水准仪使用教程.ppt

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1、水准仪使用教程 2.1 水准测量原理 2.2 DS3水准仪和水准测量的工具 2.3 水准仪的操作步骤 2.4 普通水准测量方法 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,高差是确定地面点位的三要素之一，一般是通过测量高差进而求得点的高程。,水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。本章重点介绍水准测量的原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量外业和内业以及水准仪的检验与校正等内容。,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，由已知点高程推求未知点高程。如图：hAB=a b HB=HA+hAB,大地水准面,H

2、i,b,HB,HA,hAB,前进方向,高差法,Hi=HA+aHB=Hi-b,视线高法,A,B,当a b时，hAB 为正，B高于A；当a b时，hAB 为负，B低于A。,a,水准测量原理,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,一、水准仪1、按水准仪的等级分 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）。2、按构造分：微倾式水准仪、自动安平 水准仪、激光水准仪和

3、数字水准仪。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 标称精度为3mm/km。,DS3水准仪和水准测量工具,自动安平水准仪,数字水准仪,水准仪分类,激光水准仪,微倾水准仪,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,2、DS3型水准仪的,主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。,构造,微倾螺旋,（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2530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。圆水准器 作用：粗略整平 结构：如图所示 精度：一般为 8 1

4、0/2mm（气泡中心偏离零点2mm 所对的圆心角）,管水准器 作用：精确整平结构：如图所示 精度：一般=20/2mm 水准管的分划值：气泡中心偏离零点2mm 所对的圆心角。公式：分析：R越大，越小，灵敏度越高。DS3:R=20.6265米=20,（3）基座,轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架,组成,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。,塔尺,双面水准尺的两面均有刻划，一面为黑白分划，称为“黑面尺

5、”（也称主尺）；另一面为红白分划，称为“红面尺”。通常用两根尺组成一对进行水准测量。两根尺的黑面尺尺底尺均从零开始，而红面尺尺底，一根从固定数值4.687m开始，另一根从固定数值4.787m开始，此数值称为零点差（或红黑面常数差）。水平视线在同一根水准尺上的黑面与红面的读数之差称为尺底的零点差，可作为水准测量时读数的检核。,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)：,水准仪的操作步骤,用圆水准器进行粗平,左手大拇指的运动方向和气泡运动的方向一致。,通过水准器零点与1、2两脚螺旋连线的垂线上,3、瞄准水准尺

6、 目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：初步瞄准（用准星对准目标）目镜调焦（使十字丝清晰）物镜调焦（使目标成像清晰）精确瞄准（使纵丝对准目标）,注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像 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 1245，即1.245m。,注意：读数前必须精平，精平后立即读数。,12,11,13,二、一个测站的水准测量工

7、作,A,B,a,b,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，记录1.568m；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

8、。9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。,水准点,A、B两点高差计算的一般公式：hAB=,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。,B,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,n为测站数,普通水准测量,例：,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）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,HA=1

9、23.446m,HB,大 地 水 准 面,前进方向,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3 B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,计算检核,6.406 5.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,普 通 水 准 测 量 手 簿,已知,124.330,124.023,124.256,一、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

10、测量其差值|h|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：如上表所示：,等式条件成立，说明计算正确。,三、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）,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA

11、,1,2,3,4,图2,BMA,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40（mm）L水准路线的长度，单位km。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-

12、h理=h往+h返,一、附合水准路线的内业计算 如图为一附合水准路线：,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：,水准测量的内业计算,备注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.0 8+1.575,1.2 12+2.036,1.4 14-1.742,2.2 16+1.446,5.8 50+3.315,辅助计算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623

13、,附合水准测量成果计算表,已知,已知,1、计算闭合差：,2、检核：,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。,按距离：,按测站数：,以第1测段为例，测段改正数为：,检核：,4、计算改正后高差,检核：,以第1测段为例，改正后的高差为：,5、计算高程,如：,检核：,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：2、检核：3、计算高差改正数：闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。,4、计算改正后高差：5、计算各测点高程：,三、支水准路线成果计算,1,1、计算闭合差：,2、检核：,，故精度符合要

14、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）,4、计算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),小地区控制测量一般采用三四等水准测量和三角高程测量。,一、三、四等水准测量,用于国家高程控制网加密、建立小地区首级高程控制。布设形式：符合水准路线、结点网的形式；闭合水准路线形式；水准支线。,三、四等水准的主要技术要求,等级,水准仪 型号,视线长度,m,前后视距差m,前后视距累积差m,视线离地面最低高度m,基本分划、辅助分划（黑红面）读数差mm,基本分划、辅助分划（黑红面）高差之差mm,等级,水准仪 型号,水准尺,线路长度,km,与已知

15、点联测,附合成 环线,观测次数,每千米高差中误差mm,往返较差、附合或环线闭合差,平地mm,山地mm,三,四,五,图根,DS1,DS3,DS3,DS10,DS3,因瓦,双面,双面,单面,单面,50,16,5,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往一次,往一次,往一次,往一次,6,10,15,20,三,四,五,图根,DS1,DS3,DS3,DS10,DS3,100,75,100,100,100,3,5,大致相等,6,10,0.3,0.2,2.0,3.0,1.0,5.0,3.0,1.5,L为往返测段、附合或环绕的水准路线长度（单位为km）,n为测站数。,三四等水

16、准测量的观测和记录方法,1）双面尺法,后视黑面，读取下、上、中丝读数，记入（1）（2）（3）中；前视黑面，读取下、上、中丝读数，记入（4）（5）（6）中；,黑面尺,红面尺,2）单面尺法,按变动仪器高法进行检核。观测顺序为“后前变动仪器高前后”，变高前按三丝读数，以后按中丝读数。,前视红面，读取中丝读数，记入（7）；后视红面，读取中丝读数，记入（8）。,测站计算和检核,1）双面尺法计算和检核,视距计算 前、后视距差：三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。前、后视距累积差：三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。,计算黑面、红面的高差 三等水准测量，不得超过3m

17、m，四等水准测量，不得超过5mm。式内0.100为单、双号两根水准尺红面零点注记之差，以米(m)为单位。计算平均高差,同一水准尺红、黑面中丝读数的检核 同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)，三等水准测量，不得超过2mm，四等水准测量，不得超过3mm。,测站编号,点号,后尺,前尺,下丝,上丝,下丝,上丝,后视距,前视距,视距差d(m),d(m),方向及尺号,水准尺读数（m）,黑面,红面,K+黑-红,平均高差（m）,备注,K为尺常数：K5=4.787K6=4.687,三、四等水准测量记录（双面尺法）,（1）,（4）,（2）,（5）,（9）,（10）

18、,（11）,（12）,后,前,后-前,（3）,（6）,（8）,（7）,（15）,（16）,（14）,（13）,（17）,（18）,1,2,1.536,0.947,58.9,+0.1,1.954,1.373,58.1,-0.2,1.030,0.442,58.8,+0.1,1.276,0.694,58.3,-0.1,后5,前6,后-前,后6,前5,后-前,1.242,0.736,+0.506,6.030,5.422,+0.608,1.664,0.985,+0.679,6.350,5.773,+0.577,-1,+1,-2,+0.5070,+1,-1,+2,+0.6780,每页校核：,（9）=117

19、.0（10）=117.1,=-0.1=2站（12）,（3）+（8）=15.286（6）+（7）=12.916,=+2.37,（15）+（16）=+2.37,（18）=+1.185 2（18）=+2.37,总视距（9）+（10）=234.1m,2）单面尺法的计算校核,四等水准测量记录、计算表（变更仪器高法）,测站编号,1,后尺,前尺,下丝,上丝,下丝,上丝,后视距,前视距,视距差d(m),d(m),水准尺读数（m）,后视,前视,高 差,+,-,平均高差,备注,（1）,（4）,（2）,（5）,（3）,（6）,（9）,（10）,（11）,（12）,（8）,（7）,（15）,（14）,（13）,1.6

20、81,1.307,1.494,0.849,0.473,0.661,0.541,1.372,37.4,37.6,-0.2,-0.2,0.831,0.833,+0.832（5）,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 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,水准仪的检验与校正,二、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：用脚螺旋使圆水准器气泡居中；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：用脚螺旋调气泡偏离 值的一半；用圆水准器的校正 螺旋再调一半。,

21、2、十字丝横丝的检校和校正 目的：使十字丝横丝 竖轴 检验：精平仪器，十字丝横丝左边 对准墙上标志点p；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：松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；拧紧十字丝的固定螺旋。,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：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；,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。,仪器搬A点附近，测得高差 h=a2b2；若 h=h0，则水准管轴/视

22、准轴；若 h不等于h0，则存在i角。如图：,式中：DAB 为AB两点之间的距离,对于DS3水准仪，当 时，则需校正。,3、校正 转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。,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）,水准测量的误差及注意事项,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

23、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）,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。,其他水准仪简介,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、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。,内置激光器、电源,