单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 水准测量,3-1 水准测量原理,3-2 水准测量的仪器和工具,3-3 水准仪的使用,3-4 水准测量的外业,3-5 水准测量的内业,3-6 数字水准仪简介,复习思考题,第三章 水准测量3-1 水准测量原理,1,第三章 水准测量,地面点的位置是用平面坐标和高程来确定的。测量地面上各点高程的工作，称为高程测量。高程测量可分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量三类。,3-1 水准测量的原理,水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。如图所示，欲测定,A,、,B,两点间的高差,h,，可在,A,、,B,两点上分别竖立带有刻划的水准尺，并在,A,、,B,两点之间安置一台能提供一条水平视线的水准仪。根据水准仪的水平视线，在,A,点尺上读数，设为,a;,在,B,点尺上读数，设为,b;,则,A,、,B,两点间的高差为：,h,AB,=a-b,。,第三章 水准测量 地面点的位置是用平面坐标和高程来确定,2,第三章 水准测量,第三章 水准测量,3,第三章 水准测量,如果水准测量是由A到B进行的，如图中的箭头所示，由于A点为已知高程点，故A点尺上读数a称为后视读数；B点为欲求高程的点，则B点尺上读数b为前视读数。高差等于后视读数减去前视读数。,高差的符号有正有负。当高差为正值时，表示前视点B高于后视点A；当高差为负时，表示前视点B低于后视点A。所以计算高差时，一定要用后视读数减去前视读数，次序不能颠倒。,有了高差，就可根据A点高程求得B点高程，即：,H,B,=H,A,+h,AB,=H,A,+(a-b),高程测量的实质就是测量高差。,另外还可通过仪器的视线高Hi计算B点的高程，即：,H,i,=H,A,+a H,B,=H,i,-b,第三章 水准测量 如果水准测量是由A到B进行的，如图,4,第三章 水准测量,3-2 水准测量的仪器和工具,水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。,我国将水准仪按其精度划分为四个等级：、和DS10。字母D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，其后面的数字代表仪器的测量精度。工程测量中广泛使用的是DS3级水准仪。,第三章 水准测量3-2 水准测量的仪器和工具,5,第三章 水准测量,一、水准仪,水准仪是能够提供水平视线的仪器，主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。,望远镜的主要用途是瞄准目标并在水准尺上读数。它包括物镜1、十字丝2、对光透镜3和目镜4等四个部分。十字丝是照准尺子和读数用的。它是刻在玻璃板上的两条相互垂直的细丝，竖向的一条称为竖丝，横向的一条长丝称为横丝(又称中丝)，横丝上下还有两条对称的短丝是用来测量距离的，称为视距丝。十字丝中心(或称十字丝交点)和物镜和光心的连线，称为视准轴。,第三章 水准测量一、水准仪,6,第三章 水准测量,第三章 水准测量,7,第三章 水准测量,(二)水准器,水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。水准器分为圆水准器和管水准器两种。圆水准器装在基座上，供粗略整平之用；管水准器装在望远镜旁，供精确整平视准轴之用。,管水准器又称水准管，是由一个内壁研磨成圆弧的玻璃管制成的。水准管上一般刻有间隔为2 mm的分划线，分划线的中点O，称为水准管零点。水准管内充满酒精或乙醚，中间有一气泡。通过零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴。当气泡两端对称于圆弧上中点O时，气泡即居中，此时水准管轴也就水平了。水准管上每2 mm分划所对应的圆心角，称为水准管分划值。分划值越小，则水准管越灵敏。,第三章 水准测量(二)水准器,8,第三章 水准测量,为了提高目估水准管气泡居中的精度，微倾式水准仪的水准管上方都装有由三块棱镜组成的复合棱镜系统。两个棱镜的侧面所在的平面通过水准管的纵轴线，第三块棱镜为45的直角棱镜，其底为等腰直角三角形，一个直角面与左右两棱镜的侧面相靠或互相平行。它把水准管两端半个气泡的像，经过三次全反射，进入望远镜旁的放大镜内。如果气泡居中，则气泡两端的两个半边影像即合二为一，如果气泡不居中，则气泡的两个半边影像不符合。,第三章 水准测量为了提高目估水准管气泡居中的精度，微倾式,9,第三章 水准测量,二、水准尺,水准尺是水准测量时使用的标尺，是水准测量的重要工具之一，其质量的好坏将直接影响到水准测量的精度。因此，水准尺通常用干燥不易变形的木质材料或玻璃钢制成。地面水准测量常用的水准尺有直尺和塔尺两种。直尺按长度有2 m和3 m两种，塔尺的长度为5 m，尺上的刻划一般1 cm一格，并在分米处注记。塔尺多用于地形测量，双面尺多用于三、四等水准测量。双面尺的一面采用黑白相间刻划，称黑面尺或主尺，另一面采用红白相间刻划，称红面尺或副尺。双面尺必须成对使用，两根尺黑面的起始读数为零，而红面的起始读数则分别为4.687 m和4.787 m。,第三章 水准测量二、水准尺,10,第三章 水准测量,三、尺垫,有时两个水准点之间的距离较远或高差较大，直接测定其高差有困难时，应在中间设立若干个中间点,(,称为转点,),传递高差。而尺垫是在转点处放置水准尺用的。尺垫用生铁铸成，一般为三角形，中间有一突起的半球体，下方有三个支脚。使用时用力将尺垫的三个支脚踩入土中，以防下沉，上方突起的半球形顶点作为竖立标尺和标志转点之用。,第三章 水准测量三、尺垫,11,第三章 水准测量,3-3 水准仪的使用,水准仪的正确操作程序包括仪器安置、粗略整平、瞄准、精确整平和读数等。,一、安置水准仪,打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上。,第三章 水准测量3-3 水准仪的使用,12,第三章 水准测量,二、粗略整平(粗平),粗略整平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。先将圆水准器放在适当位置，然后用双手同时向内或向外,(,即以相反方向,),旋转脚螺旋，使一个升高、一个降低。当气泡未居中而处于,a,处；同时按图上箭头所示向内旋转,1,、,2,两个脚螺旋，使气泡由,a,移动到,b,处；再转动脚螺旋,3,，使气泡居中。这项工作要反复进行，直至仪器旋转到任何方向，气泡都居中为止。在整平的过程中，须记住左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”，不可盲目地转动脚螺旋。,第三章 水准测量二、粗略整平(粗平),13,第三章 水准测量,第三章 水准测量,14,第三章 水准测量,三、瞄准水准尺,(1)在瞄准水准尺之前，先进行目镜对光。把望远镜对着明亮的背景(如白墙或天空等)，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。,(2)松开制动螺旋，转动望远镜，利用望远镜筒上的缺口和准星，瞄准水准尺，然后再拧紧制动螺旋。,(3)转动物镜对光螺旋进行对光，使尺子的影像看得十分清晰，并转动微动螺旋，使尺子的像靠近十字丝竖丝的一侧，以便于读数。,(4)消除视差。为了检查对光质量，可用眼睛在目镜后上下微微晃动，若发现十字丝与目标影像有相对运动，则说明物像平面与十字丝平面不重合，这种现象称为视差。视差对观测成果的精度影响很大，必须加以消除。消除方法是重新对光，直到眼睛上下移动，水准尺读数不变。,第三章 水准测量三、瞄准水准尺,15,第三章 水准测量,第三章 水准测量,16,第三章 水准测量,四、精确整平(精平),用水准管作精确整平。因水准管灵敏度比较高，每当望远镜转到不太水平的另一个方向时，水准管气泡必然会偏离中央，因此必须再一次调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合，然后才能在尺子上读数。,第三章 水准测量四、精确整平(精平),17,第三章 水准测量,五、读数,在望远镜视线精确水平后的瞬间，应立即利用中丝在尺上读数。由于尺子在望远镜中的像是倒立像，所以应从上向下读数(即从小数往大数读)，并估读至毫米。必须读出四个数字。读数完毕后应再检查一下水准管气泡是否仍然居中。,每次读数时水准仪的视线必须是严格水平的。但视准轴是否水平，是根据水准管气泡是否居中来判定的，所以水准仪应首先满足“水准管轴平行于视准轴”这个必要条件。,第三章 水准测量五、读数,18,第三章 水准测量,3-4 水准测量的外业,一、水准测量的实施,水准测量通常是从一个已知高程的水准点开始，按照一定的水准路线，引测出所需各点的高程。当两个水准点相距较远或高差较大时，若只安置一次仪器，就不能测出这两点间的高差。为此，就需要连续多次安置仪器以测出两点间的高差。如图所示，在A、B之间设立若干个中间立尺点，这些中间立尺点称为转点，将AB分成n段，分别测出每段的高差h、hhn，则A、B两点间的高差是各高差之和。,第三章 水准测量3-4 水准测量的外业,19,第三章 水准测量,h,1,=a,1,-b,1,h,2,=a,2,-b,2,h,n,=a,n,-b,n,h,AB,=h,1,+h,2,+h,n,=h,可用下式进行高差计算正确性的检核：,h,AB,=(a,1,-b,1,)+(a,2,-b,2,)+(a,n,-b,n,)=a-b,如果A为已知高程点，其高程为H，则B点高程为：H,B,=H,A,+h,AB,=H,A,+a-b,第三章 水准测量h1=a1-b1 h2=a2-b2,20,第三章 水准测量,设A点的高程为132.815m，求B点高程。为此，必须首先测出各段(图中为5段)的高差。在A点立水准尺，离A点约50-80 m(最大不超过100m)处安置水准仪，让另一扶尺员在观测前进方向选转点1，在1点上安放尺垫并在尺垫上立尺。选转点时，可用步测的方法，尽量使前视、后视距离大致相同（这样可以消除因视准轴与水准管轴不平行而引起的误差)。然后，后视A点水准尺，得到后视读数a1.890m，再前视转点1，得前视读数b1.145m，把它们均记入水准测量外业记录手簿中，后视读数减去前视读数得到高差为+0.745m，记入高差栏内。此为一个测站上的工作。保持转点,1,上的水准尺不动，把,A,点上的水准尺移到转点,2,，仪器安置在转点,1,和转点,2,之间，同法进行观测和计算，依次测到,B,点。在计算过程中，点,1,、,2,4,仅起传递高程的作用，由于地面无固定标志，所以无需算出高程。,第三章 水准测量设A点的高程为132.815m，求B点高程,21,第三章 水准测量,3-5 水准测量的内业,水准测量外业工作结束后，要检查外业手簿，确认无误后，再转入内业计算。水准测量内业计算的内容，包括水准路线闭合差的计算和分配以及水准点高程的计算。,一、水准路线闭合差的计算,水准测量工作是在野外进行的，由于各种外界因素的影响，测量成果中不可避免地含有一定的误差甚至错误，所以对水准测量成果要进行检核。由于误差的存在，水准测量的实测高差与其理论值往往不相符合，其差值称为水准路线的闭合差。,第三章 水准测量3-5 水准测量的内业,22,第三章 水准测量,1 闭合水准路线闭合差的计算,如图所示，A点是一个高程已知的水准点。由A点出发，,经待定高程点1、2、3，最后又回到A点，这种水准路线称,为闭合水准路线。显然，闭合水准路线高差的代数和在理,论上应等于零，即：h测=0,如不为零，则不为零的数值为高差闭合差fh,即,fh=h1+h2+h3+h4=h测,高差闭合差可用来衡量测量成果的精度，它有一个允许值。对于等外水准测量来说，高差闭合差的允许值为：,若高差闭合差,fh,不超过,fh,允，说明观测成果合格；否则应检查原因，返工重测。,第三章 水准测量1 闭合水准路线闭合差的计算,23,第三章 水准测量,2 附合水准路线闭合差的计算,如图所示，A、B两点是高程已知的水准点。由A点,出发，经待定高程点1、2、3，最后附合到B点，这种,水准路线称为附合水准路线。显然，所有测段高差的,代数和，应等于A、B两点间的已知高差，如不相等，,则其差值即为高差闭合差fh，即：,fh=h1+h2+h3+h4-(HB-HA)=h测-(HB-HA),如写成通式，则为：fh=h测-(HB-HA),高差闭合差的允许值计算