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1、第 三 讲本次授课的本次授课的目的和要目的和要求求本次授课的本次授课的重点与难点重点与难点u水准测量的方法水准测量的方法u水准测量的成果处理水准测量的成果处理u水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正u水准测量的误差分析水准测量的误差分析水准测量的成果处理水准测量的成果处理水准测量水准测量的方法水准测量的方法12.3水准测量方法水准测量方法水准测量的主要目的是测出一系列水准点的高程水准测量的主要目的是测出一系列水准点的高程。通过。通过水准点的高程，可以了解地表的形状、地壳的变化，以及指水准点的高程，可以了解地表的形状、地壳的变化，以及指导工程的设计、施工。水准测量必须有统一的高程系。导工程的设计、
2、施工。水准测量必须有统一的高程系。我国我国统一的高程系是统一的高程系是1985年国家高程系年国家高程系。水准测量的等级分为：水准测量的等级分为：一、二等水准测量一、二等水准测量三、四等水准测量（普通水准测量）三、四等水准测量（普通水准测量）图根水准测量图根水准测量2一、水准点一、水准点 为了统一全国高程系统和满足科研、测图、国家建设的需要，为了统一全国高程系统和满足科研、测图、国家建设的需要，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点水准点（Ben
3、ch Bench MarkMark），常用），常用BMBM表示。表示。水准点按使用和保存年限分为：水准点按使用和保存年限分为：永久水准点、临时水准点永久水准点、临时水准点 3 安置仪器，粗平（安置仪器，粗平（使圆水准器气泡居中使圆水准器气泡居中）；）；照准后视尺，精平（转动微倾螺旋使水准管气泡精确居照准后视尺，精平（转动微倾螺旋使水准管气泡精确居 中），用中丝读后视尺读数中），用中丝读后视尺读数a1=2036mma1=2036mm。记录员。记录员复诵复诵后记后记 入观测手簿；入观测手簿；照准前视尺，精平，读前视尺读数照准前视尺，精平，读前视尺读数b1=1547mmb1=1547mm。记录员复。
4、记录员复 诵后记入手簿，并计算出诵后记入手簿，并计算出A A点与转点点与转点TP1TP1之间的高差：之间的高差：h1h120362036mmmm-1547-1547mmmm=0.4890.489m m 填入高差栏。填入高差栏。二、一测站上的基本观测程序为：一测站上的基本观测程序为：4BMABMB2.0361.118TP1H H1 1=+0.918=+0.9180.869 TP2h h1 1=-0.318=-0.3181.187 TP31.495H H1 1=+0.417=+0.4171.0781.256h h1 1=-0.575=-0.5751.831前前 进进 方方 向向测站站测点点水准尺水
5、准尺读数数高差（高差（m）高程（高程（m）备注注后后视（a）前前视（b）-BMATP12.0361.1180.91827.354TP1TP20.8691.1870.318TP2TP31.4951.0780.417TP3BMB1.2561.8310.57527.796计算算检核核5.6565.2145.2141.3350.8930.89327.84927.3540.4420.4420.4425水准测量注意事项水准测量注意事项:由于测量误差是不可避免的，我们无法完全消除其影响。但是可采由于测量误差是不可避免的，我们无法完全消除其影响。但是可采取一定的措施减弱其影响，以提高测量成果的精度。同时应绝对
6、避免在取一定的措施减弱其影响，以提高测量成果的精度。同时应绝对避免在测量成果中存在错误，因此在进行水准测量时，应注意以下各点：测量成果中存在错误，因此在进行水准测量时，应注意以下各点：、观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正。、观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正。、在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面、在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉。、前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误、前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和
7、地球曲率与大气折光的影响。差和地球曲率与大气折光的影响。、前、后视距离不宜太长，一般不要超过、前、后视距离不宜太长，一般不要超过100m100m。视线高度应使上、。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响。中、下三丝都能在水准尺上读数以减少大气折光影响。、水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底、水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑。6、读完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读。、读完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读。、记录员要复诵
8、读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，、记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字。不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字。、在烈日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。、在烈日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。7三、水准测量的检核方法三、水准测量的检核方法 测站站测点点水准尺水准尺读数数高差（高差（m）高程（高程（m）后后视（a）前前视（b）BMATP12.0361.1180.91827.354TP1TP20.8691.1870.318TP2TP31.49
9、51.0780.417TP3BMB1.2561.8310.57527.796计算算检核核5.6565.2145.2141.3350.8930.89327.84927.3540.4420.4420.4421 1、计算检核、计算检核 8 在进行连续水准测量时，如果任何一测站的后视读数或前视读数有错误，在进行连续水准测量时，如果任何一测站的后视读数或前视读数有错误，都将影响所测高差的正确性。因此，在每一测站的水准测量中，为了及时都将影响所测高差的正确性。因此，在每一测站的水准测量中，为了及时的发现观测中的错误，通常采用的发现观测中的错误，通常采用两次仪器高法两次仪器高法或者或者双面尺法双面尺法进行观
10、测，以进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称为检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称为测站检核测站检核。两次仪器高法两次仪器高法 两次仪器高法是在同一测站上用两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度两次不同的仪器高度，两次测定高差。，两次测定高差。即测得第一次高差后，改变仪器高度约即测得第一次高差后，改变仪器高度约10cm10cm以上，再次测定高差。若两次以上，再次测定高差。若两次测得的高差之差测得的高差之差未超过未超过5mm5mm，则，则取其平均值取其平均值作为该测站的观测高差。作为该测站的观测高差。否则需否则需重测。重测。双面尺法双面尺法 双面尺法是在一测站上，仪器高
11、度不变，分别用双面水准尺的双面尺法是在一测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红黑面和红面面两次测定高差。若两次测得高差之差两次测定高差。若两次测得高差之差未超过未超过5mm5mm，则，则取其平均值取其平均值作为该测作为该测站的高差。否则需要重测。站的高差。否则需要重测。由于在每一测站上仪器高度不变，这样可加快观测的速度。由于在每一测站上仪器高度不变，这样可加快观测的速度。因此，在因此，在实际测量作业中，普遍采用双面尺法来进行测站检核。实际测量作业中，普遍采用双面尺法来进行测站检核。2 2、测站检核、测站检核 9 用用双双面面尺尺，每每尺尺均均读读取取黑黑、红红两两面面的的读读数数。每
12、每测测站站水水准准仪仪粗粗平平后后的的观观测步骤为：测步骤为：（1）瞄准瞄准后后视尺视尺黑黑面，精平，读数面，精平，读数 （2）瞄准瞄准前前视尺视尺黑黑面，精平，读数面，精平，读数 （3）瞄准瞄准前前视尺视尺红红面，精平，读数面，精平，读数 （4）瞄准瞄准后后视尺视尺红红面，精平，读数面，精平，读数这种观测顺序通常简称为这种观测顺序通常简称为“后前前后后前前后”黑面尺：以黑面尺：以零零开始刻划开始刻划 红面尺：一尺从红面尺：一尺从46874687开始刻划，另一尺从开始刻划，另一尺从47874787开始刻划开始刻划 红黑面计算高差理论上相差红黑面计算高差理论上相差0.1m0.1m 对于四等水准测
13、量，每测站水准仪粗平后的观测亦可按如下步骤进行：对于四等水准测量，每测站水准仪粗平后的观测亦可按如下步骤进行：（1）瞄准瞄准后后视尺视尺黑黑面，精平，读数面，精平，读数 （2）瞄准瞄准后后视尺视尺红红面，精平，读数面，精平，读数 （3）瞄准瞄准前前视尺视尺红红面，精平，读数面，精平，读数 （4）瞄准瞄准前前视尺视尺黑黑面，精平，读数面，精平，读数 这种观测顺序通常简称为这种观测顺序通常简称为“后后后后前前前前”10在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线水准路线。在连续水准测量中，在连续水准测量中，虽然每一测站都进行了检核，但仍不能保证整条水
14、虽然每一测站都进行了检核，但仍不能保证整条水准路线的观测高差就没有错误。例如用作转点的尺垫在仪器搬站期间被碰动准路线的观测高差就没有错误。例如用作转点的尺垫在仪器搬站期间被碰动（导致相邻两站水准测量中，水准尺未放在同一点上，从而漏测了一小段高（导致相邻两站水准测量中，水准尺未放在同一点上，从而漏测了一小段高差）所引起的错误就不能用测站检核的办法检查出来，这就需要通过水准路差）所引起的错误就不能用测站检核的办法检查出来，这就需要通过水准路线闭合差来检验。线闭合差来检验。水准路线检核方法一般有以下三种：水准路线检核方法一般有以下三种：水准路线从已知水准点水准路线从已知水准点BM1BM1（起始点）出
15、发，沿着待定点进行水准测量，（起始点）出发，沿着待定点进行水准测量，最后测到已知水准点最后测到已知水准点BM2BM2（终点），这样的水准路线称为附合水准路线。（终点），这样的水准路线称为附合水准路线。h h理理H H终一终一H H始始 (2-4)(2-4)实测的高差与已知高差一般不可能完全相等，其差值称为高差闭合差实测的高差与已知高差一般不可能完全相等，其差值称为高差闭合差fh:fh:(2-5)(2-5)2 2、路线检核、路线检核 1 1、符合水准路线、符合水准路线 11 由由BM5BM5出发，沿环线进行水准测量，最后回到原水准点出发，沿环线进行水准测量，最后回到原水准点BM5BM5上，称为上
16、，称为闭合水准路线。闭合水准路线。路线上各点之间高差的代数和应等于零，即：路线上各点之间高差的代数和应等于零，即：h h理理0 (2-6)0 (2-6)如不等于零，则高差闭合差为：如不等于零，则高差闭合差为：(2-7)(2-7)由一水准点由一水准点BM8BM8出发，既不附合到其他水准点上，也不自行闭合，称为出发，既不附合到其他水准点上，也不自行闭合，称为支水准路线。支水准路线。支水准路线要进行往返观测，往测高差与返测高差观测值的代数和支水准路线要进行往返观测，往测高差与返测高差观测值的代数和h h往往+h+h返理论上应为零。如不等于零，则高差闭合差为：返理论上应为零。如不等于零，则高差闭合差为
17、：(2-8)(2-8)2 2、闭合水准路线、闭合水准路线 3 3、支水准路线、支水准路线 12四、水准测量的内业计算四、水准测量的内业计算1.单一附合水准路线1）计算闭合差）计算闭合差2）判断闭合差是否超限）判断闭合差是否超限3）计算各测段观测高差的改正数）计算各测段观测高差的改正数5）计算各测段的改正后的高差）计算各测段的改正后的高差6）计算各点的高程值）计算各点的高程值4）检查改正数计算）检查改正数计算AB2h1h2h31或 13四、水准测量的内业计算（成果处理）四、水准测量的内业计算（成果处理）1 1、水准测量的精度要求、水准测量的精度要求建筑工程中对水准测量路线高差闭合差的要求，一般规
18、定为：建筑工程中对水准测量路线高差闭合差的要求，一般规定为：平地平地 (mm)(2-9)(mm)(2-9)山地山地 (mm)(2-10)(mm)(2-10)式中式中f fh h容为高差闭合差的容许值；容为高差闭合差的容许值；L L为水准路线长度，以为水准路线长度，以kmkm为单位；为单位；n n为水准路线测站数。为水准路线测站数。当地形起伏较大，每当地形起伏较大，每1km1km水准路线超过水准路线超过1616个测个测站时按山地计算容许闭合差。站时按山地计算容许闭合差。2 2、水准测量成果计算步骤：（以符合水准路线为例）、水准测量成果计算步骤：（以符合水准路线为例）计算实测高差之和计算实测高差之
19、和h测测与理论高差与理论高差h理理H终终一一H始始 计算高差闭合差计算高差闭合差fh和容许闭合差和容许闭合差fh容容 判断高差闭合差是否超限，如果判断高差闭合差是否超限，如果 fh=fh容容 ，则其精度符合，则其精度符合 要求，可做下一步计算。否则重测。要求，可做下一步计算。否则重测。14 计算高差改正数计算高差改正数 高差闭合差的调整方法和原则：按高差闭合差的调整方法和原则：按与测站数或与线路长度成正比与测站数或与线路长度成正比的分的分配原则，改正数的符号与闭合差的符号相反。配原则，改正数的符号与闭合差的符号相反。或或计算各测段的改正后的高差计算各测段的改正后的高差 检查改正数计算检查改正数
20、计算计算各点高程值计算各点高程值 即各测段的改正数为：即各测段的改正数为：15一、水准仪应满足的条件一、水准仪应满足的条件1、水准仪应满足的主要条件有：(2)望远镜的视准轴不因调焦而变动位置2.4水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正视准轴（视准轴（CC）水准管轴（水准管轴（LL）(1)水准管轴（LL）平行于视准轴（CC）16圆水准轴（圆水准轴（LL）竖轴（竖轴（VV）(1)圆水准器轴（LL）平行于竖轴（VV）2、水准仪应满足的次要条件有：(2)十字丝的横丝应当与仪器的旋转轴垂直17二、圆水准器的水准轴与仪器的旋转轴二、圆水准器的水准轴与仪器的旋转轴平行的检验与校正平行的检验与校正检验：检验：先
21、用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后旋先用脚螺旋将圆水准器气泡居中，然后旋转转180，检查气泡是否居中。，检查气泡是否居中。校正：校正：用校正螺钉校一用校正螺钉校一半，反复检查，半，反复检查，反复校正。反复校正。18三、十字丝横丝应与仪器旋转轴垂直的检三、十字丝横丝应与仪器旋转轴垂直的检验与校正验与校正AAAA检验：用望远镜十字丝中丝对准一清晰点用望远镜十字丝中丝对准一清晰点A，再转动水，再转动水平微动螺旋检查平微动螺旋检查A点是否始终落在中丝上。点是否始终落在中丝上。校正：校正：松开目镜保护盖，放松十字丝环的校正螺钉松开目镜保护盖，放松十字丝环的校正螺钉转动十字丝环转动十字丝环19四、望远镜的视
22、准轴与水准管的水准轴平行的四、望远镜的视准轴与水准管的水准轴平行的检验与校正检验与校正望远镜的望远镜的视准轴视准轴和水准管的和水准管的水准轴水准轴是空间的两条直是空间的两条直线。线。在在竖直面上的投影竖直面上的投影是否平行的检验称为是否平行的检验称为i角检验角检验。201、i角对读数和高差的影响 AB向上倾斜向上倾斜i角的符号为正角的符号为正212、检验i角的基本原理 BA22第一种检验i角的方法 BA23第二种检验i角的方法 BA24校正：校正：1、B点一端的仪器不动，计算点一端的仪器不动，计算A标尺的正确读数标尺的正确读数2、用微倾螺旋使读数对准、用微倾螺旋使读数对准3、调节校正螺钉使水准
23、管气泡居中、调节校正螺钉使水准管气泡居中AAAxaaSix-=22r25五、水准尺的检验五、水准尺的检验1.一般检视2.圆水准器的检验与校正3.水准尺分划的检验 （区格式木质水准尺）水准尺每米平均真长的测定 每米长度误差，不得超过0.5mm水准尺每分米分划误差的测定 不得超过0.1mm水准尺红黑面零点差的测定 应为4687或4787mm一对水准尺黑面零点差 设置偶数测站262.5水准测量的误差分析水准测量的误差分析水准测量误差包括水准测量误差包括仪器误差仪器误差、观测误差观测误差和和外界条件的影响外界条件的影响三个方面三个方面一、仪器误差一、仪器误差1、视准轴视准轴与与水准管轴水准管轴不平行的
24、误差不平行的误差视准轴（视准轴（CC）水准管轴（水准管轴（LL）水准管轴（水准管轴（LL）平行于视准轴（）平行于视准轴（CC）i角：视准轴与水准管轴在竖直面上投影的夹角角：视准轴与水准管轴在竖直面上投影的夹角27AB向上倾斜向上倾斜i角的符号为正角的符号为正282、水准尺误差、水准尺误差水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等因素，都会影响水水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等因素，都会影响水准测量的精度，水准尺必须经过检验才能使用。准测量的精度，水准尺必须经过检验才能使用。012012z水准尺零点差：水准尺零点差：水准尺零点与底面应重水准尺零点与底面应重合，但由于使用时的磨损和制造工艺水合，但由于使
25、用时的磨损和制造工艺水平的关系，零点和尺底可能不一致。平的关系，零点和尺底可能不一致。可在一测段中使测站数为偶数的方法予可在一测段中使测站数为偶数的方法予以消除。以消除。29二、观测误差二、观测误差1、精平误差、精平误差2、估读误差、估读误差与与十字丝横丝的粗细十字丝横丝的粗细、望远镜的放大倍率望远镜的放大倍率、人眼的局限人眼的局限性性，视距长度视距长度等有关。所以各级水准测量规定了望远镜的等有关。所以各级水准测量规定了望远镜的放大率、并限制了最大视距长度。放大率、并限制了最大视距长度。303、水准尺倾斜误差、水准尺倾斜误差一个测站：一条水准路线：对读数的影响：和高差的大小有关-=D-=-=D
26、-D=D-=-=D=)cos1)()cos1()cos1)()cos1(cosggggghhhbabahaaaaaa31三、外界环境的影响三、外界环境的影响仪器下沉：条件：条件：1、尺子不升沉，仪、尺子不升沉，仪器下沉器下沉2、和时间成比例和时间成比例3、观测速度均匀观测速度均匀采用后前前后的观测程序、作业很熟练、硬的路面观测可减小误差采用后前前后的观测程序、作业很熟练、硬的路面观测可减小误差1、水准尺和水准仪下沉误差、水准尺和水准仪下沉误差水准尺下沉的影响，采用往返测，取高差平均值减弱水准尺下沉的影响，采用往返测，取高差平均值减弱322、地球曲率及大气折光的影响（、地球曲率及大气折光的影响（
27、前面已讲述前面已讲述）1 1）视线高出地面）视线高出地面0.30.3m m，2 2）选择合适的天气（阴天、无风等）选择合适的天气（阴天、无风等）3 3）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等）在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。3、日照及风力引起的误差、日照及风力引起的误差33 1、何谓视差？产生视差的原因是什么？如何消除？2、将水准仪安置在两尺的等距离处进行观测可以消除哪些误差？3、某闭合水准路线测量成果如图，已知A点高程为150.313m，请评定其成果是否合格，如合格，请调整闭合差并推算各点高程。4、将水准仪安置在A、B两点等距离处，测得，将仪器搬到后视点A附近，读取A点的读数 ，读取 B点读数 。此仪器水准管轴是否平行于视准轴？如不平行如何校正？作业:34