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1、第三章 高程测量,内容提要：3.1 水准测量原理与仪器操作3.2 S3级微倾式水准仪的构造与使用3.3 普通水准测量3.4 其他类型水准仪器3.5 三角高程测量,高程测量概念（Height Measurement）根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。,高程测量的方法分类,1、水准测量(leveling)2、三角高程测量(trigonometric leveling)3、气压高程测量(air pressure leveling)4、GPS测量。(GPS leveling),一.基本原理 利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高
2、程。,2.1 水准测量原理,A后视点 a后视读数B前视点 b前视读数,由水准测量的原理可知：水准测量的基本要求是：1、水准仪提供的视线必须水平；2、水准尺必须竖直。高差=后视读数-前视读数水准测量的方法包括：高差法：利用高差计算待定点高程；仪高法：利用仪器视线高计算待定点高程。,hAB=h1+h2+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn)=a-b,4.转点TP(turning point)的概念,若A、B 两点间布设一些过渡点（转点）1、2、3，将其分为n段，则用水准仪分别测得各段高差为h1，h2 hn，则有：,1、望远镜(telescope)物镜目镜十字丝（上、中、下丝）三个部分
3、组成。,3.2 S3级微倾式水准仪的构造与使用,（一）水准仪(level)构造,圆水准器(circular bubble)：用于整平。水准管(bubble tube)：用于精平。特性：气泡始终向高处移动。3、基座(tribrach),2、水准器(bubble),（二）水准尺(leveling staff)主要有单面尺、双面尺和塔尺。,1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。,（三）尺垫(staff plate)放在转点上，以防水准尺下沉。,三.水准仪的使用,操作程序：粗平瞄准精平读数（一）粗平 调
4、节脚螺旋，使圆水准气泡居中。1方法：对向转动脚螺旋1、2使气泡移至1、2方向中间转动脚螺旋3，使气泡居中。,水准仪的使用,图形：粗平的操作方法示意图,2规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。,（二）瞄准,1方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。2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：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。,（三）精平,1、方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。2、说明：自动安平水准仪（compensator level），不需进行精平。,（四）读数,精平后，用十字丝的中丝在水准尺上
5、读数。1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。2规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。,图形：水准仪读数实例,4.水准仪读数实例,6.252,1.477,0.725,3.3 普通水准测量,一、水准点(Bench Mark)通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。,水准点示意图,二、水准路线(leveling line),1闭合水准路线(closed leveling line)由已知点BM1已知点BM12附合水准路线(annexed leveling line)由已知点B
6、M1已知点BM23支水准路线(spur leveling line)由已知点BM1某一待定水准点A。,图形：水准路线布设形式,三、水准测量的实施（外业）1、观测要求,前进方向,（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2）为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。两次仪器高法：高差之差h-h5mm,图形：水准测量实施与记录对照图,四.水准测量成果整理步骤,（一）计算高差闭合差(closing error),公式：,故对于闭合水准路线，有：,对于附合水准路线，有：,（二）分配高差闭合差,1、计算高差闭合差的容许值（tolerance）,对于普通水准测量：,式中，fh容高差闭合
7、差限差，单位：mm；L水准路线长度，单位：km；n测站数。,2、分配原则,按与距离L或测站数n成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。,（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。,五.水准测量成果整理实例,【例】如图按图根水准测量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：,第二步计算限差：,故可进行闭合差分配,例题解算（Page1）,第三步计算每km
8、改正数：,例题解算（Page2）,第四步计算各段高差改正数：,。第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的高程。改正后高差=改正前高差+改正数Vi,四舍五入后，使：,故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。,例题解算（Page3）,故可得：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),用EXCEL软件程
9、序计算水准路线,课间实验4:等外闭合水准路线测量,实验目的:使学生掌握等外闭合水准路线的测量方法。仪器设备:每组水准仪1台、水准尺2把、记录板1个。实验任务:已知HBM=785.631m，按等外水准精度要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭合差f h。,普通水准仪的检验与校正,水准管轴LL视准轴CC圆水准轴LL 竖轴VV横丝要水平（即：VV）,一、水准仪轴线应满足的几何关系,二.水准仪的检验与校正,（一）圆水准器的检验与校正1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180，看气泡是否居中。2、校正：用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用三个“校正螺旋”，使气泡居中。,（二）十字丝横丝的检验与校
10、正,1、检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看P点是否沿着横丝移动。2、校正：旋下目镜处十字丝环外罩，转动左右2个“校正螺丝”。,（三）水准管轴视准轴（i角）的检校,1、检验：（1）平坦地上选A、B两点，约50m。（2）在中点C架仪，读取a1、b1,（3）在距B点约23m处架仪，读取a2、b2，得h2=a2-b2。若h2h1,则水准管轴不平行视准轴。,2、校正 方法有二种：,（1）校正水准管旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a2=h1+b2)，拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。（2）校正十字丝可用于自动安平水准仪保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横
11、丝对准(a2=h1+b2)。,课间实验5:水准仪检校,实验目的:使学生掌握水准仪检验的项目及方法。仪器设备:每组自动安水准仪1台、水准尺2把、皮尺1把、记录板1个。实验任务:每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、水准管平行于视准轴（i角）三项检验。说明:进行i角检验时，要求用两次仪器高法来测量，以保证精度，才能把仪器误差与观测误差区分开来。,3.4 其他类型水准仪器,一、自动安平水准仪(compensator level)1原理望远镜的光路上加有一个补偿器。,自动安平水准仪照片,3检校要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警告指示窗是否出现红色。,2使用粗平后，望远镜内观察警告指
12、示窗应全部呈绿色；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。,二、精密水准仪(precise level),1、精密水准仪提供精确的水平视线和精确读数；2、精密水准尺刻度精确(铟瓦尺invar leveling staff)。,3、读数方法：,精平后，转动“测微螺旋”，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。将整分划值和测微器中的读数合起来。,1.48655m,三数字水准仪(digital level)及条纹码水准尺(coding level staff),优点:具有自动安平、显示读数和视距功能。与计算机数据通讯，避免人为观测误差。,水准测量误差及注意事项,来源有：仪器误差、操作误差、外界条件
13、影响一、仪器误差主要有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差,二、操作误差主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。三、外界条件影响的误差主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。,3.5 三角高程测量,三角高程测量(trigonometric leveling),（一）适用于：地形起伏大的地区进行高程控制。实践证明，电磁波三角高程的精度可以达到四等水准的要求。,（二）原理,注意：当两点距离较大（大于300m）时：,1、加球气差改正数：,2、可采用对向观测后取平均的方法，抵消球气差的影响。,（三）观测与计算测竖直角、量仪器高、量觇标高（棱镜高）。其技术要求，见各种规范。,；即有：,球差为正，气差为负,图形：电磁波三角高程测量记录表,再见,
