工程测量教学水准测量.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,*,中南大学测绘与国土信息工程系,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第2章 水准测量,2.1 水准测量原理（,掌握,）,2.2 水准仪介绍及操作（,重点,）,2.3 自动安平水准仪 （普通了解）,2.4 水准测量及其结果处理（重点、,难点,）,2.5 水准测量误差起源及注意事项（,掌握）,11/12/2025,1,中南大学测绘与国土信息工程系,1/79,H,B,=H,A,+h,AB,=H,A,+a-b,h,AB,0,高差含有方向性，即高,差是有正负。,2.1水准测量原理,水准测量原理：是利用水准仪建立一条水平视线，并借助水,准尺来测定地面两点间高差，从而由已知点高程推算出未,知点高程。,则A、B两点间高差为：,h,AB,=a-b,=后视读数-前视读数,后视尺,前视尺,11/12/2025,2,中南大学测绘与国土信息工程系,2/79,仪高法：H,i,=H,A,+a，H,B,=H,i,-b,仪器视线高H,i,等于已知点高程加上后视读数。惯用于施工测量，放样点高程。,以上述计算B点高程方法称为高差法,高差法：H,B,=H,A,+h,AB,=H,A,+(a-b),另一个测高法仪高法或视线高法:,11/12/2025,3,中南大学测绘与国土信息工程系,3/79,A,，,B,两点相距较远时，连续水准测量。,中间设置转点(,TP,)，放置尺垫。,h,1,=,a,1,b,1,，,h,2,=,a,2,b,2,，,h,3,=,a,3,b,3,，,h,n,=,a,n,b,n,。,h,AB,=,h,1,h,2,h,3,h,n,=,h,i,h,AB,=,a,i,b,i,11/12/2025,4,中南大学测绘与国土信息工程系,4/79,2.2 水准仪,介绍,及操作,水准仪分成四个等级即：,DS05、DS1、DS3、DS10,拓普康,北光,DZS3-1(水准仪),第三章 水准测量,11/12/2025,5,中南大学测绘与国土信息工程系,5/79,11/12/2025,6,中南大学测绘与国土信息工程系,6/79,主要有望远镜、水准器及基座三部分。,2.2.1 水准仪结构,1.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,11/12/2025,7,中南大学测绘与国土信息工程系,7/79,11/12/2025,8,中南大学测绘与国土信息工程系,8/79,组成物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜。,倒像望远镜，正像望远镜。,视准轴,CC,物镜中心,与,十字丝分划板中心,连线。,水准测量是在视准轴水平时，用十字丝中丝截取水准尺上读数。,中丝读取视准轴,CC,与标尺交点读数。,上下丝读取水准仪到标尺距离(视距)。,1望远镜,11/12/2025,9,中南大学测绘与国土信息工程系,9/79,十字丝分划板结构安装在金属圆环上，,用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上。,11/12/2025,10,中南大学测绘与国土信息工程系,10/79,倒像望远镜成像原理,放大倍数,从望远镜内所看到目标影像视角与人眼直接观察该目标视角之比。即：,V,=,DS3水准仪,V,=28,11/12/2025,11,中南大学测绘与国土信息工程系,11/79,水准器分划值水准器上每2mm弧长所正确圆心角值。,反应了水准器灵敏度和精度。,2 水准器：管水准器、圆,水准器,水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否,竖直装置。,DS3：水准器分划值分别为20“/2mm,和 810/2mm。,管水准器用来指示视准轴是否水平；,圆水准器用来指示竖轴是否竖直。,11/12/2025,12,中南大学测绘与国土信息工程系,12/79,圆水准器轴,线L,L,圆水准器零点,圆水准器轴,线,L,L,：经过内圆弧零点球面法线。,其分划值为：8,10,气泡居中时，,LL,铅垂，即圆水准器轴,LL,竖轴,VV,。,只用于仪器概略整平。,(1)圆水准器,用于指示仪器竖轴是否垂直。,11/12/2025,13,中南大学测绘与国土信息工程系,13/79,水准管分划值=2/R.,其中：=206265，,R为水准管半经（mm）,水准管轴,:,过零点作水准管圆弧切线。当气泡居中,水准管轴水平，即,管水准器轴,LL,望远镜视准轴,CC,，,用于仪器准确整平。,其分划值为：20“/2mm,(2)管水准器,11/12/2025,14,中南大学测绘与国土信息工程系,14/79,微倾式水准仪,调整微倾螺旋管水准气泡居中水平视线，,11/12/2025,15,中南大学测绘与国土信息工程系,15/79,安装一组符合棱镜，经过反射作用，使气泡两端像反应在望远镜旁符合气泡观察窗中。若气泡两端半像吻合时，就表示气泡居中。若气泡半像错开，则表示气泡不居中，这时，应转动微倾螺旋，使气泡半像吻合。,提升管水准气泡居中精度。,11/12/2025,16,中南大学测绘与国土信息工程系,16/79,11/12/2025,17,中南大学测绘与国土信息工程系,17/79,3基座,轴座,：承托仪器上部,脚螺旋,：调整脚螺旋使圆水准器气泡居中,连接板,：连接三脚架,组成,轴座,脚螺旋,连接板,11/12/2025,18,中南大学测绘与国土信息工程系,18/79,（1）水准管轴LL视准轴 CC（,调整符合水准器，最主要,）,（2）圆水准器轴L,L,仪器竖轴VV （,调整圆水准器,）,（3）十字丝横丝仪器竖轴VV,2.2.2 水准仪主要轴线,11/12/2025,19,中南大学测绘与国土信息工程系,19/79,水准尺有塔尺、折尺、普通,单面尺、,双面尺和精密水准尺。,尺底部为零点，尺上黑白格相间，每格宽度为1cm，有为0.5cm，每一米和分米处都有注记。,2.2.3 水准尺和尺垫,11/12/2025,20,中南大学测绘与国土信息工程系,20/79,直尺,A,、,B,尺，两把一对，,每把有黑、红两面分划与注记。,A,尺黑面分划03m，红面分划4.,6,87m7.687m。,B,尺黑面分划03m，红面分划4.,7,87m7.787m。,A,、,B,尺黑面注记零点差为0，,红面注记零点差为,0.1m,。,11/12/2025,21,中南大学测绘与国土信息工程系,21/79,尺垫,在转点处放置水准尺用,尺垫,起传递高程作用，在已知点和待求点上不能放,。,尺垫,11/12/2025,22,中南大学测绘与国土信息工程系,22/79,几个概念,1、测站：测量仪器所安置地点。,2、后视：水准路线后视方向。,3、前视：水准路线前视方向。,4、视距：水准仪至标尺水平距离。,5、视线高程：后视高程+后视读数。,6、转折点：水准测量中起传递高程作用中间点。,7、水准点：水准测量固定标志。,8、水准点高程：指标志点顶面高程。,9、,水准路线：进行水准测量时所行走路线。,11/12/2025,23,中南大学测绘与国土信息工程系,23/79,1.安置水准仪,打开三角架并使高度适中，拧紧脚架伸缩螺旋；目估使架头大致水平并安置在测站上，检验架腿是否安置稳固。打开仪器箱取出水准仪，用连接螺旋把仪器固定在架头上。,2.2.4 水准仪使用,11/12/2025,24,中南大学测绘与国土信息工程系,24/79,水准仪使用,第三章 水准测量,2.粗平,方法,：,调整脚螺旋。,将圆水准器气泡调居中，使仪器竖轴大致铅垂，视准轴粗略水平。,目标,：,使圆水准气泡居中。,11/12/2025,25,中南大学测绘与国土信息工程系,25/79,水准仪使用,3.瞄准,视差,：,眼睛上下移动，,标尺成像与十字丝像,之间相对移动。,原因：,目标经过物镜之后像没有与十字丝分划板重合,。,消除方法：,旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清楚。,旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清楚。,(或者说重复对光)。,方法,：,目镜调焦：十字丝,清楚,粗瞄目标：拧紧止动螺旋,物镜调焦：物像,清楚,精瞄目标：调微动螺旋,11/12/2025,26,中南大学测绘与国土信息工程系,26/79,望远镜对准天空(或明亮背景),旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清楚。,11/12/2025,27,中南大学测绘与国土信息工程系,27/79,望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清楚。,11/12/2025,28,中南大学测绘与国土信息工程系,28/79,4.,精平,水准仪使用,第三章 水准测量,读数,之前,应用微倾螺旋调整水准管气泡符合，使视线（即视准轴）准确水平。若为,自动安平水准仪，此步骤能够省略。,注意：每次读数前必须使水准管符合,微倾螺旋,11/12/2025,29,中南大学测绘与国土信息工程系,29/79,5 读数（准确整平之后）,十字丝横丝,（即中丝）在水准尺上读数。读数按,由小到大,方向（,水准仪多为倒像望远镜，读数时应,由上而下,进行,。,），读出米、分米、厘米、并仔细,估读毫米,数(先估读mm、cm、dm、m)。读数统计普通均不加小数点，,读记四位数,，,以,mm,为单位,。,黑面读数,a=1274（mm）,红面读数,b=5958（mm）,水准仪使用,11/12/2025,30,中南大学测绘与国土信息工程系,30/79,11/12/2025,31,中南大学测绘与国土信息工程系,31/79,11/12/2025,32,中南大学测绘与国土信息工程系,32/79,11/12/2025,33,中南大学测绘与国土信息工程系,33/79,11/12/2025,34,中南大学测绘与国土信息工程系,34/79,11/12/2025,35,中南大学测绘与国土信息工程系,35/79,11/12/2025,36,中南大学测绘与国土信息工程系,36/79,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，只要使圆水准器气泡居中后，借助一个“,赔偿器,”尤其装置，使视线自动处于水平状态。,自动安平水准仪正面,2.3 自动安平水准仪数字水准仪,一、自动安平水准仪,11/12/2025,37,中南大学测绘与国土信息工程系,37/79,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪后面,自动安平水准仪反面,自动安平水准仪正面,11/12/2025,38,中南大学测绘与国土信息工程系,38/79,自动安平水准仪,安平工作原理,11/12/2025,39,中南大学测绘与国土信息工程系,39/79,水准仪使用,第三章 水准测量,自动安平水准仪使用,安置仪器,粗平,瞄准,读数,微倾水准仪使用,安置仪器,粗平,瞄准,精平,读数,11/12/2025,40,中南大学测绘与国土信息工程系,40/79,二、数字水准仪,望远镜,基座 脚螺旋,自动安平赔偿器,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；,赔偿监视器：监测安平赔偿器工作状态,分光镜：将由物镜计入光分为可见光和红外光,行阵探测器：识别水准尺上条码，进行读数,（电子水准仪）,11/12/2025,41,中南大学测绘与国土信息工程系,41/79,二、数字水准仪,11/12/2025,42,中南大学测绘与国土信息工程系,42/79,下列图为采取相关法徕卡NA3003数字水准仪机械光学结构图,11/12/2025,43,中南大学测绘与国土信息工程系,43/79,2.4.1 水准点和水准路线,用水准测量方法测定高程控制点称为水准点(Bench Mark)，简记为BM。水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准；一、二等为精密水准测量，三四等为普通水准测量。水准测量通常是从水准点引测其它点高程。水准点有永久性和暂时性两种。,2.4 水准测量实施,11/12/2025,44,中南大学测绘与国土信息工程系,44/79,水准路线,形式,有,：,1.闭合水准路线：3.支水准路线：,2.附合水准路线：,4.水准网：,BMA,BMB,1,2,3,h,1,h,2,h,3,h,4,h,1,BMA,1,2,3,h,2,h,3,h,3,h,2,h,1,BMA,1,2,3,4,5,6,11/12/2025,45,中南大学测绘与国土信息工程系,45/79,普通要求：,等外水准：DS10或DS3+单面尺（图根可用双面）；,作业前应检验和校正；,普通性测量，可单程观察，作基本控制或支水准往返观察；,仪尺距：普通100m，最大可为150m；,闭、附合水准=8km;水准网两结点间路线=6km；支水准=4km。,11/12/2025,46,中南大学测绘与国土信息工程系,46/79,每站高差观察两次，以检核观察数据正确性。,1)两次仪器高法,两次不一样仪器高度水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)测定相邻两点间高差，图根水准测量两次高差之差应小于6mm，,取其平均值作为最终结果。,不然应重测。,2.4.2、水准测量实施,11/12/2025,47,中南大学测绘与国土信息工程系,47/79,例：,注意：为确保高程传递准确性，在相邻测站观察过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。,A,TP1,TP2,TP3,1011,B,1554,1444,1324,1822,0876,1604,1488,H,A,=123.446m,H,B,大 地 水 准 面,前进方向,1134,1677,11/12/2025,48,中南大学测绘与国土信息工程系,48/79,A,TP1,a,b,1、安置仪器于A、TP1大致中间，立尺于A、TP1点（尺垫）上；,2、粗略整平；,3、瞄准后视尺A，精平、读数a，统计1134；,4、瞄准TP1前视尺，精平、读数b，统计1677m；,5、计算：h,1,=a b=1.134-1.677=-0.543m,6、仪器高度改变10cm，同法测得,a,=1.011，b,=1.554,h,1,=-0.543,h,1,=h,1,-h,1,=06mm,7、计算高差平均值：,h1=,-0.543m,。,8、搬站：同法依次测出，数据统计以下表,后视尺,前视尺,前进方向,a,b,11/12/2025,49,中南大学测绘与国土信息工程系,49/79,11/12/2025,50,中南大学测绘与国土信息工程系,50/79,2)双面尺法,读取每一把水准尺黑面和红面分划读数，,前、后视尺黑面读数计算出一个高差，,前后视尺红面读数计算出另一个高差，,两次高差之差应小于6mm，不然应重测。,瞄准,后视点,水准尺黑面分划精平读数；,瞄准,后视点,水准尺红面分划精平读数；,瞄准,前视点,水准尺黑面分划精平读数；,瞄准,前视点,水准尺红面分划精平读数。,上述观察次序简称为“,后后,前前,”或“,黑,红,黑,红,”。,11/12/2025,51,中南大学测绘与国土信息工程系,51/79,11/12/2025,52,中南大学测绘与国土信息工程系,52/79,2.4.3 结果处理,水准测量时，普通将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线；,在水准测量施测过程中，测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限；,计算检核只能发觉每页计算是否有误；对一条水准路线来讲必须进行结果检核。,11/12/2025,53,中南大学测绘与国土信息工程系,53/79,1、检核主要内容,闭合差：观察值与理论值差值。,高差闭合差就是高差观察值与理论值之差；,用f,h,表示，即,f,h,=h,测,-h,理,限差：,1,）附合水准路线检核,2,）闭合水准路线检核,3,）支水准路线检核,限差单位为mm.其中：,L水准路线长度，单位km。n水准路线测站数,要求：fh fh允,11/12/2025,54,中南大学测绘与国土信息工程系,54/79,2,、,闭合差f,h,计算,附和水准路线：,h,测,=h,1,+h,2,+h,3,+h,n,h,理,=H,终,H,始,f,h,=,h,测,-h,理,=h,测,-（H,终,H,始,）,闭合水准路线：,h,测,=h,1,+h,2,+h,3,+h,n,h理=0,f,h,=,h,测,-h,理,=h,测,支水准路线,：,h,测,=h,往,+h,返,h理=0,f,h,=,h,测,-h,理,=,h,往,+h,返,11/12/2025,55,中南大学测绘与国土信息工程系,55/79,水准测量内业处理步骤,3、分配高差闭合差并检验闭合差是否分配完全,4、计算各未知高程点高程,高差闭合差按每一测段测,站数或路线长成百分比分配。,由已知高程点开始，用更正后,高差逐点推算出各点高程。,判断f h f h容？,h,i,=h,i+,V,i,11/12/2025,56,中南大学测绘与国土信息工程系,56/79,一、附合水准路线内业计算,如图为一符合水准路线：,A、B为已知水准点，H,A,=65.376m，H,B,=68.623m,点1、2、3 为待测水准点，各测段高差、测站数、,距离见下列图：,A,B,1,2,3,前进方向,举例,11/12/2025,57,中南大学测绘与国土信息工程系,57/79,备注,测段,点名,距离,km,测站数,实测高差,m,更正数,m,更正后,高差,m,高程,m,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,2,3,4,A,1,2,3,B,1.0 8 +1.575,1.2 12 +2.036,1.4 14 -1.742,2.2 16 +1.446,5.8 50 +3.315,辅助计算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,附合水准测量结果计算表,已知,已知,11/12/2025,58,中南大学测绘与国土信息工程系,58/79,1、计算闭合差：,2、检核：,故其精度符合要求。,11/12/2025,59,中南大学测绘与国土信息工程系,59/79,3、计算更正数,分配标准：,按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号更正到各对应高差上，得更正后高差。,按距离：,按测站数：,以第1测段为例，测段更正数为：,检核：,11/12/2025,60,中南大学测绘与国土信息工程系,60/79,4、计算更正后高差,检核,：,以第1测段为例,，更正后高差为：,5、计算高程,如：,检核：,不然说明高程计算有误。,11/12/2025,61,中南大学测绘与国土信息工程系,61/79,二、闭合水准路线结果计算,1、计算闭合差：,2、检核：,3、计算高差更正数：,闭合水准路线计算与附合水准路线基本相同。,4、计算更正后高差：,5、计算各测点高程：,11/12/2025,62,中南大学测绘与国土信息工程系,62/79,三、支水准路线结果计算,1,1、计算闭合差：,2、检核：,，故精度符合要求。,3、计算高差（,取往、返测绝对值平均值，其符号与往测相同）,4、计算高程,H,1,=186.785-1.386=185.399m,(,H,A,=186.785m,),A,n=16站,11/12/2025,63,中南大学测绘与国土信息工程系,63/79,误差起源：,仪器误差 +观察误差 +外界条件影响,一、仪器误差,1、仪器校正后残余误差主要是i,角误差,。,（,前后视距相等,可消除）,3.5 水准测量误差及消减方法,2、水准尺误差 包含刻划不准、尺长改变（或零点差）、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，,前后视尺交替使用、测站数为偶数,可减弱或消除）,11/12/2025,64,中南大学测绘与国土信息工程系,64/79,仪器误差,仪器残余误差,主要表现为水准管轴与视准轴不平行。此误差常称为i角误差。,a,b,a,b,a,b,A,B,i,i,存在i角误差时，,只有前后视距相等时，,a=b,，,i角对高差影响为零。,11/12/2025,65,中南大学测绘与国土信息工程系,65/79,二、观察误差,1、视差,（,仔细调焦,可消除）,2、读数误差（,减小视线长度、读数认真果断,）,3、水准器泡居中误差（,符合后马上读数,）,4、水准尺倾斜影响（,认真扶尺、气泡居中,）,三、外界条件影响,1、仪器下沉（,踩紧脚架、降低观察时间,）,2、尺垫下沉（,尺垫踩实、往返测取中数,）,3、地球曲率和大气折光（,前后视距相等,可消除）,4、大气温度和风力（,打伞遮阳、选择好天气,）,水准尺倾斜时，标尺读数怎样改变？,11/12/2025,66,中南大学测绘与国土信息工程系,66/79,外界环境误差,仪器下沉和尺垫下沉,实际测量时，应尽可能将脚架、尺垫踩实。,a,黑,a,红,b,黑,b,红,后尺,前尺,1,2,3,所以采取“,后、前、前、后,”，或称“,黑、黑、红、红,”观察程序,能够消除或减弱。,当仪器下沉，可使观察视线降低，则：,当尺垫下沉时，下一站后视读数增大，造成高程传递,误差，难以消除。,11/12/2025,67,中南大学测绘与国土信息工程系,67/79,本章作业：,教材后全部思索题和习题,试验一：,水准仪认识及使用,了解水准仪结构及各部件作用，掌握,S3,型水准仪,读数方法及水准测量方法。,11/12/2025,68,中南大学测绘与国土信息工程系,68/79,一、试验目标与要求,1了解DS3微倾式水准仪基本结构、各部件及调整螺旋名称和作用，熟悉其使用方法。,2掌握DS3水准仪安置、瞄准、精平和读数方法。,3练习普通水准测量一测站观察、统计与计算方法。,11/12/2025,69,中南大学测绘与国土信息工程系,69/79,二、试验内容,1、认识水准仪各个部件，熟悉各个螺旋作用，掌握水准仪操作使用方法。,2、用DS3水准仪测量地面二点之间高差。,11/12/2025,70,中南大学测绘与国土信息工程系,70/79,三、,DS3微倾式水准仪,结构,制动螺旋,微倾螺旋,水平微动螺旋,物镜调焦螺旋,目镜调焦螺旋,脚螺旋,圆水准器,管水准器,气泡观察窗,11/12/2025,71,中南大学测绘与国土信息工程系,71/79,d)水准仪配套工具,双面水准尺,铟钢条码尺,尺垫,脚架,11/12/2025,72,中南大学测绘与国土信息工程系,72/79,四、水准仪使用,粗平,旋转水准仪基座上三个脚螺旋使圆水准器气泡居中。,在整平过程中，旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向规律是：用左手旋转脚螺旋，则气泡移动方向和左手大拇指移动方向一致（俗称左手法则）；用右手旋转脚螺旋，则气泡移动方向和右手食指移动方向一致。如图1-1所表示。,11/12/2025,73,中南大学测绘与国土信息工程系,73/79,图1-1,11/12/2025,74,中南大学测绘与国土信息工程系,74/79,瞄准水准尺,将望远镜对向一明亮背景，转动望远镜目镜调焦螺旋，使望远镜内十字丝影像非常清楚。,转动望远镜，用望远镜上粗瞄器瞄准水准尺，然后旋紧制动螺旋。从望远镜中观察目标，旋转望远镜物镜调焦螺旋，使水准尺成像清楚。,旋转水平微动螺旋，使十字丝纵丝位于水准尺中心线上或水准尺一侧。,观察员眼睛在目镜端上下移动，观察水准尺影像是否与十字丝有相对移动。若有，则说明存在视差，重复仔细调整目镜和物镜对光螺旋，直到水准尺影像与十字丝无相对移动为止。,11/12/2025,75,中南大学测绘与国土信息工程系,75/79,精平,从气泡观察窗内观察水准管气泡，旋转微倾螺旋，使气泡两端影像严密吻合（即气泡居中）,注意转动微倾螺旋要渐渐而进，不宜太快；微倾螺旋转动方向与符合水准器气泡左侧影像移动方向一致。,11/12/2025,76,中南大学测绘与国土信息工程系,76/79,读数,仪器精平后，应马上用十字丝中丝在水准尺上读数。,读数普通应为四位数，即米、分米、厘米和毫米；读数后应马上查看水准管气泡两端影像是否依然吻合，若仍吻合，则读数有效，不然应重新使水准管气泡两端影像吻合后再读数。,11/12/2025,77,中南大学测绘与国土信息工程系,77/79,十字丝与水准尺成像图,（中丝读数为1.612米，毫米级为估读数）,上丝,中丝,下丝,11/12/2025,78,中南大学测绘与国土信息工程系,78/79,请批评指正,11/12/2025,79,中南大学测绘与国土信息工程系,79/79,