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1、会计学 1水利工程测量3现代普通测量学工 程 测 量第3章 水准测量 主要内容：水准测量原理、水准仪的构造及使用、水准测量的施测方法、水准仪的检验与校正。主要目的：掌握水准测量原理、水准仪的使用，掌握地面点位高程测量过程，从而精确求出地面点高程。第2页/共55页 3.1 水准测量原理原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。1.高差法:hAB=后视读数前视读数，即：待定点B点的高程：2.仪高法(视线高法):第3章 水准测量第3页/共55页 3.2 3.2 水准仪及其使用 水准仪及其使用 水准测量所使用的仪器为水准仪，
2、所使用的工具为水准尺和尺垫。n n 水准仪按其精度划分为四个等级：n n 精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10n n D大地测量；S水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。n n 水准仪按其构造可分为四种：n n 微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪n n 目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：n n DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）第3章 水准测量第4页/共55页n n 一、一、DS3 DS3微倾式水准仪及其使用 微倾式水准仪及其使用n n 作用：为测量高差提供一条水平视线n n 组成：望远镜、水准器、基座1
3、32765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座 3.2 水准仪及其使用第5页/共55页(1)(1)望远镜 望远镜由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成 由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板组成n nC C C Cn n视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线n n视准轴在测量时必须保持水平，也就是水平视线！3.2 水准仪及其使用第6页/共55页（2）水准器 水准器分为圆水准器和
4、管水准器两种。管水准器用来指示视准轴是否水平n n 0 0 点 点 2mm 2mm 管水准器又称为长水准管 水准管分划值：是水准管表面2mm圆弧所对应的圆心角 水准管轴LL：过水准管零点所作圆弧面的纵切线 3.2 水准仪及其使用第7页/共55页 2mm圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直 圆水准器分划值：是圆水准器表面2mm圆弧所对应的圆心角 DS3水准仪水准器分划值 通常为：长水准管 圆水准器 圆水准器轴：过圆水准器零点所作圆球面的法线 3.2 水准仪及其使用第8页/共55页DS3水准仪常采用符合水准管系统目的是提高水准管气泡居中的精度 气泡符合 尚未符合微倾螺旋 符合气泡符合，水准管轴与视线水
5、平 3.2 水准仪及其使用第9页/共55页n n（3 3）基座）基座 基座通过连接螺旋与 基座通过连接螺旋与三脚架相连 三脚架相连 基座用于支承水准仪 基座用于支承水准仪上部，水准仪旋转轴插 上部，水准仪旋转轴插入基座轴套可自由旋转 入基座轴套可自由旋转 基座上的三个脚螺旋 基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准气泡 用于调节圆水准气泡 仪器竖轴 仪器竖轴VV VV：就是水：就是水准仪的旋转轴 准仪的旋转轴望远镜水准器基座三脚架VV 3.2 水准仪及其使用第10页/共55页水准仪的主要 水准仪的主要构造特点 构造特点n n水准仪的主要轴线：水准仪的主要轴线：n n 视准轴 视准轴CC CCn n 水
6、准管轴 水准管轴LL LLn n 圆水准器轴 圆水准器轴n n 仪器竖轴 仪器竖轴VV VVn n必须满足的几何条件：必须满足的几何条件：n n VV VVn n 十字丝横丝 十字丝横丝 VV VVn n LL LL CC CC 3.2 水准仪及其使用第11页/共55页2.水准尺和尺垫（1）水准尺有单面尺、双面尺、塔尺三种（2）标准水准尺为一对双面尺，其中:A尺和B尺黑面03m;A尺红面4.6877.687m,B尺红面4.7877.787m。（3）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。3.2 水准仪及其使用第12页/共55页3.水准仪的使用为测定A、B两点的高差，首先将水准仪安置在A、
7、B两点之间，然后按以下四个步骤进行操作：n n（1 1）粗平（粗略整平）粗平（粗略整平）n n 目的是使仪器竖轴铅直n n 调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中，气泡移动的方向始终与左手大拇指的运动方向一致。3.2 水准仪及其使用第13页/共55页（2）瞄准（瞄准水准尺）首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰，转动望远 首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰，转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目标清晰。注意 镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目标清晰。注意消除视差！消除视差！什么是视差？产生的原因？如何消除？什么是视差？产生的原因？如何消除？3.2 水准仪及其使用第14页/共55页微倾螺旋（3）精平（
8、精确整平）在每次读数之前，都应注视符合水准气泡观测窗，转 在每次读数之前，都应注视符合水准气泡观测窗，转动微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合水准器的两端气泡 动微倾螺旋使水准管气泡居中，即符合水准器的两端气泡影像对齐，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，水 影像对齐，只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候，水准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一条水平视线。准管轴水平，视准轴亦水平，即提供了一条水平视线。3.2 水准仪及其使用第15页/共55页（4）读数（精确整平）仪器精确整平后，即可用十字丝横丝（即中丝）在水准尺上读数。读数按由小到大的方向，读出米、分米、厘米、并仔细估读毫米数。读数记录一般均不
9、加小数点，读记四位数，以毫米为单位。n n 黑面读数 黑面读数a=1274 a=1274（mm mm）n n 红面读数 红面读数n n b=5958 b=5958（m mm m）3.2 水准仪及其使用第16页/共55页 3.2 水准仪及其使用第17页/共55页精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量(the first 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。一、DS3微倾式水准仪及其使用二、精密水准仪及其使用 二、精密水准仪及其使用 3.2 水准仪及其使用 第
10、3章 水准测量第18页/共55页 1)望远镜的放大倍数大，分辨率高，如规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2)管水准器分划值为10/2mm，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。3.2 水准仪及其使用二、二、精密水准仪及其使用 精密水准仪及其使用1.1.精密水准仪的构造特点 精密水准仪的构造特点第19页/共55页 精密水准尺：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，
11、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分为基辅分划（10mm）和奇偶分划（5mm）两种。基辅分划差为：3.01550 m二、二、精密水准仪及其使用 精密水准仪及其使用2.2.精密水准尺（因瓦水准尺）精密水准尺（因瓦水准尺）3.2 水准仪及其使用第20页/共55页 下图就是新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。3.2 水准仪及其使用二、二、精密水准仪及其使用 精密水准仪及其使用3 3 N3 N3精密水准仪的使用 精密水准仪的使用第21页/共55页N
12、3 N3精密水准仪读数原理 精密水准仪读数原理测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。3.2 水准仪及其使用第22页/共55页 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。实际读数为：如下图的读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m。N3 N3 精密水准仪测微尺的读数 精密水准仪测微尺的读数第23页/共55页 自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中
13、后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平状态。自动安平水准仪 3.3 自动安平水准仪 第3章 水准测量第24页/共55页一、自动安平水准仪的结构 3.3 自动安平水准仪 第3章 水准测量第25页/共55页二、自动安平水准仪的补偿工作原理 3.3 自动安平水准仪 第3章 水准测量第26页/共55页 数字水准仪（digital levels）是一种新型的智能化水准仪，又称为电子水准仪。它最大的特点是用CCD传感器代替眼睛对条码水准标尺读数，从而实现水准测量观测自动化。根据测量原理的不同，主要有：徕卡DNA系列采用相关法，蔡司（天宝）DiNi系列、索佳SDL系列都使用几何法，拓普康 DL
14、系列采用相位法和国产南方系列竖直水准仪等。目前数字水准仪高程测量的精度（每公里往返测高差中数的中误差）可达0.3mm/km，测距精度为测程为1.5m100m，测量时间3秒，补偿精度0.2，补偿工作范围15。3.4 数字水准仪 第3章 水准测量第27页/共55页一、数字水准仪的构造望远镜基座 脚螺旋自动安平补偿器 电子水准 仪调焦螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将物镜金进入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数（电子水准仪）3.4 数字水准仪 第3章 水准测量第28页/共55页 3.4 数字水准仪 第3章 水准测量
15、二、数字水准仪的测量原理第29页/共55页 3.4 数字水准仪 第3章 水准测量三、数字水准仪的特点 数字水准仪是光电、图像和计算机技术于一体的新型的水准仪，有如下特点：1无需人工读数，避免了人为误差；2自动读数、显示、存储、传输，速度快，效率高；3使用多个条码计算视线高和视距，精度高，数据可靠；4自动改正测量误差。第30页/共55页 3.5 3.5 水准测量方法 水准测量方法n n 一、水准测量的外业实施 一、水准测量的外业实施n n 1.1.水准点 水准点n n 事先埋设标志在地面上，用水准测量方 事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点 法建立的高程控制点(Bench Mar
16、k Bench Mark),),常以 常以BM BM表 表示。示。n n 水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通 水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面 常为凸起的半球面,用于放置水准尺。用于放置水准尺。第3章 水准测量第31页/共55页 一、水准测量的外业实施2.待定点高程的测量和计算检核n n已知HA，求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2.称为转点,起高程传递作用,常用TP表示，实测时转点上应使用尺垫。3.5 水准测量方法第32页/共55页 每测站高差：各测站高差之和：待定点B点高程：施测方法（动画）一、水准测量的外业实施2.待定点高程的测量和计算检核 3.5 水准测
17、量方法第33页/共55页普通水准测量记录表0.718 2.20950.583 1.268 1.425 ZD 1ab=5.358 3.867=1.491h=2.209 0.718=1.491H B H A=51.491 50.000=1.491H B H A=h=a b(计算无误)计算检核3.867 5.358 51.491 0.346 B50.618 1.581 1.219 ZD 351.336 0.672 0.863 ZD 2H A=50.000m 50.0000.5830.7530.8731.851 A 前视+后 视备 注高 程（m）高 差 标尺读数（m）测点0.718第34页/共55页n
18、 n 为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范 为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范围之内，必须进行测站检核。围之内，必须进行测站检核。n n 测站检核有 测站检核有双仪高法 双仪高法和 和双面尺法 双面尺法n n（1 1）双面尺法 双面尺法：黑面读数高差：黑面读数高差：n n 红面读数高差 红面读数高差：n n 红黑面高差之差：红黑面高差之差：n n 最后高差中数：最后高差中数：n n（2 2）双仪高法 双仪高法：改变仪器高度 改变仪器高度10cm 10cm以上，测出 以上，测出两次高差，进行检核。两次高差，进行检核。3.5 水准测量方法 一、水准测量的外业实施3.测站检核第35页/共5
19、5页 双面尺法水准测量观测记录表第36页/共55页 双仪高法水准测量观测记录表第37页/共55页 二、水准路线测量的成果检核 二、水准路线测量的成果检核n n1.闭合水准路线n n 从某已知点BMA出发,经待定点1,2,3,4;再回到A点。n n 高差理论值：n n 高差闭合差：n n2.附合水准路线n n从已知点BMA出发到另一已知点B,n n 高差理论值：n n 高差闭合差：AB2 h1h31 3.5 水准测量方法OOOO第38页/共55页3.结点水准网（1）独立水准网（2）单结点附合水准网4.支水准路线从已知点BMA出发到待定点1 二、水准路线测量的成果检核 3.5 水准测量方法 OOO
20、OO第39页/共55页三、水准测量的内业计算 按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后严格满足检核条件。等外水准测量n n高差闭合差容许误差：n n山地：n n平地：国家四等水准测量n n高差闭合差容许误差：n n山地：n n平地：3.5 水准测量方法第40页/共55页内业计算步骤h21）计算闭合差2）判断闭合差是否超限3）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6）计算各点的高程值4）检查闭合差是否分配完AB2附合水准路线h1h31 3.5 水准测量方法第41页/共55页1.3例：附合水准测量内业计算第42页/共55页普通水准测量记录
21、计算表-0.016-0.014-0.119B 56.9020964575415636348Bf h=h=0.016 m=16 mm检核BMA 55.35207725560BMAE 55.2432024671208765566ED 56.3322100688609325720DC 57.0791387607613506035CHA=55.352m 55.35225127200BMA平均高差 高差 前视 后 视备 注高 程（m）高 差 标尺读数（m）测点7.23330.8697.24730.988+1.548+1.446+0.176+0.272-0.750-0.851-1.092-0.992+0.
22、104+0.006+3+1.547+3+0.174+3-0.750+3-1.092+4+0.105第43页/共55页 3.6 水准仪的检验与校正（微倾式光学水准仪）n n 一、圆水准器的检验与校正n n 检验目的是保证：n n 圆水准器轴仪器VV二、十字丝的检验与校正 检验目的是保证：十字丝横丝 仪器VV三、管水准器的检验与校正 检验目的是保证：视准轴CC 水准管轴LL（水准仪的主条件）第3章 水准测量第44页/共55页 3.6 水准仪的检验与校正一、圆水准器的检验与校正 第3章 水准测量第45页/共55页 3.6 水准仪的检验与校正二、十字丝的检验与校正 第3章 水准测量第46页/共55页
23、3.6 水准仪的检验与校正三、管水准器的检验与校正 1首先在A、B中点S1安置水准仪，两次测定A、B间高差小于3mm时，取其平均值得hAB。2将仪器移至S2点，当仪器CC LL时，A尺正确读数应为：；当存在 i 角误差时，A尺正确读数为 第3章 水准测量第47页/共55页 3.7 水准测量误差分析及注意事项n n 一、仪器误差 一、仪器误差n n 1.1.仪器校正后的残余误差 仪器校正后的残余误差n n 2.2.水准尺误差 水准尺误差(包含 包含:刻划、变形和零点误差 刻划、变形和零点误差等）等）二、观测误差 1.读数误差;2.视差影响；3.水准管气泡居中误差；4水准尺倾斜误差。三、外界条件的
24、影响 1.仪器下沉和尺垫下沉误差 2.地球曲率和大气折光的影响 3.温度的影响 第3章 水准测量第48页/共55页 3.7 水准测量误差分析及注意事项 第3章 水准测量地球曲率和大气折光的影响 第49页/共55页地球曲率和大气折光的影响 1）视线高出地面0.3m，2）选择合适的天气（阴天、晚上、无风等）3）避开不利的环境（日出后、日落前半小时、中午、大风等）4）最主要的是要求前后视距离应相等！在晴天，地面温度高，空气的密度较上面的稀，光线向上折射。3.7 水准测量误差分析及注意事项 第3章 水准测量第50页/共55页习题及思考题1高程测量有几种方法？2设A为后视点，B为前视点，A点高程为20.
25、123m。当后视读数为1.456m，前视读数为1.579m时，问A、B两点高差是多少?B、A两点的高差又是多少?计算出B点高程并绘图说明。3何谓视差？产生视差的原因是什么？怎样消除视差？4水准仪上的圆水准器和管水准器的作用有何不同？何谓水准器分划值？5水准仪有哪几条主要轴线?它们之间应满足什么条件?何谓主条件?为什么?6水准测量时，要求选择一定的路线进行施测，其目的何在?转点的作用是什么?7.水准测量时，为什么要求前、后视距离大致相等?8试述水准测量的计算检核方法。第3章 水准测量第51页/共55页习题及思考题9水准测量测站检核有哪几种？如何进行？10为什么使用水准仪时，仅需将圆水准器气泡居中
26、即可进行观测？11简述自动安平水准仪的工作原理，测量时自动安平水准仪的视线是否水平？12.简述数字水准仪的工作原理和读数方法。13数字水准仪与普通光学水准仪相比，主要有哪些特点?14.自动安平水准仪与数字水准仪在结构上有哪些异同点？15何谓光学视准轴？电子i角?16.将图3-40中的水准测量数据填入表3-3中，A、B两点为已知高程点，HA=23.456 m，HB=25.080m，计算并调整高差闭合差，最后求出各点高程。第3章 水准测量第52页/共55页 第3章 水准测量测站测点 水准尺读数 实测高差/m高差改正数/mm改正后高差/m高程/m后视 前视 BMA1 12 23 3BMB辅助计算第5
27、3页/共55页习题及思考题 17.设A、B两点相距80m，在其中点安置水准仪，精确测得高差;仪器搬至B点附近,又测得B尺读数，A尺读数为。试问该水准仪的水准管轴是否平行于视准轴？如不平行，应如何校正？18.试比较数字水准仪i角检定的四种方法各自的优缺点。19试分析水准尺倾斜误差对水准尺读数的影响，并推导其计算公式。20.调整图3-41所示的闭合水准路线的观测成果，并求出各点高程。h1=+1.224m;n1=10站 h2=-1.424m;n2=8站 h3=+1.781m;n3=8站 h4=-1.714m;n4=11站 h5=+0.108m;n5=12站 第3章 水准测量第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页