1、第二章 水准测量,测量地面上各点高程的工作,称为高程测量. 高程测量 按仪器和测量方法不同，分为 1.水准测量 精度高,用途广 -主要方法 2.三角高程测量 间接测量方法 3.GPS高程测量 4.气压高程测量 精度低,水准测量,原理,仪器构造与使用,测量方法,成果处理,普通水准测量,等级水准测量,仪器检校,误差及消减措施,S3水准仪,DZS水准仪,精密水准仪,电子水准仪,2-1 水准测量原理,名词解释: 后视点、前视点、 后视读数、前视读数、视距. 注意,测量的方向！ 问题: (1).水平视线如何获得? (2).读数大小与地势高低的关系?,求未知点高程的方法,(1).高差法HB = HA +
2、hAB = HA + (a-b) (2).视线高法HB = Hi - b 式中 Hi = HA + a 优点: 可以一次测多个点的高程.,2-2 水准测量的仪器与工具,2-12-3 原理、仪器构造与使用 课堂实习“水准仪的认识”。 1.望远镜的构造、作用、望远镜的视准轴. 物镜光心与十字丝中心交点的连线，称做望远镜的视准轴。用CC表示。,C,C,A,B,F,a,b,目镜,调焦镜,物镜,十字丝分划板,2.水准器的种类与作用,圆水准器：粗平,零点：圆水准器中央小圆圈的圆心,圆水准器轴：过圆水准器零点的球面法线。,管水准器：精平 水准管轴：过水准管零点所作水准管圆弧的切线。常用LL表示。 气泡居中,
3、LL水平,若仪器满足LLCC条件 CC水平 LLCC条件主条件 3.水准管分划值 常数 =57.3 = 3438 =206265,0,L,L,水平线,水平线,R,符合棱镜系统,4.视差 成因：目标成像与十字丝分划板不重合 消除措施：反复进行目镜、物镜调焦。5.水准仪的操作步骤 置仪粗平瞄准精平读数,2-3水准测量的方法及成果整理,问题:,1.已知点怎么得到? 2.当两点相距较远或高差较大时,如何实施?,2-3水准测量的方法及成果整理,2.3.1 水准点和水准路线 1.水准点 BM(Bench Mark)标定要求: 稳定、安全、便于保存和使用,分类: 基本水准标石- 一、二等水准点 普通水准标石
4、-三、四等水准点 墙角水准标志- 三、四等水准点 临时水准标志-水准(木桩、岩石、屋脚等),墙上水准点,一、二等水准点,三、四等水准点,临时水准点,点之记,2.水准路线 (1).闭合水准路线 (2).附合水准路线 (3).支水准路线 4km,往、返测量 (4).水准网,2.水准路线 (1).闭合水准路线 (2).附合水准路线 (3).支水准路线4km,往、返测量 (4).水准网,问题:1.水准测量中转点的作用 2.水准测量检核方法3.高差闭合差的概念,2.3.2水准测量的实施 (外业),1.施测转点:(ZD/TP)临时的立尺点,作为传递高程的过渡点.当两点距离太远或高差太大时,需分段测量,加设
5、转点.,记录手簿见表2-1,表2-1 水准测量记录,2.要求及注意事项 (1).检校仪器,选择 v20, 25“的仪器. (2).前后视距尽可能相等,视距100m,最大150m. (3).转点要选在土质坚硬的地面上,并放置尺垫 (4).搬站时,前视尺垫不允许移动,且在观测过程中不允许碰动, 否则由此站到起点的全部观测成果报废. (5)仪器搬动转站时,后视尺垫才允许移动. (6).视线高出地面0.3m.,2.3.3 水准测量的检核方法 1.计算检核：hAB =h=a-b=HB-HA 2.测站检核a)变仪高法: 改变仪器高度 10cm, 若h5mm，取 平均值作为最后结果.双仪器法: 同双仪高法b
6、)双面尺法: 3.路线成果检核高差闭合差fh： fh = h测 - h已知闭合路线、附合路线、支水准路线的fh=？若fhfh允,则成果可用,否则应检查原因，进行重测。平地 fh允=40L(mm) L-公里数山地 fh允=12 n(mm) n- 测站数,2.3.4 水准测量的成果整理(内业) 目的：消除fh ，求出正确高差 步骤：1.计算fh,2.若fhfh容，则对测量值进行调整调整原则：根据按比例分配原则 检核：v fh,3.计算改正后高差：,4.计算各点高程 检核：H终(计)= H终(已),检核：,例：,表2-2 水准测量成果处理表,2.5.2 自动安平水准仪,一.水准器的缺点1.费时 2.
7、受外界条件的影响 二.自动安平原理 最初设想：200年前，悬吊整个望远镜，尽管失败了，但揭示了规律：利用重力可使视线自动水平。现在，用补偿器代替水准器，能使仪器的视准轴，在12秒钟内自动、精确、可靠地安放在水平位置。,1.悬吊十字丝板(可动十字丝),z0,z0,z,f,s,a0,a0,a,f,s,满足条件：fs=zz0,2.悬吊棱镜(可动水平视线),a,a0,A,Z,水平视线,倾斜视线,a0,屋脊棱镜,直角棱镜,阻尼器,调焦镜,物镜,十字丝分划板,目镜,倾斜视线,2.5.1 精密水准仪和水准尺,一.精密水准仪：DS1、DS05、wild N3、蔡司Ni004。 1.用途：国家一、二等精密水准测
8、量；地震水准测量；精密工程测量；变形观测。 2.构造特点 (1).小。 610/2mm(2).v 40*;物镜镜筒通光孔径大，因而亮度大。(3).外壳用铟钢制造。,(5).楔形十字丝。 (6).专用水准尺,(4).装有平行玻璃板测微器，最小读数0.10.05mm，可估读到0.010.005mm。转动测微螺旋，可使水平视线在10mm范围内上下平移。,它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。,二.测微原理,a=(d/cosr)sin(i-r)d(i-r),n=sini/sinri/r,r=i/n,a=d(i-i/n)=di(1-1/n)=ki,三.精密水准尺(因瓦水准尺) 2种：5mm
9、、10mm 10mm尺面有两排分划线： 基本分划-黑面分划 辅助分划-红面分划 如图a，基辅差为一常数，例如N3 K=3.01550m 5mm尺，按10mm刻划，如图b 分划:左为奇数值,右为偶数值。 注记：右m，左dm 三角形：长的表示dm,小的表示 dm/2的起始线,cm的实际间隔为5mm，尺面值为实际长度的2倍。,四.操作粗平瞄准基本分划精平测微读数瞄准辅助分划精平测微读数。读数 尺上读数(三位)测微窗上读数(三位),图中读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m,注意：当尺子分划是实际分划的2倍时，应除以2，才是实际读数。,2.5.3 数字(电子)水准仪和条码水准尺
10、 数字水准仪(digital level)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件，采用条形码分划水准尺(coding level staff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。,数字水准仪的特点是： 用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差； 精度高，多条码(等效为多分划)测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响； 速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化。 数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时
11、，数字水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。,(1) 数字水准仪的原理 图2-34为采用相关法的徕卡NA3003数字水准仪的机械光学结构图。,当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份。,可见光影像成像在分划板上，供目视观测； 红外光影像成像在光电探测器上，探测器将接收到的光图像先转换成模拟信号，再转换为数字信号传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码本源数字信息进行相关比较，当两信号处于最佳相关位置时，即可获得水准尺上的水平视线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。,(2) 条码水准尺 与数字水准仪配套的条码水准尺
12、一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线或规则分划线，其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码，右图为与徕卡数字水准仪配套的条码水准尺，它用于数字水准测量；双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。,(3) 徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介 1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪DNA03,2-4 三、四等水准测量 一、用途 1用于国家高程控制网加密 2建立小地区首级高程控制 3工程施工、变形观测中高程基本控制 二、技术要求见表1、表2：,等级,水准仪
13、型号,视线长度,视线高度,前后视距差,前后视距累积差,黑红面读数差,黑红面高差之差,三,四,DS1DS3,DS3,65,80,0.3,0.2,3m,5m,5m,10m,2mm,3mm,3mm,5mm,表1,技术要求,等级,水准仪型号,水准尺,路线长度,观测次数,往返较差、附合或环线闭合差,平地,山地,附合或环线,与已知点联测,三,四,DS1,DS3,DS3,因瓦,双面,双面,50,16,往返 各一次,往一次,往返各一次,往一次,往返 各一次,mm,mm,表2,三、测量方法,瞄前尺红面-精平-读中(7)丝读数； 瞄后尺红面-精平-读中(8)丝读数,(1),(2),(3),(4),(5),(6),
14、(7),(8),1、测站观测程序 粗平,瞄后尺黑面-精平-读上(1)-下(2)-中(3)丝读数； 瞄前尺黑面-精平-读上(4)-下(5)-中(6)丝读数,将读数记入表格相应位置,测站编号,后视,上丝,下丝,前视,上丝,下丝,后视距,前视距,方向 与 尺号,标尺读数(m),黑面,红面,K+黑减红,高差中数（ m ）,备注,视距差,累积差,2、计算与校核,1.426,0.995,0.801 (4),0.371 (5),1.211 (3),0.586 (6),5.997 (8),5.274 (7),0.625 (15),0.723 (16),43.1,43.0,0.1,0.1,1 (14),-1 (
15、13),2 (17),51.6,51.8,-0.2,-0.1,0.071,-0.029,-1,-1,0,0.624,0.071,KA=4.787,KB=4.687,1.812,1.296,1.743,1.225,1.554,1.483,6.242,6.271,后A,前B,后-前,后B,前A,后-前,(1),(2),(9),(11),(10),(12),(18),1,2,2-6 水准仪的检验与校正,一、仪器应满足的条件 LLVV 十字丝横丝水平 LLCC 二、水准仪的检验、校正方法,1）圆水准器轴平行于竖轴的检验与校正,检验 校正,2) 十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正。,检验 校正,3
16、）管水准器轴平行于视准轴的检验与校正,检验,校正：,2-7水准测量误差分析,水 准 测 量 误 差,仪器误差,操作误差,外界条件影响,LL与CC不平行的误差,水准尺分划误差零点误差,气泡居中误差,估读误差,视差,水准尺未竖直,地球曲率,大气折光,仪器、尺垫下沉影响,气候变化,消减措施,中间法,检验改正法,减小视距,消除视差,认真、气泡居中,中间法,后前前后程序,选择观测时间 打伞,测段偶数站到达,外界因素的影响,太阳直射、风力、能见度等,地球曲率及大气折光影响,地球曲率的影响：,大气折光的影响：,综合两项的影响：,r ：有正负,注意：水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差,地球曲率及大气折光
17、的影响,习题,一、填空题 1水准测量的原理： 。 2高程测量按采用的仪器和测量方法分别有 、 、 和 四种。 3水准测量中，调节圆水准气泡居中的目的是使 ；调节管水准气泡居中的目的是使 。两者的关系是 。 4由已知点A测量并计算未知点B的高程的方法有两种，一是 ，其计算公式是 ；二是 ；其计算公式是 。,5写出水准仪上3条轴线的定义： 1）视准轴 ； 2）水准管轴 ； 3）圆水准器轴 。 6水准仪应满足的几何条件有：1） ；2） ；3） 。 7水准路线的布设形式有 、 和 。 8三、四等水准支线，必须进行 观测或 观测 9珠穆朗玛峰高为8848.13米，其含义是： 。 10水准测量中，转点的作
18、用是： 。,11在某一段水准测量内，用双面尺法观测的结果中，红、黑面后视读数总和减去红、黑面前视读数总和，应等于 。 二、选择题 1水准测量是利用水准仪提供的（ ）来测定两点间高差的。 A）水平面 B）水平视线 C）竖直面 D）铅垂线 2在水准测量中，仪器视线高应等于（ ）。 A）后视读数+后视点高程 B）前视读数+后视点高程 C）后视读数+前视点高程 D）前视读数+前视点高程 3水准测量中，后视点A的高程为40.000m，后视读数为1.125m，前视读数为2.571m，则前视点B的高程应为（ ）。 A）43.696m B）38.554m C）41.446m D）36.304m,4关于微倾水准
19、仪的视准轴与水准管轴不平行所产生的误差，下面说法正确的是（ ）。 A）误差大小一定，与前后视距无关 B）误差大小与两点间高差成比例，但与距离无关 C）误差与前、后视距之和成比例 D）误差与前、后视距之差成比例 5中心十字丝交点与物镜光心的连线称为望远镜的（ ）。 A）视准轴 B）横轴 C）竖轴 D）水准管轴 6在水准测量中，转点所起的作用是（ ）。 A）传递高程 B）传递距离 C）传递高差 D）A和C 7下列误差中，利用中间法不能消减的是（ ）。 A）对光透镜运行误差 B）标尺零点误差 C）地球曲率影响 D）大气折光影响,8水准测量中，调节圆水准气泡居中的目的是使（ ）。 A）竖轴竖直 B）视
20、准轴水平 C）十字丝横丝水平 D）十字丝竖丝竖直 9水准测量中，调节管水准气泡居中的目的是使（ ）。 A）竖轴竖直 B）视准轴水平 C）十字丝横丝水平 D）十字丝竖丝竖直 10水准仪四条主要轴线必须满足三个几何条件才能用之进行水准测量，下面条件中，不必要满足的是（ ）。 A）LLVV B）LLCC C）十字丝横丝仪器竖轴 D）VVCC 11圆水准器轴的检验校正是为了满足（ ）。 A) LLVV B）LLCC C）LLVV D）LLCC,三、名词解释 1.水准测量 2.望远镜视准轴 3.水准路线 4.水准点 5.高差闭合差 四、简答题 1.水准仪必须满足那些条件？ 2.为什么把水准仪安置在距离前
21、、后视两根尺子大致相等的地方？ 3.为什么水准测量读数时，视线不能靠近地面？ 4.转点在测量中起何作用？转点由前视点变为后视点及仪器搬至下一站的过程中，为什么不容许发生任何移动？如何选择转点？,五、计算题 1根据下表中的观测数据完成四等水准测量的计算。,测站编号,后视,上丝,下丝,前视,上丝,下丝,后视距,前视距,方向 与 尺号,标尺读数(m),黑面,红面,K+黑减红,高差中数（ m ）,备注,视距差,累积差,五、计算题,1.571,1.197,0.797,0417,1.384,0.551,6.171,5.239,KA=4.787,KB=4.687,2.121,1.747,2.196,1.821,1.934,2.008,6.621,6.796,后A,前B,后-前,后B,前A,后-前,1,2,1根据下表中的观测数据完成四等水准测量的计算。,N4,2调整下列闭合水准路线成果，并计算各点高程。其中：水准点的高程HBM1=44.313m,
