1、 一、水准测量的原理一、水准测量的原理 二、后视、前视读数和后视、前视距离二、后视、前视读数和后视、前视距离 三、高差符号分析三、高差符号分析 四、高程的计算四、高程的计算 一、水准测量的原理一、水准测量的原理 1.1.高程测量概念高程测量概念 测定地面点高程的工作，称为高程测量。测定地面点高程的工作，称为高程测量。高程测高程测量的方法：水准测量法、三角高程测量法、气压量的方法：水准测量法、三角高程测量法、气压高程测量法、高程测量法、GPSGPS高程测量法。水准测量是测出地高程测量法。水准测量是测出地面点高程的方法之一。面点高程的方法之一。 2.2.水准测量原理、实质水准测量原理、实质 水准测
2、量是利用一条水平视线，并借助水准水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点高程推算出未知点高程。已知点高程推算出未知点高程。 水准测量的实质：水准测量的实质：确定地面两点间的高差确定地面两点间的高差, ,然然后通过已知点的高程后通过已知点的高程, ,求出未知点的高程。求出未知点的高程。 a a后视读数后视读数 A A后视点后视点( (已知点已知点) ) b b前视读数前视读数 B B前视点前视点( (未知点未知点) ) 后视读数：已知高程点上立尺的读数。后视读数：已知高程点上立尺的读数。 前视读数：未知高程点上立尺的
3、读数。前视读数：未知高程点上立尺的读数。 后视距离：仪器到后视点的距离。后视距离：仪器到后视点的距离。 前视距离：仪器到前视点的距离。前视距离：仪器到前视点的距离。 测站和转点测站和转点 解决相隔较远两点间高差的办法是：解决相隔较远两点间高差的办法是： 在两点之间加若干个竖立尺子的点，连续地将相邻两在两点之间加若干个竖立尺子的点，连续地将相邻两点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个点的高差测出来，每测一次相邻两点的高差称为一个测站测站 这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，这些增加的竖立尺子的点，因其只限于传递高程用，其本身的高程可以不求出，故通常称为其本身的高程可以不求出，故
4、通常称为转点转点。 三、高差符号分析 高差hAB的符号： 若ab ，则hAB0 ，B点比A点高 若a=b ，则hAB=0 ，B点与A点同高 若ab ，则hAB0 ，B点比A点低 四、高程的计算 水准测量计算高程的方法有两种：水准测量计算高程的方法有两种： 高差法高差法: :由高差计算高程由高差计算高程 h hABAB=a=a-b -b H HB B=H=HA A+h+hABAB 仪器高法仪器高法( (视线高法视线高法) )：由仪器的视线高程：由仪器的视线高程计算未知点高程计算未知点高程 H Hi i=H=HA A+a H+a HB B=H=Hi i-b -b 第二节 水准测量的仪器与工具 一、
5、微倾式一、微倾式DS3级水准仪的构造级水准仪的构造 二、水准尺和尺垫二、水准尺和尺垫 三、水准仪的安置和使用三、水准仪的安置和使用 微倾式水准仪按精度不同，可分为DS05、DS1、DS3、DS10、DS20五个等级。水准仪系列型号 DS05 DS1 DS3 DS10 每公里往返测 高差中数偶然误差 0.5mm 1mm 3mm 10mm 直接利用水准管来判断视准轴是否水平的水准仪称为水准仪应满足的主要条件有：水准仪应满足的主要条件有： 一是水准管的水准轴应与望远镜的视准轴平一是水准管的水准轴应与望远镜的视准轴平行行: :LL/CC； 二是望远镜的视准轴不因调焦而变动位置二是望远镜的视准轴不因调焦
6、而变动位置（此条件是为满足第一个条件而提出）。（此条件是为满足第一个条件而提出）。水准仪应满足的次要条件也有两个：水准仪应满足的次要条件也有两个： 一是圆水准器的水准轴应与水准仪的旋转轴一是圆水准器的水准轴应与水准仪的旋转轴平行平行: :LL/VV； 二是十字丝的横丝应当垂直于仪器的旋转二是十字丝的横丝应当垂直于仪器的旋转轴轴: :HHVV。 主要有直尺主要有直尺( (单面尺、双单面尺、双面尺面尺) )、折尺和塔尺。、折尺和塔尺。 较高精度的水准测量规较高精度的水准测量规定只能用直尺。水准尺定只能用直尺。水准尺有有3 3m m和和5 5m m。 目前常用的水准尺以目前常用的水准尺以3 3m m
7、的直尺较为常见，两的直尺较为常见，两面均有分划，一面为黑白分划，称为主尺，面均有分划，一面为黑白分划，称为主尺，也称黑面，一面为红白分划，称为辅尺，也也称黑面，一面为红白分划，称为辅尺，也称红面。尺面分划为称红面。尺面分划为1 1cmcm，每每1010cmcm处（处（E E字形字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字，黑面底段以刻划的尖端）注有阿拉伯数字，黑面底段以零起算，是计算高差的基本面。零起算，是计算高差的基本面。 水准测量时有前视和后视，为节省水准尺由水准测量时有前视和后视，为节省水准尺由后视迁到前视的迁移时间，总是用两只尺子后视迁到前视的迁移时间，总是用两只尺子同时进行，常称为一对水准尺。同时
8、进行，常称为一对水准尺。 两只尺子红面底部的常数并不相同，一只为两只尺子红面底部的常数并不相同，一只为46874687mmmm，另一只则为另一只则为47874787mmmm，这样由黑面计这样由黑面计算的高差（后视算的高差（后视- -前视）为基本高差，而红面前视）为基本高差，而红面计算的高差将与基本高差相差计算的高差将与基本高差相差100100mmmm，目的也目的也是为了检查读数或计算有无错误。是为了检查读数或计算有无错误。2.尺垫(staff plate) 尺垫有三角形、圆形等，放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。 三、水准仪的安置和使用 安置水准仪的目的是将仪器设置在测站上并用脚螺旋使
9、圆水准器气泡居中。 操作程序：粗平瞄准精平读数 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。 方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至1、2方向的中间转动脚螺旋3，使气泡居中。 规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。 （a）方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。目镜对光，使十字丝清晰物镜对光，使目标清晰消除视差。 （b）视差概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。 产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。 消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。 方法：微倾式水准仪(tilt level)，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。 说明：若使用自动安平水准仪（compensat
10、or level），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。 方法方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。读数记录一般均不读数记录一般均不加小数点，读记四位数，以毫米为单位加小数点，读记四位数，以毫米为单位。 黑面读数黑面读数a=1274（mm） 红面读数红面读数 b=5958（mm） 思考题：思考题：水准测量是沿水准路线一个测站一个测站进行的，每个测站水准仪的位置通常是安置在后视点和前视点之间，但并不一定要在后视点和前视点连接的直线上。 说明：说明：安置好水准仪之后，即开始照准水准尺读数，对于水准管水准仪应先使水准管气泡居中，之后再读数。
11、通常的顺序是先读后视，后读前视。对于黑红面的双面水准尺，通常是先读黑面后读红面。第三节 水准测量的方法与校核 一、水准点一、水准点 二、水准路线二、水准路线 三、普通水准测量的方法三、普通水准测量的方法 四、水准测量的校核四、水准测量的校核 一、水准点 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点BM，一般用表示。水准点是固定的、已知高程的点。记作：Bench Mark 简称BM。有永久性和临时性两种。 ：国家级水准点或建筑工地基准点。：不需要长期保存的水准点。 二、水准路线 水准路线的布设有单一水准路线和水准网两种形式。根据依据工程的性质和测区情况，单一水准路线有三种布设形式。(ann
12、exed leveling line) 从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点的高程，最后连测到另外一个已知的水准点，称为附合水准路线。 从一个已知高程的水准点BM1起，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到水准点BM1，称为闭合水准路线。 (spur leveling line) 从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，如果最后没有连测到已知高程的水准点，则这样的水准路线称为支水准路线。 三、普通水准测量的方法 将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，水准仪置于施测路线附近合适的位置，在施测路线的前进方向上取仪器后视大致相等
13、的距离放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视。观测员将仪器用圆水准器粗平之后瞄准后视标尺，用微倾螺旋将水准管气泡居中，用中丝读后视读数至毫米。掉转望远镜瞄准前视标尺，此时水准管气泡一般将会偏离少许，将气泡居中，用中丝读前视读数。 记录员根据观测员的读数在手簿中记下相应的数字，并立即计算高差。 第一站结束之后，记录员招呼后标尺员向前转移，并将仪器迁至第二测站。此时，第一测站的前视点便成为第二测站的后视点。依第一站相同的工作程序进行第二站的工作。依次沿水准路线方向施测直至全部路线观测完为止。四、水准测量的校核 主要有和。 （适合单面尺法）。 。适合单面尺法。两台仪器所测两点间的高差不符值最大不超过5
14、mm。 。 红、黑两面读数之差3mm以及由红、黑面测得高差之较差：h黑-h红5mm。2.路线校核即观测高差与理论高差之差，用fh表示。：高差闭合差允许的最大值，亦称允许闭合差，用fh容表示。 L为水准路线长度（单位以Km计）；n为测站数。 检核：若|fh|fh容| 则成果合格，否则应检查原因，必要时重测。 mmL40 （容hf）（容mmn12hf第四节 水准测量的内业计算* 1.闭合水准路线高差闭合差的计算 2.附合水准路线高差闭合差的计算 3. 支水准路线高差闭合的计算 取往测和返测高差绝对值的平均值作为两点间的高差值，其符号与往测同；然后根据起点高程以各段平均高差推算各测点的高程，这样高差
15、闭合差得以改正，往返高差代数和为零。测理测hhhfh)(始终测理测HHhhhfh二、高差闭合差的调整 如果高差闭合差在允许范围内，说明测量成果符合要求，这时应将闭合差进行合理分配，使调整后的闭合差为零，并据此推算各未知点的高程。：按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。ihnnfviihLLfvi 在进行高差闭合差的调整时，应注意凑整误差，即各测站的改正值相加之和应和高差闭合差相等。 三、计算各待定点高程 用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。 ivhhhH已知待H 【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的
16、水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。 第一步 计算高差闭合差：)(37293. 4330. 4)(mmHHhfh始终测 第二步 计算限差：)( 8 .1084 . 74040mmLfh容 因为 容hhff ，可进行闭合差分配。 第三步 计算每km改正数：kmmmLfVh/50 第四步 计算各段高差改正数：iinVV0。四舍五入后，使hifv。 故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。 第五步 计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点
17、的高程。 改正后高差=改正前高差+改正数Vi H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m) H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m) H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m) HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m) 等外水准测量测站 点 号水准尺读数高 差高 程备 注后 视前 视+-1BM.A1. 4670. 34327. 354m已知TP.11. 1242TP.11. 8850. 211TP.21. 6743TP.21. 8690. 926TP.30. 9
18、434TP.31. 3670. 365B1. 73228. 469m计算检核a6. 588 -5. 473 1. 115b5. 4731. 480 -0. 365 1.1150. 36528. 469-27. 354 1.115注意： （1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。 （2）检核只表明计算无误，不表明观测和记录无误。 （3）要注意对表格中的三项进行检核，确保计算无误。 例：附合水准测量内业计算第五节 数字水准仪简介 当视准轴有微小的倾斜，利用一个称为补偿器的器件而能获得水平视线的水准仪称为（也称自动安平水准仪自动安平水准仪）。无需人工读取水准尺上数
19、值，而由电子设备自动获得数值的水准仪称为（也称为数字水准仪数字水准仪）。 水准仪望远镜的放大倍率与视准轴水平的准确度对测得高差的准确度直接有关，测得的高差准确度低的水准仪称为普通水准仪，准确度高的水准仪称为。 自动安平水准仪的构造和微倾式水准仪大致相同，其基本操作也大致一样，主要包括安置、粗平、照准和读数，不同的是不需要认为精平，由仪器自动补偿。搬运和使用时要防止剧烈震动，以免损坏。 自动安平水准仪解决的是微倾式水准仪的自动精平问题，数字水准仪解决了自动读数问题。 自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的
20、气泡居中后，圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种借助一种“补偿器补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状的特别装置，使视线自动处于水平状态。态。自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面一、自动安平水准仪一、自动安平水准仪自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面 数字水准仪采用条纹编码标尺和电子影像处理原理，用线性CCD替代观测员的肉眼，直接获取标尺读数和视距。 数字水准仪操作简便，自动读数，作业效率高；自动观测和记录，避免人为因素影响，测量精度较高，直接以数字形式存储显示，
21、可直接与计算机进行数据通讯。二、数字水准仪二、数字水准仪第六节 水准测量误差分析及减弱措施 水准测量误差来源于：仪器误差、观测误差、外界条件影响。主要是由于仪器校正不完善，仍存在部分误差，有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差、调焦误差。主要有：水准气泡未严格居中即整平误差、照准误差即视差、估读误差、水准尺未竖直。主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。二、水准测量注意事项 水准仪和水准尺必须经过检验校正后才能使用；仪器安置时应踩实脚架，并尽可能使前后视距离相等，操作时身体不能碰到仪器，水准尺要立直，尺垫要踩实。读数前要使水准气泡严格符合。记录时要回报，边记录边计算检核看是否符合要求。
