第3章 水準測量和水準儀

1、第三章第三章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀3.1 3.1 水準測量原理與方法水準測量原理與方法3.2 3.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 3.3 3.3 水準測量外業(yè)施測水準測量外業(yè)施測3.4 3.4 水準測量的內業(yè)計算水準測量的內業(yè)計算3.6 3.6 水準儀的檢驗與校正水準儀的檢驗與校正3.6 3.6 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 復習思考題復習思考題3.1 水準測量原理與方法一、水準測量原理二、復合水準測量三、地球曲率和大氣折光的影響一、水準測量原理若若A A點高程已知，欲測定待定點點高程已知，欲測定待定點B B的高程？的高程？ABhABABhHH則則B點的高程為點的高程為：

2、首先，首先，測出測出A、B兩點之間的高差兩點之間的高差 一、水準測量原理豎立豎立水準尺水準尺安置安置水準儀水準儀A點尺點尺（后視尺）（后視尺）讀數(shù)讀數(shù)a（后視讀數(shù)）（后視讀數(shù)）B點尺點尺（前視尺）（前視尺）讀數(shù)讀數(shù)b （前視讀數(shù)）（前視讀數(shù)）則則A、B點的高差為點的高差為：后前bahAB.bHHaHHiBAi根據(jù)視線高根據(jù)視線高Hi計算計算B點的高程：點的高程： abHi一、水準測量原理幾點說明：幾點說明：（1 1）水平面）水平面代替代替水準面；水準面；（2 2）水準測量的）水準測量的方向性方向性；（3 3）簡單水準測量）簡單水準測量 “ “只需一個只需一個測站測站就能測得兩點之間的高差就能測

3、得兩點之間的高差”ABhba后前二、復合水準測量當兩點當兩點相距較遠相距較遠或或高差很大高差很大時，則需要連續(xù)多次安時，則需要連續(xù)多次安置儀器，來測定兩點之間的高差：置儀器，來測定兩點之間的高差：轉點：轉點：1，2， n測站：測站：A-1;1-2;遷站：遷站： 前站不動前站不動為后站為后站 后站前移后站前移為前站為前站 儀器前移儀器前移后前二、復合水準測量111bahA2212bah11nnnBbahiABhh第第1測站：測站：第第2測站：測站：第第n1測站：測站：A、B兩點間的高差：兩點間的高差：復合水準測量兩點之間的高差等于各測站高差的代數(shù)和，或等于“累計后視讀數(shù)累計前視讀數(shù)”。iiABb

4、ah或三、地球曲率和大氣折光的影響p 地球曲率的影響（了解）p 大氣折光的影響（了解）p 球氣差聯(lián)合影響（了解）p 外業(yè)觀測所采取措施外業(yè)觀測所采取措施外業(yè)觀測所采取措施在一個測站的觀測中，當前后視距離在一個測站的觀測中，當前后視距離SA和和SB相相等或等或將其距離差限制在某一范圍內將其距離差限制在某一范圍內，則，則球氣差球氣差影響互相抵消或影響互相抵消或可忽略不計可忽略不計；復合水準測量中，則考慮復合水準測量中，則考慮累計累計前后視距差：前后視距差：前后SS3.2 水準儀和水準尺 一、水準儀一、水準儀 我國水準儀的等級劃分我國水準儀的等級劃分（一）（一）S3S3級自動安平水準儀級自動安平水準

5、儀 （二）（二）微傾式水準儀微傾式水準儀 （三）（三）電子水準儀電子水準儀二、二、水準尺和尺墊水準尺和尺墊三、三、水準儀的使用水準儀的使用我國水準儀的等級劃分精度指標：每公里往返測高程中數(shù)的中誤差精度指標：每公里往返測高程中數(shù)的中誤差水準儀系列型號水準儀系列型號DS05DS05DS1DS1DS3DS3DS10DS10每公里往返測高程每公里往返測高程中數(shù)的偶然中誤差中數(shù)的偶然中誤差0.5mm1mm3mm10mm主要用途主要用途國家一等水國家一等水準測量及地準測量及地震監(jiān)測震監(jiān)測國家二等水準國家二等水準測量及其他精測量及其他精密水準測量密水準測量國家三、四等水國家三、四等水準測量及一般工準測量及一

6、般工程水準測量程水準測量一般工程一般工程水準測量水準測量（一）S3級自動安平水準儀1 1、望遠鏡望遠鏡目鏡和目鏡調焦螺旋物鏡和物鏡調焦螺旋微動螺旋2 2、水準器水準器圓水準器3 3、基座、基座腳螺旋1、測量望遠鏡（1 1）測量望遠鏡的構造）測量望遠鏡的構造（2 2）測量望遠鏡的作用及成像原理測量望遠鏡的作用及成像原理（3 3）測量望遠鏡的使用與視差現(xiàn)象測量望遠鏡的使用與視差現(xiàn)象視準軸十字絲分劃板 作用 精確瞄準目標 在標尺上精確讀數(shù) 視距測量（2）測量望遠鏡的作用及成像原理作用：能夠看清遠近不同的物體能夠看清遠近不同的物體，以及精確照準目標和在精確照準目標和在標尺上精確讀數(shù)標尺上精確讀數(shù)。物鏡

7、物鏡+ +調焦透鏡調焦透鏡：在十字絲面十字絲面上成一倒立縮小的實像倒立縮小的實像ba 目鏡目鏡：將實像實像baba連同十字絲十字絲同時放大為虛像b b1 1a a1 1望遠鏡的放大倍率望遠鏡的放大倍率：通過望遠鏡看到的目標影像的視角與肉眼直接觀察該目標的視角之比，即=/ （3）測量望遠鏡的使用與視差現(xiàn)象p測量望遠鏡的使用測量望遠鏡的使用目鏡調焦目鏡調焦“使十字絲成像最清晰使十字絲成像最清晰”物鏡調焦物鏡調焦“使目標成像最清晰使目標成像最清晰”精確瞄準目標或讀數(shù)精確瞄準目標或讀數(shù)原則上以原則上以視準軸視準軸為準為準實用上以十字絲為參考實用上以十字絲為參考p視差現(xiàn)象視差現(xiàn)象 定義定義 原因原因 消

8、除方法消除方法2、水準器 作用：作用：“判斷視準軸是否水平判斷視準軸是否水平”或或“儀器豎軸是否豎直儀器豎軸是否豎直”的的裝置。裝置。（1）水準管水準管（管水準器）：用于精平（管水準器）：用于精平（2）圓水準器：圓水準器：用于粗平用于粗平（1）水準管（管水準器）p 水準管的作用水準管的作用 氣泡居中氣泡居中水準管軸水準管軸LL水平水平視準軸視準軸CC水平水平p 符合水準管符合水準管氣泡居中氣泡居中氣泡不居中氣泡不居中儀器精平儀器精平自動安平的原理p工作原理工作原理在光路中裝置一個補償器在光路中裝置一個補償器（三）電子水準儀p 在望遠鏡中安置一個線陣探測器在望遠鏡中安置一個線陣探測器p 配合條碼

9、水準標尺配合條碼水準標尺p 采用數(shù)字圖像識別處理系統(tǒng)采用數(shù)字圖像識別處理系統(tǒng)p 優(yōu)點優(yōu)點速度快速度快精度高精度高自動讀數(shù)、自動記錄測量數(shù)據(jù)自動讀數(shù)、自動記錄測量數(shù)據(jù)減輕作業(yè)勞動強度減輕作業(yè)勞動強度易于實現(xiàn)水準測量內外業(yè)一體化易于實現(xiàn)水準測量內外業(yè)一體化二、二、水準尺和尺墊水準尺和尺墊2、雙面水準尺雙面水準尺（直尺）（直尺）3 3、尺墊和尺樁、尺墊和尺樁1、直尺、折尺和塔尺、直尺、折尺和塔尺（1）作用）作用傳遞高程，作為轉點使傳遞高程，作為轉點使用用（2）注意）注意突起半球體的頂點作為突起半球體的頂點作為豎立水準尺和轉點標志豎立水準尺和轉點標志之用之用用于三、四等水準測量用于三、四等水準測量（1

10、 1）黑面尺、紅面尺黑面尺、紅面尺（2）基本分劃及注記）基本分劃及注記基本分劃：厘米基本分劃：厘米注記：米和分米處注記：米和分米處毫米位估讀毫米位估讀（3）注意事項）注意事項 黑面尺起始數(shù)字是從零開始黑面尺起始數(shù)字是從零開始 紅面尺起始數(shù)字為紅面尺起始數(shù)字為4687或或4787 （尺常數(shù)）尺常數(shù)） 成對使用成對使用雙面水準尺三、水準儀的使用一、安置水準儀一、安置水準儀 適當調節(jié)三角架腿的高度，打開三腳架，并使架頭大致水平架頭大致水平 ； 打開儀器箱取出儀器，安放在三角架頭上，一手握住儀器，一手立即用連接螺旋將水準儀連接螺旋將水準儀固連在三腳架頭上，防止儀器摔下來；固連在三腳架頭上，防止儀器摔下

11、來； 踩實架腳，最后合上儀器箱。合上儀器箱。二、粗平三、瞄準四、讀數(shù)二、粗平 粗平粗平：利用圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大：利用圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而使視準軸粗略水平。致鉛垂，從而使視準軸粗略水平。操作方法操作方法：旋轉：旋轉腳螺旋腳螺旋。 氣泡移動的方向與左手大拇指轉動的方向一致。三、三、瞄準p目鏡調節(jié)：目鏡調節(jié)：使十字絲最清晰p粗略瞄準，制動儀器粗略瞄準，制動儀器p物鏡調焦：物鏡調焦：使目標成像清晰p精確瞄準：精確瞄準：利用微動螺旋微動螺旋使十字絲豎絲對準水準尺中間稍偏一點p注意消除視差現(xiàn)象注意消除視差現(xiàn)象四、讀數(shù)習慣上以毫米為單位，讀取4位3.3 水準測量外業(yè)施測

12、一、水準點一、水準點和點之記和點之記 水準點BM（Bench Mark）及其標石 點之記二、二、水準路線水準路線三、三、（三、四等）水準測量的實施（三、四等）水準測量的實施 三等水準測量：三等水準測量：采用S3級水準儀進行往返觀測 四等水準測量：四等水準測量：采用S3級水準儀 附合水準路線或閉合水準路線，可單程觀測 支水準路線，必須往返觀測四、四、水準測量的成果檢核水準測量的成果檢核( (* *) )水準點BM（Bench Mark）及其標石二、水準路線 （一）（一）單一水準路線單一水準路線（二）水準網(wǎng)（二）水準網(wǎng)附合水準路線閉合水準路線支水準路線（一）單一水準路線2閉合水準路線3支水準路線

13、1附合水準路線三、三、（三、四等）水準測量的實施（三、四等）水準測量的實施1 1、技術指標、技術指標 2、一個測站上三、四等水準測量的觀測程序3、測站上三、四等水準測量的觀測記錄及計算 2、一個測站上三、四等水準測量的觀測程序后后 前前 前前 后后照準后視標尺黑面，讀取上下視距絲、中照準后視標尺黑面，讀取上下視距絲、中絲讀數(shù)；絲讀數(shù)；照準前視標尺黑面，讀取中絲、上下視距照準前視標尺黑面，讀取中絲、上下視距絲讀數(shù)；絲讀數(shù)；照準前視標尺紅面，讀取中絲讀數(shù)照準前視標尺紅面，讀取中絲讀數(shù) ；照準后視標尺紅面，讀取中絲讀數(shù)照準后視標尺紅面，讀取中絲讀數(shù) 黑黑 黑黑 紅紅 紅紅四等水準測量的觀測順序也可為

14、：四等水準測量的觀測順序也可為： “后后前前后后前前”（黑、紅、黑、紅）。（黑、紅、黑、紅）。 3、測站上三、四等水準測量的觀測記錄及計算 測站上的計算與校核 視距部分的計算 后（前）距|下絲上絲|100 視距差d后距前距視距差累積d 本測站視距差上一測站d 視距部分的檢核 (三等) 前后視距差d 3m 視距差累積d 6m記錄：8個讀數(shù)，表中（1）（8） 高差部分的計算 黑紅面讀數(shù)差K黑紅 黑面高差h黑（后前）黑 紅面高差h紅（后前）紅 黑紅面所測高差之差 h黑 h紅100 或（11）=（10）-（9） 高差中數(shù)：）（紅黑中10021hhh3、測站上三、四等水準測量的觀測記錄及計算 高差部分的

15、檢核 (三等)黑紅面讀數(shù)差2mm黑紅面所測高差之差3mm 測測站站編編號號后后尺尺下絲下絲前前尺尺下絲下絲方向方向及及尺號尺號標尺讀數(shù)標尺讀數(shù)K+K+黑黑減減紅紅高高差差中中數(shù)數(shù)上絲上絲上絲上絲后后 距距前前 距距黑面黑面紅面紅面視距差視距差d dd （1 1）（5 5）后后（3 3）（8 8）（1010） （2 2）（6 6）前前 （4 4）（7 7）（9 9） （1212）（1313）后后- -前前（1616）（1717）（1111）（1818） （1414）（1515） 1 后后5 5 前前6 6 后后- -前前 三（四）等水準測量觀測手簿三（四）等水準測量觀測手/p>

16、7119713841384055105515239523961716171036303630739073937.437.437.637.6-0.2-0.2-0.20.2+08330833093209320 0-1-1+1 1+0832.50832.5 測測站站編編號號后后尺尺下絲下絲前前尺尺下下絲絲方向方向及及尺號尺號標尺讀數(shù)標尺讀數(shù)K+K+黑黑減減紅紅高高差差中中數(shù)數(shù)上絲上絲上上絲絲后后 距距前前 距距黑面黑面紅面紅面視距差視距差d ddd 1 11571157107390739 后后5 513841384617161710 0 1197119703630363前前6 60551055152

17、395239-1 1 37.437.437.637.6后后- -前前+0833083309320932+1 1+0832.50832.5-0.20.2 2 22121212121962196后后619341934662166210 1747174718211821前前5 52008200867966796-1-1 37.437.437.537.5后后- -前前-00740074-01750175+1 1-0074.50074.5-0.10.1 三（四）等水準測量觀測手簿三（四）等水準測量觀測手簿測自測自 BM1 BM1 至至 1 20011 2001年年8 8月月2 2日日時刻始時刻始8 8時

18、時0505分分 天氣：晴天氣：晴 末末 時時 分分 成像：清晰成像：清晰-0.20.2-0.30.3四、水準測量的成果檢核四、水準測量的成果檢核 1附合水準路線的成果檢核附合水準路線的成果檢核理測始終測）（hhHHhfh（1 1）高差閉合差：）高差閉合差： （2 2）高差閉合差的容許值高差閉合差的容許值容hhff滿足容許誤差要求，滿足容許誤差要求，則成果合格；則成果合格； 否則須重測。否則須重測。四、水準測量的成果檢核四、水準測量的成果檢核 2閉合水準路線的成果檢核閉合水準路線的成果檢核（1 1）高差閉合差：）高差閉合差： 測理測hhhfh0理h（2 2）高差閉合差的容許值高差閉合差的容許值容

19、hhff滿足容許誤差要求，滿足容許誤差要求，則成果合格；則成果合格；否則須重測。否則須重測。四、四、水準測量的成果檢核水準測量的成果檢核 3支水準路線的成果檢核支水準路線的成果檢核（1 1）高差閉合差：）高差閉合差： 理往理返hh返往返往hhhhfh（2 2）高差閉合差的容許值高差閉合差的容許值容hhff滿足容許誤差要求，滿足容許誤差要求，則成果合格；則成果合格；否則須重測。否則須重測。 3.4 水準測量的內業(yè)計算 目的目的：調整調整水準路線的水準路線的高差閉合差高差閉合差以及計算以及計算各待定點的高程。各待定點的高程。一、一、閉合水準路線的內業(yè)計算閉合水準路線的內業(yè)計算二、附合水準路線二、附

20、合水準路線三、支水準路線三、支水準路線 點號 測段中的測站數(shù)實測高差（m）改正數(shù)（mm）改正后的高差（m）高程（m）點號AA112233AA輔助計算+1.428-1.509+2.487-2.346121491040.238閉合水準路線的內業(yè)計算1將觀測數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)已知數(shù)據(jù)填入計算表格fh=+0.06045mmnfh80451212容容hhff成果合格-16-19-13-12-60+1.412-2.365+2.474-1.5210.00041.65039.28541.75940.238閉合水準路線的內業(yè)計算2計算高差閉合差： mhfh060. 03計算高差閉合差的容許值：mmnfh80

21、451212容容hhff 4高差閉合差的調整（高差改正數(shù)的計算）（1）調整原則：反號按照與測段測站數(shù)（或測段路線長度）成正比的原則進行分配。或ihinnfvihiLLfv閉合水準路線的內業(yè)計算（2）高差改正數(shù)的計算總測站數(shù)n=45，故每一站的改正數(shù)為： 344560nfh則各測段高差改正數(shù)為： mmv1612341mmv1914342mmv1310343mmv129344hifv計算檢核閉合水準路線的內業(yè)計算5計算改正后的高差： iiivhh0ih計算檢核6推算各待定點的高程： 11hHHA212hHH323hHHAAHhHH43計算檢核北光S3級水準儀德國蔡司Ni030水準儀圖：德國蔡司Ni

22、060水準儀圖：Leica NA820自動安平水準儀蘇光DSZ2自動安平水準儀北光DSZ31自動安平水準儀水準管（Ni060）水準管水準氣泡圓水準器圖（Ni060）圓水準器水準氣泡Trimble DiNi03表：水準測量高差閉合差的限差要求 路線種類路線種類等級等級路線往返測閉合差路線往返測閉合差（mmmm）附合路線附合路線或或閉合路線閉合差閉合路線閉合差（mmmm）三等水準測量三等水準測量四等水準測量四等水準測量普通水準測量普通水準測量注：注：S為相鄰兩水準點間的距離，以公里為單位；為相鄰兩水準點間的距離，以公里為單位； L為附合路線或為附合路線或閉合路線的長度，閉合路線的長度，以公里為單位以公里為單位S12S20S40L12L20L401 1、主要條件、主要條件水準管軸水準管軸LL應與望遠鏡的視準軸應與望遠鏡的視準軸CC平行平行望遠鏡的視準軸望遠鏡的視準軸CC不因調焦而變動位置不因調焦而變動位置3.5 水準儀的檢驗和校正一、水準儀應滿足的條件及其作用一、水準儀應滿足的條件及其作用2 2、次要條件、次要條件圓水準器軸圓水準器軸應與水準儀的應與水準儀的旋轉軸平行旋轉軸平行十字絲橫絲十字絲橫絲應與水準儀的應與水準儀的旋轉軸垂直旋轉軸垂直3.6 水準測量的誤差分析一、儀器誤差一、儀器誤差(一一) 視準軸與水準管軸不平行的誤差視準軸與水準管軸不平行的誤差(二二) 水準尺