测量高程测量ppt课件.ppt

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1、2.1 2.1 水准测量原理水准测量原理2.2 2.2 DS3水准仪和水准尺水准仪和水准尺2.3 2.3 精密水准仪和水准尺精密水准仪和水准尺2.4 2.4 自动安平水准仪自动安平水准仪2.5 2.5 电子水准仪简介电子水准仪简介2. 6 水准测量方法和成果计算水准测量方法和成果计算2. 7 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正2. 8 水准测量的误差来源及消减方法水准测量的误差来源及消减方法2. 9 三角高程测量三角高程测量本章内容如下：本章内容如下：第第2章章 高程测量高程测量 2.1 水准测量原理水准测量原理 测定地面点高程的工作，称为高程测量测定地面点高程的工作，称为高程测

2、量(height measurement)。 高程测量是测量的基本工作之一。 高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同，可以分为: (1) 水准测量水准测量(leveling)； (2) 三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling)； (3) GPS高程测量高程测量(GPS leveling)； (4) 气压高程测量气压高程测量(air pressure leveling)。 水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。 水准测量的原理是利用水准仪水准测量的原理是利用水准仪(level)提供的水平视线提供的水平视线(horizo

3、ntal sight)，读取竖立于两个点上的水准尺，读取竖立于两个点上的水准尺(leveling staff)的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算待定点高程。计算待定点高程。1.高差法：高差法： A、B两点间的高差为：两点间的高差为： 式中式中a为后视读数；为后视读数；b为前视读数。若已知为前视读数。若已知A点的高程，点的高程，则则B点的高程为：点的高程为：2.视线高法：视线高法： 在一个面状区域内测定多个点的高程时，可先求出仪在一个面状区域内测定多个点的高程时，可先求出仪器的视线高程（即水平视线的海拔高程），其值为：器的视线高程（即水平

4、视线的海拔高程），其值为：baABhbaAABABHhHHaHHAi某测点的高程为：某测点的高程为：b-HHij2.2 DS3水准仪与水准尺水准仪与水准尺 水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫(staff plate)。 2.2.1 光学水准仪的构造光学水准仪的构造 通过调整水准仪使管水准气泡居中获得水平视线的水准仪称为微倾式水准仪(title level)； 通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为自动安平水准仪(compensator level)。 国产微倾式水准仪的型号有：DS05、DS1、DS3等，其中字母D、S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，字母后的数字

5、表示以mm为单位的、仪器每公里往返测高差中数的中误差。 DS05、DS1、DS3水准仪每公里往返测高差中数的中误差分别为0.5mm、1mm、3mm。 DS05、DS1为精密水准仪(precise level)，主要用于国家一、二等水准测量和精密工程测量； DS3为普通水准仪(general level)，主要用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。 工程建设中，使用最多的普通水准仪是DS3水准仪。 水准仪主要由望远镜(telescope)、水准器(bubble)和基座(tribrach)组成。 图为微倾式水准仪1. 望远镜望远镜 望远镜是用来照准远处竖立的水准尺并读取水准尺上望远镜是用来照

6、准远处竖立的水准尺并读取水准尺上的读数，要求望远镜能看清水准尺上的分划和注记并有的读数，要求望远镜能看清水准尺上的分划和注记并有读数标志。读数标志。 根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可以分为 正像望远镜和倒像望远镜。 倒像望远镜由物镜、调焦透镜、十字丝分划板和目镜组 成。 十字丝分划板：十字丝分划板：在一直径约1cm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵丝；中间的长横丝称为中丝，用于读取水准尺上分划的读数；上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝，总称为视距丝，用来测定水准仪至水准尺的距离。 用视距丝测量出的距离称为视距(stadia)。 望远镜的视准轴望远镜的视准轴CC ：望远镜

7、物镜光心与十字丝中央交点的连线称为望远镜的视准轴(collimation axis of telescope)，用CC表示。 望远镜的放大率：从望远镜内所看到的目标影像的视望远镜的放大率：从望远镜内所看到的目标影像的视角与人眼直接看该目标的视角之比。角与人眼直接看该目标的视角之比。 2. 水准器水准器 水准器用于置平仪器。 水准器有管水准器(bubble tube)和圆水准器(circular bubble)两种。 管水准器 管水准器由玻璃圆管制成，其内壁 磨成一定半径R的圆弧，如图所示。 将管内注满酒精或乙醚，加热封闭 冷却后，管内形成的空隙部分充满 了液体的蒸汽，称为水准气泡。因 为蒸汽的

8、比重小于液体，所以水准 气泡总是位于内圆弧的最高点。 水准管轴水准管轴LL：过水准管圆弧中点所做的切线：过水准管圆弧中点所做的切线。 水准管分划值：水准管分划值：水准器上每水准器上每2mm弧长所对的圆心角值。弧长所对的圆心角值。 一般微倾式水准仪采用符合水准器，可使气泡居中进度一般微倾式水准仪采用符合水准器，可使气泡居中进度提高一倍。提高一倍。 DS3水准仪的分划值一般为分划值一般为20/2mm20/2mm。R2 圆水准器 圆水准器由玻璃圆柱管制成，其顶面内壁是磨成一定半径R的球面，中央刻有小圆圈，其圆心O是圆水准器的零点； 圆水准器轴圆水准器轴L0L0：过零点过零点O的球面法线为圆水准器轴的

9、球面法线为圆水准器轴(circular bubble axis)； 当气泡不居中，气泡偏移零点2mm时，轴线所倾斜的角度值，称为圆水准器的分划值。一般为810。 制造水准仪时，使圆水准器轴平行于仪器竖轴。旋转基座上的三个脚螺旋使圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置，从而使仪器竖轴也处于竖直位置。 基座：主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。 水平制动和微动螺旋：控制照准部在水平面内的转动。 对光螺旋：调节水准尺目标成像清晰。 目镜调焦螺旋：调节十字丝清晰。 微倾螺旋：调节符合水准气泡居中。 脚螺旋：调节圆水准气泡居中。 2.2.2 水准尺和尺垫水准尺和尺垫 水准尺一般用优质木材制成，长度

10、从2m5m不等。 水准尺分为直尺、塔尺和折尺，其中直尺又分单面分划和双面分划两种。 塔尺和折尺常用于图根水准测量尺上最小分划为1cm或0.5cm，在每1米和每1分米处均有注记。 双面水准尺多用于三、四等水准测量，以两把尺为一对使用。 双面尺的两面均有分划，一面为黑白 相间称黑面尺；另一面为红白相间称 红面尺，两面的最小分划均为1cm，只在分米处有注记。两把尺的黑面均由零开始分划和注记。红面的分划和注记，一把 尺由4.687m开始分划和注记，另一把尺由4.787m开始分划和注记，两把尺红面注记的零点差为0.1m。 尺垫是在转点处放置水准尺用的，用生铁铸成的三角形板座，尺垫中央有一凸起的半球体以便

11、于放置水准尺，下有三个尖足便于将其踩入土中，以固稳防动。 2.2.3 微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用 1. 安置水准仪 按观测者的身高调节好三脚架的高度，使三脚架的架头面大致水平，并将三脚架的三个脚尖踩入土中，使脚架稳定。从仪器箱内取出水准仪，放在三脚架的架头面，并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内，以防止仪器从三脚架头上摔下来。 水准仪的操作步骤：粗平瞄准水准尺精平读数。 2. 粗平粗略整平仪器。 旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜 的视准轴大致水平。 旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是：用左手旋转脚螺旋，则左手大拇指移动方向即为水准气泡移动方向；用右手旋

12、转脚螺旋，则右手食指移动方向即为水准气泡移动方向，初学者一般先练习用一只手操作，熟练后再练习用双手操作。 3. 瞄准水准尺瞄准水准尺注意消除视差现象注意消除视差现象 先目镜对光先目镜对光：将望远镜对准明亮的背景，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜上的准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋；从望远镜中观察目标，旋转物镜调焦螺旋，使目标清晰，再旋转微动螺旋，使竖丝对准水准尺。 视差(parallax)：观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标 成像与十字丝平面没有相对移动，如果目标成像与十字丝分划板 平面不重合，观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝之间

13、就会有相对移动，这种现象称为视差。 消除视差的方法消除视差的方法：用手暂时遮住物镜(或将望远镜对准天空)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝十分清晰；移去遮物镜的手(或瞄准标尺)，旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰。4. 精平和读数 从望远镜的左侧观察水准管气泡偏离零点的方向，旋转微倾螺旋，使气泡大致居中，这时再从目镜左边的符合气泡观察窗中察看两个气泡影像是否吻合，如不吻合，再慢慢旋转微倾螺旋直至完全吻合为止。 仪器精平后，应立即用十字丝的横丝在水准标尺上读数。2.3 精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺 精密水准仪(precise level)主要用于国家一、二等水准测量(the first

14、and second order leveling)和高精度的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。 2.3.1 精密水准仪构造特点及读数原理精密水准仪构造特点及读数原理 1) 望远镜放大倍数大，分辨率高，规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍； 2) 管水准器分划值为610/2mm，精平精度高； 3) 望远镜的物镜有效孔径大，亮度好； 4) 望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响； 5) 采用平板玻璃测微器读数，读数误差小； 6) 配备精密水准尺。 精密水准尺(invar leveling s

15、taff)是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。 长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm和5mm两种。 图a为徕卡公司生产的与新N3精密水准仪配套的精密水准尺，因为新N3的望远镜为正像望远镜，所以水准尺上的注记也是正立的。水准尺全长约3.2m，在因瓦合金钢带上刻有2.3.2 精密水准尺及读数方法精密水准尺及读数方法(因瓦水准尺因瓦水准尺)分划，左边一排分划为基本分划，数字注记从0到300cm，右边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm到600c

16、m，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数301.55cm，称为基辅差或尺常数。水准测量作业时用以检查读数是否存在粗差。 N3精密水准仪及其读数原理精密水准仪及其读数原理 上图为新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer)，N3的平行玻璃板测微器的结构见后图。 它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。视线经过倾斜的平行玻璃板时产生上下平行移动，可以使原来并不对准尺上某一分划的视线能够精确对准某一分划，从而读到一个整分划读数(见图2-32中的148cm分划)，

17、而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内旋转N3的平行玻璃板可以产生的最大视线平移量为10mm，它对应测微尺上的100个分格。测微尺上1个分格等于0.1mm，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm。将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如图的读数为148+0.655= 148.655cm=1.48655m。2.4 自动安平水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪(compensator level)的结构特点是没有管水准器和微倾螺旋。 国产自动安平水准仪的型号是在DS后加字母Z，即为：DSZ05、DSZ1、DSZ3等，其 中

18、Z代表“自动安平”汉语拼音的第一个字母。2.4.1自动安平原理自动安平原理 如图所示，在光路中装置了一个光学补偿器，即使视准轴存在一定的倾斜，也能读到水平视线的读数。 图为北京光学仪器厂生产的DZS3-1自动安平水准仪，下图为其望远镜视场，左边为补偿器状态窗口，当仪器安置好、补偿器指标线位于补偿器指标附近时，即可以进行读数。 数字水准仪(digital level)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件，采用条形码分划水准尺(coding level staff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。 数字水准仪的特点是： 用自动电子读

19、数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数 误差； 精度高，多条码(等效为多分划)测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响； 速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化。2.5 数字水准仪简介数字水准仪简介 数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。1.数字水准仪原理数字水准仪原理 图为采用相关法的徕卡NA3003数字水准仪的机械光学结构图。当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份，

20、可见光影像成像在分划板上，供目视观测；红外光影像成像在CCD (charge-coupled device电荷耦合器件)线阵光电探测器上。 探测器长约6.5mm，由256个口径为25m的光敏二极管组成，一个光敏二极管就是线阵的一个像素，探测器将接收到的光图像先转换成模拟信号，再转换为数字信号传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码本源数字信息进行相关比较，当两信号处于最佳相关位置时，即可获得水准尺上的水平视线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。 2. 条码水准尺条码水准尺 与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，形式有直尺和折叠尺

21、两种，规格有1m、2m、3m、4m、5m几种，尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线(配徕卡仪器)或规则分划线(配蔡司仪器)，其外形类似于一般商品外包装上印制的条码，图为与徕卡数字水准仪配套的条码水准尺，它用于数字水准测量；双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。3.徕卡徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介中文精密数字水准仪简介 1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪DNA03。其中销往中国市场的DNA03的显示界面全部为中文，同时内置了适合我国测量规范的观测程序。DNA03的主要技术参数如下： 精度

22、：0.3mm/km(采用因瓦水准尺) 最小读数：0.01mm 测距精度：1cm/20m 内存：可以存储1650组测站数据或6000个测量数据 补偿器：磁性阻尼补偿器 补偿范围：8 补偿精度：0.3 单次测量时间：3秒 GEB电池：连续测量12小时为确保外业观测数据的安全，DNA03上还插有一个PCMCIA闪存卡，全部测量数据同时保存在仪器内存和PCMCIA卡中。 与NA3003比较，DNA03的特点是：1. 280160像素的大屏幕LCD显示屏，一屏可以显示8行 15列共120个汉字；2. 流线型外观设计，减低了风阻的影响；3. 新型磁性阻尼补偿器，提高了补偿精度；4. 在多种测量模式中选择适

23、当的测量模式，可以在不利的外界环境下获得满意的结果；5. 可选购Level-Adj中文水准平差软件，实现外业观测数据的全自动处理。Level-Adj软件完全根据我国水准网严密平差规则编制，采用Access数据库储存和管理数据。2.6 水准测量方法和成果计算水准测量方法和成果计算 2.6.1 高程控制测量高程控制测量 高程控制测量的主要方法是水准测量水准测量(leveling)。山区或丘陵区可采用三角高程测量三角高程测量(trigonometric leveling) 。国家水准网采用由高级到低级、逐级控制、逐级加密的原则布设，按其精度分为四个等级。 1. 水准点水准点 为统一全国的高程系统和满

24、足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点水准点(benchmark，通常缩写为BM)。 一、二等水准测量为精密水准测量(precise leveling)，三、四等水准测量为工程水准测量(general leveling)。 采用某等级的水准测量方法测出其高程的水准点称为采用某等级的水准测量方法测出其高程的水准点称为该等级水准点。该等级水准点。 各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。水准点标石的类型可分为：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准标志等几种，见图；水准点在地形图上的表示符号见最右图。2.水准路

25、线形式水准路线形式 水准路线（水准路线（leveling line）：）：在水准点之间进行水准测量所经过的路线。 水准路线的形式一般有：水准路线的形式一般有：(1) 闭合水准路线（closed leveling line）：）：如图a，从一高级水准点BMA出发，经过测定沿线其它各点高程，最后又闭合到BMA的环形路线。(2) 附合水准路线（annexed leveling line）：）：如图b，从一高级水准点BMA出发，经过测定沿线其它各点高程，最后附合到另一高级水准点BMB的路线。(3) 支水准路线（spur leveling line）：）：如图c，从一已知水准点出发，测定沿线其它各点高程

26、，其路线既不闭合又不附合，但必须往返观测。(4) 水准网（leveling net）：）：如图d，由多条单一水准路线相互连接构成的网状路线，其中BMA为高级水准点，B、C、D和E为结点。 在全国领土范围内，由一系列按国家统一规范测定高程的水准点构成的网称为国家水准网。 一等水准一等水准是国家高程控制的骨干，沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状。一等水准路线全长为93000多公里，包括100个闭合环，环的周长为8001500公里。 二等水准二等水准是国家高程控制网的全面基础，一般沿铁路、公路和河流布设。二等水准环线布设在一等水准环内，每个环的周长为300700公里，全长为13700

27、0多公里，包括822个闭合环。 沿一、二等水准路线还要进行重力测量，提供重力改正 数据。 一、二等水准环线要定期复测，检查水准点的高程变 化供研究地壳垂直运动用。三、四等水准直接为测制地形图和各项工三、四等水准直接为测制地形图和各项工程建设用。三等环不超过程建设用。三等环不超过300公里；四等公里；四等水准一般布设为附合在高等级水准点上的水准一般布设为附合在高等级水准点上的附合路线，其长度不超过附合路线，其长度不超过80公里。公里。全国各地地面点的高程，不论是高山、平全国各地地面点的高程，不论是高山、平原及江河湖面的高程都是根据国家水准网原及江河湖面的高程都是根据国家水准网统一传算的。统一传算

28、的。 2.6.2水准测量方法水准测量方法1. 等外（普通）水准测量方法： 常用于精度较低的一般工程高程测量和图根水准测量。 一个测站上的观测顺序一个测站上的观测顺序： 在测站上安置水准仪，使圆水准气泡居中，后视水准尺黑面，旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中，用中丝读数，记入记录表格； 前视水准尺黑面，旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中，用中丝读数，记入记录表格。 整个水准路线观测完后，按 计算高差闭合差，小于容许值，则观测合格，按要求平差后计算各点高差。mmnmmLfh1240或测站测站点号点号水 准 尺 读 数高 差高高 程程备 注后后 视视前前 视视+- 1BM.A1.4670.34327.354

29、mTP.11.1242TP.11.8850.211TP.21.6743TP.21.8690.926TP.30.943 4TP.31.3670.365B1.73228.469m计算计算 检核检核 6.588 - 5.473 1.115 5.473 1.480 - 0.365 1.1150.365 28.469 - 27.354 1.115 在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用两次仪器高法或双面尺法进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称测站检核。1) 两次仪器高法 在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)来测定相邻两点间的高差；

30、如果两次高差观测值不相等，对图根水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。2) 双面尺法 双面尺法即观测时读取水准尺的黑、红面分划读数，然后分别由黑面、红面读数各计算出一个高差，以这两个高差之差是否小于某一限值来进行检核。在每一测站上仪器高度不变，这样可加快观测的速度。立尺点和水准仪的安置同两次仪器高法。2. 三、四等水准测量方法三、四等水准测量方法n城市测量规范将城市水准测量分为二、三、四等。n二、三、四、五等及图根水准测量的主要技术要求列于下表。 等等 级级每 千 米 高每 千 米 高差全中误差全中误 差差 (mm)路线长度路线长度(km) 水水 准准 仪仪 的的 型型 号号 水水

31、准准 尺尺观观 测测 次次 数数 往往 返返 较较 差差 附附 合合 或或 环环 线线 高高 差差 闭闭 合合 差差 与已知点与已知点 联联 测测附附 合合或环线或环线平平 地地(mm)山山 地地(mm)二二2 DS1(DiNi12)因瓦因瓦条码条码 往往 返返 各一次各一次往往 返返各一次各一次三三650DS1因瓦因瓦 往往 返返 各一次各一次往一次往一次DS3双面双面往返往返各一次各一次四四 10 16 DS3 双面双面 往往 返返 各一次各一次往一次往一次五五 15 DS3单面单面 往往 返返 各一次各一次往一次往一次 图根图根 DS3单面单面 往往 返返 各一次各一次往一次往一次注：注

32、： 结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7倍；倍； L为往返测段，附合或环线的水准路线长度为往返测段，附合或环线的水准路线长度(km)；n为测站数。（各等级均可用电子水准仪观测）为测站数。（各等级均可用电子水准仪观测）L4L12n4L20n6L30n9L40n12 小地区一般以三等或四等水准网作为首级高程控制，地 形测量时再用图根水准测量或三角高程测量进行加密。 三、四等水准点的高程应从附近的一、二等水准点引测，布设成附合或闭合水准路线，其点位应选在土质坚硬、便于长期保存和使用的地方，并应埋设水准标石。也可

33、以利用埋设了标石的平面控制点作为水准点，埋设的水准点应绘制点之记。 三、四等水准测量所用仪器及主要技术要求见前表，每站观测的技术要求见上表。等等级级水准水准 仪型仪型号号 前后视距不等差（米）前后视距不等差（米） K+黑黑红红（mm）红黑面所测红黑面所测高差之差高差之差（mm）视线标准长视线标准长度度（m）视线距地面最低视线距地面最低高度高度 (m)D累积差累积差 二二 DS113 0.5 0.7 50 0.5三三 DS136 11.5 1000.3DS3 2375四四 DS351035 1000.2五五 DS3 大致相等大致相等注：二等水准视线长度小于时，其视线高度不应低于；注：二等水准视线

34、长度小于时，其视线高度不应低于； 三、四等水准采用变动仪器高度观测单面水准尺时，所测两次高差较差，应与黑面、红面所测高差三、四等水准采用变动仪器高度观测单面水准尺时，所测两次高差较差，应与黑面、红面所测高差 之差的要求相同。之差的要求相同。 在测站上安置水准仪，使圆水准气泡居中，后视水准尺黑面，旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中，用上、下视距丝读数，记入后表中(1)、(2)位置；用中丝读数，记入后表中(3)位置。 前视水准尺黑面，旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中，用上、下视距丝读数，记入后表中(4)、(5)位置；用中丝读数，记入后表中(6)位置。 前视水准尺红面，旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中，用中

35、丝读数，记入后表中(7)位置。 后视水准尺红面，旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中，用中丝读数，记入后表7中(8)位置。n以上观测顺序简称为后、前、前、后。三、四等水准测量一测站的观测方法三、四等水准测量一测站的观测方法n一测站观测数据的计算与检核n 视距计算与检核视距计算与检核n根据前、后视的上、下丝读数计算前、后视的视距(9)和(10)：后视距离(9)=(1)-(2) 100 前视距离(10)=(4)-(5) 100 n计算前、后视距差(11)：(11) = (9) - (10)n对于三等水准，(11)不超过3m，对于四等水准，(11)不超过5m；n计算前、后视视距累积差(12)：(12)=上

36、站(12)+本站(11)n对于三等水准，(12)不超过6m，对于四等水准，(12)不超过10m； 水准尺读数检核水准尺读数检核 同一水准尺黑面与红面读数差的检核： (13)=(6)+K-(7) (14)=(3)+K-(8) K为双面水准尺的红面分划与黑面分划的零点差，对于三等水准，(13)、(14)不超过2mm，对于四等水准，(13)、(14)不超过3mm。 高差计算与检核高差计算与检核 按后、前尺红、黑面中丝读数分别计算每站高差：黑面高差 (15) = (3) - (6)、红面高差 (16) = (8) - (7)红黑面高差之差 (17) = (15) - (16) 0.1 = (14) -

37、 (13) 对于三等水准，(17) 不超过3mm，对于四等水准，(17) 不超过5mm。红、黑面高差之差在容许范围以内时，取其平均值作为该站的观测高差： (18) = (15) + (16) 0.1 / 2 每页水准测量计算校核每页水准测量计算校核视距差检核： (9) - (10) = 本页末站(12) 前页末站(12)本页总视距： (9) + (10)高差检核： (3) - (6) = (15) (8) - (7) = (16)测站数为偶数时 (18) = (15) + (16) 测站数为奇数时 (18) = (15) + (16) 0.1 水准测量的成果整理内容包括：测量记录和计算的复核，

38、高差闭合差(closing error) 的计算和检核，高差改正数和各点高程的计算。 1. 高差闭合差的计算： 三种水准路线的高差闭合差计算公式为：闭合水准路线高差闭合差：附合水准路线高差闭合差：支水准路线高差闭合差： 高差闭合差高差闭合差 就是水准测量观测误差的综合反映。当 在允许范围内时，认为精度合格，成果可用，否则应重新观测。 2.6.3 水准测量的成果计算水准测量的成果计算测hfh始终测HHhfh返往hhfhhfhf 闭合差的调整是按与距离(测段长度)或与测站数成正比例反符号分配到各测段高差中。第i测段高差改正数按下式计算： 或式中：L路线总长；Li第i段距离；n路线总测站数；ni第i

39、段测站数。【例2-1】为按图根水准测量要求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。 2. 高差闭合差的调整：高差闭合差的调整：ihiLLfvihinnfv2.7 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正 水准仪有以下主要轴线： 视准轴、水准管轴、仪器竖轴和圆水准器轴，见图。 各轴线之间应满足的几何条件是： 圆水准器轴平行仪器竖轴； 十字丝横丝垂直仪器竖轴； 水准管轴平行视准轴。2.7.1 圆水准器轴平

40、行于仪器竖轴检验与校正圆水准器轴平行于仪器竖轴检验与校正1.检验方法 安置仪器后用脚螺旋调节圆水准气泡居中； 旋转照准部180；观察气泡是否偏离中心位置，若偏离则需校正。 2. 校正方法校正方法 用脚螺旋校正偏离长度的一半； 用校正螺丝校正偏离长度的另一半。 反复操作直到满足要求。2.7.2 十字丝横丝垂直于竖轴的检验与校正十字丝横丝垂直于竖轴的检验与校正1.检验方法检验方法 整平仪器后，用十字丝横丝的一端对准远处一明显标志点P，旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪，如果标志点P始终在横丝上移动，说明横丝垂直于竖轴。否则，需要校正。2. 校正方法校正方法 旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个

41、压环螺丝，按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再进行检验。如果P点始终在横丝上移动，则表示横丝已经水平，最后拧紧四个压环螺丝。1.检验方法检验方法 在C点安置仪器观测A、B两点正确高差 ； 仪器移到靠近B点(或A点)位置，再观测A、B两点高差； 计算A点尺上水平视线的正确读数及i角值：2.7.3 水准管轴平行于视准轴的检验与校正水准管轴平行于视准轴的检验与校正ABABDaaSShihba222122 ABh 2. 校正方法校正方法仪器仍在B处，调节微倾螺旋，使在A点尺上的读数由 移至 ，这时视准轴水平，但水准管气泡不居中。用校正针拨动水准管一端的上下两个校正螺丝，一松一紧，则水准管一端升高或降低

42、，使符合水准气泡吻合。此项检验与校正也要反复进行。2a2a 水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境条件的影响。2.8.1 仪器误差仪器误差1. 视准轴不平行于水准管轴的误差视准轴不平行于水准管轴的误差 规范规定，DS3水准仪的i角大于20才需要校正，因此，正常使用情况下，i角将保持在20以内。 i角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比 ，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。 在水准测量的每站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到的，因此规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小于等于5m，任一测站的前后视距累积差应小于等于10m。2.8 水准测量

43、的误差来源及消减方法水准测量的误差来源及消减方法2. 望远镜调焦时调焦透镜运行误差望远镜调焦时调焦透镜运行误差 物镜调焦时，调焦透镜应沿物镜主光轴方向运行，但仪器受震后或使用时间过长，则往往上下晃动，使目标影像偏移，影响正确读数。因此观测时应使前、后视距相等，以便同一测站上不作第二次调焦。这样可在计算中抵消该项误差的影响。 3. 水准尺误差水准尺误差 由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度，因此须检验水准尺上米间隔平均真长与名义长之差。 规范规定，对于区格式木质标尺不应大于0.5mm，否则，应在所测高差中进行米真长改正。至于一对水准尺的零点差，可

44、在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。2.8.2 观测误差观测误差1. 水准管气泡居中误差水准管气泡居中误差2. 视差视差 视差是指在望远镜中，水准尺的像没有准确地成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。 应随时注意消应随时注意消除视差。除视差。3. 读数误差读数误差4. 水准尺倾斜水准尺倾斜读数时水准尺必须竖直。如果水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜的视场中不会察觉，但由此引起的水准尺读数总是偏大。且视线高度愈大，误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器是保证尺子竖直的主要措施。Dm 215. 0DVmv 062.8.3 外界环境的影响外界环境的影响

45、 1. 仪器下沉仪器下沉 仪器安置在软土或植被上时，容易产生下沉。采用“后、前、前、后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响。 2. 尺垫下沉尺垫下沉 采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响。 3. 地球曲率差地球曲率差 前后视距相等消除该误差。 4. 大气折光差大气折光差 晴天在日光的照射下，地面的温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线的折射也就越大。规范规定，三、四等RDc22 水准测量时应保证上、中、下三丝应能读数，二等水准 测量则要求下丝读数大于等于0.3m。 大气折光差的计算公式为： 此项误差也可前后视距相等消除。 5. 温度变

46、化的影响温度变化的影响 温度变化会引起大气折光变化，造成水准尺影像跳动。当日光照射水准仪时，由于仪器各构件受热不匀而引起的不规则膨胀，将影响仪器轴线间的正常关系，使观测产生误差。烈日直晒仪器会影响水准管气泡居中，造成测量误差。因此水准测量时，应撑伞保护仪器，选择有利的观测时间。 RDc207. 0712.9 三角高程测量三角高程测量 当地形高低起伏、两点间高差较大而不便于进行水准测量时，可以使用三角高程测量(trigono- metric leveling)的方法测定两点间的高差和点的高程。进行三角高程测量时，应测定两点间的水平距离或斜距以及竖直角。 根据测量距离方法的不同，三角高程测量又分为

47、光电测距三角高程测量和经纬仪三角高程测量，前者可以代替四等水准测量，后者主要用于山区图根高程控制。 2.9.1 三角高程测量原理三角高程测量原理 如图，已知A点高程HA，欲求B点高程HB。如果测得AM之间倾斜距离D，则高差hAB为：siDhABsin 如果两点间平距为D，则A、B高差为： B点高程为：2.9.2 地球曲率和大气折光对高差的影响地球曲率和大气折光对高差的影响 当地面上两点间的距离大于300m时就要顾及地球曲率，加以曲率改正，称为球差改正。同时观测视线受大气垂直折光的影响而成为一条向上凸起的弧线，必须加以大气垂直折光差改正，称为气差改正。以上两项改正合称为球气差改正，简称两差改正。

48、公式为：siDhABtanABABhHHcmDf27 . 6 三角高程测量一般都采用对向观测，即由A点观测B点，再由B点观测A点，取对向观测所得高差绝对值的平均数可抵消两差的影响。 两差改正数 2.9.3 三角高程测量的观测和计算三角高程测量的观测和计算1三角高程控制测量及技术要求三角高程控制测量及技术要求 工程测量规范规定，三角高程控制测量宜在平面控制点的基础上布设成三角高程网或高程导线。四等应起迄于不低于三等水准的高程点上，五等应起迄于不低于 D(km)0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0f =6.7D2(cm)0011223467四等的高程点上。其边长均不应超过1

49、km；边数不应超过6条。当边长不超过0.5km或单纯作高程控制时，边数可增加1倍。电磁波测距三角高程测量的主要技术要求，应符合表2-7的规定。等等 级级仪仪 器器 测测 回回 数数指标差指标差较较 差差竖直角竖直角较较 差差 对向观测对向观测 高差较差高差较差(mm)附合或环附合或环 形闭合差形闭合差(mm) 三丝法 中丝法四等 DJ2 3 五等 DJ2 1 2 图根 DJ6 2 备注水平距离D的单位采用km。7710102525D40D20D60D30D40 三角高程边长的测定，应采用不低于级精度的测距仪。四等应采用往返各一测回，五等应采用一测回。仪器高度、反射镜高度或觇牌高度，应在观测前后

50、量测，四等应采用测杆量测，取其值精确至1mm，当较差不大于2mm时，取用平均值；五等量测，其取值精确至1mm，当较差不大于4mm时，取用平均值。四等竖直角观测宜采用觇牌为照准目标。每照准一次，读数两次，两次读数较差不应大于3。当内业计算时，竖直角度的取值，应精确至0.1；高程的取值，应精确至1mm。2三角高程测量观测方法三角高程测量观测方法(1) 安置经纬仪于测站上，量取仪器高i和目标高s。(2) 当中丝瞄准目标时，将竖盘水准管气泡居中，读取竖 盘读数。必须以盘左、盘右进行观测。(3) 竖直角观测测回数与限差应符合表2-7的规定。(4) 用电磁波测距仪测量两点间的倾斜距离D，或水平距 离D。3