1、第二章第二章 水准测量水准测量2-1.水准测量概述水准测量概述2-2.水准测量的原理水准测量的原理2-3.水准仪和水准尺水准仪和水准尺2-4.水准测量的实施水准测量的实施2-5.水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正2-6.水准测量的误差及其消减方水准测量的误差及其消减方法法21 水准测量概述水准测量概述v水准测量水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。22 水准测量的原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视水准测量是利用水准仪提供的水平视线，在已知高程点和未知点上竖立水准尺线，在已知高程点和未知点上竖立水准尺并截取读数，测定两点间的高差，从
2、而由并截取读数，测定两点间的高差，从而由已知点的高程推算未知点的高程。已知点的高程推算未知点的高程。后视尺后视尺前视尺前视尺水平视线水平视线高程：地面点沿高程：地面点沿铅垂线方向到大铅垂线方向到大地水准面的距离，地水准面的距离，当该地面点在大当该地面点在大地水准面之上时地水准面之上时取正值，反之取取正值，反之取负值。负值。高差具有方高差具有方向性，记作向性，记作h ，其值其值可正可负可正可负。后视读数后视读数前视读数前视读数已知：已知：HA =34.248m, a = 2.145m,b = 1.684m后视尺后视尺前视前视尺尺水平视线水平视线hAB= a-b = 0.461m 则：HB=HA+
3、 hAB = 34.248 + 0.461 = 34.709当两点相距较远或高差太大时，则可分段当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图连续进行，从图23中可得：中可得：转点转点转点：转点起传递高程的作用。转点：转点起传递高程的作用。23 水准仪和水准尺微倾式水准仪微倾式水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪数字数字(电子电子)水准仪水准仪我国的水准仪系列标我国的水准仪系列标准分为：准分为：DS05、DS1、DS3和和DS20 水准尺、尺垫水准尺、尺垫常用双面尺：一面黑白相间刻划：黑面尺或主尺黑面尺或主尺， 另一面红白相间刻划：红面尺或副尺。红面尺或副尺。 黑面的起始读数为零 红面的起始
4、读数则分别为4.687m和4.787m尺垫：在转点处放置水准尺在转点处放置水准尺一、 DS3水准仪的构造和使用(一) DS3水准仪的构造在一般水准测量中使用较广的DS3型微倾式水准仪由下列三个主要部分组成：望远镜：望远镜： 它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数。水准器：水准器： 用于指示仪器或视线是否处于水平位置。基座：基座： 用于置平仪器，它支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动。1. 望远镜 十字丝分划板 视准轴视准轴视线视差视差：当观测时把眼睛稍作上下移动，如果尺像与十字丝有相对的移动，即读数有改变，这一现象叫视差。其原因是尺像没有落在十字丝平面上。消除视差的方法是先调目镜调
5、焦螺旋使十字丝清晰，然后一面调节物镜调焦螺旋一面仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面上。十字丝分划板2. 水准器(1) 管水准器管水准器 又称水准管水准管水准管分划值：水准管上两相邻分划线（mm）间的圆弧所对的圆心角(2) 圆水准器圆水准器 圆水准器的分划值，是顶盖球面上2mm弧长所对应的圆心角值，水准仪上圆水准器的角值为8至15(R=0.460.86m)。(二) DS3微倾式水准仪的使用首先打开三脚架，安置三脚架要求高度适当、架头大致水平并牢固稳妥，在山坡上应使三脚架的两脚在坡下一脚在坡上。然后把水准仪用中心连接螺旋连接到三脚架上，取水准仪时必须握住仪器
6、的坚固部位，并确认已牢固地连结在三脚架上之后才可放手。1. 仪器的粗略整平仪器的粗略整平左手拇指法则，或右手食指法则：(1)先旋转两个脚螺旋，然后旋转第三个脚螺旋；(2)旋转两个脚螺旋时必须作相对地转动，即旋转方向应相反。(3)气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。2. 照准目标照准目标准星瞄准目镜调焦、物镜调焦使十字丝竖丝照准水准尺3. 视线的精确整平视线的精确整平粗平 精平每次读数前都需要重新使气泡符合每次读数前都需要重新使气泡符合4. 读数读数用十字丝中间的横丝读取水准尺的读数。从尺上可直接读出米、分米和厘米数，并估读出毫米数，所以每个读数必须有四位数。水准仪使用步骤： 粗平瞄准
7、精平读数粗平瞄准精平读数24 水准测量的实施v水准原点作为全国高程测量的基准点。从1989年起，国家规定采用青岛验潮站19521979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面，称为“1985国家高程国家高程基准基准”。根据新的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为72.260mv水准点：准确测定其高程的控制点（BM）一、水准路线的形式v单一水准路线： 附合水准路线 闭合水准路线 水准支线v水准网立尺点立尺点后后视读数数前前视读数数高差高差高程高程备注A2.07350.118Z11.6241.5260.547Z21.6781.4070.217Z31.5951.3920.286Z40.9
8、211.4020.193B1.5030.58250.7797.8917.2301.2430.582计算算检核核二、水准测量的施测方法三、水准测量成果的检核三、水准测量成果的检核(一一) 测站检核测站检核1. 两次仪器高法两次仪器高法 2. 双面尺法双面尺法(二二) 水准路线的检核水准路线的检核1. 附合水准路线附合水准路线附合水准路线的高程闭合差为：附合水准路线的高程闭合差为：2. 闭合水准路线高差代数和在理论上应等于零，即h理=0由于测量误差的存在，h测0，则闭合水准路线的高差闭合差fh为fh=h测3. 水准支线支水准路线必须沿同一路线进行往测和返测，往、支水准路线必须沿同一路线进行往测和返
9、测，往、返测的高差绝对值应相等，而符号相反。如不相等，返测的高差绝对值应相等，而符号相反。如不相等，便产生了闭合差便产生了闭合差 即即fh=H往往+H返返往返测高差闭合差的允许值与附合水准路线相同，往返测高差闭合差的允许值与附合水准路线相同，而测站数而测站数n或路线长或路线长L以单程计。以单程计。 一般普通图根水准测量的容许高程闭合差为： 为保证测量的精度，测量规范规定了闭合差的容为保证测量的精度，测量规范规定了闭合差的容许范围称为许范围称为容许误差容许误差。它随测量等级的不同而有不同。它随测量等级的不同而有不同的规定。的规定。式中，式中， L为水准路线的长度，为水准路线的长度，KmN测站数测
10、站数四、闭合差的分配和高程的计算四、闭合差的分配和高程的计算当实际的高程闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上。显然，高程测量的误差是高程测量的误差是随水准路线的长度或测站数的增加而增加随水准路线的长度或测站数的增加而增加，所以分配的原则: 对于闭合与符合水准路线是把闭合差以相反的符把闭合差以相反的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上段的高差上。 对于支水准路线，取往返测高差的平均值作为观测结果。故各测段高差的改正数为： 或25 水准仪的检验和校正一、微倾式水准仪的检验和校正微倾式水准仪的主要轴线见图224，它们
11、之间应满足的几何条件是：1. 圆水准器轴应平行于仪器的竖轴；2. 十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴；3. 水准管轴应平行于视准轴。(一) 圆水准器的检验和校正(二) 十字丝横丝的检验和校正(三) 水准管的检验和校正若若 则视线向上倾斜则视线向上倾斜若若 则视线向上倾斜则视线向上倾斜两次仪器高法：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，粗平，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a1b1a2b2双面尺法（黑面、红面）：双面尺法（黑面、红面）： 用双面尺，每尺均读黑、红面读数 立尺，尺中间安置水准仪，粗平 瞄
12、准后后视尺黑黑面，精平，读数 瞄准前前视尺黑黑面，精平，读数 瞄准前前视尺红红面，精平，读数 瞄准后后视尺红红面，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要求：同一尺的黑，要求：同一尺的黑，红面读数之差不超过红面读数之差不超过3mm。同一站用黑，同一站用黑，红面测得的高差不超红面测得的高差不超过过5mm。26 水准测量的误差及其消减方法一、仪器误差(一) 视准轴与水准管轴不平行引起的误差(二) 调焦引起的误差(三) 水准尺的零点误差二、观测误差(一) 气泡居中误差(二) 估读水准尺分划的误差(三) 水准尺倾斜的误差三、外界环
13、境的影响(一) 仪器下沉和水准尺下沉的误差1. 仪器下沉的误差2. 水准尺下沉的误差(二) 地球曲率和大气折光的误差1. 地球曲率引起的误差 2. 大气折光引起的误差(三) 气候的影响前后视距相等可消除前后视距相等可消除将水准路线布设成偶数站可抵消将水准路线布设成偶数站可抵消用后用后-前前-前前-后的观测程序可消弱后的观测程序可消弱水准路线采用往返测可减弱水准路线采用往返测可减弱前后视距相等可消除前后视距相等可消除数字水准仪AHA=113.127mBHB=116.205m123如图所示的水准路线，如图所示的水准路线，A，B为已知的水准点，根据下图中给出的观测数据，计算出各待为已知的水准点，根据下图中给出的观测数据，计算出各待定点的高程：定点的高程： 点号点号距离距离(km) 观测高差高差(m)改正数改正数(mm)改正后高差改正后高差(m)高程高程(m)A123B计算算课堂作业课堂作业2.53218.5+2+2+1+1+6+3.747+1.233-4.859+2.957+3.078+113.127+116.874+118.107+113.248+116.205
