第六章高程控制测量PPT讲稿.ppt

第1页，共98页，编辑于2022年，星期三第六章高程控制测量6.1 国家高程控制网建立概述6.2 区域高程控制网的技术设计6.3 区域高程控制网的观测工作6.4 高程测量数据处理本章重点：本章重点：国家高程控制网的种类、等级国家高程控制网的种类、等级本章难点：本章难点：区域高程控制网的技术设计、数据处理区域高程控制网的技术设计、数据处理第2页，共98页，编辑于2022年，星期三一、国家高程基准一、国家高程基准1.高程基准面高程基准面 地面点高程的统一起算面，通常采用大地水准面作为高程地面点高程的统一起算面，通常采用大地水准面作为高程基准面基准面;大地水准面与平均海水面不同大地水准面与平均海水面不同;平均海水面高平均海水面高=大地水准面高大地水准面高+海面地形海面地形 由于大地水准面高的确定精度，低于水准测量的精度，各国通过验由于大地水准面高的确定精度，低于水准测量的精度，各国通过验潮确定一个起始高程点，作为高程基准点。潮确定一个起始高程点，作为高程基准点。不同高程起算点构成不同的系统，它们之间的高程相差可能达到不同高程起算点构成不同的系统，它们之间的高程相差可能达到米级。米级。6.1 国家高程控制网建立概述国家高程控制网建立概述第3页，共98页，编辑于2022年，星期三（1 1）1956年黄海高程基准（年黄海高程基准（1956年黄海高程系统）年黄海高程系统）1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站，以年确定青岛验潮站为我国基本验潮站，以该站该站1950年至年至1956年年7年间的潮汐资料推求的平均年间的潮汐资料推求的平均海水面作为高程基准面的系统。海水面作为高程基准面的系统。1956年黄海高程基年黄海高程基准准（2）19851985国家高程基准（国家高程基准（19851985国家高程系统）国家高程系统）1988 1988年启用的国家高程基准面是根据青岛验潮站年启用的国家高程基准面是根据青岛验潮站1952197919521979年年1919年间的验潮资料计算确定，根据这个高年间的验潮资料计算确定，根据这个高程基准面作为全国高程的统一起算面，称为程基准面作为全国高程的统一起算面，称为“1985“1985国家国家高程基准高程基准”。第4页，共98页，编辑于2022年，星期三 2.水准原点：水准原点：为了长期、牢固地表示出高程为了长期、牢固地表示出高程基准面的位置，必须建立稳固的作基准面的位置，必须建立稳固的作为传递高程的起算点，这个固定点为传递高程的起算点，这个固定点称为水准原点。称为水准原点。用精密水准测量方法将它与验用精密水准测量方法将它与验潮站的水准标尺进行联测，以高程潮站的水准标尺进行联测，以高程基准面为军报求水准原点的高程，基准面为军报求水准原点的高程，以此高程作为全国各地推算高程的以此高程作为全国各地推算高程的依据。依据。第5页，共98页，编辑于2022年，星期三 局部高程基准主要采用验潮方法。我国先后采用过局部高程基准主要采用验潮方法。我国先后采用过的验潮站有：吴淞、达门、青岛、大连等的验潮站有：吴淞、达门、青岛、大连等 青岛验潮站的优势：位置适中青岛验潮站的优势：位置适中 半日潮有规律半日潮有规律 不在江河入海口不在江河入海口 海面开阔、无岛礁海面开阔、无岛礁 海底平坦海底平坦 水深水深10米以上米以上第6页，共98页，编辑于2022年，星期三我国的水准原点网建于青岛附近，其网点设置在地我国的水准原点网建于青岛附近，其网点设置在地壳比较稳定、质地坚硬的花岗岩基岩上，水准原点壳比较稳定、质地坚硬的花岗岩基岩上，水准原点网由主点网由主点原点、参考点和附点共原点、参考点和附点共6个点组成。个点组成。1956年黄海高程基准年黄海高程基准:水准原点的高程为水准原点的高程为72.289m1985国家高程基准：国家高程基准：水准原点的高程为水准原点的高程为72.260m。绝对高程或海拔高程：绝对高程或海拔高程：（标高或高程）标高或高程）地面上的点相对于高程基准面的高度地面上的点相对于高程基准面的高度第7页，共98页，编辑于2022年，星期三6.2高程控制网的布设高程控制网的布设一、国家高程控制网布设原则及布网方案一、国家高程控制网布设原则及布网方案 国家水准网是全国范围内施测各种比例尺地形图和各类工国家水准网是全国范围内施测各种比例尺地形图和各类工程建设的高程控制基础，并为地球科学研究提供精确的高程建设的高程控制基础，并为地球科学研究提供精确的高程资料。程资料。主要是用水准测量方法进行国家水准网的布设。主要是用水准测量方法进行国家水准网的布设。（一）布设原则（一）布设原则 1)高级到低级、逐级控制高级到低级、逐级控制 （一、二等精密水准）（一、二等精密水准）2)2)水准点满足一定的密度水准点满足一定的密度 3)3)水准测量达到足够的精度水准测量达到足够的精度 4)4)一等水准网应定期复测（一等水准网应定期复测（15-2015-20年）年）第8页，共98页，编辑于2022年，星期三国家高程控制网自国家高程控制网自1951年开始分以下几个阶段：年开始分以下几个阶段：1951 1975：一等水准长度：一等水准长度50000公里，精度公里，精度 2 3mm/km 二等水准长度二等水准长度140000公里公里,精度精度 4mm/km1976 1984：一等水准路线：一等水准路线289条，构成条，构成100个闭合环，个闭合环，联测联测42个验潮站，长度个验潮站，长度93000公里，按环闭公里，按环闭 合差估算的精度合差估算的精度 1.03mm/km1981 1990：重新布设国家二等水准路线重新布设国家二等水准路线136000公里，公里，由由822闭合环或附合到一等点的附合路线构闭合环或附合到一等点的附合路线构 成。由环闭合差求得精度为成。由环闭合差求得精度为 1.54mm/km二、布设方案二、布设方案第9页，共98页，编辑于2022年，星期三国家高程控制网自国家高程控制网自1951年开始分以下几个阶段年开始分以下几个阶段(续）：续）：1986年：完成国家一等水准网的平差计算，求得每公里测量中误年：完成国家一等水准网的平差计算，求得每公里测量中误差为差为1.15mm。1976年年 1990年年:完成的水准网称为国家第二期水准网。完成的水准网称为国家第二期水准网。一等水准网的环长在一等水准网的环长在1000 2000km之间，二等水准网的环长之间，二等水准网的环长在在500 750km之间之间第10页，共98页，编辑于2022年，星期三一等水准网由一等水准网由289289条路线组成，其中条路线组成，其中284284条路线构成条路线构成100100个闭合环，环线个闭合环，环线周长般在周长般在10002000km10002000km之间，共计埋设各类标石近之间，共计埋设各类标石近2 2万余座。万余座。二等水准网在一等水准网的基础上布设。我国已有二等水准网在一等水准网的基础上布设。我国已有11381138条二等水准测条二等水准测量路线，环线周长般在量路线，环线周长般在5001000km5001000km之间，总长为之间，总长为13.713.7万公里，构成万公里，构成793793个二等环。个二等环。三等水准测量路线一般可根据需要在高级水准网内加密，布设附合路三等水准测量路线一般可根据需要在高级水准网内加密，布设附合路线，并尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线长度应不超过线，并尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线长度应不超过200km200km；环线周长应不超过；环线周长应不超过300km300km。四等水准测量路线一般以附合路线布设于高级水准点之间，附合路线的长度四等水准测量路线一般以附合路线布设于高级水准点之间，附合路线的长度应不超过应不超过80km80km。第11页，共98页，编辑于2022年，星期三三、城市测量和工程测量技术规范规定三、城市测量和工程测量技术规范规定 （1）水准测量依次分为二、三、四等）水准测量依次分为二、三、四等3个等级。个等级。（2）首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密时可）首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密时可市设成附合路线和结点图形，联测市设成附合路线和结点图形，联测2个以上的国家精密水准点，个以上的国家精密水准点，起始高程应采用稳定的基岩点。起始高程应采用稳定的基岩点。（3）各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级的精度一）各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级的精度一致。致。城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市工程城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市工程测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建设施工测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建设施工放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。第12页，共98页，编辑于2022年，星期三 四、四、水准测量的实施工作程序水准测量的实施工作程序 水准网的布设应力求做到经济合理，因此，首先要对测区水准网的布设应力求做到经济合理，因此，首先要对测区情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，从情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，从而拟定出比较合理的布设方案。而拟定出比较合理的布设方案。（1）水准网的图上设计）水准网的图上设计 （2）水准点的选定水准点的选定 （3）水准标石的埋设）水准标石的埋设 （4）水准测量观测）水准测量观测 （5）平差计算和成果表的编制。）平差计算和成果表的编制。第13页，共98页，编辑于2022年，星期三 五、五、水准网水准网图上设计应遵循以下七点图上设计应遵循以下七点 （1）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。（2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。量的影响。（3）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。（4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为24km；城市建；城市建筑区和工业区为筑区和工业区为12km。（5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。（6）注意测区已有水准测量成果的利用。）注意测区已有水准测量成果的利用。第14页，共98页，编辑于2022年，星期三六、六、水准点的布设水准点的布设在实地选线和选点时，应注意使水准路线避开土质松软地段，确在实地选线和选点时，应注意使水准路线避开土质松软地段，确定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的稳固安全，并定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。能长期保存，便于施测。水准点应设置在地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、沼泽、水准点应设置在地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、沼泽、沙土、滑坡和地下水位高的地区；沙土、滑坡和地下水位高的地区；埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于50m，离公，离公路的距离应大于路的距离应大于20m，应尽量避免埋设在交通繁忙的岔道口；墙上水，应尽量避免埋设在交通繁忙的岔道口；墙上水准点应选在永久性的大型建筑物上。准点应选在永久性的大型建筑物上。第15页，共98页，编辑于2022年，星期三第16页，共98页，编辑于2022年，星期三6.3精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺第17页，共98页，编辑于2022年，星期三一、精密水准仪与水准尺一、精密水准仪与水准尺 我国水准仪系列按精度分类有我国水准仪系列按精度分类有S05、S1、S3、S10型等。型等。S是是“水水”字字的汉语拼音第一个字母的汉语拼音第一个字母S后面的数字表示每公里往返平均高差的后面的数字表示每公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数偶然中误差的毫米数。1.精密水准仪构造特点精密水准仪构造特点（1）高质量的望远镜光学系统）高质量的望远镜光学系统（2）坚固稳定的仪器结构）坚固稳定的仪器结构（3）高精度的测微器装置）高精度的测微器装置（4）高灵敏的管水准器）高灵敏的管水准器（5）高性能的补偿器装置（自动安平）高性能的补偿器装置（自动安平）第18页，共98页，编辑于2022年，星期三第19页，共98页，编辑于2022年，星期三2.精密水准尺构造特点精密水准尺构造特点(1)空气温度和湿度变化，水准标尺因瓦合金带分划间的长度保空气温度和湿度变化，水准标尺因瓦合金带分划间的长度保持稳定或仅有微小的变化。持稳定或仅有微小的变化。(2)水准标尺的分划十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误水准标尺的分划十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。差都应很小。(3)水准标尺在构造上保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和水准标尺在构造上保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。弯扭等变形。(4)在精密水准标尺的尺身上附有圆水准器装置。在精密水准标尺的尺身上附有圆水准器装置。(5)标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。一般精密水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。一般精密水准标尺都为黑色线条分划，和浅黄色的尺面相配合、有利于观测时对标尺都为黑色线条分划，和浅黄色的尺面相配合、有利于观测时对水准标尺分划精确照准。水准标尺分划精确照准。第20页，共98页，编辑于2022年，星期三(6)在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有定重量定重量的尺垫或尺桩上。的尺垫或尺桩上。标尺标尺分划精密水准标尺的分格值有分划精密水准标尺的分格值有10mm10mm和和5mm5mm两种。两种。分格值为分格值为10mm10mm的精密水准标尺，的精密水准标尺，如图如图(a)(a)所示。所示。它有两排分划，尺面右边一排分划注记从它有两排分划，尺面右边一排分划注记从0 0300cm300cm，称为称为基本分划基本分划，左边一排分划注记从，左边一排分划注记从300300600cm600cm，称为，称为辅助分辅助分划划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为基基辅差辅差(301.55cm)(301.55cm)，通常又称通常又称尺常数尺常数，水准测量作业时可以用以，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。检查读数的正确性。第21页，共98页，编辑于2022年，星期三分格值为分格值为5mm5mm的精密水准尺，的精密水准尺，如图如图(b)(b)所示。所示。它也有两排分划，但两排分划彼此错开它也有两排分划，但两排分划彼此错开5mm5mm，所以实际上左边是单数分划，右边是双数分，所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划，也就是单数分划和双数分划各占划，也就是单数分划和双数分划各占排，而排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边注记的是分米数。整个注记从左边注记的是分米数。整个注记从0.1 0.1 5.9m5.9m，实际分格值为，实际分格值为5mm5mm，分划注记比实际数值大了，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以须除以2 2才是实际的高差值。才是实际的高差值。第22页，共98页，编辑于2022年，星期三3.Wild N3精密水准仪精密水准仪1一望远镜目镜；2一水准气泡反光镜；3 倾斜螺旋；4调焦螺旋；5一平行玻璃板测微螺旋；6一平行玻璃板旋转铀；7一水平微动螺旋；8水平制动螺旋；9一脚螺旋；10脚架第23页，共98页，编辑于2022年，星期三读数：读数：转动倾斜螺旋，使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合，则视线精确水平，此时可转动测微器螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝楔形丝夹准水准标尺上的148分划线，也就是使148分划线平分楔角平分楔角，再在测微器目镜中读出测微器读数653(即6.53rnm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。（见书页）第24页，共98页，编辑于2022年，星期三（1）精密水准仪的倾斜螺旋装置）精密水准仪的倾斜螺旋装置（2）精密水准仪的测微器装置）精密水准仪的测微器装置 光学测微器光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。动杆和测微螺旋等部件组成。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。第25页，共98页，编辑于2022年，星期三 测微原理测微原理：测微分划尺上有测微分划尺上有100100个分格，它与个分格，它与10mm10mm相对应，相对应，即每分格为即每分格为0.1mm0.1mm，可估读至，可估读至0.01mm0.01mm。每。每1010格有较长分划线格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为并注记数字，每两长分划线间的格值为1mm1mm。当平行玻璃板。当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数为与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数为5mm5mm。转动测。转动测微螺旋时，传动杆就带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后微螺旋时，传动杆就带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板相仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移动。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移动。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至至10mm10mm处，则水平视线向下平移处，则水平视线向下平移5mm5mm，反之，顺转侧微螺旋，反之，顺转侧微螺旋使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至0mm0mm处，则水平视线向处，则水平视线向上平移上平移5mm5mm。第26页，共98页，编辑于2022年，星期三4.国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 S1型精密水准仪是北京测绘仪器厂生产的，其外形如图所示。型精密水准仪是北京测绘仪器厂生产的，其外形如图所示。仪器物镜的有效孔径为仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为，望远镜放大倍率为40倍，管状水准倍，管状水准器格值为器格值为10”2mm。转动测微螺旋可使水平视线在。转动测微螺旋可使水平视线在5mm范围内作范围内作平移，测微器分划尺有平移，测微器分划尺有100个分格，故测微器分划尺最小格值为个分格，故测微器分划尺最小格值为0.05mm。第27页，共98页，编辑于2022年，星期三望远镜目镜视场中所看到的影像如图所示，视场左边望远镜目镜视场中所看到的影像如图所示，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。镜目镜的右下方。第28页，共98页，编辑于2022年，星期三读数读数：在图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准在图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准198分划，在测微分划，在测微器读数显微镜中的读数为器读数显微镜中的读数为250，即，即2.50mm，水准标尺上的，水准标尺上的全部读数为全部读数为198250(或或 198.250cm)。第29页，共98页，编辑于2022年，星期三5.补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪原理原理：光学补偿仪光学补偿仪 当仪器的视准轴水平时，在十字丝分划板当仪器的视准轴水平时，在十字丝分划板o的横丝处得到水准标尺上的的横丝处得到水准标尺上的正确读数正确读数A，当仪器的垂直轴没有完全处于垂直位置时，视准轴倾斜了，当仪器的垂直轴没有完全处于垂直位置时，视准轴倾斜了角，角，这时十字丝分划板移到这时十字丝分划板移到o1，在横丝处得到倾斜视线在水准标尺上的读数，在横丝处得到倾斜视线在水准标尺上的读数A1，而来自水准标尺上正确读数而来自水准标尺上正确读数A的水平视线并不能进入十字丝分划板的水平视线并不能进入十字丝分划板o1，这是由，这是由于视准轴倾斜了于视准轴倾斜了角，十字丝分划板位移了距离角，十字丝分划板位移了距离a，在离十字丝分划板在离十字丝分划板g的地方安置一种光学元件，将来自水平标尺上读的地方安置一种光学元件，将来自水平标尺上读数数A的水平视线通过光学元件偏转的水平视线通过光学元件偏转角（或平移角（或平移a）而正确地落在十字丝分）而正确地落在十字丝分划板划板o1的横丝处，这时来自倾斜视线的光线通过该光学元件将不再落的横丝处，这时来自倾斜视线的光线通过该光学元件将不再落在十字丝分划板在十字丝分划板o1的横丝处，这种光学元件叫光学补偿仪的横丝处，这种光学元件叫光学补偿仪.o1 A a o A1 g第30页，共98页，编辑于2022年，星期三二、精密水准仪的检验二、精密水准仪的检验(1)(1)水准仪的检视；水准仪的检视；(2)(2)概略水准器概略水准器(圆水准器圆水准器)的检校；的检校；(3)(3)光学测微器隙动差和分划值的测定：光学测微器隙动差和分划值的测定：(4)(4)水泡式水准仪交叉误差的检校水泡式水准仪交叉误差的检校i i(5)i(5)i角检校；角检校；(6)(6)双摆位白动安平水很仪按劳双摆位白动安平水很仪按劳2C2C的测定的测定 对于新购货的仪器还需要进行调焦透镜运行误差的测对于新购货的仪器还需要进行调焦透镜运行误差的测定；倾斜螺旋隙动差、分划误差和分划值的测定；自动安定；倾斜螺旋隙动差、分划误差和分划值的测定；自动安平仪器补偿误差和磁致误差的测定。平仪器补偿误差和磁致误差的测定。用于跨河水准测量的仪器，要进行符合水准器分划值的测定。用于跨河水准测量的仪器，要进行符合水准器分划值的测定。第31页，共98页，编辑于2022年，星期三1.光学测微器隙动差和分划值的测定光学测微器隙动差和分划值的测定（1）测微器分划值的测定）测微器分划值的测定 利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺和测微利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器分划尺进行比较求得。将特制分划尺竖立在与仪器器分划尺进行比较求得。将特制分划尺竖立在与仪器等高的等高的定距离处，旋转测微螺旋，使楔形丝先后对定距离处，旋转测微螺旋，使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻的分划线，这时测微器分划尺准特制分划尺上两相邻的分划线，这时测微器分划尺移动了移动了L格。现设特制分划尺上分划线间隔值为格。现设特制分划尺上分划线间隔值为d，测，测微器分划尺一个分格的值为微器分划尺一个分格的值为g，则，则 g=d/L第32页，共98页，编辑于2022年，星期三(2)光学测微器隙动差的测定光学测微器隙动差的测定：主要是比较旋进测微螺旋和旋出测微螺旋，照准特主要是比较旋进测微螺旋和旋出测微螺旋，照准特制分划尺上同一分划线在测微器分划尺上的读数，如制分划尺上同一分划线在测微器分划尺上的读数，如果读数差果读数差超过超过2格时，表明测微器效用不正确，其格时，表明测微器效用不正确，其主要原因是由于测微器装置不完善。为了避免这种主要原因是由于测微器装置不完善。为了避免这种误差的影响，误差的影响，般规定在作业时只采用旋进测微螺般规定在作业时只采用旋进测微螺旋进行读数。旋进行读数。过大时，应送工厂修理。过大时，应送工厂修理。第33页，共98页，编辑于2022年，星期三2.视准轴与水准轴相互关系的检验与校正视准轴与水准轴相互关系的检验与校正 水准仪的水准轴与视准轴应保持平行且在同一水准仪的水准轴与视准轴应保持平行且在同一平面关系。平面关系。水准仪的水准轴与视准轴一般既不在水准仪的水准轴与视准轴一般既不在同一平面内，也不互相平行，而是两条空间直线，同一平面内，也不互相平行，而是两条空间直线，i角误差角误差：水准轴与视准轴在垂直面上投影的交：水准轴与视准轴在垂直面上投影的交角角 角误差（交叉误差）角误差（交叉误差）：水准轴与视准轴在水平面上：水准轴与视准轴在水平面上投影的交角投影的交角第34页，共98页，编辑于2022年，星期三(1)i角误差的检验与校正角误差的检验与校正 原理：原理：利用利用i角对水准标尺上读数的影响与距离成比例这一特点，角对水准标尺上读数的影响与距离成比例这一特点，从而比较在不同距离的情况下，水准标尺上读数的差别而求出从而比较在不同距离的情况下，水准标尺上读数的差别而求出i角。角。方法：方法：在较平坦的场地上选择一定长度在较平坦的场地上选择一定长度 3s（如（如61.8m)的直线的直线段，三等分，得四点，其中两端点段，三等分，得四点，其中两端点J1、J2设为仪器站，中间点设为仪器站，中间点A、B设为立标尺点。如图所示。设为立标尺点。如图所示。第35页，共98页，编辑于2022年，星期三 在在J1测站上，照准水准尺测站上，照准水准尺A和和B，读数为，读数为a1和和b1，当当i=0时，水平视线在水准尺上的正确读数应为时，水平视线在水准尺上的正确读数应为a1和和b1，所以由于，所以由于i角引起的误差分别为角引起的误差分别为和和2 。同。同样，在样，在J 2测站上，照准水准尺测站上，照准水准尺A和和B，读数为，读数为a2和和b2，正确读数应为，正确读数应为a2和和b2，其误差分别为，其误差分别为2 和和。在测站在测站J1和和J2上得到上得到A、B点的正确高差分别为：点的正确高差分别为：第36页，共98页，编辑于2022年，星期三不顾及其他误差影响，则应相等有：2=（a2-b2)-(a1-b1)即：2=h2-h1 =(h2-h1)/2 由图可得：若 s=61.8/3=20.6m，则有：i”=10 规范规定，精密水准仪i角大于15”应校正。第37页，共98页，编辑于2022年，星期三校正校正：在J2测站上进行，先求出水准标尺A上的正确读数a2 a2 a2-2 使用测微螺旋和倾斜螺旋，使水淮标尺A上的读数为a2，此时水准器气泡影像分离，校正水准器的上、下改正螺旋，使气泡两端影像恢复符合为止，然后检查另一水准尺B上的读数是否正确（其正确读数为b2=b2-)，否则还应反复进行检验校正。在校正水准器的改正螺旋时，应先松开一个改正螺旋，再拧紧另一改正螺旋，不可将上、下两个改正螺旋同时拧紧或同时松开。第38页，共98页，编辑于2022年，星期三注意：注意：（1 1）测定）测定i i角整个检验过程中，角整个检验过程中，i i角不应有变化，也不应有角不应有变化，也不应有其他误差影响。但实际上由于温度的变化，其他误差影响。但实际上由于温度的变化，i i角可能发生变角可能发生变化，所以最好在阴天测定。化，所以最好在阴天测定。（2)2)测定测定i i角时，当仪器照准近尺再照准远尺时，受到角时，当仪器照准近尺再照准远尺时，受到仪器调焦透镜运行误差的影响，致使视准轴发生变化，仪器调焦透镜运行误差的影响，致使视准轴发生变化，对测定的对测定的i i角必定存在误差。调焦透镜运行误差是相当大角必定存在误差。调焦透镜运行误差是相当大的，甚至可能达到的，甚至可能达到i i角允许值的一半，因此，顾及调焦透角允许值的一半，因此，顾及调焦透镜运行误差对测定镜运行误差对测定i i角的影响，仪器距近尺的距离角的影响，仪器距近尺的距离S SA A应取应取5 57m7m；距远尺距离；距远尺距离S SB B 应取应取404050m50m为宜。为宜。正确正确i i角的计算公式：角的计算公式：第39页，共98页，编辑于2022年，星期三(2)气泡式水准仪交叉误差的测定气泡式水准仪交叉误差的测定 原理：原理：水准仪经过水准仪经过i角的检验与校正，视准轴与水准轴在角的检验与校正，视准轴与水准轴在垂直面上的投影已保持平行关系垂直面上的投影已保持平行关系(严格地讲，只能说基本严格地讲，只能说基本平行平行)，但还不能保持在水平面上的投影平行，也就是说，但还不能保持在水平面上的投影平行，也就是说，还存在交叉误差。还存在交叉误差。如果有交叉误差存在，当仪器垂直轴略有倾斜时如果有交叉误差存在，当仪器垂直轴略有倾斜时(特别与特别与视准轴正交方向的倾斜视准轴正交方向的倾斜)，即使水准轴水平，而视准轴仍不水，即使水准轴水平，而视准轴仍不水平，视准轴与水准轴在垂直面上的投影不平行，而产生了平，视准轴与水准轴在垂直面上的投影不平行，而产生了i角，角，应该指出，由此而产生的应该指出，由此而产生的i角是由交叉误差在垂角是由交叉误差在垂 直轴倾斜时转直轴倾斜时转化而形成的。化而形成的。如果仪器存在交叉误差，则整平仪器后，使仪器绕视如果仪器存在交叉误差，则整平仪器后，使仪器绕视准轴左右倾斜时，水准气泡就会发生移动，交叉误差就是准轴左右倾斜时，水准气泡就会发生移动，交叉误差就是根据这一特征进行检验的。根据这一特征进行检验的。第40页，共98页，编辑于2022年，星期三检验：检验：1）将水准仪置于距水准标尺约）将水准仪置于距水准标尺约50m处，并使其中两个脚螺处，并使其中两个脚螺旋在望远镜照准标尺的垂直方向上，如图中的脚螺旋旋在望远镜照准标尺的垂直方向上，如图中的脚螺旋1、2。2）将仪器整平，旋转倾斜螺旋使水准气泡精密符合。用测）将仪器整平，旋转倾斜螺旋使水准气泡精密符合。用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上的一条分划线，并记录水准微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上的一条分划线，并记录水准标尺与测微器分划尺上的读数。在整个检验过程中需保持水标尺与测微器分划尺上的读数。在整个检验过程中需保持水准标尺和测微器分划尺上的读数不变，也就是在检验过程中准标尺和测微器分划尺上的读数不变，也就是在检验过程中应保持视准轴方向不变。应保持视准轴方向不变。第41页，共98页，编辑于2022年，星期三3）将照准方向一侧的脚螺旋）将照准方向一侧的脚螺旋1升高两周，为了不改变视准轴的升高两周，为了不改变视准轴的方向，应将另一侧的脚螺旋方向，应将另一侧的脚螺旋2作等量降低，保持楔形丝仍夹作等量降低，保持楔形丝仍夹准水准标尺上原来的分划线。此时仪器垂直轴倾斜。注意准水准标尺上原来的分划线。此时仪器垂直轴倾斜。注意观察并记录水准气泡的偏移方向和大小。观察并记录水准气泡的偏移方向和大小。4）旋转脚螺旋）旋转脚螺旋1、2回到原来位置，使楔形丝在夹准水准回到原来位置，使楔形丝在夹准水准标尺上原分划线的条件下，水准气泡两端恢复符合的标尺上原分划线的条件下，水准气泡两端恢复符合的位置。位置。5）将脚螺旋）将脚螺旋2升高两周，脚螺旋升高两周，脚螺旋l作等量降低，使楔形丝夹准水作等量降低，使楔形丝夹准水准标尺上的原分划线，此时仪器相对于步骤准标尺上的原分划线，此时仪器相对于步骤(3)向另一侧倾斜。向另一侧倾斜。注意并记录水准气泡偏移方向与大小。注意并记录水准气泡偏移方向与大小。第42页，共98页，编辑于2022年，星期三分析：分析：根据仪器先后两侧倾斜时，水准气泡偏移的方向与大小来分析判根据仪器先后两侧倾斜时，水准气泡偏移的方向与大小来分析判断视准轴与水准轴的相互关系。可能出现下列不同情况：断视准轴与水准轴的相互关系。可能出现下列不同情况：当垂直轴向两侧倾斜时，水准气泡的影像仍保持符合，则仪器不存当垂直轴向两侧倾斜时，水准气泡的影像仍保持符合，则仪器不存在在j角误差和交叉误差；角误差和交叉误差；若水准气泡同向偏移且偏移量相等，则仅有若水准气泡同向偏移且偏移量相等，则仅有i角误差，而没有交角误差，而没有交叉误差；叉误差；若同向偏移但偏移量不相等，则若同向偏移但偏移量不相等，则 i角误差大于交叉误差；角误差大于交叉误差；若异向偏移且偏移量不相等，则交叉误差大于若异向偏移且偏移量不相等，则交叉误差大于i角误差；角误差；若异向偏移且偏移量相等，则仅有交叉误差，而没有若异向偏移且偏移量相等，则仅有交叉误差，而没有i角误差。角误差。根据上面的分析，当仪器垂直轴向两侧倾斜，水准气泡有异向根据上面的分析，当仪器垂直轴向两侧倾斜，水准气泡有异向偏移情况，则有交叉误差存在，水准规范规定偏移量大于偏移情况，则有交叉误差存在，水准规范规定偏移量大于2mm时，时，须进行交叉误差的校正。须进行交叉误差的校正。第43页，共98页，编辑于2022年，星期三校正：校正：先将水准器侧方的一个改正螺旋松开，再拧紧另一侧先将水准器侧方的一个改正螺旋松开，再拧紧另一侧的的 个改正螺旋，使水准气泡向左右移动，直至气泡影像符个改正螺旋，使水准气泡向左右移动，直至气泡影像符合为止。合为止。必须指出，当同时存在交叉误差和必须指出，当同时存在交叉误差和i角误差时，为了便于校正角误差时，为了便于校正交叉误差，应先将交叉误差，应先将i角误差校正好。角误差校正好。第44页，共98页，编辑于2022年，星期三3.倾斜螺旋隙动差和分划值的测定（了解）倾斜螺旋隙动差和分划值的测定（了解）原理：原理：在精密水准测量中，倾斜螺旋的作用是在水准标尺上读在精密水准测量中，倾斜螺旋的作用是在水准标尺上读数前将水准气泡影像精确符合，以达到视准轴的精确整平。按数前将水准气泡影像精确符合，以达到视准轴的精确整平。按倾斜螺旋法进行跨河水准测量时，要用倾斜螺旋测定视线的微倾斜螺旋法进行跨河水准测量时，要用倾斜螺旋测定视线的微小倾角，因此，必须测定其分划值。倾斜螺旋旋进和旋出在分小倾角，因此，必须测定其分划值。倾斜螺旋旋进和旋出在分划鼓上的读数之差，为倾斜螺旋的隙动差，用以判断倾斜螺旋划鼓上的读数之差，为倾斜螺旋的隙动差，用以判断倾斜螺旋效用的正确性。水准规范规定，倾斜螺旋隙动差对于一、二等效用的正确性。水准规范规定，倾斜螺旋隙动差对于一、二等精密水准测量应小于精密水准测量应小于2.0”2.0”。否则认为倾斜螺旋效用不正确，。否则认为倾斜螺旋效用不正确，在作业中应严格地只准用旋进倾斜螺旋使水准气泡两端精密符在作业中应严格地只准用旋进倾斜螺旋使水准气泡两端精密符合合。第45页，共98页，编辑于2022年，星期三检定：检定：在检定室内进行。检定前在检定室内进行。检定前23h将仪器置于室内检验仪的台将仪器置于室内检验仪的台座上，检验室内的温度应使其在座上，检验室内的温度应使其在23h内不超过内不超过20C的变化。的变化。检验时，由往测和返测构成一个测回，往测按旋进方向使用检验时，由往测和返测构成一个测回，往测按旋进方向使用倾斜螺旋，在返测时倾斜螺旋的旋转方向与往测时相反。倾斜螺旋，在返测时倾斜螺旋的旋转方向与往测时相反。水准规范规定，检验要进行两个测回。水准规范规定，检验要进行两个测回。第46页，共98页，编辑于2022年，星期三4.4.调焦透镜运行误差的测定调焦透镜运行误差的测定 原理：由于调焦透镜运行误差使调焦透镜运行不正确，对于内对光望远镜来说，就是在调焦时，仪器的等效光心移动的轨迹是一条直线，不管这条直线是与主光轴的方向重合，或是与主光轴的方向成一微小的交角，对同一直线上不同距离的目标调焦时，视准轴都保持同一方向不变，因此对水准测量并无不利影响。如果在调焦时，等效光心移动的轨迹不是一条直线，则说明调焦透镜移动时有晃动现象，对同一直线上不同距离的目标调焦时，视准轴的方向将发生变化，这就对观测时读数带来误差影响。检定：第47页，共98页，编辑于2022年，星期三5.自动安平水准仪补偿误差的测定自动安平水准仪补偿误差的测定 原理：原理：自动安平水准仪的补偿器是否能完全、正确给出由于仪器自动安平水准仪的补偿器是否能完全、正确给出由于仪器垂直轴倾斜而产生的补偿量主要取决于补偿器的性能，往往由于垂直轴倾斜而产生的补偿量主要取决于补偿器的性能，往往由于补偿器装配技术不完善等原因，使补偿器对垂直轴倾斜无法给出补偿器装配技术不完善等原因，使补偿器对垂直轴倾斜无法给出正确的补偿量，不是补偿不足，就是补偿过量。正确的补偿量，不是补偿不足，就是补偿过量。在图中，在图中，是仪器及望远镜倾斜角值，是仪器及望远镜倾斜角值，k是补偿器给出的