測量學第二章 水準測量

1、 定義：定義：根據(jù)已知點高程，測定未知點與已知點的高差，根據(jù)已知點高程，測定未知點與已知點的高差，然后計算出未知點的高程的方法。然后計算出未知點的高程的方法。 水準測量水準測量 三角高程測量三角高程測量 氣壓高程測量氣壓高程測量 GPSGPS測量測量高程測量高程測量根據(jù)使用儀器和施測方法的不同，分為：根據(jù)使用儀器和施測方法的不同，分為：2.1 2.1 水準測量的原理水準測量的原理2.2 2.2 水準測量的儀器和工具水準測量的儀器和工具2.3 2.3 水準儀的使用水準儀的使用2.4 2.4 水準測量的外業(yè)水準測量的外業(yè) 2.5 2.5 水準測量的內(nèi)業(yè)水準測量的內(nèi)業(yè)第二章第二章 水準測量水準測量v

2、 水準測量是利用一條水平視線，借助水準尺，測定地面上兩水準測量是利用一條水平視線，借助水準尺，測定地面上兩點間的高差，然后根據(jù)已知點高程和測得的高差，推算出未點間的高差，然后根據(jù)已知點高程和測得的高差，推算出未知點高程知點高程。ABabhAB前進方向前進方向大地水準面大地水準面HA（已知）（已知）HB=？后視后視前視前視2.1 水準測量的原理水準測量的原理ABabhAB前進方向前進方向大地水準面大地水準面HA（已知）（已知）HB=？后視后視前視前視bahAB A、B兩點間高差兩點間高差hAB為：為：高差等于高差等于后視讀數(shù)后視讀數(shù)減去減去前視讀數(shù)前視讀數(shù)。A后視點后視點 a后視讀數(shù)后視讀數(shù) B

3、前視點前視點 b前視讀數(shù)前視讀數(shù)hABABab前進方向前進方向大地水準面大地水準面HAHBHBABABhHH bHHaHHiBAi儀器高度儀器高度v 計算未知點的高程計算未知點的高程n高差法高差法n儀高法儀高法hAB大地水準面大地水準面HB=?Av 連續(xù)水準測量連續(xù)水準測量 轉(zhuǎn)點：傳遞高程的臨時水準點。轉(zhuǎn)點：傳遞高程的臨時水準點。 hAB =h =h1+h2 + = (a1 b1)+(a2 b2 )+ = ab水準儀水準儀v 為水準測量提供水平視線的儀器。為水準測量提供水平視線的儀器。v 常用的水準儀常用的水準儀 精密水準儀精密水準儀 DS05 、 DS1 普通水準儀普通水準儀 DS3 、DS

4、10 D：大地測量大地測量 S：水準儀：水準儀 05、1、3：儀器能達到的每公里往返側(cè)：儀器能達到的每公里往返側(cè)高差中數(shù)的中誤差（高差中數(shù)的中誤差（mm）2.2 水準測量的儀器和工具水準測量的儀器和工具水準儀水準儀DS3型水準儀水準儀望遠鏡望遠鏡水準器水準器基基 座座v 水準儀的結(jié)構水準儀的結(jié)構水準儀水準儀目鏡目鏡微傾螺旋微傾螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡物鏡水平微動螺旋水平微動螺旋水平制動螺旋水平制動螺旋腳螺旋腳螺旋準星準星v 水準儀的結(jié)構水準儀的結(jié)構水準儀水準儀物鏡物鏡對光透鏡對光透鏡目鏡目鏡視準軸視準軸上絲上絲下絲下絲中絲中絲豎絲豎絲十字絲分劃板十字絲分劃板v 望遠鏡望遠鏡n望遠鏡是用

5、來精確瞄準遠處目標并對水準尺進行讀數(shù)的。望遠鏡是用來精確瞄準遠處目標并對水準尺進行讀數(shù)的。n它主要由它主要由: 物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板組成。物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板組成。水準儀水準儀圓水準器圓水準器圓水準器軸圓水準器軸水準管水準管水準管軸水準管軸v 水準器水準器n是用以指示視線水平或豎軸是否豎直的裝置。是用以指示視線水平或豎軸是否豎直的裝置。n水準器又分為圓水準器和管水準器。水準器又分為圓水準器和管水準器。水準儀水準儀v 基座基座n基座主要由軸座、腳螺旋、底板和三腳壓板構成?；饕奢S座、腳螺旋、底板和三腳壓板構成。n基座的作用是支承儀器的上部，并通過連接螺旋與基座的作

6、用是支承儀器的上部，并通過連接螺旋與三腳架連接。三腳架連接。水準尺和尺墊水準尺和尺墊v 尺墊是在轉(zhuǎn)點處放置水準尺尺墊是在轉(zhuǎn)點處放置水準尺用的，由生鐵鑄成。一般為用的，由生鐵鑄成。一般為三角形板座，其下方有三個三角形板座，其下方有三個腳，可以踏入土中。尺墊上腳，可以踏入土中。尺墊上方有一突起的半球體，方有一突起的半球體，水準水準尺立于半球頂面尺立于半球頂面。立尺點立尺點v尺的雙面均有刻劃，一面尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺為黑白相間，稱為黑面尺（也稱主尺）；另一面為紅（也稱主尺）；另一面為紅白相間，稱為紅面尺（也稱白相間，稱為紅面尺（也稱輔尺）。輔尺）。水準尺和尺墊水準尺和尺墊2.

7、3 水準儀的使用水準儀的使用 安置水準儀安置水準儀 粗略整平粗略整平 瞄準水準尺瞄準水準尺 精平和讀數(shù)精平和讀數(shù)3. 瞄準水準尺瞄準水準尺目的：使十字絲和目標成像清晰。目的：使十字絲和目標成像清晰。方法：方法： 目鏡調(diào)焦目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰）（使十字絲清晰） 初步瞄準初步瞄準（用瞄準器對準目標）（用瞄準器對準目標） 物鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦（使目標成像清晰）（使目標成像清晰） 精確瞄準精確瞄準（調(diào)微動螺旋使豎絲對準目標）（調(diào)微動螺旋使豎絲對準目標）注意：瞄準時應消除注意：瞄準時應消除視差視差。 當眼睛在目鏡端上下移動時，十字當眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標影響有相對運動的現(xiàn)象。絲與目標影響有相

8、對運動的現(xiàn)象。 目標的目標的成像平面成像平面與與十字絲平面十字絲平面不不重合。重合。 仔細進行目鏡、物鏡調(diào)焦。仔細進行目鏡、物鏡調(diào)焦。視視 差差視視 差差 ：產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：消除方法：消除方法：五、讀數(shù)五、讀數(shù) 用十字絲用十字絲橫絲橫絲在水準在水準尺上按尺上按從小到大從小到大的方向讀的方向讀數(shù)，讀取數(shù)，讀取米米、分米分米、厘米厘米、毫米毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。（估讀數(shù)）四位數(shù)字。如圖的讀數(shù)如圖的讀數(shù) 0.857m 注意：注意：讀數(shù)前必須精讀數(shù)前必須精平，平， 精平后立即讀數(shù)精平后立即讀數(shù)。水準儀使用小結(jié)水準儀使用小結(jié) 一架設，一架設， 二粗平，二粗平， 三瞄準，三瞄準， 四精平，四精平，

9、五讀尺，五讀尺， 六記錄，六記錄，返回高、角適宜架略平。高、角適宜架略平。圓盒氣泡居中心。圓盒氣泡居中心。三點一線調(diào)兩鏡。三點一線調(diào)兩鏡。管泡吻合調(diào)微傾。管泡吻合調(diào)微傾。橫絲截數(shù)尺立正。橫絲截數(shù)尺立正。復念復視數(shù)記清。復念復視數(shù)記清。2.4 2.4 水準測量的外業(yè)水準測量的外業(yè)一、水準點一、水準點 水準點：水準點：高程控制點稱水準點高程控制點稱水準點( (BM) )。 水準點有永久性和臨時性兩種。水準點有永久性和臨時性兩種。水準測量通常是從水準點引測其他點的高程。水準測量通常是從水準點引測其他點的高程。一般用一般用或或制成。制成?？捎玫孛嫔贤怀龅膱杂部捎玫孛嫔贤怀龅膱杂矌r石或用大木樁打入地下，

10、樁頂釘以半巖石或用大木樁打入地下，樁頂釘以半球形鐵釘。球形鐵釘。 埋設水準點后，應繪出水準點與附埋設水準點后，應繪出水準點與附近固定建筑物或其它地物的關系圖，近固定建筑物或其它地物的關系圖，在圖上還要寫明在圖上還要寫明水準點的編號和高水準點的編號和高程程，稱為，稱為點之記點之記。 以便于日后尋找水準點位置之用。以便于日后尋找水準點位置之用。點之記點之記BMAB1.444 1.324TP2h h2 2=+0.120=+0.1201.8220.876TP3h h3 3=+0.946=+0.9461.8220 1.435TP4h h4 4=+0.385=+0.3851.4221.304h h5 5=

11、+0.118=+0.118前進方向1.1341.677TP1h h1 1=-0.543=-0.543水 準 測 量 手 簿測測站站點點號號水準尺讀數(shù)水準尺讀數(shù)后視（后視（a）前視（前視（b）高差高差 （m）高程高程（m）備注備注 BMATP11.1341.677-0.543 TP1TP21.4441.324+0.120 TP2TP31.8220.876+0.946 TP3TP41.8201.435+0.385 TP4B1.4221.304+0.118計算計算檢核檢核ab50.0007.6426.6161.0261.02651.026abhBAHHhn 目的：目的：n 方法：方法： 對整個水準路

12、線的成果進行檢核，以保證對整個水準路線的成果進行檢核，以保證測量資料滿足使用要求。測量資料滿足使用要求。 布設成有檢核條件的水準路線，具體布設布設成有檢核條件的水準路線，具體布設形式有如下形式有如下3.3.支水準路線支水準路線BMBM 1 1 2 2 1 1BMBM 2 2 3 3 4 41.1.閉合水準路線閉合水準路線2.2.附合水準路線附合水準路線BM1BM1BM2BM2 1 1 2 2 3 3 理測hhfh測理測hhhfh（1）閉合水準路線）閉合水準路線)(始終測理測HHhhhfh（2）附合水準路線）附合水準路線4012hhfLfn 容容平原區(qū)山區(qū) 。ihillfvihinnfv調(diào)整原則

13、：調(diào)整原則：按距離：按距離：按測站數(shù)：按測站數(shù)：檢核：檢核： hfviiivhh改改iiihHH1 )(37293. 4330. 4)(mmHHhfh始終測)(8 .1084 . 74040mmLfh容第一步計算高差閉合差：第一步計算高差閉合差：第二步計算限差：第二步計算限差：容hhff故可進行閉合差分配故可進行閉合差分配kmmmLfVh/50第三步計算每公里改正數(shù)：第三步計算每公里改正數(shù)： 0iiVVL第四步計算各段高差改正數(shù)：第四步計算各段高差改正數(shù)：hifv 四舍五入后，使：四舍五入后，使：故有：故有： v1= - - 8 mm v2= - - 11mm v3= - - 8mm v4=

14、- - 10mm故可得：故可得：H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m)H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m) 。第五步計算第五步計算1 1、2 2、3 3各點的高程：各點的高程：iiivhh改內(nèi)置激光器、電源內(nèi)置激光器、電源測量記錄與計算規(guī)則測量記錄與計算規(guī)則 在測量手簿上書寫前，應準備好硬性鉛在測量手簿上書寫前，應準備好硬性鉛筆，同時熟悉表上各項內(nèi)容的填寫與計筆，同時熟悉

15、表上各項內(nèi)容的填寫與計算方法。算方法。 記錄觀測數(shù)據(jù)前，應將表頭的儀器型號記錄觀測數(shù)據(jù)前，應將表頭的儀器型號編號、日期、天氣、測站、觀測者及記編號、日期、天氣、測站、觀測者及記錄者姓名等無一遺漏地填寫完全。錄者姓名等無一遺漏地填寫完全。測量記錄與計算規(guī)則測量記錄與計算規(guī)則觀測讀數(shù)后，記錄者應隨即在測量手簿觀測讀數(shù)后，記錄者應隨即在測量手簿上的相應欄內(nèi)填寫，并復誦回報以資檢上的相應欄內(nèi)填寫，并復誦回報以資檢核。核。不得另紙記錄事后轉(zhuǎn)抄。不得另紙記錄事后轉(zhuǎn)抄。測量記錄與計算規(guī)則測量記錄與計算規(guī)則 記錄時要求字體端正清晰，記錄時要求字體端正清晰，數(shù)位對齊數(shù)位對齊、數(shù)字齊全。字腳靠近底線；數(shù)字齊全。字

16、腳靠近底線；表示精度或表示精度或占位的占位的“0”0”均不能省略均不能省略。 觀測數(shù)據(jù)的尾數(shù)不得更改，讀錯或記錯觀測數(shù)據(jù)的尾數(shù)不得更改，讀錯或記錯后必須重測重記后必須重測重記。如：角度測量時，秒。如：角度測量時，秒級數(shù)字出錯，應重測該測回；水準測量級數(shù)字出錯，應重測該測回；水準測量時毫米級數(shù)字出錯，應重測該測站。時毫米級數(shù)字出錯，應重測該測站。測量記錄與計算規(guī)則測量記錄與計算規(guī)則 觀測數(shù)據(jù)的前幾位若出錯時，應用細橫觀測數(shù)據(jù)的前幾位若出錯時，應用細橫線劃去錯誤的數(shù)字，并在原數(shù)字上方寫線劃去錯誤的數(shù)字，并在原數(shù)字上方寫出正確的數(shù)字。注意不得涂改已記錄的出正確的數(shù)字。注意不得涂改已記錄的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，

17、禁止連續(xù)更改數(shù)字禁止連續(xù)更改數(shù)字。 記錄數(shù)據(jù)修改后，都應在備注欄內(nèi)寫明記錄數(shù)據(jù)修改后，都應在備注欄內(nèi)寫明原因（記錯、測錯、超限）。原因（記錯、測錯、超限）。測量記錄與計算規(guī)則測量記錄與計算規(guī)則 每站觀測結(jié)束后，必須在每站觀測結(jié)束后，必須在現(xiàn)場完成規(guī)定現(xiàn)場完成規(guī)定的計算的檢核的計算的檢核，確認無誤后方可遷站確認無誤后方可遷站。 數(shù)據(jù)運算應根據(jù)所取位數(shù)，按數(shù)據(jù)運算應根據(jù)所取位數(shù)，按“”。 應該保持測量手簿的整潔，嚴禁在手簿應該保持測量手簿的整潔，嚴禁在手簿上書寫無關的內(nèi)容。上書寫無關的內(nèi)容。 2.6 2.6 微傾式水準儀的檢驗與校正微傾式水準儀的檢驗與校正一、圓水準器的檢驗與校正一、圓水準器的檢驗

18、與校正 檢驗目的是保證：圓水準器軸檢驗目的是保證：圓水準器軸LL 儀器VV二、十字絲的檢驗與校正 檢驗目的是保證：十字絲橫絲 儀器VV三、管水準器的檢驗與校正 檢驗目的是保證：視準軸CC 水準管軸LL （水準儀的主條件）水準管軸的檢驗與校正目的：目的：使水準管軸平行于望遠鏡視準軸使水準管軸平行于望遠鏡視準軸 (LL CC) 。檢驗原理：檢驗原理：設水準管軸不平行于視準軸，它們之間的交角為 i。水準儀至水準尺的距離越遠，由此引起的讀數(shù)偏差也越大。當儀器至尺子的前后視距離相等時，則在兩根尺子上的讀數(shù)偏差也相等，因此不影響所求的高差。視準軸不平行于水準管軸的誤差也稱 i 角誤差。水準管軸的檢驗與校正

19、檢驗方法：檢驗方法：1、在平坦地面選擇同一直線上的A、 B、C三點，A、B相距80m左右，各打一木樁或放尺墊，并使AC=BC。2、將水準儀安置于C點，在A、B兩點豎立水準尺，瞄準、精平后分別在A、B點水準尺上讀得a1和b1，則A、B點間的正確高差：水準管軸的檢驗與校正檢驗方法：檢驗方法：3、將水準儀安置于B點附近，離B點大約2m左右，精平后讀得B點尺上讀數(shù)b2，則：4、瞄準A點水準尺，讀取A點尺讀數(shù)a2。如果 ，說明兩軸平行。否則存在 i 角，其值為：水準管軸的檢驗與校正檢驗方法：檢驗方法：5、對于DS3水準儀，當 時，水準儀必須進行校正。水準管軸的檢驗與校正校正：轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使十字絲的中絲

20、對準A點尺上讀數(shù)a2，此時視準軸處于水平位置，而水準管氣泡卻偏離了中心。用撥針撥動校正螺絲，使偏離的氣泡重新居中。 此項校正工作應反復進行，直至達到要求為止。水準管軸的檢驗與校正檢驗表格 2.7 2.7 水準測量誤差分析及注意事項水準測量誤差分析及注意事項一、儀器誤差一、儀器誤差 1. 儀器校正后的殘余誤差儀器校正后的殘余誤差 2. 水準尺誤差水準尺誤差(包含包含: 刻劃、變形和零點誤差等）刻劃、變形和零點誤差等）二、觀測誤差二、觀測誤差 1. 讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差 2. 視差影響視差影響 3. 水準管氣泡居中誤差水準管氣泡居中誤差 望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行望遠鏡的視準軸與水準管的水準

21、軸不平行 i i角對角對讀數(shù)讀數(shù)的影響的影響iStgiSxaaaiStgiSxbbb向上傾斜i 角的符號為正 望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行 i i角對角對高差高差的影響的影響向上傾斜i 角的符號為正ABABbabaABhhxxbaxbxah)()()()()(babaABSSixxh地球曲率和地球曲率和大氣折光大氣折光的影響的影響 1）視線高出地面0.3m， 2）選擇合適的天氣（陰天、晚上、無風等） 3）避開不利的環(huán)境（日出后、日落前半小時、中午、大風等） 4）最主要的是要求前后視距離應相等！在晴天，地面溫度高，空氣的密度較上面的稀，光線向上折射。(

22、7)測量者要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，工作要細心，加強校核。測量者要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，工作要細心，加強校核。水準測量的注意事項水準測量的注意事項(1)測量過程中應盡量用目估或步測保持前、后視距基本相等。測量過程中應盡量用目估或步測保持前、后視距基本相等。 (2)儀器腳架要踩牢，觀測速度要快，以減少儀器下沉。儀器腳架要踩牢，觀測速度要快，以減少儀器下沉。(3)估數(shù)要準確，讀數(shù)時要仔細對光，消除視差。估數(shù)要準確，讀數(shù)時要仔細對光，消除視差。(4)檢查塔尺相接處是否嚴密。保證扶尺豎直。檢查塔尺相接處是否嚴密。保證扶尺豎直。(5)記錄要原始，字跡整齊、清楚，端正。記錄要原始，字跡整齊、清楚，端正。(6)讀數(shù)時，記錄