Transcript 水准测量

第二章
§2.1
水准测量
水准测量原理
§2.2
DS3水准仪和水准测量的工具
§2.3
水准仪的使用
§2.4
水准测量的施测方法
§2.5
水准测量的内业计算
§2.6
水准仪的检验与校正
§2.7
水准测量的误差及注意事项
§2.8
其他水准仪简介
水准测量原理：
利用水准仪提供水平
视线，读取水准尺的读数，
测定两点间的高差，有已
知点高程推求未知点高程。 a
如图：
A
高差法
前进方向
b
B
hAB
hAB = a – b
hAB
视线高法
HB = HA +
Hi
Hi= HA+ a
HB= Hi-b
当a > b时，hAB 为正，B高于A ；
当a < b时， hAB 为负，B低于A。
HB
HA
大地水准面
高差法：利用高差计算高程。
（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）
视线高法：利用视线高计算高程。
（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）
水准测量所使用的仪器、工具：
水准仪
水准尺
尺垫
返回
一、水准仪
1、水准仪的等级
DS05、DS1、DS3、DS10、 DS20
D—大地测量仪器
S—水准仪
数字 — 表示仪器的精度，即每公里
往、返
测得高差中数的中误
差（mm）。
水准仪的作用是提供一条水平视线；
工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器
2、DS3型水准仪的 构造
主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。
目镜
准星
对光螺旋
缺口
水准管
目镜
物镜
微倾螺旋
微动螺旋
制动螺旋
脚螺旋
三脚架
水准管
圆水准器
圆水准器校正螺钉
（1）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；
由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、
调焦螺旋组成；放大率一般为25~30倍。
视准轴：物镜中心 与十字丝交点的连线。
（2）水准器
水准器的作用：整平仪器，
使视准轴处于水平位置。
①圆水准器
作用：粗略整平
结构：如图所示
精度：一般为
8＇~ 10＇/2mm
（气泡中心偏离零点2mm
所对的圆心角）
②管水准器
作用：精确整平
结构：如图所示
精度：一般τ= 20″/2mm
水准管的分划值τ：
气泡中心偏离零点2mm
所对的圆心角。
2
公式：   
R
分析： R越大，τ越小，灵敏度越高。
DS3 : R=20.6265米 τ=20″
（3）基座
轴座：承托仪器上部
组成
脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中
连接板：连接三脚架
轴座
脚螺旋
连接板
二、水准尺和尺垫
1、水准尺
塔尺 ：可以伸缩，一般全长3m、5m，
用于等外水准测量。
双面尺：不可伸缩，一般全长3m，
用于三、四等水准测量。
2、尺垫
仅在转点处竖立水准尺时使用，
防止点位移动和水准尺下沉。
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一、操作步骤
1、安置仪器
高度适中、架头大致水平，固定仪器。
2、粗略整平
目的：
使圆水准气泡居中，
视准轴粗略水平。
方法（如图所示）：
3、瞄准水准尺
目的：使目标和十字丝成像清晰。
方法：①
初步瞄准（用准星对准目标
）
②
目镜调焦（使十字丝
清晰）
③ 物镜调焦（使目标成
注意：瞄准时应消除视差。
像清晰）
视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像
④ 精确瞄准（使纵丝对
准目标）
不在十字丝平面上，以致两者不能同时被
看清。
消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。
4、精确整平
目的：使水准管气泡居中，
视准轴精确水平。
方法：调节微倾螺旋，使
气泡影像符合。
5、读数
用十字丝横丝在水准
尺上按从小到大的方向读
数，读取米、分米、厘米、
毫米（估读数）四位数字。
如图的读数 0.860m
注意：读数前必须精平，
精平后立即读数。
二、一个测站的水准测量工作
1、安置仪器于AB之间，
立尺于A、B点上；
2、粗略整平；
3、瞄准A尺，精平、读数a，
a
b
B
记录1.568m；
A
4、瞄准B尺，精平、读数b，
记录1.471m；
5、计算：hAB = a – b = 1.568-1.471=0.115m
即B点比A点高0.115m。
hBA = – hAB= – 0.115m，即 A点比B点低0.115m。
三、概念
1、测站：测量仪器所安置的地点。
2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。
3、后视：水准路线的后视方向。
4、前视：水准路线的前视方向。
5、视线高程：后视高程+后视读数。
6、视距：水准仪至标尺的水平距离。
7、水准点：水准测量的固定标志。
8、 水准点高程：指标志点顶面的高程。
水准点
9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。
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一、连续水准测量
当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测
定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到
起终两点间的高差。
如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。
h1 =a1-b1
h2 =a2-b2
h3 =a3-b3
h4
=a4-b4
hAB= h1+h2+h3+h4
a2
a1
A
b1
b2
a4
a3
b4
b3
TP3
TP2
TP1
n
n
A、B两点高差计算的一般公式：hAB=  hi
（ai  bi）
i 1
i 1
=
n—为测站数
B
例：
前进方向
1.672
1.258
2.142
1.664
0.928
2.074
1.431
1.235
B
Ⅰ
TP1
TP3
Ⅱ
TP2
Ⅲ
Ⅳ
HB
HA=123.446m
A
大地水准面
注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观
测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。
水 准 测 量 手 簿
测
站
点号
A
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
计算
检核
水准尺读数
后视（a） 前视（b）
2.142
1.258
TP1
TP1
TP2
TP2
TP3
TP3
B
Σ
高差
（m）
0.928
1.235
1.664
+0.884
高程
（m）
123.446 已知
-0.307
+0.233
1.431
1.672
2.074
6.406
5.998
∑a－∑b＝0.408
备
注
-0.402
123.854
0.408
0.408
（一）、测站检核
目的：保证前后视读数的正确。
方法：变动仪器高法、双面尺法
1、变动仪器高法
在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两
次测出高差；等外水准测量其差值|Δh |≤ 6mm，
取其平均值作为最后结果。
2、双面尺法
采用黑红面的水准尺，利用双面的零
点差检核观测质量。
（二）、计算检核
目的：检核计算高差和高程计算是否正确。
检核条件：  a   b   h  H B  H A
如上表所示：
 a   b （6.406  5.998)  0.408m
 h  0.408m
H B  H A  123.854  123.446  0.408m
等式条件成立，说明计算正确。
二、成果检核
水准测量时，一般将已知水准点和待
测水准点组成一条水准路线；
在水准测量的施测过程中，测站检核
只能检核一个测站上是否存在错误或误
差是否超限；
计算检核只能发现每页计算是否有误；
对一条水准路线来讲必须进行成果检核。
1、水准路线的布设形式
附合水准路线（见图1）
闭合水准路线（见图2）
支水准路线（见图3）
1
BMA
1
2
3
4
BMB
BMA
图1
BMA
2
3
2
1
3
图3
4
图2
2、检核的主要内容
闭合差：观测值与理论值的差值。
高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；
用fh表示，即 fh=∑h测 - ∑h理
限差：《规范》规定的的高差闭合差的允许值；
用fh允表示。
等外水准测量要求：
平地： fh允L≤±40
（mm）
L—水准路线的长度，单
位km。
n
山地： fh允≤±12
（mm）
n—水准路线的测站数。
要求：
fh≤ fh允
3、不同形式水准路线fh的计算
附和水准路线：
∑h测=h1+h2+h3+ ······ + hn
∑h理=H终 – H始
fh = ∑h测 - ∑h理= ∑h测-（H终 – H始）
闭合水准路线：
∑h测= h1+h2+h3+ ······ + hn
∑h理= 0
fh = ∑h测 - ∑h理= ∑h测
支水准路线：
∑h测= ∑h往+ ∑h返
∑h理= 0
fh = ∑h测 - ∑h理= ∑h往+ ∑h返
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一、符合水准路线的内业计算
如图为一符合水准路线：
A、B为已知水准点，HA =65.376m ， HB =68.623m
点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、
距离见下图：
前进方向
1
A
h1  1.575
n1  8
L1  1.0km
h2  2.036
n2  12
L2  1.2km
B
3
2
h3  1.742
n3  14
L3  1.4km
h4  1.446
n4  16
L4  2.2km
符合水准测量成果计算表
测段
点名
1
2
A
1
距离
km
实测高差
测站数
m
改正数
m
改正后
的高差
m
3
4
5
6
7
1.0
8
+1.575
-0.012
+1.563
高程
m
8
9
65.376 已知
1
2
66.939
1.2
12
+2.036
-0.014
+2.022
2
3
68.961
1.4
14
-1.742
-0.016
-1.758
67.203
3
4
Σ
辅助
计算
B
备注
2.2
16
+1.446 -0.026
+1.420
5.8
50
+3.315 -0.068
+3.247 68.623 已知
f h  68mm
f h允  40 5.8mm  96mm
L  5.8km
 fh
L
 12mm
1、计算闭合差：
fh   h  (H B  H A )
 3.315  (68.623  65.376)
 0.068m
2、检核：
f h允  40 Lmm
 40 5.8  96mm
f h  f h允
故其精度符合要求。
3、计算改正数
分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并
反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。
fh
按距离： vi    l  li
按测站数： vi  
fh
n
 ni
以第1测段为例，测段改正数为：
f
v1   h
 l1 (0.068 5.8) 1  0.012m
l
检核：
 v   fh
4、计算改正后高差
hi改  hi  vi
检核：
 hi改  H B  H A
以第1测段为例，改正后的高差为：
h1改  h1测  v1  1.575  0.012  1.563m
5、计算高程
H i  H i 1  hi改
如： H1  H A  h1改  65.376  1.563  66.939m
检核： H B (算）  H B（已知） 66.623m
否则说明高程计算有误。
二、闭合水准路线成果计算
1、计算闭合差：
f h   h测
2、检核：
f h  f h允
3、计算高差改正数：
fh
fh
vi  
 ni
vi  
 li
n

l
4、计算改正后高差： hi改
5、计算各测点高程：H i
 hi  vi
 H i 1  hi改
闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。
三、支水准路线成果计算 (HA=186.785m)
1、计算闭合差：
n = 16站
f h  h往  h返
hA（往）
 1.357m
1
A
 1.375  1.396
hA（返）
 1.396m
1
 0.021m
2、检核：
f h允  12 n  12 16  48mm
f h  f h允 ，故精度符合要求。
3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其
符号与往测相同）
hA1   (1.375  1.396)
4、计算高程
2
 1.386m
H1=186.785-1.386=185.399m
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1
一、水准仪的主要轴线及应满足的条件
主要轴线：视准轴CC
水准管轴LL
仪器竖轴VV 圆水准器轴 LL
几何关系：
圆水准器轴//仪器竖轴
水准管轴//视准轴
十字丝横丝 竖轴
二、水准仪的检验和校正
1、圆水准器的检验和校正
目的：使圆水准器轴//仪器竖轴
检验： ①用脚螺旋使圆水准器气泡居中；
②望远镜旋转180度。
若气泡仍居中，满足要求；
若气泡不居中，需进行校正。
校正： ①用脚螺旋调气泡偏离
值的一半；
②用圆水准器的校正
螺旋再调一半。
2、十字丝横丝的检校和校正
目的：使十字丝横丝 竖轴
检验：
①精平仪器，十字丝横丝左边
对准墙上标志点p；
②水平微动，p点在横丝上移动，
说明十字丝横丝位置正
确；
否则需要校正。
校正：
①松开十字丝的固定螺旋；
②微微转动十字丝环座，
至p点轨迹与横丝重合；
③拧紧十字丝的固定螺旋。
P
十字丝固定螺旋
3、水准管轴的检验与校正
目的：使水准管轴//视准轴。
检验：
①在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水
准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之
差≤3mm）测定两点之间 的高差h0=a1-b1；
a1
Δ
Δ
i
A
i
B
C
i角— 视准轴与水准管轴之间的夹角；
前后视距相等可以消除。
b1
②仪器搬A点附近，测得高差 h = a2－b2；
若 h=h0，则水准管轴//视准轴；
若 h不等于h0，则存在i角。
如图： b  a  h
2应
2
0
b2  b2应
i
  
DAB
a2
a1
式中：DAB 为AB两点之间的距离
   206265
i
2Δ
Δ
Δ
i
A
i
B
C
b2
b2应
b1
对于DS3水准仪，当 i  20 时，则需校正。
3、校正
①转动微倾螺旋，使
b2  b2应 （此时视准轴水
平，水准管气泡不居中）。
②调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。
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误差来源：
仪器误差 + 观测误差 + 外界条件的
影响
一、仪器误差
1、仪器校正后的残余误差—主要是i角误差。
（前后视距相等可消除）
2、水准尺误差— 包括刻划不准、尺长变化、
尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视
尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）
二、观测误差
1、视差（仔细调焦可消除）
2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）
3、水准器泡居中误差（符合后立即读数）
4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）
三、外界条件的影响
1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）
2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）
3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）
4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）
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精密水准仪
主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。
特点：
1、结构精密、性能稳定、测量
精度高；
2、望远镜放大率不小于40倍；
3、水准管分划值为10"/2mm；
4、采用光学测微器读数，可直
接到0.1mm，估读到0.01mm；
5、配专用精密水准尺；
操作方法与DS3水准仪基本相同。
自动安平水准仪
自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替
水准管，使视准轴水平。
特点：
1、视准轴自动安平；
2、提高水准测量精度；
3、减少操作步骤，
提高工作效率。
激光水准仪
激光水准仪有水准仪、
内置
激光器、电源
激光器、电源等组成。
特点：
1、视准轴为一束
红色可见光。
2、广泛应用于水平
场地的测设、
大型设备安装。
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