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1、第二章 水准测量,2-1 高程测量概述,79,1,一、高程原点 我国采用黄海平均海水面作为全国高程系统的基准面，在青岛设立验潮站和“青岛水准原点”,其高程为 72.2604m这个高程基准面和水准原点称为：“1985国家高程基准”,青岛观象山水准原点,79,2,79,3,二、高程测量的方法 水准测量用水准仪进行高差测量,是高程测量的主要方法。,三角高程测量 用经纬仪、测距仪或全站仪测定两点间的高差。GNSS高程测量 用GNSS接收机，收取卫星信号，测定点的高程。,三、地面点的高程,高程（绝对高程、海拔）-地面点到大地水准面的铅垂距离假定高程（相对高程）-地面点到假定水准面的铅垂距离,79,4,高
2、差-两点间的高程之差(无论绝对高程或相对高程),79,5,四、水准测量的等级 分一、二、三、四等（按精度要求或控制范围）,一等水准测量:作为国家的高程控制,建立统一的高程基准,科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）,二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量,三、四等水准测量:作为小地区高程控制；普通工程测量；地形测量,2-2 水准测量原理,测量A、B 两点间的高差h，在A、B 上竖立水准尺，用水准仪构成一条水平视线，该视线在两尺上取得读数 a 和 b。则 A与 B 的高程之差：hAB=a b（高差 h 有正有负）如已知A点 高程为 HA，则B点 的高程：HB=HA+hAB,
3、79,6,79,7,水准测量原理,当 Da=Db 时，,水准仪至两支水准尺等距 中间法水准测量,（消除水准面曲率影响）,79,8,在山坡地段进行水准测量,79,9,连续水准测量（连续安置水准仪的测量方法）两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干个转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。,hAB=h1+h2+.+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+.+(an-bn)=a-b,一.水准测量的仪器与工具,79,10,2-3 水准尺和水准仪,水准尺和尺垫 单面尺水准尺仅一面有分划 双面尺(黑面,红面，尺常数 4.687m 或 4.787m）用于三等以下水准测量。,塔尺可伸缩，伸足为3米、5米，用
4、于一般工程测量。尺垫在转点上立尺用。,尺垫 转点处立水准尺，用生铁铸成中间突起的三角形基座，防止立尺沉降和高程变动,79,11,2.水准仪,79,12,二、水准仪,水准仪等级(精度系列)：S05 S1 S3 S10 型号下标：毫米数，表示 1公里往、返测量的高差平 均值的中误差。,水准仪构造(主要部分)：望远镜 水准器 支架 基座,S3 水准仪外型,S3水准仪 主要用于地形测量和普通工程测量,79,13,S3水准仪属于微倾式水准仪 按圆水准器初步置平仪器旋转微倾螺旋 管水准器气泡居中视线水平,79,14,微倾置平系统：微倾螺旋 管水准器 符合棱镜水准气泡观察镜,79,15,15,水准管及符合棱
5、镜结构图,符合棱镜系统使水准气泡两端成象在一起便于观察。若直接用肉眼观察则因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差，并要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中。用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。,79,16,符合棱镜的设置,符合棱镜的观察窗口,气泡居中,气泡未居中,三、水准仪的使用,安置水准仪,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上。（一）粗平 根据圆水准器气泡，用脚螺旋粗略置平仪器；（二）瞄准 将望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦，使十字丝和尺像清晰；（三）精平 旋转微倾螺旋，使水准管气泡严格居中；（四）读数 按十字丝的中横丝在水准尺上读数。,79,17,水准尺读数
6、方法：用十字丝的横丝在 水准尺上读数：米,分米,厘米,毫米 每次读四位数,首位 米数是“0”也必须 读数和记录，例如：0875 表示是 0.875米，或 875毫米。,79,18,尺上读数 1575,水准管的校正螺丝像片,79,19,圆水准器,脚螺旋,（一）粗平,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个架腿，动第三个架腿，使三脚架架头大致水平；转动脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。,79,20,根据圆水准器用脚螺旋整平仪器,（左手拇指法则）,1,2,3,3,2,1,使气泡向右移动,使气泡向前移动,（二）瞄准,物镜的作用：使目标成象。目镜的作用：使十字丝和目标象放大。十字丝固定。为了使仪器适用于不同
7、视力的人旋转目镜可以使其前后移动，称为 目镜调焦。转动物镜调焦螺旋，使远近不同的目标都能成象于十字丝平面上，称为 物镜调焦。视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差，视差影响瞄准的精度。重新进行目镜调焦和物镜调焦，使其都十分清晰，可以 消除视差。,79,21,水准管的校正螺丝像片,79,22,目镜调焦环,缺口和准星,物镜调焦螺旋,水平方向微动螺旋,圆水准器,水准管,微倾螺旋,脚螺旋,气泡符合观察镜,视差,79,23,视差现象：改变眼睛与目镜的相对位置，十字丝与目标的像有相对移动视差产生原因：望远镜内目标像与十字丝
8、分划板未重合。,消除视差的步骤：目镜调焦，使十字丝最清晰；物镜调焦，使目标像最清晰，消除视差。,符合棱镜系统 把水准气泡两 端成象在一起 便于观察。,79,24,（三）精平（用微倾螺旋使水准管气泡符合）,气泡居中,气泡未居中,微倾螺旋转动方向,用符合棱镜系统观察，判断“气泡居中”的精度可以提高。,（用区格式水准尺）,79,25,（四）读数,水准尺的分划不是线划式而是区格式的。,区格的边缘是分划的位置，区格内的毫米数用“估读”方法。,水准尺读数：1.575（1575）,瞄准与读数,79,26,对水准尺的瞄准与读数（望远镜正像）,a,读数：正像望远镜，在水准尺上“从下往上”读；倒像望远镜，“从上向
9、下”读：米(m)位与分米位(dm)位直读标尺上的数字，厘米位(cm)为数格子，毫米(mm)位为估读。而水准尺读数精度关键在毫米位！双面尺红黑面读数差为 6295-1608=4687，称为“尺常数”。,79,27,倒像望远镜 对双面尺读数,79,28,在区格式水准尺上的各种读数（倒像双面尺配合水准仪倒像望远镜）,79,29,四、自动安平水准仪,（一）自动安平水准仪的特点,没有水准管和微倾螺旋，望远镜和支 架连成一体；2.测量时，只需根据圆水准器粗平仪器，视线的精平由补偿器完成。,79,30,（二）自动安平水准仪基本原理（利用重力的补偿器使视线精平）,补偿条件：,DSZ2 自动安平水准仪,79,3
10、1,79,32,Zeiss Koni007自动安平水准仪,补偿器结构,Zeiss Reni 002A精密自动安平水准仪,79,33,002A自动安平水准仪内部结构（光学部件的光路和补偿器）,79,34,目镜,物镜,重力补偿器,圆水准器,79,35,用自动安平水准仪,沿山区道路进行精密水准测量,2-4 水准测量的方法及成果处理,一、水准点和水准路线（一）水准点永久性水准点埋设要求：地基稳固 地点隐蔽 能长期保存 又便于观测,79,36,（二）水准路线,1.支水准路线2.闭合水准路线3.符合水准路线,79,37,（高程已知点和待定点的各种布置形式）,二、水准测量方法,（一）两次仪器高法(安置两次仪
11、器，高差 10cm)已知 HA，求 HB，两次测得高差：,79,38,a1,b,a,b2,h1=a1-b1,h2=a2-b2,h1-h2=f 5mm,2,1,容许高差之差：,高差取平均,两次仪器高法 每站观测两次高差，以检核观测数据的正确性,两次不同仪器高度的水平视线，对后视和前视水准尺读数。(改变仪器高度应在10cm以上)两次高差之差应小于5mm，否则应重测；观测成果合格，则取两次高差之平均数，观测步骤（顺序）：后视 前视(改变仪器高）前视 后视 上述观测顺序简称为:“后前前后”,79,39,79,40,表2-2 水准测量记录(两次仪器高法),二、水准测量方法,（二）双面尺法（用黑红双面水准
12、尺，在尺子两面读数）已知HA，求HB,79,41,a1,b1,a2,b2,h1=a1-b1,h2=a2-b2,h1-h2=f 5mm,双面尺法 读取每一支水准尺的黑面和红面分划读数，前、后视尺的黑面读数计算出一个高差，前、后视尺的红面读数计算出另一个高差，两次高差之差应小于5mm，否则应重测。观测成果合格，则取其平均数。观测步骤（顺序）：瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。瞄准后视点水准尺红面分划精平读数；上述观测顺序简称为：“后前前后”,79,42,79,43,表2-3 准测量记录（双面尺法）,三、水准测量成果整理,（一）高差
13、闭合差计算,0,（闭合水准）,HB HA=H终-H始,（附合水准）,无,（支水准）,支水准路线无闭合差，所以采用往、返观测,79,44,79,45,A,1,2,3,B,+2.331m,1.6km,+2.813m,2.1km,-2.244m,1.7km,+1.430m,2.0km,HA=45.286m,HB=49.579m,高差闭合差计算数例：,高差闭合差的允许值,（L以公里为单位）,79,46,（二）高差闭合差的分配 按水准路线测段长度为比例分配 高差闭合差：,每公里分配值,测段分配值，l i为测段长（km）,79,47,水准测量成果整理数例：,2-5 水准仪的检验和校正,水准仪的轴线：望远镜
14、视准轴水准管轴纵轴圆水准轴,79,48,一、水准仪的轴线及其应满足的条件,水准仪的轴线:,视准轴：十字丝分划中心 与物镜光心的连线 CC1 水准管轴：经过水准管 零点的切线 L L1 纵轴:仪器旋转轴 V V1 圆水准轴:经过圆水准管 零点的法线 L L1,79,49,水准仪应满足的条件:（1）圆水准器轴平行 于仪器纵轴：LL1 V V1（2）十字丝的横丝 垂直于纵轴（3）水准管轴平行 于视准轴：L L1 C C1,79,50,（水准仪主要条件）,1,二、水准仪检验和校正,（一）圆水准器的检验与校正 1.圆水准器检验：（如何发现误差？）（1）将圆水准器气泡居中；（2）将仪器绕纵轴旋转180度。
15、如果气泡仍然居中，则圆水准器轴平行仪器纵轴。否则，圆水准器轴不平行仪器纵轴。,79,51,2.圆水准器校正：转动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。（气泡移动量一半代表纵轴的倾斜度。）重复上述检验和校正一 二次，使误差尽可能小。,79,52,圆水准器校正螺丝(4),（二）十字丝的检验和校正,1.检验：用圆水准器使纵轴垂直后，用十字丝的横丝照准某一清晰目标P。用微动螺旋左右转动望远镜,如果十字丝的横丝一直不离开目标，则横丝水平。否则需要校正。2.校正：松开十字丝环的固定螺丝，转动十字丝环，使横丝水平。,79,53,（三）水准管轴平行于视准轴的检验和校正,影响：如果水准管轴不平行视准轴（其夹角为)，
16、则读数误差：则此误差对高差的影响为检验：在正常视线长2 倍的两端固定两根水准尺，其间距为2S。仪器架于中点，测量两端点的高差作为标准值 把仪器移至一个端点，再测量两端点的高差,79,54,水准管轴不平行视准轴的校正,如果 h2h 表明水准管轴不平行视准轴，引起远尺读数 h2 有误差。而近尺上的读数,由于距离很近,受水准管轴不平行视准轴误差的影响很小，因此h1是正确的。水准管轴的校正：转动微倾螺旋,使望远镜中横丝对准远尺正确的读数：,79,55,这时水准管轴随着倾斜，用水准管的上下校正螺丝使气泡重新居中。或不用微倾螺旋，而拨动十字丝上下校正螺丝使横丝对准正确读数。,1,79,56,计算A尺水平视
17、线读数：a2=h+b2 转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数：a2 校正水准管气泡居中，LL水平（LL/CC）重复检验直至符合要求。,1,水准管的校正螺丝像片,79,57,水准管的校正,水准管的校正螺丝像片,79,58,79,59,2,1,3,4,下十字丝校正螺丝,上十字丝校正螺丝,方法2：校正十字丝,调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准读数 a2,使 CC水平,从而使 LL/CC。,保持水准管气泡居中,即 LL水平；卸下望远镜目镜罩；,十字丝环,（一）精密水准尺,精密水准尺特点：木质尺身 因瓦钢带 分划式长度刻划 左右两列注字,79,60,2-6 精密水准仪和电子水准仪,一、精密水准仪和水准尺,水
18、准管格值小(=710),气泡长,符合精度高；望远镜放大倍率大：V 3040瞄准精度高：（15/V）测微器精细,读数精度高：高倍率放大 楔形丝夹准分划 平行玻璃测微,79,61,（二）精密水准仪,79,62,WILD N3、精密水准尺,WILD N3 精密水准仪,精密水准尺,WILD N3 精密水准仪的内部结构,79,63,精密水准仪和水准尺,水准尺：因瓦钢带+分划式刻划读数：高倍瞄准+平行玻璃板测微分划尺,79,64,79,65,二、电子水准仪和条码水准尺,（电子水准仪又称数字水准仪）,电子水准仪功能：具有自动安平功能；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 仪器的图像处理系
19、统，将图象信息 转换成数字显示，和数据记录；能与计算机实现数据通讯。因此，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、读数误差和记录差错）。,电子水准仪图,79,66,电子水准仪 SDL30M,条码尺,测量键,79,67,电子水准仪对条码尺的瞄准,79,68,条码水准尺的竖立、支撑和尺垫放置。,79,69,天宝 Dini12 精密电子水准仪,79,70,Dinil2 的主要特点:水准测量精度 0.3mm/km 0.7mm/km；PCMCIA 数据存贮或在线数据存贮,静态的30cm电子视场;补偿器置平精度：0.2/0.5 望远镜放大倍率：32/26字母与数字键盘；能进行线路平差计
20、算。,79,71,主要特点:0.4mm 1.0mm/km PCMCIA 卡数据存贮 和内部数据存贮 120的电子视场 补偿器置平精度：0.3/0.5 放大倍率：32/30 字母数字输入键盘 5m 标尺 120的视场角,Topcon DL-101/102电子水准仪,79,72,主要特点测量精度：0.6mm 1.0mm/km 内部数据存贮：2000个点观测数据电子视场：120补偿器置平精度：0.3放大倍率：32,索佳 SDL30 电子水准仪,其改进型号为SDL1X,SDL1X在进行遥控观测,79,73,遥控器,79,74,电子水准仪SDL1X的测量屏幕(与传统的水准测量记录格式相似),B-后视F-
21、前视,BFFB-后,前,前,后,2-7 水准测量的误差分析,水准测量测量误差主要有四种：仪器轴系误差影响；仪器置平误差影响；水准仪下沉影响；水准尺倾斜和下沉影响。水准仪的轴系误差影响 主要是准管轴与视准轴不平行(i角误差)LL CC 观测时尽量使前后 视距相等。,79,75,水准仪置平误差的影响,设 为气泡不居中误差，引起读数误差：,79,76,必须精平仪器，使水准管气泡严格居中。对于自动安平水准仪，必须注意补偿器的自由悬挂。,水准尺倾斜和下沉影响 水准尺必须竖直，水准尺在视线方向倾斜，观测者不会发觉。视线越高，影响越大。当观测者瞄准水准尺时，尺上的圆水准器气泡必须居中。水准尺下沉，使尺上读数增大，产生读数误差。水准测量的转点需用尺垫，尺垫必须踩实，才能避免沉降。,79,77,外界环对水准测量的影响,.日光和风力的影响 日光照射到水准仪时，使仪器部件受热不匀，产生不规则膨胀，破坏仪器轴线的正常关系，使置平、读数产生误差。因此，必须撑伞防晒。.大气折光的影响 日光照射地面，使近地空气升温产生对流，视线通过时产生折射，使望远镜中成像不稳定。成像晃动时，应停止观测。,79,78,测量学第二章 水准测量与水准仪,79,79,放映结束,
