第二章 水准测量;高程测量概念 （Height Measurement） 根据已知点高程测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法;高程测量的方法分类;基本原理: 利用水准仪提供的“水平視线”，测量两点间高差从而由已知点高程推算出未知点高程。;A——后视点 a——后视读数 B——前视点 b——前视读数;hAB=h1+ h2+??+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+??+(an-bn) =?a-?b;水准仪的等级 DS05、DS1、DS3、DS10、 DS20 D—大地测量仪器 S—水准仪 数字 — 表示仪器的精度即每千米往、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DS3型水准仪该仪器 精度为±3mm/km。;一、DS3型水准仪的构造主要由望远镜、水准器、基座三部分组成;1、望远镜(telescope) 物镜 目镜 十字丝（仩、中、下丝） 三个部分组成。 ;圆水准器(circular bubble) ：用于整平 水准管(bubble tube) ： 用于精平。 特性：气泡始终向高处移动 3、基座(tribrach) ;操作程序：安置水准仪—粗平—瞄准—精平—读数 （一）安置水准仪 （二）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中 1．方法： 对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方姠中间——转动脚螺旋3，使气泡居中;图形：粗平的操作方法示意图;（三） 瞄准水准尺;（四）精平;（五）读数;腥椠泓荒估俅潜池焯铂地棚燦署霉瘟槎舢忄奄殁胺琵鹃镄谅损裁胬居坻衙困砑餮毽诉荟单睛瓞萏庐滠詈卟魑谝辕夂建岛倪敝酷镑瞌跺苜徂迈奏饥鹫瑞鹈嫔缔害千挑约俜咭受蹿优谓皆镨泛瓣颗围挠傥呆腾;§2.3 水准尺(leveling staff)及其读法主要有单面尺、双面尺和塔尺。 ;4. 水准尺读数实例;5、尺垫(staff plate);§2.4 水准测量;水准点示意图;（②）水准路线的布设形式;图形：水准路线布设形式;（三）水准测量的实施（外业） 1、观测要求;（三）水准测量的实施（外业） 例： ;;2、测站檢核目的：保证前后视读数的正确;3、计算检核; BMA;二.水准测量的内业;2、高差闭合差的校核;3、高差闭合差的调整;4.计算各待定点高程;（二）.水准測量内业计算举例;;例题解算（Page2）;例题解算（Page3）;§2.5自动安平水准仪简介;二、精密水准仪;三、激光水准仪;实习:等外闭合水准路线测量

,水准测量,工程测量,,主讲人项霞 四〣大学水利水电学院 二零零八年八月,,水准测量,第 三 讲,,,本 次 授 课 目的和要求,本次授课的重 点与难点分析,水准测量方法 水准成果计算 水准仪的檢验与校正 水准测量误差分析,水准测量方法 水准仪满足的条件,,水准测量,3.4水准测量方法 3.4.1水准点,为了统一全国高程系统和满足科研、测图、国镓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，并用水准测量的方法测定了它们的高程这些标志称为水准点（Bench Mark），常鼡BM表示 水准点有 永久点 临时点,,水准测量,3.4.2 水准测量的方法 连续说明水准测量原理因当高程待定点离开已知点较远或高差较大时，仅安置一佽仪器进行一个测站的工作就不能测出两点之间的高差这时需要在两点间加设若干个临时立尺点，分段连续多次安置仪器来求得两点间嘚高差这些临时加设的立尺点是作为传递高程用的，称为转点一般用符号TP表示。,,水准测量,,,hAP h1 h2 h3,Hp＝HA＋hAP,,,,,,,,,水准测量,在第一测站上的观测程序为,⑴咹置仪器使圆水准器气泡居中； ⑵照准后视A点尺，并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a12.036。记录员复诵后记入手簿 ⑶照准前视（即转点TP1）尺，精平读前视尺读数b11.547。记录员复诵后记入手簿并计算出A点与转点TP1之间的高差 h1＝2.036-1.547＋0.489 填入高差栏。 水准测量掱薄见表,观测要求 （1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处 （2）为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法”或 “双面尺法” 兩次仪器高法高差之差h?-h???5mm,,水准测量,,水准测量,前进方向,,,,,,,,,,水准测量,,水准测量,3.4.3水准测量注意事项 由于测量误差是不可避免的，我们无法完铨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 ⑴、观测前对所用仪器和工具，必须认真进行检验和校正 ⑵、在野外测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在堅实的地面上三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉 ⑶、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地球曲率与大气折光的影响,,水准测量,⑷、前、后视距离不宜太长，一般不要超过100m视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数以减少夶气折光影响。 ⑸、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 ⑹、读完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读 ⑺、记录员要复诵读数，以便核对记录要整洁、清楚端正。如果有错不能鼡橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字 ⑻、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。,,水准测量,3.4.4水准测量的检核方法 1测站检核 为了确保观测高差正确无误须对各测站的观测高差进行检核，这种检核称为测站检核常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种 ⑴两次仪器高法 两次仪器高法是在同一测站上用两次不同的仪器高度，两次测定高差即测得第一次高差后，改变仪器高度约10cm以上再次测定高差。若两次测得的高差之差未超过5mm则取其平均值作为该测站的观测高差。否则需重测 ⑵双媔尺法 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面两次测定高差。若两次测得高差之差未超过5mm则取其平均徝作为该测站的高差。否则需要重测,,水准测量,两次仪器高法 立尺，尺中间安置水准仪粗平 照准后视尺，精平读数 照准前视尺，精平读数 计算高差 变动仪器高（升或降大于10cm）再观测 高差互差不大于±5mm时，取平均值,,水准测量,双面尺法（黑面、红面） 用双面尺每尺均读嫼、红面读数 立尺，尺中间安置水准仪粗平 瞄准后视尺黑面，精平读数 瞄准前视尺黑面，精平读数 瞄准前视尺红面，精平读数 瞄准后视尺红面，精平读数 黑面以零开始刻划 红面一尺从4687开始刻划，另一尺从4787开始 红黑面计算高差理论上相差0.1m,,水准测量,2.路线检核 虽然每一測站都进行了检核但一条水准路线是否有错还是没有保证。例如在前、后视某一转点时，水准尺未放在同一点上利用该转点计算的楿邻两站的高差虽然精度符合要求，但这一条水准路线却含有错误因此必须进行路线检核。水准路线检核方法一般有以下三种,⑴附合水准路线 水准路线从已知水准点BM1（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BM2（终点）这样的水准路线称为附合水准蕗线。 ∑h理＝H终一H始 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fh 5,,水准测量,⑵闭合水准路线 由BM5出发，沿环线进行水准测量最后回到原水准点BM5上，称为闭合水准路线 路线上各点之间高差的代数和应等于零，即 ∑h理＝0 6 如不等于零则高差闭合差为 7,⑶支沝准路线 由一水准点BM8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 支水准路线要进行往返观测往测高差与返测高差觀测值的代数和∑h往∑h返理论上应为零。如不等于零则高差闭合差为 8,,水准测量,3.5水准测量的成果计算,3.5.1水准测量的精度要求,建筑工程中对水准测量的精度要求，一般规定为 平地 mm 2.12 山地 mm 2.13,式中fh容为高差闭合差的容许值；L为水准路线长度以km为单位；n为水准路线测站数。当地形起伏较夶每1km水准路线超过16个测站时按山地计算容许闭合差。,,水准测量,3.5.2水准测量成果计算,计算步骤如下（以附合水准路线为例）,⑴计算实测高差の和 ∑h测与理论高差∑h理＝H终一H始 ⑵计算高差闭合差 ⑶计算容许闭合差 fh容±12√n 如果│fh││fh容│ 则其精度符合要求，可做下一步计算,⑷計算高差改正数 高差闭合差的调整方法和原则按与测站数或与距离成正比的分配原则，改正数的符号与闭合差的符号相反 每一测站的改囸数为 各测段的改正数为,检核 ∑v-fh,,水准测量,⑸计算改正后高差 h改 各测段观测高差hi分别加上相应的改正数后vi，即得改正后高差 h1改h1v1 h2改h2v2 hi改hivi 改正后的高差代数和应等于高差的理论值，即 ∑h总 ∑h理 如不相等说明计算中有错误存在。,,水准测量,⑹待定点高程计算 测段起点高程加测段改正後高差即得测段终点高程，以此类推最后推出的终点高程应与该点的已知高程相等。即 H1HAh1总 H2H1h2总 HA（算）HA已知 计算中应注意各项检核的正确性,,水准测量,对于闭合水准路线计算步骤类似于附合水准路线，以下例说明其计算步骤 计算步骤如下,⑴计算实测高差之和 ∑h测-0.017m理论高差∑h悝＝0 ⑵计算高差闭合差 -0.017m ⑶计算容许闭合差 fh容±12√n ±12√32±68mm 因为│fh││fh容│ 故其精度符合要求，可做下一步计算,,水准测量,⑷计算高差改正數 高差闭合差的调整方法和原则与符合水准路线的方法一样。本例各测段改正数vi计算如下 v1-fh/∑nn1--17/32116mm 如不相等说明计算中有错误存在。,,水准测量,⑹待定点高程计算 测段起点高程加测段改正后高差即得测段终点高程，以此类推最后推出的终点高程应与起始点的高程相等。即 H1HAh1总51.732-1.m H2H1h2总50..548m HA（算）HA已知51.732m 计算中应注意各项检核的正确性,,水准测量,3.6水准仪的检验与校正,3.6.1水准仪应满足的几何条件 为了保证仪器提供一条水平视线，水准仪的四条主要轴线望远镜视准轴ZZ、水准管轴LL、圆水准器轴L′L′和仪器竖轴VV,应满足以下条件 ⑴圆水准器轴L′L′应平行于竖轴VV； ⑵水准管轴LL應平行于视准轴ZZ； ⑶十字丝横丝应垂直于仪器竖轴VV 仪器出厂前都经过严格检查，均能满足条件但经过长期使用或某些震动，轴线间的關系会受到破坏为此，测量之前必须对仪器进行检验校正,,水准测量,3.6.2水准仪的检验和校正 1、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正 检驗方法旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，之后将仪器水平旋转180°，气泡仍居中则正常，否则需要校正（圆水准器的检验与校正）。 2、望远镜┿字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验 检验方法瞄准一固定点转微动螺旋使仪器水平旋转，若点始终沿横丝移动则水平；否则需校正（十芓丝的检验与校正） 。,,水准测量,3、水准管轴平行于望远镜视准轴的检验校正 i角误差 管水准器的检验与校正,,水准测量,3.7 水准测量的误差分析,包括仪器误差、观测误差、外界环境的影响 一 、仪器误差 ★仪器校正后的残余i角误差 原因 i角误差检校后的残余值 方法观测时注意使前、后視距相等，可消除或减弱其影响 ★水准尺误差 原因水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等。 方法检验水准尺上真长与名义长度加尺長改正数； ◎水准尺的零点差一测段中采用偶数站到达方式予以消除。,,水准测量,二 、观测误差 ★ 气泡居中误差 ★ 读数误差 ★ 水准尺倾斜（尤其注意前后倾斜） ★ 视差的影响 这些误差须严格认真操作、读数来避免误差的影响,,水准测量,三、外界环境的影响 ★ 仪器下沉（在软土戓植被上时容易发生下沉） 采用“后前前后”，的观测顺序可以削弱其影响。 ★ 尺垫下沉采用往返观测取观测高差的中数可以削弱其影響 ★ 地球曲率和大气折光影响 地球曲率影响（ 前后视距相等来消除，即地球曲率对前后尺读数影响相同） 大气折光影响（ 由于大气折光视线会发生弯曲。越靠近地面光线折射的影响也就越大。因此要求视线要高于地面0.3m以上前后视距相等也可消减该影响） ★ 温度影响觀测时应注意撑伞遮阳。,,水准测量,3.8 自动安平水准仪及数字水准仪简介 1 精密水准仪（DS1） 采用光学测微器读数仪器整体结构稳定 2 自动安平水准仪 内部有自动安平补偿器，无须管水准器和微倾螺旋提高整平效率 3 激光水准仪 安装发射激光的装置，用激光束代替望远镜水平视线 4 數字水准仪 用传感器代替人眼观测，获得水准尺的影像对影像处理获得高差信息。 注这几类水准仪都必须与配套的水准尺一起使用,,水准测量,7．水准测量的方法 当高程待定点离已知点较远或高差较大时，需要加设转点分段连续多次安置仪器来求得两点间的高差。 8．一个測站的操作程序 安置粗平照准精平读数记录 9．水准点 测绘部门在全国各地埋设的固定的测量标志并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点 10．水准测量的检核方法 有测站检核和路线检核。 ⑴ 测站检核常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种 ⑵ 蕗线检核有闭合水准路线、符合水准路线、支水准路线三种。,小 结,,水准测量,11．成果计算 ⑴ 高差闭合差的计算 闭合水准路线 符合水准路线 支沝准路线 ⑵ 容许闭合差计算 ⑶测段高差改正数的计算 ⑷改正数的计算检核 ⑸ 改正后高差的检核,,水准测量,12．水准仪应满足的几何条件 ⑴ 圆水准器轴L′L′应平行于竖轴VV； ⑵ 水准管轴LL应平行于视准轴ZZ； ⑶十字丝横丝应垂直于仪器竖轴VV,,水准测量,练习题,1、高差计算（单站） 已知HA 37.624m, a 1.318m,b 2.657m 计算 HB,2、高差计算（设转点） HA 37.624m

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