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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 水准测量,2.1,水准测量原理,2.2,DS,3,水准仪和水准测量的工具,2.3,水准仪的使用,2.4,水准测量的施测方法,2.5,水准测量的内业计算,2.6,水准仪的检验与校正,2.7,水准测量的误差及注意事项,2.8,其他水准仪简介,2.1,水准测量原理：,利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，由已知点高程推求未知点高程。如图：,h,AB,=a,b,H,B,=H,A,+,h,AB,大地水准面,Hi,b,H,B,H,A,h,AB,前进方向,高差法,Hi=H,A,+a,H,B,Hi-b,视线高法,A,B,当,a b,时，,h,AB,为正，,B,高于,A,；,当,a b,时，,h,AB,为负，,B,低于,A,。,高差法,：利用高差计算高程。,（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）,视线高法：,利用视线高计算高程。,（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）,水准测量所使用的仪器、工具：,水准仪 水准尺 尺垫,返回,2.2,DS3,水准仪和水准测量的工具,一、水准仪,1,、水准仪的等级,DS,05,、,DS,1,、,DS,3,、,DS,10,、,DS,20,D,大地测量仪器,S,水准仪,数字,表示仪器的精度，即每公里往、返,测得高差中数的中误差（,mm,）。,水准仪的作用是提供一条水平视线；,工程测量中常使用,DS,3,型水准仪，该仪器,标称精度为,3,mm,/,km,。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,微动螺旋,制动螺旋,对光螺旋,物镜,准星,缺口,水准管,圆水准器,三脚架,脚螺旋,2,、,DS,3,型,水准仪的,构造,主要由,望远镜,、,水准器,、,基座,三部分组成。,微倾螺旋,（,1,）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；,由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、,调焦螺旋组成；放大率一般为,2530,倍。,视准轴,：物镜中心与十字丝交点的连线,CC,。,图23,内调焦望远镜构造,内调焦望远镜成像原理,成象原理：,目标经过物镜及调焦透镜的作用，在十字丝附近成一倒立实像，由于目标离望远镜的远近不同，转动调焦螺旋令调焦透镜在镜筒内前后移动，可使其实像恰好落在十字丝平面上，再通过目镜将倒立的实像和十字丝同时放大，这时倒立的实像成为倒立而放大的虚像。,十字丝分划板（分上、下、中丝，用中丝读取后视读数,a,前视读数,b，,上、下丝为视距丝）,（,2,）水准器,水准器的作用：整平仪器，,使视准轴处于水平位置。,圆水准器,作用：,粗略整平,结构：如图所示,精度：一般为,8,10,/2,mm,（气泡中心偏离零点,2,mm,所对的圆心角）,管水准器,作用：,精确整平,结构：如图所示,精度：一般,=20/2mm,水准管的分划值,：,气泡中心偏离零点,2mm,所对的圆心角。,公式：,分析：,R,越大，,越小，灵敏度越高。,DS,3,:R=20.6265,米,=20,符合管水准器,符合水准气泡工作原理,1,2,3,（,3,）基座,轴座,：承托仪器上部,脚螺旋,：调节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,二、水准尺和尺垫,1,、水准尺,塔尺,：可以伸缩，一般全长,3m,、,5m,，用于,等外水准测量,。,双面尺,：不可伸缩，一般全长,3m,，,用于,三、四等水准测量,。,黑面起点为,0,，红面起点为,4687,或,4787,。,2,、尺垫,仅在,转点处,竖立水准尺时使用，,防止,点位移动,和,水准尺下沉,。,返回,2.3,水准仪的使用,一、操作步骤,1,、安置仪器,高度适中、架头大致水平，固定仪器。,2,、粗略整平,目的：,使圆水准气泡居中，,视准轴粗略水平。,方法,（,如图所示）：,3,、瞄准水准尺,目的：使目标和十字丝成像清晰。,方法：,初步瞄准,（用准星对准目标）,目镜调焦,（使十字丝清晰）,物镜调焦,（使目标成像清晰）,精确瞄准,（使纵丝对准目标）,注意：瞄准时应消除视差。,视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像,不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。,消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。,4,、精确整平,目的：使水准管气泡居中，,视准轴精确水平。,方法：调节微倾螺旋，使,气泡影像符合。,5,、读数,用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数,0.860m,注意：,读数前必须精平，,精平后立即读数。,二、一个测站的水准测量工作,A,B,a,b,1,、安置仪器于,AB,之间，,立尺于,A,、,B,点上；,2,、粗略整平；,3,、瞄准,A,尺，精平、读数,a,，,记录,1.568m,；,4,、瞄准,B,尺，精平、读数,b,，,记录,1.471m,；,5,、计算：,h,AB,=a,b=1.568-1.471=0.115m,即,B,点比,A,点高,0.115m,。,h,BA,=,h,AB,=,0.115m,，即,A,点比,B点低,0.115m,。,三、概念,1,、测站：测量仪器所安置的地点。,2,、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。,3,、后视,a,：水准路线的后视方向。,4,、前视,b,：水准路线的前视方向。,5,、视线高程：后视高程,+,后视读数。,6,、视距：水准仪至标尺的水平距离。,7,、,水准点,(BM),：水准测量的固定标志。,8,、水准点高程：指标志点顶面的高程。,9,、转点（,TP),：水准测量中起传递高程作用的中间点。,水准点,返回,2.4,水准测量的施测方法,一、连续水准测量,当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差B,如图：,A,、,B,两水准点之间，设,3,个临时性的转点。,h1=a1-b1,h2,=a2-b2,h3,=a3-b3,h4,=a4-b4,h,AB,=,h1+h2+h3+h4,A,TP1,TP2,TP3,a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,b2,b4,A,A,、,B,两点高差计算的一般公式：,h,AB,=,=,n,为测站数,例：,注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.664,1.431,1.672,2.074,H,A,=123.446m,H,B,大 地 水 准 面,测站,点号,水准尺读数,后视（,a,）前视（,b,）,高差 （,m,）,高程（,m,）,备注,A,TP1,TP1,TP2,TP2,TP3,TP3,B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,计算,检核,6.406 5.998,测站,点号,水准尺读数,后视（,a,）前视（,b,）,高差 （,m,）,高程（,m,）,备注,0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水 准 测 量 手 簿,（一）、测站检核,目的：保证前后视读数的正确。,方法变动仪器高法、双面尺法,1,、变动仪器高法,在同一测站上,变动仪器高（,10cm,左右），,两次测出高差；其差值,|,h,|,6,mm,，,取其平,均值作为最后结果。,即在每个测站安置两次水准仪，分别测定其高差（测得第一次高差后，升高或降低仪器高度,10cm,左右，再测一次高差），它的高差值的互差小于,6mm,时即为符合精度要求。,（一）、测站检核,目的：保证前后视读数的正确。,方法：,变动仪器高法、双面尺法,2,、,双面尺法,采用黑红面的水准尺，利用双面的,零,点差,检核观测质量。,观测顺序,后后前前即黑红黑红。国家等级测量为：后前后前（黑黑红红）。,双面尺法测站校核,校核项目：,同一根水准尺黑、红面的读数之差小于,4,mm,。,黑、红面分别算出的高差之差小于,6,mm,。,合格后，取其高差平均值为最后成果。,（二）、计算检核,目的：检核计算高差和高程计算是否正确。,检核条件：,如上表所示：,等式条件成立，说明计算正确。,二、成果检核,水准测量时，一般将已知水准点和待,测水准点组成一条水准路线；,在水准测量的施测过程中，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；,计算检核只能发现每页计算是否有误；,对一条水准路线来讲必须进行成果检核。,1,、水准路线的布设形式,附合水准路线（见图,1,）,闭合水准路线（见图,2,）,支水准路线（见图,3,）,A,B,1,2,34,图,1,A,1,2,3,图,3,A,1,2,3,4,图,2,2,、检核的主要内容,闭合差：观测值与理论值的差值。,高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；,用,f,h,表示，即,f,h,=,h,测,-h,理,限差：,规范,规定的的高差闭合差的允许值；,用,f,h,允,表示。,等外水准测量要求：,平地：,f,h,允,40,（,mm,）,L,水准路线的长度，单位,km,。,山地：,f,h,允,12,（,mm,）,n,水准路线的测站数。,要求：,f,h,f,h,允,3,、不同形式水准路线,f,h,的计算,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,返回,2.5,水准测量的内业计算,一、符合水准路线的内业计算,如图为一符合水准路线：,A,B,1,2,3,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、,距离见下图：,前进方向,备注,测段,点名,距离,km,测站数,实测高差,m,改正数,m,改正后,的高差,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,符合水准测量成果计算表,1,、计算闭合差：,2,、检核：,故其精度符合要求。,3,、计算改正数,分配原则：,按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。,按距离：,按测站数,：,以第,1,测段为例，测段改正数为：,检核：,4,、计算改正后高差,检核,：,以第,1,测段为例,，改正后的高差为：,5,、计算高程,如：,检核,：,否则说明高程计算有误。,二、闭合水准路线成果计算,1,、计算闭合差：,2,、检核：,3,、计算高差改正数：,闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。,4,、计算改正后高差：,5,、计算各测点高程：,三、支水准路线成果计算,A,1,1,、计算闭合差：,2,、检核：,，,故精度符合要求。,3,、计算高差（,取往、返测绝对值的平均值，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,),返回,2.6,水准仪的检验与校正,一、水准仪的主要轴线及应满足的条件,主要轴线：视准轴,CC,水准管轴,LL,仪器竖轴,VV,圆水准器轴,几何关系：,圆水准器轴,/,仪器竖轴,水准管轴,/,视准轴,十字丝横丝,竖轴,视准轴,水准管轴,支点,微倾螺旋,二、水准仪的检验和校正,1,、圆水准器的检验和校正,目的：使,圆水准器轴,/,仪器竖轴,检验：,用脚螺旋使圆水准器气泡居中；,望远镜旋转,180,度。,若气泡仍居中，满足要求；,若气泡不居中，需进行校正。,校正：,用脚螺旋调气泡偏离,值的一半；,用圆水准器的校正,螺旋再调一半。,2,、十字丝横丝的检校和校正,目的：使,十字丝横丝,竖轴,检验：,精平仪器，十字丝横丝左边,对准墙上标志点,p,；,水平微动，,p,点在横丝上移动，,说明十字丝横丝位置正确；,否则需要校正。,校正：,松开十字丝的固定螺旋；,微微转动十字丝环座，,至,p,点轨迹与横丝重合；,拧紧十字丝的固定螺旋。,P,十字丝固定螺旋,3,、水准管轴的检验与校正,目的：使,水准管轴,/,视准轴,。,检验：,在平坦地面选相距,80m,左右,A,、,B,两点，置水,准仪于中点,C,，用变动仪器高法（两次高差之,差,3mm,）测定两点之间 的高差,h,0,=a,1,-b1,；,i,角,视准轴与水准管轴之间的夹角；,前后视距相等可以消除。,A,B,i,i,a,1,a,1,b,1,C,仪器搬,A,点附近，测得高差,h=a,2,b,2,；,若,h=h,0,，则,水准管轴,/,视准轴,；,若,h,不等于,h,0,，则存在,i,角,。,如图：,式中：,D,AB,为,AB,两点之间的距离,b,2,b,2,应,A,B,i,i,i,a,1,a,1,a,2,b,1,C,2,对于,DS3,水准仪，当 时，则需校正。,3,、校正,转动微倾螺旋，使 （此时视准轴水,平，水准管气泡不居中）。,调节水准管,校正螺丝,，使符合,气泡居中,。,返回,误差来源：,仪器误差,+,观测误差,+外界条件的影响,一、仪器误差,1,、仪器校正后的残余误差,主要是,i,角误差。,（,前后视距相等,可消除）,2,、水准尺误差,包括刻划不准、尺长变化、,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）,2.7,水准测量的误差及注意事项,二、观测误差,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（,符合后立即读数,）,4,、水准尺倾斜的影响（,认真扶尺、气泡居中,）,三、外界条件的影响,1,、仪器下沉（,踩紧脚架、减少观测时间,）,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、选择好的天气,）,返回,精密水准仪,主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。,特点：,1,、结构精密、性能稳定、测量,精度高；,2,、望远镜放大率不小于,40,倍；,3,、水准管分划值为,10,/2mm,；,4,、采用光学测微器读数，可直,接到,0.1mm,，估读到,0.01mm,；,5,、配专用精密水准尺；,操作方法与,DS3,水准仪基本相同。,2.8,其他水准仪简介,自动安平水准仪,自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替,水准管，使视准轴水平。,特点：,1,、视准轴自动安平；,2,、提高水准测量精度；,3,、减少操作步骤，,提高工作效率。,激光水准仪,激光水准仪有水准仪、,激光器、电源等组成。,特点：,1,、视准轴为一束,红色可见光。,2,、广泛应用于水平,场地的测设、,大型设备安装。,返回,内置,激光器、电源,1.,水准测量中为什么要求前后视距相等？,2,S3,型水准仪有哪几条主要轴线？它们之间应满足哪些几何条件？为什么？哪个是主要条件？,3,某施工区布设一条闭合水准路线，如下图所示，已知水准点为,BM,0,，各线段的观测高差为,h,i,测站数为,n,i,。现给出,50,组数据列于下表中，请按学号顺序选择其中的一组，计算三个待定水准点,1,、,2,、,3,的高程。,1,2,3,BM0,h,1,h,2,h,3,h,4,