第 2 章　水准测量

第2章　水准测量

本章内容 水准测量原理水准测量仪器及工具微倾式水准仪的使用方法水准测量的外业实施水准测量的内业计算其他水准仪简介

本章重点 水准仪的使用测量高差的原理和方法水准测量外业实施水准测量内业计算

水准测量原理 • 高程测量途径——气压高程测量、三角高程测量、水准测量、GPS高程测量等 • 水准测量——精度最高 • 水准测量——利用仪器，提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，由已知点高程，推算另一点的高程。 • 仪器：水准仪(光学、电子) • 核心：测定两地之间的高差 • 关键：视线水平

水准测量原理 • 水准仪——水平视线，读取竖立在地面两点上的水准尺的读数 • 水准测量方向——已知点A→未知点B。 • A点－－后视点，A尺——后视尺，读数a——后视读数。 • B点－－前视点，B尺——前视尺，读数b——前视读数。

水准测量原理 高差=后视读数-前视读数 hAB=a－b 若hAB为正，B高于A 若hAB为负，B低于A

水准测量原理 高程计算方法 • 高差法：安置一次仪器测定一个前视点高程时采用 A点高程HA已知，求出B点高程 HB= HA + hAB = HA+（a－b） • 视线高法：安置一次仪器测定多个前视点高程时采用水准仪视线高程Hi= HA +a B点高程 HB= Hi－b C点高程 Hc= Hi－c D点高程 HD= Hi－d …..

水准测量仪器及工具

水准测量的仪器与工具 水准仪水准尺尺垫

水准仪的等级 DS05、DS1、DS3、DS10 、DS20 D：大地测量　 S：水准仪数字：水准仪精度，表示每km往返测量高差平均数的中误差，以毫米计。作用：提供水平视线

一、微倾式水准仪的构造 由望远镜、水准器、基座三部分组成。

1、望远镜 • 作用——提供水平视线，照准水准尺进行读数。 • 组成——物镜、目镜、调焦透镜、物镜调焦螺旋、十字丝分划板。 • 放大率一般为25——30倍。 • 视准轴CC——物镜中心与十字丝分划板中心连线。 • 中丝——读取视准轴CC与标尺交点的读数。 • 上下丝——读取水准仪到标尺的距离( 视距)。

2、水准器 作用：整平仪器分类： • 管水准器——判断视准轴是否水平 • 圆水准器——判断仪器竖轴是否竖直

（1）管水准器 • 作用：精确整平（管水准器轴LL∥望远镜视准轴CC） • 判断标准：气泡居中时，LL水平。 • 管水准器分格值τ——内圆弧2mm弧长所对圆心角。 • DS3的τ =20″/2mm。（分划值越小，水准管灵敏度越高）

管水准器装有符合棱镜系统，提高管水准气泡的居中精度。管水准器装有符合棱镜系统，提高管水准气泡的居中精度。

（2）圆水准器 • 作用：粗略整平（圆水准器轴L’L’∥竖轴VV） • 判断标准：气泡居中时，L’L’竖直位置。 • 圆水准器分格值τ——内圆弧2mm弧长所对圆心角。 • DS3的τ =8′~10′/2mm

（3）基座 • 轴座：承托仪器上部 • 脚螺旋：可是圆水准器气泡居中 • 连接板：连接三脚架

二、水准尺与尺垫 • 1、水准尺：塔尺、双面尺

塔尺——3m和5m两种，可伸缩，用于等外水准测量。塔尺——3m和5m两种，可伸缩，用于等外水准测量。 • 双面尺——2m和3m两种，不可伸缩，用于三、四等水准测量。 • 两根尺子为一对，每根有黑、红两面分划与注记。 • A尺——黑面分划0~3m，红面分划4.687m~7.687m。 • B尺——黑面分划0~3m，红面分划4.787m~7.787m。 • A、B尺黑面注记的零点差为0， • 红面注记的零点差为0.1m。

2、尺垫——用来支持水准尺。 • 生铁铸成的三角形板座。

微倾式水准仪的使用方法

操作步骤 安置仪器粗略整平瞄准目标精确整平读数

1、安置仪器 • 要求：使三脚架的架头面大致水平，并将三脚架的三个脚尖踩入土中，使脚架稳定。然后从仪器箱内取出水准仪，放在三脚架的架头面，并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内，以防止仪器从三脚架头上摔下来。

2、粗平 • 粗平——粗略整平仪器。 • 方法：旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜的视准轴大致水平。 “左手大拇指法”：用左手旋转脚螺旋，则左手大拇指移动方向即为水准气泡移动方向

3、瞄准目标 • 粗略瞄准：松开制动螺旋，照准标尺，使准星、照门、标尺在一直线上。 • 目镜调焦：旋转目镜调焦螺旋使十字丝清晰 • 物镜调焦：旋转物镜调焦螺旋，水准尺成像清晰 • 精确瞄准：拧紧制动螺旋，旋转微动螺旋，使十字丝竖丝位于标尺中央。注意：瞄准时消除视差。

消除视差 • 视差：标尺像没成在十字丝分划板上引起的读数误差 • 消除方法：望远镜对准天空(或明亮背景)，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。

望远镜对准天空(或明亮背景) • 旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。

望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋， • 使标尺像清晰。

4、精平 • 旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中。

5、读数 • 读数：倒像望远镜，从上向下读，从小到大读中丝所在的值。 • m位与dm位直接读标尺上的数字， • cm为数格子，mm位估读。 • 红黑面读数差为6295-1608=4687。

a 0731 c b 水准测量的瞄准和读数 0731 1487 6259

小结？1、水准测量原理利用仪器，提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，由已知点高程，推算另一点的高程。？2、仪器和工具水准仪、水准尺、尺垫？3、使用方法安置仪器、粗平、瞄准、精平、读数

水准测量的外业实施

1、水准路线的布设 （1）水准点 • 测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称水准点，通常缩写为BM（Bench Mark）表示。 • 水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。 • 一、二等为精密水准测量，三、四等为普通水准测量。

水准点：分永久性与临时性水准点 水准点在地形图上的表示符号

（2）水准路线的形式 水准路线：实施水准测量所经过的路线。形式： • 附合水准路线：从一个已知高程的水准点BMA开始水准测量，经过若干个高程待定点后，附合到另一个已知高程的水准点BMB。 • 闭合水准路线:从一个已知高程的水准点BMA开始水准测量，经过若干个高程待定点后，又闭合到该已知高程的水准点BMA上。 • 支水准路线：从一个已知高程的水准点BMA开始水准测量，经过若干个高程待定点后，既不附合到另一已知高程水准点上，也不闭合到原水准点上。

2、水准测量的方法 • 当A，B两点相距较远时，采用连续水准测量。 • 方法：增设临时立尺点（转点TP/ZD），依据原理逐段测出高差，各段后视读数和减去前视读数和求得A，B两点高差。 h1=a1－b1， h2=a2－b2， h3=a3－b3，……， hn=an－bn。 hAB= h1＋ h2 ＋ h3＋……＋ hn=Σ hi=Σai－Σbi HB= HA + hAB

b2 a2 B b1 a1 TP2 TP1 A HB 未知 HA 已知大地水准面水准尺读数测点测站高差(m) 高程(m) 前尺(b) 后尺 (a) ☆水准测量外业动画☆ A 1852 1 +1.194 TP1 1672 0658 2 +0.312 TP2 1360

B TP2 TP1 A HB 未知 HA 已知大地水准面 b4 a4 TP3 水准尺读数测点测站高差(m) 高程(m) 前尺(b) 后尺 (a) 71.632 A 1852 1 +1.194 1672 0658 TP1 2 +0.312 TP2 1029 1360 3 -0.443 TP3 1754 1472 4 +0.358 B 1396 73.053

3、水准测量的检核 • 目的：及时发现和纠正错误，达到精度要求 • 水准校核方法（1）测站校核　　　双仪高法　　　　　　双面尺法（2）计算检核（3）成果检核闭合水准路线　　　附合水准路线　　　支水准路线

（1）测站校核 测站：安置仪器的位置称为测站 1) 双仪高法 • 在同一测站用两次不同仪器高度——(改变仪器高度应在10cm以上)，测定相邻两点间的高差， • 普通水准测量两次高差之差应小于6mm，否则应重测。

2) 双面尺法 • 同一测站，保持仪器高度不变，读取双面尺黑面和红面分划读数，分别求高差。即前、后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，两次高差之差应小于5mm，否则应重测。 • ① 瞄准后视点水准尺黑面分划→精平→读数； • ② 瞄准前视点水准尺黑面分划→精平→读数；求高差1 • ③瞄准前视点水准尺红面分划→精平→读数。 • ④瞄准后视点水准尺红面分划→精平→读数；求高差2

（2）计算检核 目的：检核计算高差和高程计算是否正确

（3）成果检核 • 测站检核和计算检核的弊端，整个水准路线必须进行成果检核。 • 条件：高差闭合差fh：实测高差值与理论高差值的差值 • 附合水准路线：fh=Σhi－(HBM2－ HBM1)。 • 闭合水准路线：fh=Σhi－0=Σhi。 • 支水准路线：fh=Σh往＋Σh返。 • 检核方法：高差闭合差fh均不超过高差闭合差的容许值fh容。

高差闭合差容限值fh容 普通水准测量规范规定 • 平坦地区： • 山地： fh容：高差闭合差容限值，mm L：水准路线总长度，km n:水准路线总测站数 • fh< fh容时，可以分配高差闭合差。 • 原则：将高差闭合差反符号按距离Li(平坦)或测站数ni(山地) 成比例分配于各测段（测站）高差中 • 高差改正数 Vi公式：

第 2 章 水准测量