第02章水準測量

1、第二章第二章 水準測量水準測量本章要求：掌握水準測量的原理;了解DS3微傾式水準儀的基本構造;掌握水準儀的操作方法；掌握水準測量的外業(yè)觀測、記錄與計算;掌握水準測量內業(yè)成果整理;了解水準儀應滿足的幾何條件及校檢方法;1. 了解水準測量誤差來源。引述高程測量：測定地面點的高程的工作。分類：三角高程測量，精度不高；1. 水準測量，精度較高。2.1 2.1 水準測量原理水準測量原理 利用水準儀提供的水平視線，借助水準尺，測定兩點間的高差，進而確定待定點的高程。HB = HA + hAB = HA +（a - b) 后視前進方向前視aBbHihABAHAHB大地水準面hAB = a b = 后視 -

2、前視 = HB - HAHA 已知Hi = HA + aHB = Hi b視線高法高差法2.2 DS2.2 DS3 3型水準儀及其操作型水準儀及其操作一、DS3型水準儀的構造二、水準尺與尺墊三、水準儀的操作儀器和工具水準儀，水準尺，尺墊 DS05 1 3 D：大地測量 S：水準儀 下標：測量精度，每千米距離高差中誤差限值一、DS3型水準儀的構造水準器望遠鏡基座1、基座作用：支撐儀器上部并與三腳架相連；組成： 軸座 腳螺旋：用于粗略整平 底板 三角壓板軸座腳螺旋底板三角壓板2、望遠鏡：作用：瞄準、讀數(shù)；組成： 物鏡 物鏡對光透鏡 目鏡 十字絲分劃板視距絲豎絲中絲視準軸視準軸：十字絲交點與物鏡光心

3、的連線。物鏡目鏡物鏡對光螺旋目鏡對光螺旋分劃板護罩制動螺旋微動螺旋微傾螺旋3、水準器作用：整平，指示視準軸是否水平或儀器豎軸是否豎直；組成： 管水準器 圓水準器（1）管水準器-精確整平水準管軸水準管軸：過水準管零點與內表面相切的直線水準管軸與視準軸平行水準管軸與視準軸平行 水準儀構造滿足的主要條件LL符合水準器觀測窗微傾螺旋管水準器（2）圓水準器-粗略整平圓水準器靈敏度比管水準器低，作為儀器整平操作過渡之用。圓水準器軸：過圓水準器零點的球面法線LL。圓水準器軸應與儀器豎軸平行水準儀應滿足幾何條件。LL水準儀的軸線VVLL LLCC二.水準尺與尺墊 水準尺：優(yōu)質木材或合金制成 分 類：雙面尺，塔

4、尺 作 用：讀數(shù)尺墊：鑄鐵制成作用：放尺，防止尺 下沉和點位移 動（轉點） 三、水準儀的操作（4步）1安置水準儀2、粗略整平： 目的：使圓氣泡居中 方法：轉腳螺旋，氣泡移動方向與左手 大拇指運動方向一致。123圓水準器3、瞄準水準尺（1）目鏡對光：十字絲清晰。（2）初步瞄準：松制動，用照門和準星粗瞄水準尺，擰緊制動螺旋；（3）物鏡對光和精確瞄準：轉動物鏡對光螺旋，使象清晰；轉動微動螺旋，使象位于視場中央。（4）消除視差：（影響讀數(shù)的準確性）視差視差：當眼睛在目鏡端上下微微地移動，發(fā)現(xiàn)十字絲和水準尺影象有相對移動現(xiàn)象。 原因原因：目標成象平面與十字絲平面不重合。 消除方法消除方法：仔細反復對光。

5、 調微傾螺旋，使符合水準器讀數(shù)窗中看到的水準管氣泡嚴格居中。 用橫絲讀數(shù)，估讀到毫米。4、精平和讀數(shù)0.786 1.012 6.253小結：水準測量原理：利用水準儀提供的水平視線，借助水準尺，測定兩點間的高差。DS3水準儀構造：基座、望遠鏡、水準器；DS3水準儀使用方法：安置、粗平、瞄準、精平、讀數(shù)；重要概念：視準軸、視差2.3 普通水準測量及其成果整理普通水準測量及其成果整理 一、水準點 二、水準路線 三、普通水準測量方法 四、水準測量成果整理一、水準點： 高程控制點BM：永久性，臨時性 注意：畫好略圖點之記432BMA2BMB二、水準路線： (1)支水準路線1BMA123BMA1(3)附合

6、水準路線(4)水準網(2)閉合水準路線BMABMBBMC123三、普通水準測量方法HAHB大地水準面BIa1b1TP1TP2 IIa2b2 IIITP3a3b3IVa4b4hABA已知HA，求待定點B高程HB；設4站，3個轉點，連續(xù)測量兩點之間的高差。水準測量手簿水準測量手簿日期日期 ： 儀器：儀器： 觀測：觀測：班級班級 ： 小組：小組： 記錄：記錄：測測站站測點測點 水準尺讀數(shù)水準尺讀數(shù)高高 差差高程高程(m)備備注注后后 視視(a)前前 視視(b)+計算檢核計算檢核 IBMATP1146711240.343IITP1TP2138516740.289IIITP2TP3186909430.9

7、26IVTP3BMB142512120.21327.35428.547a=6.146 b=4.953+1.482-0.289 28.547-27.354 +1.193 -4.953+1.193 -0.289h=+1.193水準測量的檢核：1、計算檢核： h= a- b=HB-HA2、測站檢核：（1）變動儀器高法：兩次儀器高相差在10cm以上；（2）雙面尺法：（略）儀器高度不變，利用紅黑面兩次測量高差；變動儀器高法：變動儀器高法：TP1A1a1a1b1b約10cm水準測量手簿（變動儀器高法）水準測量手簿（變動儀器高法）日期日期 ： 儀器：儀器： 觀測：觀測：班級班級 ： 小組：小組： 記錄：記錄

8、：測站測站測點測點后視讀數(shù)后視讀數(shù)前視讀數(shù)前視讀數(shù)高高 差差(m)平均高差平均高差(m)高程高程(m)備注備注計計 算算檢檢 核核1BMATP125150964081123641.5511.5531.5522TP1TP215631387150616780.1760.1720.1743TP2TP313502100-0.75019561200-0.756-0.7534TP3TP409322024-1.09221971103-1.094-1.0935TP4BMB087607720.104088009820.1020.10315.35215.33514.56314.597-0.034-0,017-0.

9、017( a- b)/2 = -0.017h/2=-0.017 3、成果檢核： (1) 附合水準路線BM7 fh= h測 -（H8-H7） = h測-（H終-H始）1234BM8BM9123A12(2) 閉合水準路線h理 =0fh= h測(3)支水準路線h往理 = -h返理fh= h往測+ h返測小結：水準路線：支水準路線、閉合水準路線、附合水準路線；普通水準測量方法；水準測量的檢核：計算檢核、測站檢核、成果檢核；高差閉合差：實測高差與理論高差不相等產生的誤差，必須消除。四、水準測量成果整理 1、高差閉合差的計算與檢核fh= h測-（H終-H始）(2) 閉合水準路線fh= h測(1) 支水準路

10、線fh= h往測+ h返測(3) 附合水準路線 檢核（等外水準測量）：)(40mmLfh容)(12mmnfh容平地：L為水準線路的長度，取Km為單位山地：N為單程測站數(shù) 2、高差閉合差的分配和計算改正后的高差分配原則：與測站數(shù)（或路線長度）成正比分配原則：與測站數(shù)（或路線長度）成正比反符號分配。反符號分配。ihhnnfviihhLLfvi湊整或hhfvi檢核： 改正后的高差：ihiivhh 3、高程計算H始H1H2H終ihHH后前 4、算例：A123B12站0.8km +2.785 1.3km18站-4.3691.1km13站+1.9800.7km11站+2.345HA=56.345mHB=

11、59.039m 附合水準路線： 測段測段編號編號點點名名距離距離L(km)測站測站數(shù)數(shù)實實 測測高高 差差(m)改正數(shù)改正數(shù)(mm)改正后改正后的高差的高差(m)高程高程(m)備注123456789 輔助輔助計算計算1234A123B0.8 12 +2.7851.318-4.3691.113 +1.9800.711 +2.345A123B56.34559.0393.954 +2.741fh = 2.741 - (59.039 - 56.345) = + 47 mm- fh / n = - 47/54 = - 0.87(mm)(885412mmfh容-10-16-11-10+2.775-4.38

12、5+1.969+2.33559.12054.73556.704-47+2.694HAH1H2HA相等 閉合水準路線： 支水準路線：2111AAAhhh2211212hhh 即：支水準路線，取其往返高差的絕對值的平均值為觀測成果，高差的符號以往測為準。2.4 DS3型水準儀的檢驗與校正一、水準儀的軸線及其應滿足的幾何條件二、水準儀的檢驗與校正（略）一、水準儀的軸線及其應滿足的幾何條件1、水準儀的軸線VVLL LLCC 1、圓水準儀器軸LL 應平行于儀器的豎軸VV。 2、十字絲的中絲（橫絲）應垂直于儀器的豎軸VV。 3、水準管軸LL應平行于視準軸CC。2、幾何條件：二、水準儀的檢驗與校正 1、圓水

13、準器軸平行于儀器豎軸的檢驗與校正:21）檢驗：整平圓氣泡，轉180，若氣泡仍居中，條件滿足，否則，需校正。2）校正： 校正螺絲校一半，腳螺旋調一半。反復進行圓水準器固緊螺絲校正螺絲 2、十字絲橫絲應垂直于儀器豎軸的檢驗校正1)檢驗：MMMM 2)校正3、水準管軸平行于視準軸的檢校ABS1iia1b1S2ib2(b2 )a2a2 hAB (1)在S1處用變儀高法測AB兩點高差，兩次高差之差不超過3mm，取平均值得hAB (2)在B點附近（約3米處）的S2點，讀得B尺讀數(shù)b2，求出A尺應有讀數(shù)為： a2=b2+hAB 然后，讀A尺讀數(shù)a2 ，如果a2與a2相等，說明兩軸平行，否則，存在角值 式中：

14、 h = a2 - a2； = 206265 對DS3級微傾水準儀，i值不得大于20， 否則，需校正。 ABDhi校正： 轉微傾螺旋，使中絲對A尺正確讀數(shù)a2 ，此時，視準軸水平，但氣泡偏。用撥針撥動水準管一端的上下兩個校正螺絲，使氣泡的兩個半象重合。2.5 水準測量的誤差分析及注意事項一、儀器誤差：二、觀測誤差：三、外界條件的影響：四、水準測量注意事項：一、儀器誤差：1、i角殘余誤差。使前后距離相等可抵消。2、水準尺誤差： 刻劃、尺長、彎曲： 檢驗水準尺 尺零點誤差：兩尺交替作前后視尺，并使測站為偶數(shù)，可抵消。二、觀測誤差：1、水準管氣泡居中誤差：如D=50m，m= 0.36mm,居中立即讀

15、數(shù)。2、讀數(shù)誤差：如D=50m， mv= 0.5mmDm 215. 0 DVmV063、視差影響： 仔細對光4、水準尺傾斜影響：220)/(2)21(1)cos1(cosbbbbbbb 如， ，b=2m時 =2mmb0b3三、外界條件的影響：1、儀器下沉： 讀數(shù)變小，后、前、前、后觀測程序2、尺墊下沉： 讀數(shù)變大，往返觀測取平均3、地球曲率及大氣折光的影響AB大地水準面與大地水準面平行水平視線CrfRDc22RDRDr1427122RDRDRDrcf22243. 0142注：前后視距相等可抵消折光后的視線bbba4、溫度影響： 氣泡向溫度高的方向移動，產生氣泡居中誤差； 風影響儀器的穩(wěn)定； 物象跳動影響讀數(shù)。2.6 自動安平水準儀 北京光學儀器廠 生產的AL100 水準儀日本賓得產AL-240型日本賓得產自動對焦自動安平水準儀日本索佳產數(shù)字水準儀2.7 精密水準儀簡介 光學精密水準儀 數(shù)字精密水準儀 注：精密水準儀應使用配套的水準尺 世界上最高精度的電子水準儀，每公里往返水準觀測精度達0.3mm，最小顯示0.01mm 先進的感光讀數(shù)系統(tǒng)