1、5.85.8跨河精密水准测量跨河精密水准测量5.95.9正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算5.105.10水准测量的概算水准测量的概算5.115.11三角高程测量三角高程测量 重点重点、难点难点 返回本章首页返回本章首页 本章讲述高程控制网的布设，精密水准测量、三角本章讲述高程控制网的布设，精密水准测量、三角高程测量。目的是解决高程控制点位置的测定问题。内高程测量。目的是解决高程控制点位置的测定问题。内容涉及容涉及、位置适中位置适中半日潮有规律半日潮有规律不在江河入海口不在江河入海口海面开阔、无岛礁海面开阔、无岛礁海底平坦，水深在海底平坦，水深在10m10m以上以
2、上水准原点水准原点-青岛观象山青岛观象山19561956年黄海高程系统，水准原点的高程值年黄海高程系统，水准原点的高程值72.289m72.289m19851985年国家高程基准，水准原点的高程值年国家高程基准，水准原点的高程值72.2604m72.2604m两系统相差两系统相差-0.0286m-0.0286m主点主点原点、参考点和副点共原点、参考点和副点共6个个点组成水准原点网。点组成水准原点网。一、国家高程控制网的布设原则：一、国家高程控制网的布设原则：1.从高级到低级、逐级控制；从高级到低级、逐级控制；2 水准点应该有足够的密度；水准点应该有足够的密度；3 水准测量应达到足够的精度水准测
3、量应达到足够的精度 各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然中误差和每公里高差中数的全中误差来表示的中误差和每公里高差中数的全中误差来表示的。每公里高差中数的偶然中误差每公里高差中数的偶然中误差 -测段往返高差不符值，测段往返高差不符值，mm -测段长度，测段长度，km -测段数。测段数。每公里高差中数的全中误差来每公里高差中数的全中误差来 -各项改正后的闭合差，各项改正后的闭合差，mm -水准环长度，水准环长度，km -水准环数。水准环数。)4/(/nRMMRnNFWWMW/WFN4 一等水准网应定期复测。一等水准网应定期复测。我国一我国一
4、等水准网由等水准网由289条路线条路线组成，其中组成，其中284条路线条路线构成构成100个个闭合环，共闭合环，共计埋设各类计埋设各类标石近标石近2万万余座。全国余座。全国一等水准网一等水准网布设略图如布设略图如图所示。图所示。5.2.1 国家高程控制测量国家高程控制测量二、二、国家水准网布设方案及精度要求国家水准网布设方案及精度要求 5.2.3 5.2.3 水准路线的设计、选点和埋石水准路线的设计、选点和埋石1 1、技术设计、技术设计 一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，通路线布设，二
5、等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。沿线交通较为方便。水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。2 2、选点、选点 水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。及结点接测图。3 3、埋石、埋石5.2.4 5.2.4 水准路线上的重力测量水准路线上的重力测量 因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线
6、沿线要进行重力测量。等水准路线沿线要进行重力测量。5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量一、城市和工程建设高程控制网概述一、城市和工程建设高程控制网概述 城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为二、三、四等二、三、四等3 3个等级。个等级。二、水准测量的实施二、水准测量的实施 图上设计应遵循以下原则：图上设计应遵循以下原则：（1 1）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。响。尽量避免跨越河流、湖泊
7、、沼泽等障碍物。（2 2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆线或电缆50m50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。（3 3）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。（4 4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为合路线。水准点间的距离：一般地区为2 24km4km；城市建筑区和工业区为；城市建
8、筑区和工业区为1 12km2km。（5 5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。（6 6）注意测区已有水准测量成果的利用。）注意测区已有水准测量成果的利用。5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。一般要求离铁路的距离应大于一般要求离铁路的距离应大于50m50m，离公路的距离应大于，离公路的距离应大于20m20m。我国水准仪系列及基本技术参数技术参数项目技术参数项目水准仪系列型号水准仪系列型号S05S05S1S1S3S3S10S10每公里
9、往返平均高差中误差每公里往返平均高差中误差望远镜放大率望远镜放大率望远镜有效孔径望远镜有效孔径管状水准器格值管状水准器格值测微器有效量测范围测微器有效量测范围测微器最小分格值测微器最小分格值0.5mm0.5mm4040倍倍60mm60mm10/2mm10/2mm5mm5mm0.1mm0.1mm1mm1mm4040倍倍50mm50mm10/2mm10/2mm5mm5mm0.1mm0.1mm3mm3mm3030倍倍42mm42mm20/mm20/mm10mm10mm2525倍倍35mm35mm20/2mm20/2mm自动安平水自动安平水准仪准仪补偿性能补偿性能补偿范围补偿范围安平精度安平精度安平时
10、间不长于安平时间不长于880.10.12s2s880.20.22s2s880.50.52s2s1010222s2s 1.1.精密水准仪的分类精密水准仪的分类 水准仪系列按精度分类有水准仪系列按精度分类有S05S05型型,S1,S1型型,S3,S3型等。型等。S S是是“水水”字的意思字的意思,数字表示偶然中误差，数字表示偶然中误差，Z Z表示自动安平。表示自动安平。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点 1 1）高质量的望远镜光学系统）高质量的望远镜光学系统 一般精密水准仪
11、的放大倍率应大于一般精密水准仪的放大倍率应大于4040倍，物镜的孔径应大于倍，物镜的孔径应大于50mm50mm。影像更清晰。影像更清晰。2 2）坚固稳定的仪器结构）坚固稳定的仪器结构主要构件均用特殊的合金钢制成，并有起隔热作用的防护罩。主要构件均用特殊的合金钢制成，并有起隔热作用的防护罩。3 3）高精度的测微器装置）高精度的测微器装置 精密水准仪必须有光学测微器装置，一般精密水准仪的光精密水准仪必须有光学测微器装置，一般精密水准仪的光学测微器可以读到学测微器可以读到0.lmm0.lmm，估读到，估读到0.Olmm0.Olmm。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准
12、尺的构造特点 4.高灵敏的管水准器高灵敏的管水准器 一般精密水准仪的管水准器的格值为一般精密水准仪的管水准器的格值为10/2mm。5.高性能的补偿器装置高性能的补偿器装置 （1 1）当空气的温度和湿度发生变化时，）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。或仅有微小的变化。因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。变形影响。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点 （2）水准标尺的分划必须十分正确）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差
13、和系统误差都与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。应很小。（3）水准标尺在构造上应保证全长）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。变形。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点 线条分划精密水准标尺的分格值有线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm和和5mm两种。两种。1）分格值为分格值为10mm如图（如图（a）所示，）所示，基本分划注记从基本分划注记从0300cm，辅助分划注记从辅助分划注记从300600cm，基辅差（尺常数）基辅差（尺常数）3.0155。2）分格值为分格值为5mm如图（如
14、图（b）所示，）所示，两排分划彼此错开两排分划彼此错开5mm,左边是单数，右边是双数，左边是单数，右边是双数，没有辅助分划没有辅助分划。右边是米数，左边是分米数，整个注记从右边是米数，左边是分米数，整个注记从0.15.9m，实际分格值为实际分格值为5mm，所测得的高差值必须除以，所测得的高差值必须除以2才是实际才是实际的高差值。的高差值。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 有效孔径为有效孔径为50mm放大倍率为放大倍率为40倍倍管状水准器格值为管状水准器格值为10“/2mm。与分格值为与分格值为l0mm的水准
15、标尺配套的水准标尺配套标尺的基辅差为标尺的基辅差为301.55cm。气泡式的精密水准仪、自动气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水准仪、数字水准仪安平的精密水准仪、数字水准仪以及相应的因瓦合金水准尺以及相应的因瓦合金水准尺Wild N3精密水准仪精密水准仪 5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 水准尺读数水准尺读数148148测微器读数测微器读数653(653(即即6.53mm)6.53mm)，全部读数为全部读数为148.653cm148.653cm。5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 仪器转轴位于靠近物镜的仪器转轴位于靠近物镜的一端。一端。使用倾斜螺旋使用倾斜螺旋精确整精确整平视准轴
16、时，平视准轴时，将会引起视准将会引起视准轴高度的变化轴高度的变化。如果前后视。如果前后视精确整平视准轴时，倾斜螺精确整平视准轴时，倾斜螺旋的转动量不等，就会在高旋的转动量不等，就会在高差中带来这种误差的影响。差中带来这种误差的影响。因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的分离量小于分离量小于lcm时（垂直轴基本在垂直位置），才允许使用时（垂直轴基本在垂直位置），才允许使用倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，位于过望远镜中心的垂直几何轴线上。位于过望远镜中心的垂直几
17、何轴线上。1）N3精密水准仪的倾料螺旋装置精密水准仪的倾料螺旋装置5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。测微分划尺上有测微分划尺上有100个分格，它与个分格，它与10mm相对应，即每分格为相对应，即每分格为0.lmm，可估，可估读至读至0.0lmm。每。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为lmm。2)N3精密水准仪的测微器装置精密水准仪的测微器装置5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 测微分
18、划上读数为测微分划上读数为5mm，而不是，而不是0。最后读数为。最后读数为148cm+6.50mm-5mm即即 =148.650cm-5mm 故，每次读数中应减去常数（初始读数故，每次读数中应减去常数（初始读数)5mm，但在计算高差时能自动抵，但在计算高差时能自动抵消这个常数。消这个常数。该仪器的主要特点是对热影响的感应较小，这是因为望远镜、管状水准器和平行玻璃板的倾斜设备等部件，都装在一个附有绝热层的金属套筒内。有效孔径为有效孔径为56mm望远镜放大倍率为望远镜放大倍率为44倍倍目镜视场内有左右两组楔形丝目镜视场内有左右两组楔形丝管水准器格值为管水准器格值为10/2mm。测微器范围是测微器范
19、围是10mm。5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见右图），通过放大镜在测测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见右图），通过放大镜在测微鼓上进行读数，测微鼓上有微鼓上进行读数，测微鼓上有100个分格，所以测微鼓最小格值为个分格，所以测微鼓最小格值为0.1mm。从望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场下部是。从望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场下部是水准器的符合气泡影像。水准器的符合气泡影像。Ni 004精密水准仪与分格值为精密水准仪与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使的精密因瓦水准尺配套使用。在右图中，使用测微螺旋用。在右图中，使用测微螺
20、旋使楔形丝夹准水准标尺上使楔形丝夹准水准标尺上197分划，在测微分划鼓上的读数分划，在测微分划鼓上的读数为为340，即，即3.40mm，水准标尺，水准标尺上的全部读数为上的全部读数为197.340cm。Zeiss Ni 004精密水准仪精密水准仪5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 3.国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 DS1型精密水准仪由北京测绘型精密水准仪由北京测绘仪器厂生产。仪器厂生产。仪器物镜的有效孔径为仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为望远镜放大倍率为40倍，倍，管状水准器格值为管状水准器格值为10/2mm。测微螺旋范围测微螺旋范围10mm，测微器，测微器分划尺有
21、分划尺有100个分格，最小格值个分格，最小格值为为0.1mm。5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 望远镜目镜视场中，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。该仪器与分格值为5mm的精密水准标尺配套使用。图中，楔形丝夹准198分划，测微器读数150，即1.50mm，全部读数为198.150cm。国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 1.1.自动安平水准仪的补偿原理自动安平水准仪的补偿原理5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 fgafg如果如果 则则 若补偿器能使来自水平若补偿器能使来自水平的光线平移量的
22、光线平移量a=fa=f，则平移后的光线也将正确地进入，则平移后的光线也将正确地进入十字丝分划十字丝分划O O1 1处，从而得到正确补偿的目的。处，从而得到正确补偿的目的。2fg2fg2.2.自动安平水准仪自动安平水准仪Koni007Koni007与分格值为与分格值为5mm5mm的精密因瓦水准尺配套使用。的精密因瓦水准尺配套使用。5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 1)1)光学补偿器光学补偿器光学补偿器光学补偿器6 6是一块等腰直角棱镜，是一块等腰直角棱镜，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，以摆轴为中心可以自由摆动，以摆轴为中心可以自由摆动，在在重力作用下
23、，最后静止在与重力重力作用下，最后静止在与重力方向一致的位置上方向一致的位置上5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 2 2）光学测微器）光学测微器5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 3.3.自动安平水准仪自动安平水准仪Ni002Ni002特点：没有水平方向制动，特点：没有水平方向制动，目镜可以在仪器上沿水平目镜可以在仪器上沿水平方向转动。方向转动。与分格值为与分格值为5mm5mm的精密因瓦的精密因瓦水准尺配套使用。水准尺配套使用。5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 2 光学补偿器（平面反射
24、摆镜）也称也称“数字水准仪数字水准仪”具有自动安平功能。具有自动安平功能。自动显示水平视线读数和视距。自动显示水平视线读数和视距。通过物镜获取水准尺图象，通过仪器的理通过物镜获取水准尺图象，通过仪器的理系统，将图象信息转换成数字显示。系统，将图象信息转换成数字显示。能与计算机实现数据通讯。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。器精平误差、瞄准误差、估读数误差。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 条码尺条码尺测量键测量键5.4.4 电子水准仪电子水准仪 拓普康拓普康DL-111CDL-111C电子水准仪电子
25、水准仪 采用最先进地图像处理技术，自动观测、自动记录，采用最先进地图像处理技术，自动观测、自动记录，每公里往返测高差中误差为每公里往返测高差中误差为0.3mm0.3mm。全中文显示，方便了普通测量工操作。全中文显示，方便了普通测量工操作。高精度测量高精度测量 全自动测量和数字显示可以避免读数误差，记录错误及其它可能出全自动测量和数字显示可以避免读数误差，记录错误及其它可能出现地人为错误。现地人为错误。测量方法测量方法 符合国家水准测量规范要求，可以判别多种限差符合国家水准测量规范要求，可以判别多种限差 测量效率提高测量效率提高5050 数据通讯功能数据通讯功能 标准地标准地RS-232RS-2
26、32接口可供水准仪与数据采集之间地实时通讯或数据接口可供水准仪与数据采集之间地实时通讯或数据直接输出到计算机。直接输出到计算机。CFCF卡数据存储卡数据存储 配备配备CFCF卡数据存储系统，可扩充海量数据存储。卡数据存储系统，可扩充海量数据存储。拓普康电子水准仪拓普康电子水准仪DL-111CDL-111C（国家（国家DS1DS1级）级）5.4.4 电子水准仪电子水准仪 型号型号 DXY67-DSZ2-D DXY67-DSZ2-D 放大倍数放大倍数 32X 32X 标准偏差标准偏差 1.5mm 1.5mm 有效孔径有效孔径 40mm 40mm 成像成像 正像正像 Erect Erect 视场角视
27、场角 1 126 26 乘常数乘常数 100 100 加常数加常数 0 0 最短视距最短视距 1.6m 1.6m 补偿工作范围补偿工作范围 15 15 补偿安平精度补偿安平精度 0.3 0.3 圆水准器角值圆水准器角值 8/2mm 8/2mm 度盘度盘 360360(400gon)(400gon)度盘分度值度盘分度值 1 1(1gon)(1gon)仪器重量仪器重量 3kg3kg自动安平水准仪自动安平水准仪 国产国产 达到达到DS1一级水准（需一级水准（需DS2+测绘器）测绘器）5.4.4 电子水准仪电子水准仪 要求竖丝要求竖丝位于条码位于条码带上，否带上，否则不能读则不能读数数要求尺子立要求尺
28、子立直（以圆气直（以圆气泡为准），泡为准），否则拒绝工否则拒绝工作。作。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 p大屏幕的液晶显示屏大屏幕的液晶显示屏p具有程序测量功能具有程序测量功能p调教才能读数调教才能读数p对标尺倾斜没有影响对标尺倾斜没有影响5.4.4 电子水准仪电子水准仪 技术规格型号DNA03DNA10每公里往返测高程精度标准水准尺 1.0mm，铟钢尺 0.3mm 标准水准尺1.5mm，铟钢尺 0.9mm放大倍率24x测量范围标准水准尺1.8m to 110m，铟钢尺 1.8m to 60m最小读数0.01mm 0.1mm单次测量时间3s测量程序测量和记录水准仪高程/距离，BF,aBF,B
29、FFB,aBFFB数据记录内存6 000个测量数据或1650组测站数据(BF)/PCMCIA卡（ATA-Flash/SRAM）/RS232输出数据格式GSI8/GSI16/XML/用户定义格式5.4.4 电子水准仪电子水准仪 显示屏液晶，中文8行，每行15个汉字或30个字母GEB111/GEB121使用时间可供操作12h/24h补偿器磁性阻尼补偿器补偿范围10补偿精度0.30.8电源NiMh电池/适配 6 节 1,5V(AA)电池工作温度-20到+50贮藏温度-40到+705.4.4 电子水准仪电子水准仪 相关法相关法测量原理：由传感器识别条形码水准标尺上的条形测量原理：由传感器识别条形码水准
30、标尺上的条形码分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示码分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。或存储在计算机内。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 p观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划影像射到分光镜上，并将其分为两部分：影像射到分光镜上，并将其分为两部分：其一是可见光其一是可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；通过十字丝和目镜，供照准用；其二是红外光射向探测器，其二是红外光射向探测器，它将望远镜接收到的光图像信息转换成电影像信号，并传它将望远镜接收到的光图像信息转换成电影像信号，并传输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读数。数。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 再见！
