校正2.52.5水准水准测量量误差分析差分析水准仪的几何轴线有：水准仪的几何轴线有：圆水准水准轴 L0 L0 L0 L0 长水准管水准管轴L L L L视准准轴 C C C C 竖轴 V V V V仪器器竖轴圆水水准准器器轴水准管轴水准管轴视准轴视准轴水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正水准水准仪满足的足的轴线条件条件圆水准器水准器轴仪器的器的竖轴，即，即L0L0 VV L0L0 VV 。水准管水准管轴 视准准轴，即，即LL CC LL CC 。 （主要条件）（主要条件）十字十字丝横横丝 竖轴VV VV 。检校目的：校目的：使使仪器的各器的各轴系系满足足应有的几何条件。有的
18、几何条件。一、一、圆水准器的水准器的检校校检校目的：校目的： 当当圆水准管气泡居中水准管气泡居中时，仪器的器的竖轴基本上基本上 处于于铅垂位置。垂位置。 L0L0 VV ? L0L0 VV ?检验方法：方法： 转动三个脚螺旋使三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，水准器的气泡居中，然后将望然后将望远镜旋旋转180180 ，如果仍然居中，如果仍然居中，说明明满足此条件。如果气泡偏离中央位置，足此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。需校正。校正方法：校正方法： 转动脚螺旋，使气泡向中脚螺旋，使气泡向中间移移动偏离量的偏离量的一半，然后用改正一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。校正气泡，使其居中。检校
19、原理二、望二、望远镜十字十字丝横横丝的的检校校检校目的：校目的：当当仪器的器的竖轴处于于铅垂位置垂位置时，横，横丝应处于水于水平位置。平位置。 横横丝 竖轴VV ？检验方法：方法： 整平整平仪器，瞄准器，瞄准墙上的固定点，水平微上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字固定点是否离开十字丝横横丝。如果偏离十字。如果偏离十字丝横横丝，则需校正。需校正。校正方法：校正方法： 拨正十字正十字丝环。三、三、长水准管的水准管的检校校检验方法：方法： （1在比在比较平坦的地面上，相距平坦的地面上，相距约4060m左右的地左右的地方打两个木方打两个木桩或放两个尺或放两个尺垫作作为固定点固定点A和和B。检验时先
20、将先将水准水准仪安置在距两点等距离安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，在符合气泡居中的情况下，分分别读取取A、B点上的水准尺的点上的水准尺的读数数a1和和b1，求得高差，求得高差h1=a1-b1。（。（h1不含有不含有该项误差的影响）差的影响） （2将仪器搬至B点附近相距约3米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺A和近尺B，分别读得读数a2和b2，求得第二次高差h2=a2-b2。若h2=h1，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若h2h1，则水准管轴不平行于视准轴， h2与h1的差值大于3mm，需要校正。检校目的：使校目的：使长水准管水准管轴平行于平行于视准准轴，提供，提供水平水
21、平视线。 LL CC ？D1D2h1ABii iaa1 a2a2bb1b2 x1x2 =206265检验原理检验原理校正方法校正方法: 算出算出远尺的正确尺的正确读数数a2， a2=h1+b2。 转动微微倾螺旋，令螺旋，令远尺尺A上上读数恰数恰为a2，此此时视线已水平，而符已水平，而符合气泡不居中，用校正合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两水准管上、下两校正螺校正螺丝，使气泡居中，使气泡居中，这时水准管水准管轴就平行于就平行于视准准轴。 校正方法校正方法 松上紧下 松下紧上第二章第二章 水准水准测量量2.12.1水准水准测量原理量原理2.22.2水准水准仪及其使用及其使用2.32.3水准水
22、准测量方法量方法2.42.4水准水准仪的的检查和校正和校正2.52.5水准水准测量量误差分析差分析水准测量的误差来源及注意事项水准测量的误差来源及注意事项1、仪器误差：、仪器误差： i角误差角误差 前后视距尽量相等前后视距尽量相等 调焦误差调焦误差 前后视距尽量相等前后视距尽量相等 水准尺零点误差水准尺零点误差 每个测段安排每个测段安排 成偶数站成偶数站水准测量的误差来源及注意事项水准测量的误差来源及注意事项2、观测误差：、观测误差： 整平误差整平误差 视线不要太长视线不要太长 照准误差照准误差 视线不要太长视线不要太长 估读误差估读误差 视线不要太长视线不要太长 水准尺倾斜误差水准尺倾斜误差 安置圆水准器安置圆水准器3、外界条件影响 仪器垂直位移 后前前后 尺垫垂直位移 往返观测 地球曲率 前后视距尽量相等 大气垂直折光 前后视距尽量相等水准测量的误差来源及注意事项水准测量的误差来源及注意事项讨论题：讨论题： 尺垫在什么情况下使用？能否随尺垫在什么情况下使用？能否随便移便移 动？动？思考题：思考题： 水准仪在后视转向前视时发现水准仪在后视转向前视时发现圆水准圆水准 器气泡不居中，该如何处理？器气泡不居中，该如何处理？
