1、第二章 水准测量第四章第四章 水准测量水准测量v水准测量原理水准测量原理v水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具v水准测量的外业施测方法水准测量的外业施测方法v水准测量的内业成果整理水准测量的内业成果整理v水准测量误差分析水准测量误差分析v水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 学习要点学习要点第四章第四章 水准测量水准测量v点位确定：点位确定： 平面坐标，平面坐标， 高程高程 4.1 水准测量原理水准测量原理一、一、高程测量概述高程测量概述v概念：概念：测量点高程的工作。测量点高程的工作。v高程概念回顾：高程概念回顾： 绝对高程：绝对高程： 相对高程：相对高程： 高差：高差： 一、一、高程测
2、量概述高程测量概述v高程测量方法：高程测量方法： 水准测量：水准测量： 最基本，精度最高最基本，精度最高 三角高程测量三角高程测量(5.11祥祥)： 适于山区适于山区 气压高程测量：气压高程测量： 精度最低精度最低 GPS测量：精度高测量：精度高v水准测量的等级：按精度要求及控制范围水准测量的等级：按精度要求及控制范围 普通水准（等外水准）：普通水准（等外水准）： 三、四等水准：小地区高程控制三、四等水准：小地区高程控制 国家一、二等水准：国家或大城市的高程控制国家一、二等水准：国家或大城市的高程控制二、二、水准测量原理水准测量原理v 在在A，B上上竖竖立标尺立标尺v 用水准仪构筑一条用水准仪
3、构筑一条水水平平视线，该视线在两视线，该视线在两尺上截得读数尺上截得读数a和和b ，则，则A，B两点间高两点间高差：差： h hAB AB a-ba-bv注：注：高差高差h有正有负有正有负 正正? 负负?v高程测量的实质就是高程测量的实质就是测量高差。测量高差。大地水准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线水水准准尺尺水水准准尺尺ab前进方向前进方向A后视点后视点 a后视读数后视读数B前视点前视点 b前视读数前视读数iABHHaHbBAABHHhv 1 1、 A A、B B两点间高差两点间高差v2 2、B B点的高程点的高程v3 3、视线高程、视线高程ABhab大地水
4、准面大地水准面 hABA BHAHB=HA+hAB水平视线水平视线后后视视水水准准尺尺前前视视水水准准尺尺ab前进方向前进方向二、二、水准测量原理水准测量原理三、三、水准测量方法水准测量方法1、高差法：、高差法： （适用于测站有一个前视和后视点）（适用于测站有一个前视和后视点）v转点：转点：两点间加的临时立尺点。两点间加的临时立尺点。v在施测路线上，依次测出在施测路线上，依次测出每两点间每两点间的高差的高差hi，hi=后视读数后视读数-前视读数前视读数，则：则： HB=HA+(a1-b1)+ (a2-b2)+-+(an-bn) = HA+ a- bv或或 HB=HA+h1+h2+-+hn =
5、HA+ h三、三、水准测量方法水准测量方法-高差法高差法例：例：vh1 =2.250-1.000=1.250vh2 =0.640-1.350=0.710vh3 =2.146-1.500=0.646vh4 =2.469-0.783=1.686vH4=H0+h=H0+2.8722、视线高程法、视线高程法（适用于一个后视和多个前视（适用于一个后视和多个前视）v视线高程：水准仪的视线位置的高程。视线高程：水准仪的视线位置的高程。v视线高程视线高程v Hi=HA+av未知点高程未知点高程v HB=Hi-b =HA+a-b Hi hAB三、水准测量方法三、水准测量方法ab四、地球曲率和大气折光对高差的影响
6、四、地球曲率和大气折光对高差的影响v曲率影响：曲率影响：理论：理论：hAB=EA-FB实际：实际：hAB=MA-NBME,NF? 球差改正球差改正pv大气折光影响：大气折光影响：理论：理论：hAB=EA-FB实际：实际：hAB=mA-nBMm,Nn？气差改正？气差改正fAB过过A水准面水准面过过B水准面水准面过过I水准面水准面I水平线水平线EFMNmn1 1、曲率对一跟尺上读数的影响：、曲率对一跟尺上读数的影响：vA A、B B两点同在一水准面上，两点同在一水准面上，高程相等，若以水平面代替高程相等，若以水平面代替水准面，则水准面，则B B点的高差误差为点的高差误差为hh。由图可知：。由图可知
7、：v(R(R十十h)(Rh)(R十十h)h)RRRR十十tttt 则则 hhtt/( 2 R+h)tt/( 2 R+h)v ( (由于由于D D与与t t相差很小，故可相差很小，故可用用D D 代替代替t t，同时略去分母中，同时略去分母中的的h h ，则上式可写为：，则上式可写为：v h=Dh=D* *D/2RD/2R 2 2、大气折光对一跟尺上读数的影响：、大气折光对一跟尺上读数的影响：v视线曲率视线曲率：R=R/Kv由由 hh曲曲=D=D* *D/2R D/2R 可得：可得： hh气气=D=D* *D/2(R/K)=KD/2(R/K)=K* *D D* *D/2RD/2Rv我国大气折光系
8、数通常取平均值我国大气折光系数通常取平均值K=0.11K=0.11v记：记：v r rhh曲曲- -hh气气=(1-K)=(1-K)* *D D* *D/2RD/2R，称为称为球气差改正。球气差改正。v一个测站的高差一个测站的高差vH H=a-ba-b =a-b-(ra-b-(r1 1-r-r2 2) )v结论结论: : 当前后视距相等当前后视距相等即即D D相等时，相等时，r1r1与与r2r2相相等，则一个测站的球等，则一个测站的球气差改正相互抵消。气差改正相互抵消。hAB(a+f1-p1)-(b+f1-p1)四、地球曲率和大气折光对高差的影响四、地球曲率和大气折光对高差的影响A过过A水准面
9、水准面过过B水准面水准面过过I水准面水准面I水平线水平线EFNmnMr = p-f=(1-k)*dd/2R4.2 水准仪及水准尺水准仪及水准尺一、水准仪简介一、水准仪简介v型号表示：型号表示：DS+下标下标 D 大地，大地， S 水准仪，下标：水准仪，下标：每每公里往返公里往返测高差平均值的中误差测高差平均值的中误差v水准仪按精度水准仪按精度划分为四等划分为四等： DS05，DS1：精密水准仪（国家一、二等）。：精密水准仪（国家一、二等）。 DS3，DS10：普通水准仪（国家三、四等及：普通水准仪（国家三、四等及等外水准）等外水准）v工程测量中广泛使用的是工程测量中广泛使用的是DS3DS3级水
10、准仪。级水准仪。二、二、 水准仪基本部件水准仪基本部件v分类：分类： 光学，自动安平，光学，自动安平，电子。电子。v基本组成基本组成: 望远镜望远镜 水准器水准器 基座基座二、水准仪基本部件二、水准仪基本部件1、望远镜：、望远镜： 瞄准尺并瞄准尺并读数。由物镜读数。由物镜, 对光透对光透镜镜,十字丝十字丝,目镜组成。目镜组成。v物镜及物镜调焦螺旋物镜及物镜调焦螺旋： 转动物镜调焦螺旋，转动物镜调焦螺旋，移动对光透镜的位置，移动对光透镜的位置，可使目标在分划板面上可使目标在分划板面上成像清晰。成像清晰。望远镜成像光路图望远镜成像光路图v1、物体、物体 2、物镜、物镜 3、对光透镜、对光透镜 4、
11、分划板、分划板 5、目镜、目镜v原理：物体通过物镜和对光透镜在十字丝平面上成原理：物体通过物镜和对光透镜在十字丝平面上成倒立实像，目镜又将倒立实像放大。倒立实像，目镜又将倒立实像放大。若目镜有转相若目镜有转相装置，则成放大正立的虚像。装置，则成放大正立的虚像。1、望远镜、望远镜v目镜及目镜调焦螺旋：目镜及目镜调焦螺旋：转动目镜调焦螺旋，可使转动目镜调焦螺旋，可使十字丝成像清晰。十字丝成像清晰。v十字丝分划板：十字丝分划板：目标成像。目标成像。 中丝：中丝： 视距丝（上、下丝）：视距丝（上、下丝）：v视差：望远镜内目标像与分划板未重合。视差：望远镜内目标像与分划板未重合。 消除方法：进行目镜、物
12、镜调焦。消除方法：进行目镜、物镜调焦。v注：一般的望远镜只需望远，不需瞄准。所以有注：一般的望远镜只需望远，不需瞄准。所以有物镜，目镜（加调焦镜）即可。测量望远镜要能物镜，目镜（加调焦镜）即可。测量望远镜要能瞄准，所以要有瞄准，所以要有十字丝十字丝。目标的像与十字丝重合。目标的像与十字丝重合即瞄准。即瞄准。上丝上丝下丝下丝竖竖丝丝横丝横丝中丝中丝2、水准器、水准器（指示视准轴是否水平的装置）指示视准轴是否水平的装置）v概念概念:v水准管轴水准管轴：过圆弧零：过圆弧零点的纵向切线。水准点的纵向切线。水准管是水平状态指示器。管是水平状态指示器。用于把其轴置平用于把其轴置平.v视准轴视准轴(视线视线
13、) ：十字：十字丝分划中心与物镜光丝分划中心与物镜光心的连线。心的连线。v圆水准轴：圆水准轴：通过零点通过零点和球心的连线。和球心的连线。v管水准器：管水准器：装在望远镜旁。装在望远镜旁。其纵剖其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。点处的切线就是水准管轴。“气泡气泡居中居中”即水准管轴水平。即水准管轴水平。(精平精平)v圆水准器：圆水准器：装在基座上，装在基座上，上面有同上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。圆水准器的轴。“气泡居中气泡居中
14、”即水即水准器的轴垂直。准器的轴垂直。 (粗平粗平)202、水准器、水准器2、水准器、水准器v水准管内壁为圆弧面。水准管内壁为圆弧面。v水准管上两相邻分划线水准管上两相邻分划线 之间的弧所对的圆心角之间的弧所对的圆心角 称为灵敏度称为灵敏度。v设弧长为设弧长为2毫米，曲率毫米，曲率 半径为半径为R毫米，则格值毫米，则格值 秒秒v圆水准器圆水准器 灵敏度灵敏度 8 8/2mm /2mm 用于仪器粗平用于仪器粗平 v管水准器管水准器 灵敏度灵敏度2020/2mm /2mm 用于仪器精平用于仪器精平R222v符合棱镜系统符合棱镜系统把水准管把水准管两端半个气泡的像，经过两端半个气泡的像，经过三次全反
15、射，进入望远镜三次全反射，进入望远镜旁的放大镜内。如果气泡旁的放大镜内。如果气泡居中，则气泡两端的两个居中，则气泡两端的两个半边影像即合二为一。半边影像即合二为一。v若直接用肉眼观察因为玻若直接用肉眼观察因为玻璃有厚度，斜视时会产生璃有厚度，斜视时会产生视差。用视差。用符合棱镜系统符合棱镜系统观观察，判断察，判断“气泡居中气泡居中”的的精度约可提高一倍。精度约可提高一倍。2、水准器、水准器3、基座及其它、基座及其它v脚螺旋：脚螺旋： 粗平粗平v中心螺旋：中心螺旋： 固定仪器固定仪器v三脚架：三脚架：放置仪器放置仪器v制动扳钮：制动扳钮：粗略对准目标粗略对准目标v微动螺旋：微动螺旋：微动对准目标
16、微动对准目标v微倾螺旋：微倾螺旋： 精平精平三、自动安平水准仪三、自动安平水准仪v无水准管和微倾螺旋无水准管和微倾螺旋v由由自动安平补偿器自动安平补偿器来来代替其功能代替其功能四、水准尺和尺垫四、水准尺和尺垫水准尺：水准尺：v材质：木质或玻璃钢：材质：木质或玻璃钢：干燥干燥不易变形不易变形v分类：分类： 直尺：直尺：2米和米和3米米, 红黑双面尺（主、副尺）红黑双面尺（主、副尺） 塔尺：可伸塔尺：可伸5米米 铟瓦水准尺铟瓦水准尺 尺垫：尺垫：转点或防止下沉转点或防止下沉副尺副尺起始读数则分起始读数则分别为别为4.687 m4.687 m和和4.787 m4.787 m。 腰部水准器腰部水准器
17、手柄手柄 红红黑面黑面四、水准尺和尺垫四、水准尺和尺垫v尺垫尺垫v作用：作用：防止下沉或用于转点防止下沉或用于转点标志。标志。v材质：材质：生铁生铁v形状：形状：一般为三角形，中间一般为三角形，中间有一突起的半球体，下方有有一突起的半球体，下方有三个支脚。三个支脚。v使用：使用：用力将尺垫的三个支用力将尺垫的三个支脚踩入土中，以防下沉。脚踩入土中，以防下沉。四、水准尺和尺垫四、水准尺和尺垫v三脚架三脚架v作用：作用：支撑仪器支撑仪器v材质：材质：木质、铝合金木质、铝合金v使用：使用：脚架的长度可以脚架的长度可以伸缩，根据观测者身高伸缩，根据观测者身高调整好三脚架高度，用调整好三脚架高度，用力将
18、脚架的三个支脚踩力将脚架的三个支脚踩稳实，再安置仪器。稳实，再安置仪器。四、水准尺和尺垫四、水准尺和尺垫五、水准仪的使用五、水准仪的使用 v安置：安置： 打开三脚架打开三脚架, 踩实脚架尖踩实脚架尖, 中心螺旋固定中心螺旋固定.v粗平：粗平： 固定两个脚架，动第三个脚架，配合使用固定两个脚架，动第三个脚架，配合使用脚螺旋使脚螺旋使圆水准器圆水准器的气泡居中。的气泡居中。v瞄准：瞄准：转动仪器，利用准星瞄准目标，转动调焦转动仪器，利用准星瞄准目标，转动调焦螺旋使目标象清晰，直至无螺旋使目标象清晰，直至无“视差视差”。v精平：精平： 用微倾螺旋使用微倾螺旋使水准管水准管气泡居中。气泡居中。v读数：
19、读数： 用十字丝的横丝在水准尺上取用十字丝的横丝在水准尺上取“读数读数” 每次取四位数，（每次取四位数，（“0”也也 是必须记录的数字。是必须记录的数字。）1、安置、安置 打开三脚架，调节架腿高度，安放水准仪，打开三脚架，调节架腿高度，安放水准仪，固定中心螺旋，架头大致水平，踩实脚架尖。固定中心螺旋，架头大致水平，踩实脚架尖。2、粗平（调节脚螺旋）、粗平（调节脚螺旋）v （左手拇指法则）（左手拇指法则）303、瞄准、瞄准 v目镜对光目镜对光：十字丝成像清晰。：十字丝成像清晰。v瞄准目标瞄准目标： 瞄准后制动。瞄准后制动。v物镜对光物镜对光：目标成像清晰。：目标成像清晰。 v微动螺旋微动螺旋：
20、使尺子贴近十字丝一侧。使尺子贴近十字丝一侧。v消除视差消除视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦重新对光可以消除视差。响瞄准的精度。物镜调焦重新对光可以消除视差。v符合棱镜符合棱镜系统把水准气系统把水准气泡两端成像在一起，使泡两端成像在一起，使两端气泡的像放大两端气泡的像放大，便便于观察。于观察。v用符合棱镜系统观察，用符合棱镜系统观察，可以把判断可以把判断“气
21、泡居中气泡居中”的精度约可提高一倍。的精度约可提高一倍。4、精平、精平( (微倾螺旋微倾螺旋) )5、 读数读数 水准尺的分划不是线水准尺的分划不是线划式而是划式而是区格式区格式的。区格的。区格内的小数内的小数“估读估读”。区格式区格式分划便于从远处观察并读分划便于从远处观察并读数。数。每次读四位数。每次读四位数。例：例：0858mm注：仪器若成倒像的，从注：仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即上往下读；若成正像，即从下往上读。从下往上读。4.3 电子水准仪电子水准仪v速度快，精度高，自动读数。速度快，精度高，自动读数。v线阵探测器，采用数字图像线阵探测器，采用数字图像识别处理系统。识别处
22、理系统。v条码水准标尺。条码水准标尺。4.3 电子水准仪电子水准仪v其望远镜光学部分和机械结构与其望远镜光学部分和机械结构与 光学自动安平水准仪基本相同。光学自动安平水准仪基本相同。v调焦发送器：调焦发送器： 计算仪器与尺之间的概略视距值。计算仪器与尺之间的概略视距值。v补偿器监视：补偿器监视：监视补偿器的功能是否正常。监视补偿器的功能是否正常。v分光镜：分光镜：将光线分离成红外光和可见光。将光线分离成红外光和可见光。v线阵探测器：线阵探测器：接受红外光探测标尺图像，并接受红外光探测标尺图像，并用电信号传送给信息处理机。用电信号传送给信息处理机。v引：引： 水准仪使用水准仪使用一、水准点和水准
23、路线布一、水准点和水准路线布设设（一）、水准点埋设（一）、水准点埋设v临时点：钉子，木头临时点：钉子，木头v永久点：水泥桩，永久点：水泥桩， 钢筋钢筋4.4 水准测量外业施测水准测量外业施测一、水准点和水准路线布设一、水准点和水准路线布设（二）、水准路线设计（二）、水准路线设计1、支水准路线、支水准路线 2、闭合水准路线、闭合水准路线 3、附合水准路线、附合水准路线支水准支水准附合附合水准水准闭合闭合水准水准二、普通水准测量二、普通水准测量 v普通水准测量：普通水准测量：国家三、四等以下的水准测量。国家三、四等以下的水准测量。v施测程序：施测程序：后视读数，前视读数，依次观测。后视读数，前视读
24、数，依次观测。二、普通水准测量二、普通水准测量v施测程序：施测程序： 安置仪器：安置仪器：打开三脚架打开三脚架,固定水准仪固定水准仪 粗平：使圆水准气泡居中粗平：使圆水准气泡居中 瞄准后视尺：外瞄，内瞄，制动瞄准后视尺：外瞄，内瞄，制动 精平：使管水准气泡居中精平：使管水准气泡居中 读后视尺上的数读后视尺上的数a：读四位数字：读四位数字 瞄准前视尺：瞄准，制动瞄准前视尺：瞄准，制动 精平：同上精平：同上 读前视尺上的数读前视尺上的数b：同上：同上 计算高差：计算高差： hAB=a-bv施测方法：施测方法：两次仪器高、双面尺法两次仪器高、双面尺法(一一)、两次仪器、两次仪器高法：高法：已知已知H
25、A，求，求HBvh1=a1-b1vh2=a2-b2vh1-h26mma2a1b2三、普通水准测量方法三、普通水准测量方法b1水准测量记录（两次仪器高法）水准测量记录（两次仪器高法） 41 (二二)双面尺法双面尺法v已知已知HA,求求HB.vh1=a1-a2vh2=a1-a2vh1-h26mm42a1b1前进方向前进方向a2b2三、普通水准测量方法三、普通水准测量方法水准测量记录（双面尺法）水准测量记录（双面尺法）v安置仪器、粗平、瞄准后视尺，精平安置仪器、粗平、瞄准后视尺，精平v读读后视尺黑面后视尺黑面a1：读四位数字（视距丝、中丝）：读四位数字（视距丝、中丝）v瞄准前视尺、精平瞄准前视尺、精
26、平v读读前视尺黑面前视尺黑面b1：读四位数字（视距丝、中丝）：读四位数字（视距丝、中丝）v瞄准前视尺，读瞄准前视尺，读前视尺红面前视尺红面b2：读四位数字（中丝）：读四位数字（中丝）v瞄准后视尺，读瞄准后视尺，读后视尺红面后视尺红面b2：读四位数字（中丝）：读四位数字（中丝）v计算高差：计算高差： hAB1=a1-b1， hAB2=a2-b2vhAB1 与与hAB2 理论上相差？理论上相差？v方法：方法：两次仪器高或双面尺法两次仪器高或双面尺法四、四、国家三、四等国家三、四等水准测量的方法水准测量的方法记录示例记录示例四、精密水准测量四、精密水准测量（国家一、二等）（国家一、二等）v方法：同普
27、通水准，在观测过程中，为了提方法：同普通水准，在观测过程中，为了提高每站的精度，需要对高每站的精度，需要对前后视距差，黑红面前后视距差，黑红面读数差等读数差等有所要求。有所要求。v读数：步骤同三四等水准测量读数：步骤同三四等水准测量三三, ,四等、等外、一二等四等、等外、一二等水准测量水准测量测站技术要求比较测站技术要求比较484.5 水准测量内业计算水准测量内业计算v外业：外业： 外业观测，记录手薄，站站检核外业观测，记录手薄，站站检核v内业：内业： 1、水准路线闭和差的计算、水准路线闭和差的计算 2、水准路线闭和差的分配、水准路线闭和差的分配 3、水准点高程的计算、水准点高程的计算一、闭和
28、差计算一、闭和差计算v检核：检核：先测站检核，再路线检核。先测站检核，再路线检核。v闭和差：闭和差：实测高差实测高差与路线的与路线的理论值理论值间的差值间的差值、闭和水准路线、闭和水准路线v理论值：理论值： h理理v实测值：实测值： h测测h1+.+h5v则：则：fh=h测测-h理理 =h测测高差闭合差的允许值高差闭合差的允许值v等外水准：等外水准： 平地：平地： 山地：山地： 式中：式中：L L为为A A、B B两点间的距离，以公里为单位两点间的距离，以公里为单位v四等：四等： 40hfL允12hfn允20hfL允、附合水准路线、附合水准路线v理论值：理论值： h理理HB-HAv实测值：实测
29、值： h测测h1+.+h3v则：则：fh=h测测-h理理 = h1+.+h3- (HB-HA)3、支水准路线、支水准路线v理论值：理论值： (往返测往返测) h理理HA-HA=0v实测值：实测值： h测测h1+.+h6v则：则：fh=h测测-h理理 = h1+.+h6二、闭和差分配二、闭和差分配v、闭（附）合水准路线、闭（附）合水准路线将闭和差将闭和差fh与与测站测站成正比成正比反号反号分配到各段高差分配到各段高差中。中。 Vi= fh/n 将闭和差将闭和差fh与与路线长度路线长度成正比成正比反号反号分配到各段分配到各段高差中。高差中。 Vi= fh/L*iv、支水准路线、支水准路线 各段各段
30、往返测高差往返测高差的绝对值取平均值，正负与往的绝对值取平均值，正负与往测方向一致。测方向一致。 三、高程计算三、高程计算55例：水准测量计算例：水准测量计算A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m)(037. 0293. 4330. 4)()(293. 4286.45579.49mHHhfmHHhABhAB理)(10940mmLfh容（一）高差闭合差计算（一）高差闭合差计算高差闭合差的允许值高差闭合差的允许值Lfh40容L-以公里为单位以公里为单位例：水准测量计算例：水准测量计算)(10
31、940)(037. 0293. 4330. 4)(mmLfmHHhfhABh容ioiholvVkmmmLfv)/(54 . 737（二（二 ）高差闭合差的分配）高差闭合差的分配（三（三 ）高程计算）高程计算 Hi+1=Hi+hi+vi例：水准测量计算例：水准测量计算)(037. 0293. 4330. 4)()(293. 4286.45579.49mHHhfmHHhABhAB理4.7 水准仪检验与校正水准仪检验与校正 一、水准仪的主要轴线一、水准仪的主要轴线1、视准轴、视准轴CC：用于观察尺用于观察尺子，截取读数。子，截取读数。 2、水准管轴、水准管轴LL：过水准管过水准管 零点的纵向切线。零
32、点的纵向切线。 3、竖轴、竖轴VV：仪器中心与基仪器中心与基 座中心的垂直方向线。座中心的垂直方向线。 4、圆水准管轴、圆水准管轴 ll：过圆水过圆水 准器中心的垂直方向线。准器中心的垂直方向线。二、水准仪应满足的条件二、水准仪应满足的条件 水准仪应满足的水准仪应满足的主要条件主要条件有：有：v水准管的水准管的水准轴水准轴应与望远镜应与望远镜的的视准轴视准轴平行；平行；v望远镜的视准轴不因调焦而望远镜的视准轴不因调焦而变动位置；变动位置；水准仪应满足的水准仪应满足的次要条件次要条件有：有：v圆水准器的水准轴应与仪器圆水准器的水准轴应与仪器的旋转轴平行；的旋转轴平行；v十字丝的横丝应与仪器的旋十
33、字丝的横丝应与仪器的旋转轴垂直。转轴垂直。三、水准仪检验与校正三、水准仪检验与校正1、圆水准器轴与仪器旋转、圆水准器轴与仪器旋转轴平行的检验与校正轴平行的检验与校正v检验原理：检验原理：VV为仪器旋为仪器旋转轴，转轴，ll为圆水准器轴。为圆水准器轴。v当气泡居中时，当气泡居中时，ll竖直，竖直，VV与其偏差与其偏差角。角。v仪器绕仪器绕VV旋转旋转180度，度，ll与竖直方向夹角变为与竖直方向夹角变为2，气泡气泡偏移的弧长所对的中偏移的弧长所对的中心角即等于心角即等于2。三、水准仪检验与校正三、水准仪检验与校正1 1、圆水准器轴与仪器旋转、圆水准器轴与仪器旋转轴平行的检验与校正轴平行的检验与校
34、正v检验方法：检验方法：先用脚螺旋将先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后圆水准器气泡居中，然后将仪器旋转将仪器旋转180180，若气，若气泡仍居中，则此项条件已泡仍居中，则此项条件已满足；若气泡有了偏移，满足；若气泡有了偏移，则此条件没有满足。则此条件没有满足。v气泡偏移弧长代表了气泡偏移弧长代表了仪器旋转轴和水准轴的交仪器旋转轴和水准轴的交角的两倍。角的两倍。 三、水准仪检验与校正三、水准仪检验与校正校正工作可用装在圆水准校正工作可用装在圆水准器下面的器下面的校正螺钉校正螺钉来实现。来实现。 旋转校正螺旋，使气泡向旋转校正螺旋，使气泡向中心移动偏距的一半，纵轴即中心移动偏距的一半，纵轴即处于铅
35、垂位置。处于铅垂位置。 然后再拨动圆水准器校正然后再拨动圆水准器校正螺丝，使气泡居中，导致圆水螺丝，使气泡居中，导致圆水准轴也处于铅垂位置，从而达准轴也处于铅垂位置，从而达到了圆水准轴平行于纵轴的目到了圆水准轴平行于纵轴的目的。的。1 1、圆水准器轴与仪器旋、圆水准器轴与仪器旋转轴平行的检验与校正转轴平行的检验与校正2、 十字丝的横丝不水平十字丝的横丝不水平v检验原理：检验原理：如果有一点，在通过如果有一点，在通过十字丝横丝且垂直于旋转轴的平十字丝横丝且垂直于旋转轴的平面上，移动时始终应在横丝上。面上，移动时始终应在横丝上。v检验方法：检验方法：用圆水准器使纵轴垂用圆水准器使纵轴垂直后，用十字
36、丝的横丝照准某一直后，用十字丝的横丝照准某一清晰目标。用微动螺旋转动望远清晰目标。用微动螺旋转动望远镜，如果十字丝的横丝一直不离镜，如果十字丝的横丝一直不离开目标，则无误差。否则要校正。开目标，则无误差。否则要校正。63三、水准仪检验与校正三、水准仪检验与校正校正：校正：旋下十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝组旋下十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝组的四个固定螺丝按横丝倾斜方向的反方向转动十字的四个固定螺丝按横丝倾斜方向的反方向转动十字丝组，再进行检验。如果丝组，再进行检验。如果p p点始终在横丝上移动，点始终在横丝上移动，则表示横丝已水平，最后旋紧十字丝组固定螺丝。则表示横丝已水平，最后旋紧十字
37、丝组固定螺丝。2 2、十字丝横丝不水平、十字丝横丝不水平三、水准仪检验与校正三、水准仪检验与校正3、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差v夹角为夹角为i 时时xaxbiiABv望远镜视准轴与水准管水准轴，望远镜视准轴与水准管水准轴，在在竖直面竖直面上的投影是否平行称为上的投影是否平行称为i角检验角检验。（重要）。（重要）在在水平面水平面上的投影是否平行称为上的投影是否平行称为交叉误差检验交叉误差检验。三、水准仪检验与校正三、水准仪检验与校正stanABABABxsiihhSS () ()() ()ABABABha xb xa bxx（1）检验）检验i角的基本原理角的基本原
38、理v在地面选定两个固定点在地面选定两个固定点、B B，测出，测出、B B 间间的两次高差的两次高差h hABAB和和h hABAB。设仪器存在。设仪器存在i i角误差角误差，由下式：，由下式：BAABABSSihhBAABABSSihh BABAABABSSSShhi3、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差ABABABihhSS（2 2）检验方法一）检验方法一（中间位置和非中间位置）（中间位置和非中间位置） BABAABABSSSShhiABA BA BABSShhiSS水准测量规范水准测量规范规定：规定：用于一、二等水准测量的仪用于一、二等水准测量的仪器器i角不得大于角
39、不得大于15；用于三、四等水准测量的仪用于三、四等水准测量的仪器器i角不得大于角不得大于20。否则应进行校正。否则应进行校正。 3、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差（3）检验方法二）检验方法二（两点延长线各设一站）（两点延长线各设一站）)(BABAABSSSSSABABABShhi2 BABAABABSSSShhi3、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差使距离差使距离差 则：则：校正：校正：（1）仪器在）仪器在B点一端不动，计算点一端不动，计算A点标尺的正确读点标尺的正确读数数a2 ： AAAxaaSix 22（2） 用微倾螺旋使读数对准用微倾螺
40、旋使读数对准a2 。（3）调节水准管校正螺钉使水准管气泡居中。）调节水准管校正螺钉使水准管气泡居中。 这种校正方法的实质是先将视线水平，即读这种校正方法的实质是先将视线水平，即读数对准，然后校正水准轴至水平位置。检验校正数对准，然后校正水准轴至水平位置。检验校正应反复进行，直到符合要求为止。应反复进行，直到符合要求为止。 3、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差4、自动安平水准仪补偿器性能的检验、自动安平水准仪补偿器性能的检验 检验原理：检验原理：有意将仪器的旋转轴安置得不竖直，并测有意将仪器的旋转轴安置得不竖直，并测定两点间的高差，使之与正确高差相比较。定两点间的高差，
41、使之与正确高差相比较。 检验方法：检验方法：在较平坦地方选择在较平坦地方选择A、B两点，两点，AB长约长约100m左右，在左右，在A、B点各钉入一木桩（或用尺垫代点各钉入一木桩（或用尺垫代替），将水准仪置于替），将水准仪置于AB连线的中点连线的中点，并使两个脚螺旋，并使两个脚螺旋(记为第记为第1、2脚螺旋脚螺旋)中心的连线与中心的连线与AB连线方向垂直。连线方向垂直。abAB4、自动安平水准仪补偿器性能的检验、自动安平水准仪补偿器性能的检验 1、用圆水准器将仪器置平，在、用圆水准器将仪器置平，在中点中点测出测出A、B两点间的两点间的正确正确高差高差hAB； 2、升高第、升高第3个脚螺旋，使仪器
42、个脚螺旋，使仪器向上向上下倾斜下倾斜，测出高差，测出高差h1； 3、降低第、降低第3个脚螺旋，使仪器个脚螺旋，使仪器向下向下上倾斜上倾斜，测出高差，测出高差h2； 4、升高第、升高第3个脚螺旋，使圆水准器气泡居中；个脚螺旋，使圆水准器气泡居中； 5、升高第、升高第1个脚螺旋，使后视时望远镜个脚螺旋，使后视时望远镜向左向左向右倾斜向右倾斜，测，测出高差出高差h3； 6、降低第、降低第1个脚螺旋，使后视时望远镜个脚螺旋，使后视时望远镜向右向右向左倾斜向左倾斜，测，测出高差出高差h4。 将仪器将仪器倾斜时测得的倾斜时测得的4次高差次高差与与正确高差正确高差hAB相比较，相比较，视其差数确定补偿器的性
43、能；对于普通水准测量，此差数视其差数确定补偿器的性能；对于普通水准测量，此差数一般应小于一般应小于5mm。5、 水准尺的检验水准尺的检验1）、一般检视）、一般检视: 是否弯曲、刻划是否清晰、注记是否弯曲、刻划是否清晰、注记是否正确、尺底有无磨损。是否正确、尺底有无磨损。 弯曲的检验方法：弯曲的检验方法：在尺两端系一细直线，量取在尺两端系一细直线，量取尺中央至细直线的垂距，若该值小于尺中央至细直线的垂距，若该值小于8毫米，则毫米，则对尺长影响不计。对尺长影响不计。2）、圆水准器的检验与校正：）、圆水准器的检验与校正：有无破损、水准器有无破损、水准器装置是否正确。其检验方法为：装置是否正确。其检验
44、方法为： 用一垂球挂在水准尺上，使尺的边缘与垂用一垂球挂在水准尺上，使尺的边缘与垂线一致，观察气泡是否居中，若不居中，则调线一致，观察气泡是否居中，若不居中，则调整圆水准器的校正螺钉使气泡居中。整圆水准器的校正螺钉使气泡居中。3）、水准尺分划的检验）、水准尺分划的检验每米每米平均真长的测定：与检验尺做比较平均真长的测定：与检验尺做比较 每米长度误差，不得超过每米长度误差，不得超过0.5mm每分米每分米分划误差的测定：与检验尺做比较分划误差的测定：与检验尺做比较 分划线位置误差不得超过分划线位置误差不得超过1.0mm黑面与红面零点差黑面与红面零点差的测定：的测定： 对对红黑面读数四次红黑面读数四
45、次，取零点差的平均值与，取零点差的平均值与4687或或4787mm比较。比较。一对水准尺黑面零点差一对水准尺黑面零点差的测定：的测定：5、 水准尺的检验水准尺的检验课堂小结课堂小结v1、水准仪的主要轴线、水准仪的主要轴线v2、水准仪应满足的条件、水准仪应满足的条件v3、圆水准器轴与仪器旋转轴平行的检验、圆水准器轴与仪器旋转轴平行的检验v4、十字丝的横丝不水平的检验、十字丝的横丝不水平的检验v5、视准轴与水准管轴不平行的、视准轴与水准管轴不平行的i角检验角检验v6、自动安平水准仪补偿器性能的检验自动安平水准仪补偿器性能的检验 v7、水准尺的检验水准尺的检验 测量误差主要有三种：测量误差主要有三种
46、：仪器、操作、外界环境。仪器、操作、外界环境。一、仪器误差一、仪器误差1、视准轴与水准管轴不、视准轴与水准管轴不 平行（平行（LLCC）2、十字丝的横丝不水平、十字丝的横丝不水平 3、圆水准器轴不平行仪、圆水准器轴不平行仪 器纵轴（器纵轴（LLVV）4、水准尺误差、水准尺误差4.6 水准测量的误差分析水准测量的误差分析4.6 水准测量的误差分析水准测量的误差分析一、仪器误差一、仪器误差v1、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差v夹角夹角i (偏高时偏高时)vhAB=(a+XA)-(b+xB) =(a-b)+(XA-xB)vX=s tanivhAB=(a-b)+(sA-sB
47、) taniv结论结论：前后视距相前后视距相等可以消除该项误等可以消除该项误差。差。xaxbiiAB4.6 水准测量的误差分析水准测量的误差分析一、仪器误差一、仪器误差v1、视准轴与水准管轴不平行的误差、视准轴与水准管轴不平行的误差v实际上，每个测站要实际上，每个测站要求前、后视距正好相求前、后视距正好相等是比较困难的。等是比较困难的。v根据不同等级的精度根据不同等级的精度要求，对要求，对每一测站的每一测站的前、后视距差以及路前、后视距差以及路线的前后视距累计差线的前后视距累计差规定限值规定限值，就可把，就可把i i角角的影响限制在可忽略的影响限制在可忽略的范围内。的范围内。xaxbiiAB4
48、.6 水准测量的误差分析水准测量的误差分析 一、仪器误差一、仪器误差v2、十字丝的横丝不水平十字丝的横丝不水平 v3、圆水准器轴不平行仪、圆水准器轴不平行仪器纵轴器纵轴二、观测误差（人为）二、观测误差（人为） 1、气泡居中不准（精平误差）、气泡居中不准（精平误差） 2、水准尺倾斜引起的误差、水准尺倾斜引起的误差 3、瞄准和读数的误差、瞄准和读数的误差v1、设气泡居中不准引起的读数误差为、设气泡居中不准引起的读数误差为 则：则： =S*n/v当视线长为当视线长为100米，气泡格值为米，气泡格值为20，偏离，偏离0.5格时，格时，则则 = 100*20*0.5*1000/2062654.85毫米毫
49、米气泡m一、仪器误差一、仪器误差 4、水准尺误差：、水准尺误差：尺子刻划，尺长变化，弯曲等尺子刻划，尺长变化，弯曲等气泡m气泡m 2、水准尺倾斜引起的误差、水准尺倾斜引起的误差 水准尺倾斜引起的读数误差，与水平视线离尺水准尺倾斜引起的读数误差，与水平视线离尺底的高度底的高度h h，尺子的倾斜度，以及尺底的厚度，尺子的倾斜度，以及尺底的厚度b b和和尺子安放的情况有关。尺子安放的情况有关。v精密水准测量时，尺上要装水准器精密水准测量时，尺上要装水准器v普通水准测量时，尽量把尺扶直或扶尺员慢慢普通水准测量时，尽量把尺扶直或扶尺员慢慢地把尺前后摇动，观察员取尺上最小的读数。地把尺前后摇动，观察员取尺
50、上最小的读数。二、观测误差二、观测误差a1a2b2b13、瞄准和读数的误差、瞄准和读数的误差v 水准尺的最小一位读数是水准尺的最小一位读数是估读的。一般说来估读的估读的。一般说来估读的误差约为误差约为2毫米。毫米。v 瞄准与读数误差与瞄准与读数误差与十字丝十字丝粗细、望远镜物镜焦距、粗细、望远镜物镜焦距、视线长度视线长度等有关。视线长等有关。视线长短影响较大，不同等级测短影响较大，不同等级测量对视线长度均有一定的量对视线长度均有一定的规定，如右表：规定，如右表：二、观测误差二、观测误差三、三、 外界环境的影响外界环境的影响v1 1、水准仪、水准仪 水准尺下沉误差水准尺下沉误差 若水准仪在测站上
