1、工程测量第二章工程测量工程测量主讲：主讲：蔡蔡 颖颖东北电力大学东北电力大学 建筑工程学院建筑工程学院第第2 2章章 水准测量水准测量第一节 水准测量原理第二节 水准测量仪器和工具第三节 水准仪的使用第四节 水准测量的外业观测第五节 水准测量的内业计算第六节 微倾式水准仪的检校与校正(简讲)第七节 水准测量的误差分析第八节 自动安平水准仪第九节 精密水准仪和电子水准仪重点：水准仪的使用方法重点：水准仪的使用方法 水准测量作业方法水准测量作业方法 水准测量的成果计算。水准测量的成果计算。难点：难点：水准测量成果整理水准测量成果整理第第2 2章章 水准测量水准测量第第2 2章章 水准测量水准测量高
2、程测量的方法高程测量的方法水准测量、三角高程测量及水准测量、三角高程测量及GPS测量等方法测量等方法高程测量高程测量:测定地面点高程的工作就叫高程测量。测定地面点高程的工作就叫高程测量。2.1 2.1 水准测量原理水准测量原理(理解理解)hABa前视后视水平视线H Hi i=(H=(HA A+a)-b+a)-bH HB B=H=Hi i-b-b视线高法视线高法h hABAB=a-b=a-b H HB B=H=HA A+h+hABAB高差法高差法 利用水准仪建立一条水平视线，借助水准尺来测定地面点间的高差，从而由已知点高程及测得的高差求出待测点高程。1.单站水准测量1.6520.5501.372
3、1.2421.5480.9101.8651.500h2h1a1h3b1h4hABa2a4a3b2b4b3)(4321hhhhhhAB记录手簿2.1 2.1 水准测量原理水准测量原理(理解理解)2.连续水准测量第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具按材料分：光学水准仪：微倾式、自动安平 电子水准仪1.1.水准仪的类别（了解）水准仪的类别（了解）按精度分按精度分:精密水准仪精密水准仪DS05DS05、DS1DS1 普通水准仪普通水准仪DS3DS3 工程水准仪工程水准仪DS10DS10 D大地测量仪器 S水准仪系列 3往返观测1公里高差中数中误差（）我们主要介绍DS3水准仪第二节第二节
4、水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具2.水准仪的组成（理解）望远镜水准器基座第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具（一）望远镜各部件名称微倾螺旋制动螺旋调焦螺旋微动螺旋粗瞄器准星第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具望远镜的构成望远镜的构成:物镜、目镜、十字丝、调焦透镜第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具十字丝分划板第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具（二）水准器水准器:圆水准器圆水准器，水准管，水准管水准管分划值粗略整平仪器精确整平视线第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具符合式水准管符合式水准管第二节第二节 水准测量仪器和工具
5、水准测量仪器和工具微倾螺旋第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具v脚螺旋的作用：调平基座，粗略整平仪器。脚螺旋的作用：调平基座，粗略整平仪器。v脚螺旋的操作规律：脚螺旋的操作规律：气泡的运动方向与左手大气泡的运动方向与左手大拇指的运动方向一致。拇指的运动方向一致。（三）基座（三）基座第二节第二节 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具 普通水准尺 3米单面双面尺(红、黑面)精密水准尺（配精密水准仪用）条码尺 (配电子水准仪用)3.水准尺水准尺尺垫第三节第三节 水准仪的使用水准仪的使用 根据水准测量原理的要求根据水准测量原理的要求,水准仪必须提供一水准仪必须提供一条水平视线条水平视线,
6、瞄准目标瞄准目标,进行读数。也就是说读数前进行读数。也就是说读数前必须把视线调成水平。必须把视线调成水平。第三节 水准仪的使用（掌握）一、安置水准仪安置水准仪注意：1.三脚架高度适中。2.架头大致水平。3.在山坡上进行水准测量时，应将三脚架的两脚在坡下，一脚在坡上。第三节 水准仪的使用二、粗略整平仪器二、粗略整平仪器第三节 水准仪的使用三、瞄准目标三、瞄准目标1.对光2.粗瞄3.精瞄精瞄第三节 水准仪的使用v什么是视差？什么是视差？当眼睛在目镜处稍当眼睛在目镜处稍微上下移动时，发现标尺的读数微上下移动时，发现标尺的读数（像）也有相对移动的现象称视（像）也有相对移动的现象称视差。差。v视差产生的
7、原因：视差产生的原因：主要是由于调主要是由于调焦不准确，目标的像没有落在十焦不准确，目标的像没有落在十字丝平面上（两者不重合）。字丝平面上（两者不重合）。v视差消除的方法：视差消除的方法：重新进行目镜、重新进行目镜、物镜精确调焦，使十字丝与目标物镜精确调焦，使十字丝与目标成像都清晰。成像都清晰。十字丝平面标尺的像视准轴四、消除视差四、消除视差第三节 水准仪的使用五、精确整平仪器五、精确整平仪器第三节 水准仪的使用一、安置水准仪（将水准仪安装到脚架上）安置水准仪（将水准仪安装到脚架上）二、粗略整平仪器（用脚螺旋或脚架使圆气泡居中）二、粗略整平仪器（用脚螺旋或脚架使圆气泡居中）三、瞄准目标（对光三
8、、瞄准目标（对光-粗瞄粗瞄-精瞄精瞄-消除视差）消除视差）四、消除视差四、消除视差五、精确整平仪器（用微倾螺旋使符合气泡影像居中五、精确整平仪器（用微倾螺旋使符合气泡影像居中）六、读数（读取中丝所切的标尺高度）六、读数（读取中丝所切的标尺高度）第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测1、选点、建立标志、选点、建立标志(图上初选图上初选-实地定点实地定点-建立标志建立标志)选点要求选点要求:尽可能沿平坦道路布设，要求土质坚硬，便尽可能沿平坦道路布设，要求土质坚硬，便于长期保存和使用的地方。等级水准点要埋设标于长期保存和使用的地方。等级水准点要埋设标石。石。水准测量外业工作包括：选点、建
9、立标志、观测高差。城市水准点的布设第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测水准点水准点:用水准测量方法测定高程的高程控制点。用水准测量方法测定高程的高程控制点。水准测量等级：水准测量等级：一般分为：一、二、三、四等和一般分为：一、二、三、四等和图根水准。图根水准。一、二、三、四等水准点为永久点，图根一、二、三、四等水准点为永久点，图根点一般是临时水准点。点一般是临时水准点。根据水准点等级不同，埋设要求也不同。根据水准点等级不同，埋设要求也不同。水准点水准点第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测1）附合水准路线)(12HHh
10、fh高差闭合差为合格，否则重测。允hhff 水准路线第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测2）闭合水准路线已知点为测站数。；为路线的长度，式中高差闭合差允允nkmLmmnfmmLfhfhhh1040第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测3）支水准路线返往hhfh第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测 为了避免一个测站的错误而导致整个测段的为了避免一个测站的错误而导致整个测段的结果产生错误，可在每个测站上对观测结果进行结果产生错误，可在每个测站上对观测结果进行检核。测站检核的方法有两种，即改变仪器高度检核。测站
11、检核的方法有两种，即改变仪器高度法和双面尺法法和双面尺法2、观测方法、观测方法第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测改变仪器高度法改变仪器高度法a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=5mm)(2121hhh水准记录手簿水准记录手簿第四节第四节 水准测量的外业观测水准测量的外业观测双面尺法 a1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=5mm水准记录手簿水准记录手簿1、绘制水准路线简图、绘制水准路线简图第五节第五节 水准测量的内业计算水准测量的内业计算西门北门三教n=3h=0.830n=2h=0.065n=3h=-0.7412、水准测量的检
12、查、水准测量的检查（1）计算检核hAB=h1+h2+.+hn =(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn)=a-b第五节第五节 水准测量的内业计算水准测量的内业计算第五节第五节 水准测量的内业计算水准测量的内业计算闭合路线高差闭合差 fh=h附合路线高差闭合差 fh=h-（H终-H始）支水准路线高差闭合差 fh=h往-h返1、水准测量的检查、水准测量的检查（2）计算闭合差闭合差=观测值-理论值为测站数。；为路线的长度，式中高差闭合差允允nkmLmmnfmmLfhfhhh1240fh=fh观测-fh理论第五节第五节 水准测量的内业计算水准测量的内业计算2.高差闭合差的调整 由于水准路线测
13、量误差的大小是与测站数或距离成正比的。分配原则：反号，按与测站数或距离成正比分配。每站或每公里改正数为：相应各测段的改正数为：nfLfhihinfLfhihi讲解表2-2ihiihinnfLLfihihinnfLf第五节第五节 水准测量的内业计算水准测量的内业计算3.改正后高差的计算h=h+v4.高程的计算Hi+1=Hi+h高程计算表高程计算表一、一、水准仪的几何轴系及其应满足的条件水准仪的几何轴系及其应满足的条件第六节第六节 微倾式水准仪的检校与校正微倾式水准仪的检校与校正图2-15 水准仪的相关轴线应满足的几何关系：（1）竖轴圆水准器轴（2）十字丝横丝应垂直于仪器的竖轴（3）水准管轴视准轴
14、（主要条件）主要轴线：1、仪器的竖轴2、望远镜视准轴3、圆水准器轴4、水准管轴二、二、水准仪检验与校正水准仪检验与校正检验原理：检验原理：检验方法：粗平后转检验方法：粗平后转180180观察观察气泡偏离情况。气泡偏离情况。校正方法：各调一半校正方法：各调一半（一）竖轴圆水准器轴的检校（二）十字丝横丝的检校图2-16 圆水准器的检验（三）水准管轴（三）水准管轴视准轴的检校（视准轴的检校（i i角的检校）角的检校）1 1、检验原理：、检验原理：2 2、检验方法：、检验方法：中端点法中端点法1)1)在平坦地段量一段距离在平坦地段量一段距离8080米，定两点米，定两点A A和和B B，并立上水准尺。，
15、并立上水准尺。2 2）先在中点安仪器，测出）先在中点安仪器，测出ABAB两点的正确高差两点的正确高差h hABAB=a=a1 1-b-b1 1（改变仪（改变仪器高测两次取中数）器高测两次取中数）3 3）把仪器搬到离端点）把仪器搬到离端点A A或或B B约约3 3米处安置，再测高差米处安置，再测高差h hABAB=a=a2 2-b-b2 2v若中点与端点所测高差相等，则若中点与端点所测高差相等，则i i角为角为0 0，说明，说明水准管轴水准管轴视准轴。视准轴。v若不等，说明条件不满足，如差值大于若不等，说明条件不满足，如差值大于4 4则要则要校正。校正。(或或i=i=h h/D i/D i角角2
16、020则要校正则要校正)3 3、校正方法：、校正方法：在端点校正。先计算在端点校正。先计算b b2 2正正=a=a2 2 h hAB AB，然后调微倾螺旋使中丝对准正确读数，此然后调微倾螺旋使中丝对准正确读数，此时水准管气泡不居中，再校正水准管。反复进时水准管气泡不居中，再校正水准管。反复进行。行。第七节第七节 水准测量的误差分析水准测量的误差分析水准测量误差来源水准测量误差来源一、仪器、工具残余误差一、仪器、工具残余误差主要有：主要有：i i角误差，标尺分划误差，尺零点差，角误差，标尺分划误差，尺零点差，十字丝中丝不水平误差等。十字丝中丝不水平误差等。二、人为误差二、人为误差(观测误差观测误
17、差)气泡居中误差，读数误差，调焦误差、立气泡居中误差，读数误差，调焦误差、立尺误差等。尺误差等。三、外界环境影响三、外界环境影响风、气温、大气折光、地球曲率、光线明风、气温、大气折光、地球曲率、光线明暗等。暗等。关于关于i i角的问题角的问题v什么是什么是i i角？角？i i角是水准管轴不平行视准轴所形成的小角。角是水准管轴不平行视准轴所形成的小角。vi i角对标尺读数和高差的影响：角对标尺读数和高差的影响：与距离成正比，距离越大，对读数的影响越大。与距离成正比，距离越大，对读数的影响越大。若前后视距离相等，则若前后视距离相等，则i i角对前后视读数的影响相等。对高差角对前后视读数的影响相等。
18、对高差没有影响。没有影响。若若 D D1 1=D=D2 2 1 1=2 2则则 h=(a+h=(a+1 1)(b+(b+2 2)=a-b)=a-bvi i角误差是仪器的残余误差，角误差是仪器的残余误差，属于系统误差。属于系统误差。v消除方法消除方法：可以通过：可以通过中间法中间法（即前后视距相等）消除其对高（即前后视距相等）消除其对高差的影响。差的影响。前后视距相等，可以消减前后视距相等，可以消减i i角误差、地角误差、地球曲率和大气折光对高差的影响。球曲率和大气折光对高差的影响。水准测量的注意事项水准测量的注意事项1、作业前仪器、工具要检校合格;2、仪器尽可能放在中间（前后视距相等）；3、读数前一定要注意水准管气泡居中；4、观测时注意消除视差，估读要准确；5、测站检核，计算检核，防止出错；6、立尺要直、稳；7、选择合适的观测时间。本章小结本章小结1.基本概念 后视、前视、视距、水准点、转点、视差2.简答 1)测量中的直角坐标与数学上的坐标有什么区别？2）水准仪有哪些几何轴线？几何轴线之间应该满足什 么条件？主要条件是什么？3）水准测量时主要有哪些误差？其中采用前后视距相 等能消除哪些误差的影响？3.计算 1）水准记录手簿 2）高程计算表相关计算4.能够熟练使用水准仪进行高差测量THANKS
