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1、第二章水准测量第1页，本讲稿共39页第一节 水准测量的原理 水准测量的实质是测水准测量的实质是测量地面上两点之间的高差，量地面上两点之间的高差，其原理是利用水准仪提供其原理是利用水准仪提供的的水平视线水平视线，读取竖立于两个，读取竖立于两个点上的水准尺上的点上的水准尺上的读数读数，来，来测定两点间的测定两点间的高差高差，再根据，再根据已知点高程计算待定点高程已知点高程计算待定点高程.第2页，本讲稿共39页如图如图3-13-1所示所示由由A A点向点向B B点进行点进行,则则:A A为后视点为后视点 a a为为后视读数后视读数 B B为前视点为前视点 b b为为前视读数前视读数高差高差=后视读数
2、后视读数-前视读数前视读数两点间高差为两点间高差为:h:hABAB=a-b=a-b第3页，本讲稿共39页 高差法高差法 A A、B B两点之间的高差两点之间的高差：hAB=a b 则则B B点的高程为点的高程为：HB=HA+hAB 仪高法仪高法 仪器的视线高程为仪器的视线高程为：Hi=HA+a 则则B B点的高程为点的高程为：HB=Hi b 仪高法主要用在架设一次仪器须测定多个未知点。仪高法主要用在架设一次仪器须测定多个未知点。高差法主要用在架设一次仪器须测定一个未知点。高差法主要用在架设一次仪器须测定一个未知点。第4页，本讲稿共39页第二节 水准测量的仪器与工具z水准仪水准仪z水准尺及尺垫水
3、准尺及尺垫z水准仪的安置与使用水准仪的安置与使用第5页，本讲稿共39页一、水准仪一、水准仪n水准仪：水准仪：能够为水准测量提供一条水平视线的仪器能够为水准测量提供一条水平视线的仪器n水准仪的分类：水准仪的分类：按精度来分：按精度来分：DS05 DS1 DS3 DS10DS05 DS1 DS3 DS10 按仪器构造来分：微倾式，自动安平水准仪按仪器构造来分：微倾式，自动安平水准仪 ，激光水准仪，激光水准仪 ，电子水准仪，电子水准仪n水准仪的组成：水准仪的组成：望远镜、水准器、基座望远镜、水准器、基座 第6页，本讲稿共39页第7页，本讲稿共39页第8页，本讲稿共39页1、望远镜 作用：瞄准目标、读
4、取读数 包括：物镜1、目镜2、调焦透镜3、十字丝分划板4、物镜对光螺旋5、目镜对光螺旋6 视准轴视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。：物镜光心与十字丝交点的连线。第9页，本讲稿共39页圆水准器圆水准器 构造：构造：玻璃制成的球面装置。玻璃制成的球面装置。零点：零点：圆水准器的球面顶点。圆水准器的球面顶点。圆水准器轴：圆水准器轴：过零点的球面法线过零点的球面法线 分划值分划值：一般为一般为8810 10 作用：作用：粗平仪器，一般用三个脚螺旋调节。粗平仪器，一般用三个脚螺旋调节。2、水准器 第10页，本讲稿共39页管水准器管水准器水准管：水准管：玻璃制成的圆弧管，内有水准气泡。玻璃制成的圆弧管，
5、内有水准气泡。水准管轴：水准管轴：水准管零点的圆弧切线。水准管零点的圆弧切线。零点：零点：水准管圆弧的中点。水准管圆弧的中点。原理：原理：当气泡位于零点时，水准管轴水平。当气泡位于零点时，水准管轴水平。作用：作用：精平仪器，用微倾螺旋调节。精平仪器，用微倾螺旋调节。第11页，本讲稿共39页第12页，本讲稿共39页二、水准尺及尺垫二、水准尺及尺垫水准尺水准尺 种类：折尺、塔尺、直尺种类：折尺、塔尺、直尺 作用：读数作用：读数尺垫尺垫 作用：转点处放水准尺，作用：转点处放水准尺，起临时传递高程。起临时传递高程。第13页，本讲稿共39页n双面尺：双面尺：一面为黑白相间称一面为黑白相间称“黑面尺黑面尺
6、”，另一面为红白相间称，另一面为红白相间称“红面尺红面尺”。两。两根尺的黑面都以尺底为零，而红面的尺根尺的黑面都以尺底为零，而红面的尺底分别为底分别为4.687 m4.687 m和和4.787 m4.787 m，利用双面，利用双面尺读数可对结果进行检核。双面尺多用尺读数可对结果进行检核。双面尺多用于三、四等及以下精度的水准测量。于三、四等及以下精度的水准测量。第14页，本讲稿共39页三、水准仪的安置与使用三、水准仪的安置与使用1 1、水准仪的安置、水准仪的安置n选好测站，打开三脚架，将三脚架插入土中，在光滑地面使脚选好测站，打开三脚架，将三脚架插入土中，在光滑地面使脚架不致打滑，并使架头大致水
7、平。架不致打滑，并使架头大致水平。n利用连接螺旋使水准仅与三脚架连接，然后旋转脚螺旋使圆水淮器的利用连接螺旋使水准仅与三脚架连接，然后旋转脚螺旋使圆水淮器的气泡居中，其方法如图气泡居中，其方法如图2929所示。所示。第15页，本讲稿共39页2 2、瞄准、瞄准n当仪器粗略整平后，松开望远镜的制当仪器粗略整平后，松开望远镜的制动螺旋，利用望远镜筒上的准星概略动螺旋，利用望远镜筒上的准星概略地瞄准水准尺，关紧制动螺旋，然后地瞄准水准尺，关紧制动螺旋，然后转动目镜调节螺旋，使十字丝呈像清转动目镜调节螺旋，使十字丝呈像清晰，再转动物镜调焦螺旋、使水准尺晰，再转动物镜调焦螺旋、使水准尺的分划呈像清晰，调焦
8、工作完成。这的分划呈像清晰，调焦工作完成。这时如发现十字丝纵丝偏离水准尺，则时如发现十字丝纵丝偏离水准尺，则可利用微动螺旋使十字丝纵丝对难水可利用微动螺旋使十字丝纵丝对难水准尺中线。准尺中线。第16页，本讲稿共39页3 3、消除视差、消除视差n视差视差：当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与尺像有相对运动，：当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与尺像有相对运动，即读数有改变，则表示有视差存在。即读数有改变，则表示有视差存在。n产生视差的原因产生视差的原因：目标成像的平面和十字丝平面不重合，即尺像没有落在十：目标成像的平面和十字丝平面不重合，即尺像没有落在十字丝平面上。字丝平面上。n
9、消消除除方方法法：是是重重新新仔仔细细地地进进行行目目镜镜和和物物镜镜对对光光。直直到到眼眼睛睛上上下下移移动动，读读数数不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。第17页，本讲稿共39页4 4、读数、读数 用十字丝的中丝用十字丝的中丝用十字丝的中丝用十字丝的中丝在尺上读数。从在尺上读数。从在尺上读数。从在尺上读数。从尺上可直接读出尺上可直接读出尺上可直接读出尺上可直接读出米、分米和厘米米、分米和厘米米、分米和厘米米、分米和厘米数，并估读出毫数，并估读出毫数，并估读出毫数，并估读出毫米数。米数。米数。米数。从小往大读。从小往
10、大读。从小往大读。从小往大读。第18页，本讲稿共39页第三节第三节 水准测量实施与检核水准测量实施与检核一、水准点一、水准点n水准点：水准点：是用水准测量的方法求得其高程的地面标志点。是用水准测量的方法求得其高程的地面标志点。n分类：分类：永久性水准点和临时性水准点永久性水准点和临时性水准点第19页，本讲稿共39页二、水准测量的实施 h=h1+h2+hnHB=HA+h当两点相距较远或高差太大时，可在沿线加设若干作为临时传递高程的点，称为转点。第20页，本讲稿共39页水准测量记录手簿观测日期观测日期 天气状况天气状况 仪器编号仪器编号 观测者观测者 记录者记录者 校核者校核者第21页，本讲稿共3
11、9页三、水准测量的校核方法三、水准测量的校核方法 1 1、计算检核、计算检核 h h1 1=a=a1 1-b-b1 1 h hn n=a=an n-b-bn n h=h h=h1 1+h+h2 2+h+hn n 同时同时h=a-b h=a-b 比较两种结果？相等比较两种结果？相等高差计算正确。高差计算正确。第22页，本讲稿共39页2 2、测站检核、测站检核 变仪高法：改变仪器的高度，测出两次黑面高差，差值变仪高法：改变仪器的高度，测出两次黑面高差，差值6mm6mm（等外水准），取平均值。（等外水准），取平均值。双面尺法：用黑、红面同时读数，测出黑、红面高差，差值双面尺法：用黑、红面同时读数，测
12、出黑、红面高差，差值5mm5mm（三四等水准），取平均值。（三四等水准），取平均值。第23页，本讲稿共39页3 3、路线校核、路线校核（1 1）闭合水准路线）闭合水准路线n从一已知的水准点开始，沿从一已知的水准点开始，沿一条闭合的路线进行水准测一条闭合的路线进行水准测量，最后又回到该起点，称量，最后又回到该起点，称为闭合水准路线。为闭合水准路线。n闭合水准路线终点是起点，则闭闭合水准路线终点是起点，则闭合水准路线的高差闭合差理论值合水准路线的高差闭合差理论值hh理理=0,=0,则高差闭合差则高差闭合差f fh h=h=h测测第24页，本讲稿共39页城市测量最大允许闭合差第25页，本讲稿共39页
13、（2 2）附合水准路线）附合水准路线n由一已知的水准点开始，又附合到另一个已知水准点的水准路线，称为附合由一已知的水准点开始，又附合到另一个已知水准点的水准路线，称为附合水准路线。水准路线。n水水准准点点A A、B B的的高高程程是是已已知知的的，所所以以这这两两点点之之间间理理论论高高差差值值为为hh理理=H=H终终-H-H起起=H=HB B-H HA A，则高差闭合差：则高差闭合差：f fh h=h=h测测-h-h理理 第26页，本讲稿共39页（3 3）支水准路线）支水准路线n既不附合到另一水准点，也不闭合到原水准点的水准路线，既不附合到另一水准点，也不闭合到原水准点的水准路线，称为支水准
14、路线。称为支水准路线。nhh往往,h,h返返应绝对值相同应绝对值相同,符号相反。则高差闭合差符号相反。则高差闭合差 f fh h=h=h往往+h+h返返第27页，本讲稿共39页第四节第四节 四等水准测量四等水准测量一、观测顺序一、观测顺序 后视黑尺面后视黑尺面读取上、中、下丝读数读取上、中、下丝读数 前视黑尺面前视黑尺面读取上、中、下丝读数读取上、中、下丝读数 前视红尺面前视红尺面读取中丝读数读取中丝读数 后视红尺面后视红尺面读取中丝读数读取中丝读数观测顺序简称为：后黑观测顺序简称为：后黑前黑前黑前红前红后红后红第28页，本讲稿共39页 复核：(1)(2)(6)(5)(3)(4)(9)(14)
15、(10)(8)(7)(15)(16)(17)(18)(11)(12)(13)第29页，本讲稿共39页每一站的计算与检核每一站的计算与检核 视距计算与检核视距计算与检核（单位：（单位：m m）后视距后视距 (15)=(1)-(2)100 (15)=(1)-(2)100 前视距前视距 (16)=(5)-(6)100 (16)=(5)-(6)100 前、后视距差前、后视距差(17)=|(15)-(16)|(17)=|(15)-(16)|（5m 5m）前、后视视距累积差前、后视视距累积差 (18)=(18)=上站上站(18)+(18)+本站本站(17)(17)（10m 10m）水准尺读数检核水准尺读数
16、检核（单位：（单位：mm)mm)同一水准尺黑面与红面读数差的检核同一水准尺黑面与红面读数差的检核 前尺前尺 (9)=(3)+K (9)=(3)+K1 1-(4)-(4)（3mm 3mm）后尺后尺 (10)=(7)+K (10)=(7)+K2 2-(8)-(8)（3mm 3mm）第30页，本讲稿共39页 高差计算与检核高差计算与检核（单位：（单位：m m）黑面高差黑面高差 (11)=(3)-(7)(11)=(3)-(7)红面高差红面高差 (12)=(4)-(8)(12)=(4)-(8)红黑面高差之差红黑面高差之差 (13)=(11)-(12)0.1 (13)=(11)-(12)0.1 或或=(9
17、)-(10)=(9)-(10)（5mm5mm）高差中数高差中数 (18)=(11)+(12)0.1/2 (18)=(11)+(12)0.1/2第31页，本讲稿共39页四等水准测量的技术要求四等水准测量的技术要求一般用在国家高程控制网加密，也可作为小地区水准网首级高程控制。等级视线高度（m）视距长度（m）前后视距差（m）前后视距累计差（m）基辅分划读数差（mm）基辅分划所测高差之差（mm）路线闭合差（mm）四等0.2803.010.03.05.020第32页，本讲稿共39页 5.919-16.221+10.302+20.203第33页，本讲稿共39页第五节第五节 水准测量内业计算水准测量内业计算
18、 水准测量内业计算的实质就是将闭合差进行水准测量内业计算的实质就是将闭合差进行合理分配，使调整后的高差闭合差为零，合理分配，使调整后的高差闭合差为零，并据此推算各未知点的高程。并据此推算各未知点的高程。第34页，本讲稿共39页高差闭合差分配高差闭合差分配分配的原则：将闭合差以相反的符号根据测站数或水准路线的长度成比例分配到各测段的高差上。各测段高差的改正数用公式表示为：式中：vi为分配给第i测段高差上的改正数；Li和ni分别为第i测段路线的长度和测站数；L和n分别为水准路线的总长度和总测站数。第35页，本讲稿共39页第36页，本讲稿共39页第六节第六节 水准测量误差分析水准测量误差分析一一、仪
19、器误差、仪器误差仪器校正不完善误差：仪器校正不完善误差：原因：原因：i i角误差检校后的残余值角误差检校后的残余值 方法：观测时注意使前、后视距相等，可消除或减弱其影响。方法：观测时注意使前、后视距相等，可消除或减弱其影响。调焦误差调焦误差 水准尺误差水准尺误差：原因：水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因：水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等 方法：须检验水准尺上真长与名义长度，加尺长改正数。方法：须检验水准尺上真长与名义长度，加尺长改正数。水准尺的零点差水准尺的零点差：一测段中安排偶数个测站予以消除。一测段中安排偶数个测站予以消除。第37页，本讲稿共39页二二、观测误差、观测误差 整平误
20、差整平误差 照准误差照准误差 水准尺倾斜水准尺倾斜 估读误差估读误差 这些误差须严格认真操作、读数，来避免误差的影响。这些误差须严格认真操作、读数，来避免误差的影响。第38页，本讲稿共39页三三 、外界环境的影响、外界环境的影响仪器下沉：仪器下沉：采用采用“后后前前前前后后”的观测顺序可以削弱其影响。的观测顺序可以削弱其影响。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其影响。采用往返观测取观测高差的中数可以削弱其影响。地球曲率和大气折光影响：地球曲率和大气折光影响：视线要高于地面视线要高于地面0.3m0.3m以上，前后视以上，前后视距相等也可消弱其影响距相等也可消弱其影响 温度影响：温度影响：观测时应注意撑伞遮阳观测时应注意撑伞遮阳。第39页，本讲稿共39页