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1、第二章 水准测量,教学要求： （1）掌握水准测量原理、水准仪的构造与使用、水准测量的施测、水准仪的检验和校 正、三四等水准测量。 （2）了解自动安平水准仪、精密水准仪和精密水准尺,第二章 重难点,重点： 水准测量的原理 水准仪的使用 水准测量的方法及成果整理 三四等水准测量,难点： 三四等水准测量,高程测量概述,高程测量的方法： 水准测量 三角高程测量 气压高程测量。 高程系统 采用“1985年国家高程基准”,2-1 水准测量原理,1、水准测量的原理,水准测量的原理： 是利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontal sight)，读取竖立于两个点上的水准尺(leveling s
2、taff)上的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算未知点高程,2、基本概念,后视点 后视读数 前视点 前视读数 测站,3、高程的计算方法,高差法 视线高法,2-2 水准仪和水准尺,水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫 水准仪按其精度可以分为等四个等级 ： 水准仪按其构造可以分为以下4类： 激光水准仪 电子水准仪 自动安平水准仪 微倾式水准仪,一、水准仪的构造,水准仪主要由三个部分组成： 望远镜、水准器、 基座,1、望远镜,望远镜主要由四大光学部件组成：物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜，另外还包括一些调节螺旋。 十字丝的交点与物镜光心的连线，称为视准轴,成像原理,2、水准器
3、,1）管水准器 管水准器轴 ：过零点做内圆弧的切线LL 分划值：2mm弧长所对的圆心角 =2/R =20/2mm 用微倾螺旋调节 作用：精平仪器,2)圆水准器 圆水准器轴：过圆水准器零点的球面法线L0L0。 分划值：一般为810 R愈大， 愈小，水准管的精度愈高 作用：粗平仪器,3、基座,基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋将基座连接到三脚架上 主要作用：调节圆水准气泡,二、水准尺和尺垫,水准尺的种类 直尺 塔尺 折尺 铟刚尺 长度2-5m,尺垫 尺垫是在转点处放置水准尺用的,三、水准仪的轴系及关系,轴系 视准轴CC 管水准器轴LL 圆水准器轴L0L0 竖轴VV,满足的关系 圆水准器轴平行于
4、仪器竖轴L0L0 VV 水准管轴应平行于视准轴LLCC 十字丝横丝应垂直与仪器竖轴,四、自动安平水准仪,自动安平水准仪：用补偿器代替水准器，能使仪器的视准轴，在12秒钟内自动、精确、可靠地安放在水平位置 。 满足条件：f=s=zz0,2-3 水准仪的使用,微倾水准仪的使用 安置仪器 粗平 瞄准 精平 读数,自动安平水准仪的使用 安置仪器 粗平 瞄准 读数,视差,视差出现的现象：尺像晃动，读数不准。 产生视差的原因：尺像没有准确落在十字丝面上。 消除视差的方法：重新调节目镜和物镜，进行仔细对光。,2-4 水准测量的一般方法,一、水准点BM（Bench Mark） 二、水准测量的实施,水准测量的实
5、施,测站、测点、转点TP h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn h=a-b,三、水准路线,水准路线：在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。 包括：附合水准路线、闭合水准路线和支水准路线。,高差闭合差fh,定义：一条水准路线高差测量值之和与高差理论值之和的差值 fhh测h理 附合： fhh测（H终H起） 闭合： fhh测 支水准： fhh往h返 等外高差闭合差限差：,四、水准测量的校核方法,1、计算校核 ： h=a-b 2、测站校核： 变仪器高法 双面尺法 3、成果检核：按三种路线形式 | fh | fh允|成果合格 | fh | fh允|成果不合格，返工重测,五
6、观测、记录、计算,2-5水准测量内业计算,一、高差闭合差的计算 fhh测h理 附合： fhh测（H终H起） 闭合： fhh测 支水准： fhh往h返 等外高差闭合差限：,二、高差闭合差的调整,调整计算就是要将高差闭合差按照一定的规则分配到各个测站所测得的高差中。 基本原则：将高差闭合差按与测站数（或路线长度）成正比原则反号分配到各段高差中去。 Vifh/n*ni 适合山地 Vifh/L*Li 适合平地 检核： fhV,三、计算改正后的各段高差,改正后的高差 hi=hiVi 检核： hi=h理,四、推算各未知点的高程,Hi1Hi hi 检核： 支水准路线：h（h往 h 返）/2,2-6 水准仪的
7、检验与校正,水准仪满足的关系 圆水准器轴平行于仪器竖轴L0L0 VV 十字丝横丝应垂直与仪器竖轴 水准管轴应平行于视准轴LLCC 一般检查 望远镜成像是否清晰，物镜和目镜的调焦螺旋是否灵活，脚螺旋转动是否自如等。,一、圆水准器的检校,检验：圆水准气泡居中，旋转180，是否还居中？ 校正：转动脚螺旋使气泡移回偏离的一半，然后拨动校正螺丝，使气泡居中（或先用校正螺丝校正一半，再用脚螺旋整平）,二、十字丝横丝的检校,检验 校正,三、水准管轴的检校,在中点测：hAB=a1b1 在一端测：a应b2hAB i（a2 a应）/S （i20需要校正）,校正,1 校正管水准器 2 校正十字丝（自动安平水准仪）：
8、 拨动十字丝环校正螺丝（先松后紧）让十字丝交点由a2 对准a应,2-7水准测量的误差分析,一 、仪器误差 仪器校正后的残余i角误差： 原因： i角误差检校后的残余值 方法：观测时注意使前、后视距相等 水准尺误差： 水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等。 水准尺的零点差：一测段中采用偶数站到达方式予以消除,二 、观测误差,仪器整平误差 ：m0.15 D/(2） 读数误差 ：m60/D/ 仪器到标尺的距离不超过米 水准尺倾斜（尤其注意前后倾斜） 视差的影响 仔细对光，消除视差,三、外界环境的影响,仪器和尺垫下沉:采用观测程序 地球曲率影响： =D/(14R) 前后视距相等来消除 大气折光影响： c
9、= D/(2R) 因此要求视线要高于地面0.3m以上，前后视距相等也可消减该影响） 温度影响：观测时应注意撑伞遮阳,2-三、四等水准测量,一）三、四等水准测量的技术要求,二）三、四等水准测量的操作和计算,1、测站观测程序 后黑前黑前红后红 首先用步子量仪器到前后视距相等，安置好仪器。 后视水准尺黑面，精平，读上、下、中丝读数，记入表中 (1)、(2)、(3)位置。 前视水准尺黑面，精平，读上、下、中丝读数，记入表 中(4)、(5)、(6)位置。 前视水准尺红面，精平后读中丝读数，记入表中(7)位置。 后视水准尺红面，精平后读中丝读数，记入表中(8)位置,2、测站计算与检核, 视距计算与检核（注
10、意单位为m） 后视距(9)= 后下丝读数(1)- 上丝读数(2)100 前视距(10)=前下丝读数(4)- 上丝读数(5)100 前、后视距差(11)= 后视距(9)- 前视距(10) 要求： 四等应5m ，三等应3m 前、后视视距累积差(12)=上站(12)+本站 (11) 要求： 四等应10m，三等应5m, 水准尺读数检核（单位：mm),前尺黑、红面读数差(13)= 黑面中丝(6)+K1 红面中丝(7) 要求：四等应3mm，三等应2 mm 后尺黑、红面读数差(14)= 黑面中丝(3)+K2 红面中丝(8) 要求：四等应3mm，三等应2 mm, 高差计算与检核,黑面高差(15)=后视黑面中丝
11、(3)- 前视黑面中丝(6) 红面高差(16)=后视红面中丝(8)- 前视红面中丝(7) 红黑面高差之差 (17)= 黑面高差(15)-红面高差(16)0.1= (14) (13) 要求:四等应5mm，三等应3 mm 高差中数 (18)= 黑面高差(15)+ 红面高差(16) 0.1/2 测一站，算一站，算完满足限差要求后再搬站。, 每页记录计算检核（单位：m）,高差检核 (3)- (6)= （15） (8)- (7)= （16） (15) (16)= 2（18） （偶数站） =2(（18）0.1 ) （奇数站） 视距检核 (9)- (10)= 末站 （12）,三）三、四等水准的内业计算,水准测量成果处理是根据已知点高程和水准路线的观测高差，求出待定点的高程值。 四等附合或闭合水准路线高差闭合差的计算、调整方法与普通水准测量相同。其高差闭合差的限差为： 20 mm（L为路线长，以km计） 6 mm（N为测站数）,三四等水准测量外业计算,