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1、1本 章 摘 要 本章主要介绍水准测量原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量的实施方法和成果计算、检核等内容。第二章 水准测量221 水准测量原理 22 水准测量的仪器和工具 23 水准仪的使用24 水准测量的方法 25 水准仪的检验与校正 26 水准测量误差与注意事项 27 自动安平水准仪和数字水准仪本章目录3水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。2.0 水准测量概述 高程是确定地面点位的三要素之一。因此，如何测量地面上点的高程是测量的基本工作。高程测量方法：452.1 水准测量原理问题：已知A点高程为HA，如何求得B点高程HB？一、水准测量原理 已知A点高程HA，利用水准仪提供的水平视
2、线，在A、B两水准尺读数a和b，经过计算即可得到HB。水平视线6二、计算待定点高程1、高差法 如图所示，分别在A、B点立水准尺，利用水准仪提供的水平视线，在A尺上读数 a（后视读数），在B尺上读数 b（前视读数）a=b hAB 即 hAB=a b（后前）待定点B的高程为：HB=HA+hAB=HA+a b【注意】高差带有正负号（不能省略）；脚标为前进方向；当 hAB 0时,由A到B为上坡。7视线高程：Hi=HA+a待定点高程：Hk=Hi-bk（k1、2n）2、视线高法 适用于安置一次仪器测出若干个前视点待定高程的情况，在施工程测量中常用。8 若已知HA=54.321m，在A点水准尺的读数为1.7
3、89m，在B点水准尺的读数为0.678m，求B点高程。解：高差：hAB=ab=1.7890.678=1.111m 高程：HB=HA+hAB=54.321+（1.111）=55.432m 返回【例题】9一、水准仪:按精度分类（我国）：DS05、DS1、DS3、DS10；22 水准测量的仪器和工具 D 大地测量仪器；S 水准仪 数字表示每公里一次往返测高差平均数的中误差。10按结构分类：数字水准仪 自动安平水准仪 微倾式水准仪 水准仪的主要作用：为测量高差提供一条水平视线；1、望远镜 2、水准器 3、基座11DS3型微倾式水准仪1物镜；2目镜；3水准管；4圆水准器；5水平制动；6脚螺旋；7微倾螺旋
4、；8水平微动螺旋；9调焦螺旋；121、望远镜形成视线，放大目标（1）构成：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板；视准轴CC：物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。（2）物镜调焦螺旋使目标成像清晰；目镜调焦螺旋使十字丝成像清晰；13 视差现象：产生原因：目标像平面和十字丝平面不重合；消除方法：微调目镜和物镜对光螺旋；（3）照门、准星：粗找目标；（4）竖轴 VV；（5）水平制动、微动螺旋（6）望远镜放大倍率 v=2814（1）管水准器(水准管)u作用：使视线精确水平；u构造：玻璃管；u水准管零点：水准管圆弧上分划的对称中心。u水准管轴：通过水准管零点所作水准管圆弧的纵切线，称为水准管轴，用LL表示。
5、2、水准器15 式中：2mm所对的圆心角；=206265 R水准管圆弧半径，单位毫米；u水准管分划值：2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值即 水准管圆弧半径愈大，分划值就愈小，则水准管灵敏度就越高，也就是仪器置平的精度越高。DS3水准仪的水准管分划值为20/2mm。16l 符合水准管 便于观测，提高气泡居中的精度17（2）圆水准器u 构造：球面玻璃管u 圆水准轴：即通过水准器零点所作球面的法线。用LL表示。u圆水准器的分划值：DS3型水准仪圆水准器分划值为8/2mm。u特点：气泡居中，视线大致水平。18 调节基座上的三个脚螺旋可使圆水准器气泡居中。3、基座19 水准尺是水准测量的主要工具，有
6、单面尺和双面尺两种。1、水准尺的种类u单面尺：3-5米，精度较低。如塔尺、折尺。u双面尺：2-3米，精度较高。红黑面尺零点差为4.687米、4.787米 作用：防止读数错误2、尺垫：二、水准尺和尺垫20一、安置仪器前后视距离相等，目测水准仪大致水平;23 水准仪的使用二、粗平 用脚螺旋使圆水准器气泡居中;三、瞄准水准尺目镜对光物镜对光消除视差。21 四、精确整平 用微倾螺旋，使水准管气泡居中;五、读数 221.定义：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称为水准点（Bench Mark），常以BM表示。24 水准测量方法一、水准点2.等级：一、二、三、四等，普通水准点。3.类型：
7、永久性、临时性。23二、水准测量的实施当 DAB 200米时，观测一个测站当 DAB 200 米时，分段测量，中间设置转点TP24 从A点到B点逐站观测的高差：相加）则B点高程为：25【例21】如图216所示，自水准点BM0（高程为149.285米）起，利用普通水准测量方法测定P点的高程，观测数据如图所示。试将观测数据填入水准测量记录表中，推算P点的高程，并进行计算检核。26 测站点名水准尺读数高差h（m）高程H（m）备注后视a 前视b BM0 2.012 149.285 已知点11.257TP1 1.472 0.75521.038TP2 1.362 2.51030.299TP3 2.138
8、1.06340.977P 1.161 150.780待定点2.553 1.0386.984 5.489检核 a=6.984 b=5.489 h=+1.495 a-b=6.984-5.489=+1.495=h普通水准测量手簿 271、测站检核 目的：保证每站高差的正确性。方法：（1）双仪器高：观测两个高差；普通水准|h-h|6毫米（2）双面尺：基本分划与辅助分划两个高差；普通水准|h黑h红|6毫米三、水准测量的成果检核 问题：为什么要检核？如何检核？28目的：保证一条水准路线高差的正确性。方法：路线检核。（1）附合水准路线u 定义：从一水准点BMA出发，沿各待定高程点逐站进行水测量，最后附合到另
9、一水准点BMB上。u 检核方法若等号两边不相等，则附合水准路线的高差闭合差fh为u精度要求：2、水准测量的成果整理29u 定义：从水准点BMA出发，沿环线逐站进行水准测量，经过各高程待定点，最后返回BMA点。u检核条件：u精度要求：（2）闭合水准路线30u 定义：从一水准点出发，既没有符合到另一水准点，也没有闭合到原来的水准点。u检核方法：u精度要求：返回（3）支水准路线提示：支水准路线缺乏检核，路线不可太长。31u 山地：u 平地：(4)普通（图根）水准测量限差的规定其中 L水准路线长度，以公里为单位 n水准路线测站数322.4 水准测量成果计算一、附合水准路线计算已知：HA65.376米，
10、HB68.623米，各段水准路线的高差hi和测站数ni以及测段距离Li列入表中求：1、2、3点高程33【思路】高差闭合差：产生原因：观测高差有误差。消除方法：对高差加改正数Vi。分配原则：Vi与fh符号相反，Vi大小与测站数成正比。或34解：绘草图，表中填写测点、ni、hi、HA、HB点号距离/km测站数n实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m备注1 2 3 4 5 6 7BMA1.0 8 1.575 12 1.56365.376166.9391.2 12 2.036 14 2.022268.9611.4 14 1.742 16 1.758367.2032.2 16 1.446 26
11、1.420BMB68.6235.8 50 3.315 68 3.247辅助计算|fh|fh允|351.计算 fh，fh容合格。普通水准容许误差（限差）：362.闭合差fh的调整u 计算检核1：v68mm，vfh u 计算改正后的高差：u 计算检核2：高差改正数：37一、水准仪应满足的几何条件1、四条主要轴线:视准轴CC 水准管轴LL、圆水准器轴LL 仪器竖轴VV2.5 微倾式水准仪的检验与校正2、条件（1）圆水准器轴平行于竖轴LL VV;（2）十字丝横轴垂直于竖轴（3）水准管轴平行于视准轴CC LL;其中(3)为主要条件。381.目的 保证圆水准器轴LL平行于仪器竖轴VV。若不平行，所夹小角为
12、。一、圆水准器的检验与校正393.校正（1）用脚螺旋调正气泡偏离的一半（2）用圆水准器校正螺旋再调一半2.检验（1）用脚螺旋使圆水准器气泡居中（2）望远镜旋转180 若气泡居中，则 LL/VV 若气泡不居中，则 LL偏离2 401.目的 保证十字丝横丝垂直于仪器竖轴VV。二、十字丝的检验与校正412.检验（1）水准仪精平后，在墙上画P点，P点在横丝上（2）微动望远镜 若P点在横丝上移动，则条件满足 若P点偏离横丝，则条件不满足3.校正 用十字丝的校正螺旋调正421.目的：保证望远镜视准轴CC平行于水准管轴LL。若不平行，其夹角为i角三、水准管的检验与校正432.检校方法一（1）检验 平地上选A
13、B两点，距离为80m左右。水准仪置中间。变动仪器高，测两次高差，高差之差 3mm，取平均值为h1。仪器搬到A点外侧3米左右处，再测一次高差 h2a2 b2 若 h1h2，则 CC/LL；若 h1h2，则存在 i 角；4445 计算公式其中，b2是正确读数，b2a2h1 a2h1 i角为正值，气泡居中时，视线向上倾斜 对于DS3，要求|i|20 i角计算的第二个公式为：（1）（2）46 用微倾螺旋使b2 b2 用水准管校正螺旋，使水准管气泡居中。（2）校正472-6 水准测量误差及注意事项 水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境影响三个方面:48 1、水准管轴与视准轴不平行误差(i角误差)
14、水准管轴与视准轴不平行，虽然经过校正，仍然可存在少量的残余误差。这种误差的影响与距离成正比，只要观测时注意使前、后视距离相等，便可消除此项误差对测量结果的影响。2、水准尺误差 由于水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等原因，会影响水准测量的精度。因此，水准尺要经过检核才能使用。一、仪器误差49 1、水准管气泡的居中误差 2、估读水准尺的误差 3、视差的影响误差 观测时要仔细调焦，严格消除视差。4水准尺倾斜的影响误差 水准尺倾斜，使尺上读数增大。水准尺必须扶直。二、观测误差50三、外界条件的影响误差 1水准仪下沉误差 2尺垫下沉误差 3地球曲率及大气折光的影响（球气差影响）可采用使前、后视距离相等的
15、方法来消除。4、温度的影响误差51一、自动安平水准仪自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于，自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。27 自动安平水准仪和数字水准仪52 若视准轴水平，正确读数a，在十字丝的交点上；若视准轴倾斜角，不正确读数a，在十字丝交点上为了使正确读数a能到达十字丝交点，在光路上安装自动补偿器，使光线偏转角，从而使正确读数到十字丝。视线自动安平的原理53二、数字水准仪简介 数字水准仪（亦称电子水准仪）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和图像处理系统，构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。Leica数字水准 Zeiss数字水准仪 Topcon数字水准仪 5455u望远镜有良好的光学在性能，v 40倍，有锲形横丝，可精确对准分划线。u水准管分划值小。610/2mm，灵敏度高。u仪器结构稳定，视准轴和水准管轴关系稳定用光学测微器读数。u直读0.10.05毫米 三、精密水准仪和水准尺56