建筑工程测量课件28969.pptx

第一节第一节 水准测量原理水准测量原理水准测量原理水准测量原理视线高法及其应用视线高法及其应用转点及测站转点及测站 第1页/共82页 水准测量原理水准测量原理水准测量原理：利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两个点上的水准尺上的读数，通过计算求出地面上两点间的高差，然后根据已知点的高程计算出待定点的高程。待定点高程求解步骤：1 1、计算A、B两点间高差：2 2、根据A点高程计算B点高程：第2页/共82页 视线高法及其应用视线高法及其应用视线高：视线高：A点的高程加上后视读数等于水准仪的视线点的高程加上后视读数等于水准仪的视线高程高程,简称简称视线高视线高,设为 ,即 。视线高法：视线高法：利用视线高利用视线高 计算待定水准点计算待定水准点B B高程的方高程的方法法。1、原理：原理：2、适用条件：适用条件：特别适用于根 据一个后视点的高程同时测 定多个前视点的高程的工作。3、测定高程的步骤测定高程的步骤 第3页/共82页视线高法测定高程的步骤视线高法测定高程的步骤架设一次水准仪测多个前视点架设一次水准仪测多个前视点 ，点的高点的高程：程：1）将水准仪架设在适当的位置，对准后视点A A，读取中丝读数 ；2）根据A点高程计算出视线高 ；3）用水准仪照准竖立在 ，点上的 水准尺，并分别读取读数为 ，；4）计算点 ，的高程：第4页/共82页 转点及测站条 件：在水准测量工作中,若已知水准点到待定水准点之间距离较远距离较远或高差较大或高差较大,仅安置一次仪器无法测得两点之间的高差。转点与测站求解待定水准点高程第5页/共82页 转点与测站转点与测站 设已知点A的高程为 ，要定B点的高程，必须在A、B两点之间连续设置若干个测站。进行观测时，每安置一次进行观测时，每安置一次仪器观测两点间的高差，称为一个仪器观测两点间的高差，称为一个测站测站测站测站；作为传递高程的作为传递高程的临时立尺点临时立尺点1 1，2 2，n n1 1称为称为转点转点（TPTP）。第6页/共82页 求解待定水准点高程求解待定水准点高程1)1)、计算各测站高差2)2)、计算A A、B B两点间的高差 3)3)、计算待定点B B的高程第7页/共82页第二节第二节 水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具水准仪水准仪水准尺水准尺尺尺 垫垫第8页/共82页 水准仪水准仪D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母；字母后数字05，1，3，10指用该类型水准仪进行水准测量时每千米往、返测高差中数的偶然中误差值，分别不超过0.5mm，1mm，3mm，10mm；DS05、DS1为精密水准仪，主要用于国家一、二等精密水准测量和精密工程测量，DS3主要用于国家三、四等水准测量和常规工程测量，建筑工程测量中常用的是建筑工程测量中常用的是DS3DS3型水准仪，简称型水准仪，简称S3S3型水准仪型水准仪。第9页/共82页 S3 S3型微倾式水准仪型微倾式水准仪定义：定义：中国产S3型微倾式水准仪，是通过调整水准仪的微倾螺旋使管水准气泡居中而获得水平视线的一种仪器设备。组成：望远镜 水准器 基 座 第10页/共82页（1 1）.望望望望 远远远远 镜镜镜镜定义：定义：构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件。分类：分类：根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可分为：1.正像望远镜正像望远镜2.倒像望远镜倒像望远镜 （微倾式水准仪的望远镜多采用内对光式的倒像望远镜倒像望远镜）第11页/共82页倒像望远镜倒像望远镜 组成：组成：物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等。视准轴：视准轴：1 1、定义：定义：定义：定义：物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴；2 2、作用：作用：作用：作用：视准轴是瞄准目标和读数的依据。成像原理 第12页/共82页十字丝分划板十字丝分划板十字丝分划板：十字丝分划板：是一块圆形平板玻璃，上面刻有相互正交的十字丝；十字丝组成及其功能：十字丝组成及其功能：1、纵丝纵丝（也叫竖丝竖丝）用来照准水准尺；2、横丝横丝（又叫中丝中丝）的中间来读取读数；3、视距丝视距丝：与横丝平行而等距的上下两根短细线，用于测量距离。实用技巧：实用技巧：调节目镜调焦螺旋，可使十字丝分划板成像清晰。第13页/共82页倒像望远镜成像原理倒像望远镜成像原理成像原理：成像原理：目标AB发出的光线经过物镜和调焦透镜的作用在镜筒内构成倒立的小实像ab，转动调焦螺旋时，调焦透镜随之前后移动，使远近不同的目标清晰地成像在十字丝分划板上;再经过目镜放大，使倒立的小实像放大成为倒立的大虚像 ，同时十字丝分划板也被放大。第14页/共82页（2 2）.水准器水准器水准器水准器定义：定义：用来判断望远镜视准轴是否水平及仪器数竖是否竖直的装置 。分类：分类：a a、管水准器；、管水准器；、管水准器；、管水准器；b b、圆水准、圆水准、圆水准、圆水准器器器器 第15页/共82页（3 3）.基基基基 座座座座组成：组成：轴座、底板、三角压板及三个脚螺旋。作用：作用：1、支撑仪器；2、连接仪器与三脚架。实用技巧：实用技巧：由转动三个脚螺旋可使水准器气泡居中。第16页/共82页水准尺水准尺简介：简介：水准尺是与水准仪配合进行水准测量的重要工具。常用优质木材或玻璃钢、金属材料制造，长度为25m不等。种类：种类：根据构造，可分为双面水准尺、双面水准尺、折尺和塔尺三种类型折尺和塔尺三种类型。第17页/共82页三种水准尺的比较三种水准尺的比较尺尺 名名尺尺 长长特特 点点尺面数值及分划尺面数值及分划适用条件适用条件双双双双面面面面水水水水准准准准尺尺尺尺一般为一般为3m。1、在水准测量中，水准、在水准测量中，水准尺须成对使用；尺须成对使用；2、多数水准尺的侧面装、多数水准尺的侧面装有圆水准器。有圆水准器。1、尺面每隔、尺面每隔lcm涂以黑白或红白相涂以黑白或红白相间的分格，每分米处有数字；间的分格，每分米处有数字；2、每对双面水准尺其黑面尺底部的、每对双面水准尺其黑面尺底部的起始均为零，而红面尺底部的起始起始均为零，而红面尺底部的起始数分别为数分别为4687mm和和4787mm。多用于三、四多用于三、四等水准测量。等水准测量。折折折折尺尺尺尺一般为一般为3m。连接处稳定性较差连接处稳定性较差1、折叠处为、折叠处为1.5m；2、尺面分划值为、尺面分划值为lcm或或0.5cm。仅适用于等外仅适用于等外水准测量和地水准测量和地形测量。形测量。塔塔塔塔尺尺尺尺一般为一般为5m1、分、分3节套接而成，可节套接而成，可以伸缩塔尺；以伸缩塔尺；2、连接处稳定性较差。、连接处稳定性较差。1、尺底从零起算；、尺底从零起算；2、尺面分划值为、尺面分划值为1cm或或0.5cm。仅适用于等外仅适用于等外水准测量。水准测量。第18页/共82页尺尺 垫垫简简 介：介：尺垫用生铁铸成，一般为三角形，中央有一突出的半圆球。注注 意：意：1、尺垫通常用于转点；2、上下有三个尖脚可以插入土中；3、使用时应使其稳定、牢固；4、水准尺应立于半圆球顶部。第19页/共82页第三节第三节 微倾式水准仪的基本操作程序微倾式水准仪的基本操作程序 第20页/共82页安置水准仪安置水准仪水准仪安置步骤：水准仪安置步骤：1)、将水准仪水准仪架设在两根水准尺两根水准尺中间，首先松开三脚架三脚架架腿的固定螺旋固定螺旋，按观测者观测者的身高调节好三个架腿的高度，目估脚架顶面大致水平，用脚踩实三脚架腿，使脚架稳定、牢固，再拧紧固定螺旋固定螺旋。2)、三脚架三脚架安置好后，从仪器箱仪器箱中取出仪器，旋紧中心连接螺旋将水准仪水准仪固定在三脚架三脚架头上，以防仪器从三脚架三脚架头上摔下来。第21页/共82页粗略整平（粗平）粗略整平（粗平）粗平步骤：粗平步骤：1)、松开水平制动螺旋，转动仪器，将圆水准器置于两个脚螺旋之间，当气泡中心偏离零点位置处时，用两手同时相对（向内或向外）转动1、2两个脚螺旋（此时气泡移动方向与左手拇指移动方向相同，即“左手原则”）；2)、使气泡沿1、2两螺旋连线的平行方向移至中间处；3)、转动第三个脚螺旋，使气泡居中，第22页/共82页照准和调焦照准和调焦操作步骤：操作步骤：1)、将望远镜对准明亮的背景，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝成像清晰。2)、转动望远镜，利用望远镜镜筒上的缺口和准星的连线，粗略瞄准水准尺，拧紧水平制动螺旋。3)、旋转物镜调焦螺旋，并从望远镜内观察至水准尺影像清晰，然后转动水平微动螺旋，使十字丝竖丝照准水准尺中央稍偏一点，以便读数，如下图所如下图所示示。4)、消除视差视差视差视差：视差会带来读数误差，所以观测中必须将其消除。第23页/共82页视视 差差定义：定义：当尺像与十字丝分划板平面不重合时，眼睛靠近目镜微微上 下移动，发现十字丝和目镜影像有相对运动，这种现象称为视差视差。消除视差的方法：消除视差的方法：先仔细地调节目镜以使十字丝成像清晰，然后再调节物镜，反复按此程序调节，直到眼睛上下移动时读数不变为止。第24页/共82页精确整平精确整平 先从望远镜的一侧观察管水准气泡偏离零点的方向，右手缓慢而均匀地转动微倾螺旋，符合水准器两半边气泡严密吻合，此时视线水平，可以读数。第25页/共82页读读 数数 读数方法：读数方法：1)、当确认水准管气泡居中时，应立即读取十字丝中丝在水准尺上的读数，对于倒像望远镜，所用水准尺的注记数字是倒写的，但从望远镜中看到的尺像是正立的，水准标尺的注记从标尺底部向增加的，故在望远镜中读数应该从上往下读；2)、读数时，先默估出毫米数，依次将米、分米、厘米、毫米四位数全部报出，如图4-14(b)所示，读数为0.995，读后应检查气泡是否符合，若不符合再精确整平，重新读数；3)、完成黑面尺的读数后，将水准尺纵转180，立即读取红面尺的读数，若两读数之差等于该尺红面注记的零点常数，说明读数正确。第26页/共82页第四节第四节 水准测量的方法水准测量的方法1 1 1 1、水准测量等级水准测量等级2 2 2 2、水准点水准点与与水准路线水准路线3 3 3 3、水准测量的方法水准测量的方法4 4 4 4、水准测量记录及计算水准测量记录及计算5 5 5 5、成果处理与计算成果处理与计算 第27页/共82页水准测量等级水准测量等级水准测量等级：水准测量等级：我国国家水准测量，按精度要求不同可分为一、二、三、四个等级。几个概念：几个概念：1 1、精密水准测量：精密水准测量：一、二、三、四等水准测量称为精密水准测量精密水准测量。2 2、某等级水准点：某等级水准点：采用该等级水准测量的方法测出的高程点。3 3、等外水准测量：等外水准测量：精度低于国家规定一、二、三、四等的水准测量。第28页/共82页水准点水准点1 1、水准点的含义水准点的含义2 2、水准点的埋设要求水准点的埋设要求3 3、标石的埋设类型标石的埋设类型4 4、点之记点之记第29页/共82页水准点的含义：水准点的含义：为了统一全国高程系统和满足科学研究、各种比例尺测图和工程 建设的需要，测绘部门在全国各地埋设了许多固定的测量标志，并用水准测量的方法测定了它们的高程，这些标志称为水准点水准点，一般用BM(Bench Mark)表示。第30页/共82页水准点的埋设要求：水准点的埋设要求：1)、国家等级水准点：国家等级水准点：须按要求设置永久性固定标志；2)、等外水准点：等外水准点：可在地面上打人木桩，或在坚硬的岩石、建筑物上设置固定标志，并用红色油漆标注记号和编号。第31页/共82页标石的埋设类型：标石的埋设类型：四类水准点标石：四类水准点标石：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石、墙角水准标志。第32页/共82页点点 之之 记：记：定义：定义：水准点埋设后，为便于以后使用时查找，需绘制说明点位的平面图，称为点之记点之记。图4-17所示为水准点BM1点之记的示例。第33页/共82页水准路线水准路线含义：含义：水准测量施测时所经过的路线，称为水准路线水准路线。布设要求：布设要求：水准路线应尽量沿公路、大道等平坦地面布设，以保证测量精度。水准路线上两相邻水准点之间称为一个测一个测段段。布设形式：布设形式：1 1、单一水准路线单一水准路线 2 2、水准网水准网第34页/共82页单一水准路线单一水准路线名称名称路路 线线 定定 义义观测观测要求要求路路 线线 简简 图图附合附合路线路线从一个已知高级水准点从一个已知高级水准点BM1出发，出发，沿各待测高程的点沿各待测高程的点1、2进行水准测进行水准测量，最后附合到另一个已知高级水量，最后附合到另一个已知高级水准点准点BM2上的水准路线。上的水准路线。单单 程程观观 测。测。闭合闭合路线路线从一个已知高级水准点从一个已知高级水准点BM3出发，出发，沿环线上各待测高程的点沿环线上各待测高程的点1、2、3进行水准测量，最后仍回到原己知进行水准测量，最后仍回到原己知高级水准点高级水准点BM3上的水准路线。上的水准路线。单单 程程观观 测。测。支支路路线线从一已知高级水准点从一已知高级水准点BM4出发，沿出发，沿各待测高程的点各待测高程的点1、2进行水准测量，进行水准测量，既不附合到另一高级水准点上，也既不附合到另一高级水准点上，也不自行闭合的水准路线。不自行闭合的水准路线。往返观往返观测或单测或单程双线程双线观测。观测。第35页/共82页水准测量的方法水准测量的方法水准测量观测程序：水准测量观测程序：从一个已知高级水准点出发，一般要用连续水准测量的方法，才能测量并计算出待定水准点的高程。具体工作步骤：具体工作步骤：第36页/共82页水准测量的具体工作步骤：水准测量的具体工作步骤：1)1)、在己知高程的水准点上立水准标尺，作为后视尺。2)2)、在路线的前进方向上的适当位置放置尺垫，在尺垫上竖立水准标尺作为后视尺。3)3)、把水准仪安置在到两水准尺间的距离大致相等的地方，仪器到水准尺的最大视距不大于150m150m。使圆水准器气泡居中。4)4)、照准后视标尺并消除视差后，用微倾螺旋调节管水准气泡并使其精确居中，用中丝读取后视读数，并记入手簿，见表见表4-14-1。5)5)、照准前视标尺后使水准管气泡居中，用中丝读取前视读数，并记入手簿，见表见表4-14-1 。6)6)、将仪器按前进方向迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。7)7)、顺序沿水准路线的前进方向观测、记录，直至终点。第37页/共82页水准测量记录及计算水准测量记录及计算第38页/共82页成果处理与计算成果处理与计算第39页/共82页高差闭合差计算高差闭合差计算附合水准路线附合水准路线闭合水准路线闭合水准路线支水准路线支水准路线第40页/共82页（1）高差闭合差高差闭合差附合水准路线附合水准路线附合水准路线的高差闭合差：附合水准路线的高差闭合差：附合水准路线是由一个已知高程的水准点测量到另一个已知高程的水准点，各段测得的高差总和应等于两水准点的高程之差。但由于测量误差的影响，使得实测高差总和与其理论值之间有一个差值，即附合水准路线的高附合水准路线的高差闭合差差闭合差。闭合差的计算：闭合差的计算：第41页/共82页（2）高差闭合差高差闭合差闭合水准路线闭合水准路线闭合水准路线的高差闭合差：闭合水准路线的高差闭合差：由于路线起闭于同一个水准点，因此，高差总和的理论值应等于零，但因测量误差的存在使得实测高差的总和往往不等于零，其差值称为闭合水准路线的高差闭合闭合水准路线的高差闭合差差。闭合差的计算：闭合差的计算：第42页/共82页（3）高差闭合差高差闭合差支水准路线支水准路线支水准路线的高差闭合差：支水准路线的高差闭合差：通过往返观测，得到往返高差的总和 和 ，理论上应大小相等，符号相反，但由于测量误差的影响，两者之间产生一个差值，这个差值称为支水准路线差闭支水准路线差闭合差合差。闭合差的计算：闭合差的计算：第43页/共82页闭合差允许值计算闭合差允许值计算城市测量规范城市测量规范规定：规定：1、在平坦地区，图根水准测量路线高差闭合差的允许值规定为：2、在山地，每千米水准测量测站数超过16站时，高差闭合差允许值规定为：注 意：1)、附合水准路线或闭合水准路线长度不得大于8km，结点间水准路线长 度不得大于6km，支水准路线长度不得大于4km；2)、在上述长度范围内，若高差闭合差小于允许值，则成果符合要求，否 则应查明原因，重新观测。第44页/共82页高差闭合差调整高差闭合差调整高程闭合差调整：高程闭合差调整：当高差闭合差 在允许值范围之内时，可调整闭合差。附合水准路线或闭合水准路线高差闭合差分配的原则是将闭合差按距离或测站数成正比例反号改正到各测段的观测高差上。高差改正数计算公式为：或高差改正数的总和应与高差闭合差大小相等，符号相反，即 ，用该 式可以检核上述改正数计算的正确性。第45页/共82页计算改正后高差计算改正后高差 1)1)1)1)、闭合（或附合）水准路线：闭合（或附合）水准路线：将各段高差观测值加上相应的高差改正数，求出各段改正之后的高差值，即:2)2)2)2)、支水准路线：支水准路线：对于支水准路线，当其闭合差符合要求时，可按下式计算各测段的平均高差：第46页/共82页计算高程计算高程方法：方法：1)1)、对于附合或闭合水准路线，需根据改正后的高差，由起点高程逐一推算出其他各点的高程；2)2)、对于支水准路线，需根据各测段往、返两次高差平均值，由起点高程逐一推算其他各点的高程。注意：注意：对于附合或闭合水准路线而言，最后一个已知点的推算高程应等于它的已知高程，以此检查计算是否正确。第47页/共82页第五节第五节 水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正 水准仪的四条四条主要轴线为：管水准器轴（LL）、望远镜的视准轴（CC）、圆水准器轴（LL）和仪器的竖轴（VV）一、水准仪应满足的几何条件一、水准仪应满足的几何条件 1.主要条件2.次要条件二、水准仪的检验与校正二、水准仪的检验与校正1.圆水准器的检验与校正 2.十字丝的检验与校正 3.管水准器轴的检验与校正第48页/共82页高水准仪应满足的主要条件高水准仪应满足的主要条件为了使水准仪能够正常工作，水准仪应满足两个主要条为了使水准仪能够正常工作，水准仪应满足两个主要条件：件：1 1、水准管轴应与望远镜的视准轴平行。若条件不满足，那么水准管气泡居中后，水准管轴已经水平而视准轴却未水平，不符合水准测量的基本原理。2 2、望远镜的视准轴不因调焦而变动位置。此条件是为满足第一个条件而提出的。如果望远镜在调焦时视准轴位置发生变动，就不能设想在不同位置的许多条视线都能够与一条固定不变的水准管轴平行。望远镜调焦在水准侧量中是不可避免的，因此必须提出此项要求。第49页/共82页水准仪应满足的次要条件水准仪应满足的次要条件水准仪应满足两个次要条件：水准仪应满足两个次要条件：1 1、圆水准器轴应与水准仪的竖轴平行。该条件的满足在于能迅速地调整好仪器，提高作业速度；也就是当圆水准器的气泡居中时，仪器的竖轴已基本处于竖直状态，使仪器旋转至任何位置都易于使水准管的气泡居中。2 2、十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴。此条件的满足是当仪器竖轴已经竖直，在读取水准尺上的读数时就不必严格用十字丝的交点，可以用交点附近的横丝读数。第50页/共82页圆水准器的检验与校正圆水准器的检验与校正1 1 1 1、检验目的：检验目的：使圆水准器轴平行于仪器竖轴。2 2 2 2、检验原理：检验原理：如图4-21所示。3 3 3 3、检验方法：检验方法：转动脚螺旋，使圆水准器气泡居中，然后将仪器绕竖轴旋转180,若气泡仍居中，说明此项条件满足；若气泡偏离圆水准器气泡中心位置，说明此条件不满足，需要校正。4 4、校正方法：如图4-22所示。第51页/共82页十字丝的检验与校正十字丝的检验与校正1 1 1 1、检验目的：检验目的：使十字丝横丝垂直于仪器竖轴。2 2 2 2、检验原理：检验原理：如果十字丝横丝不垂直于仪器竖轴，当竖轴处于竖直位置时，十字丝横丝是不水平的，用横丝的不同部位在水准尺上的读数也不相同。4 4、校正方法：十字丝的校正装置如图4-24所示。3 3、检验方法：如图4-23所示。第52页/共82页管水准器轴的检验与校正管水准器轴的检验与校正1 1 1 1、检验目的：检验目的：使管水准器轴平行于视准轴。4 4、校正方法：如图4-26所示。3 3、检验方法：如图4-25所示。2 2、检验原理：第53页/共82页第六节第六节 水准测量误差来源及其影响水准测量误差来源及其影响1 1 1 1、仪器误差仪器误差2 2 2 2、水准标尺的误差水准标尺的误差3 3 3 3、整平误差整平误差4 4 4 4、读数误差的影响读数误差的影响5 5 5 5、仪器和标尺升沉误差仪器和标尺升沉误差6 6 6 6、大气折光的影响大气折光的影响第54页/共82页仪器误差仪器误差主要来源：主要来源：望远镜的视准轴与水准管轴不平行而产生的i角误差。规范规定：规范规定：1 1 1 1、S3水准仪的i角大于20才需要校正，水准仪虽经检验校正，但不可能彻底消除i角，要消除或减弱i角对高差的影响必须在观测时使仪器至前、后视水准尺的距离相等。2 2 2 2、在水准测量的每一站观测中，前、后视水准尺的距离相等不容易做到，故规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应不大于5m，前后视距累积差应不大于10m。第55页/共82页水准标尺的误差水准标尺的误差定义：定义：由于标尺本身的原因和使用不当所引起的读数误差称为标尺误差标尺误差，包括分划误差、尺面弯曲误差、尺长误差等。两种可控制误差：两种可控制误差：1 1 1 1、零点差：零点差：指由于使用、磨损等原因，水准尺底面与其分划零点不完全一致而产生的差值。消除方法：消除方法：将水准路线中各测段的测站数设置为偶数，即可自行抵消零点差的影响。2 2、倾斜误差倾斜误差 ：如图4-27所示，在倾斜标尺上读数总是比正确的标尺读数大，且视线高度愈大，误差愈大。减弱方法：减弱方法：使用安装有圆水准器的水准尺，并注意在测量工作中认真扶尺，使尺竖直，减小标尺竖立不直产生的读数误差。第56页/共82页整平误差整平误差 水准测量是利用水平视线测定高差的，如果仪器没有精确整平，则倾斜的视线将使标尺读数产生误差：如图4-28所示，设水准管的分划值为20，如果气泡偏离半格（即i10），则当距离为50m时，2.4mm；当距离为100m时，4.8mm；误差随距离的增大而增大。因此，在读数前必须使附合水准气泡精确吻合。第57页/共82页读数误差的影响读数误差的影响产生原因：产生原因：1 1 1 1、十字丝视差；2 2 2 2、估读毫米数不准确。误差控制措施：误差控制措施：1 1 1 1、消除消除十字丝视差：十字丝视差：可通过重新调节目镜和物镜调焦螺旋加以消除；2 2 2 2、降低估读误差：降低估读误差：因估读误差与望远镜的放大率、视距长度有关，所以对于各等级水准测量所用仪器的望远镜放大率和最大视距都有相应规相应规定定，视距愈长，读数误差愈大，等外水准测量中，要求望远镜放大率在20倍以上时，视线长不超过150m。第58页/共82页仪器和标尺升沉误差仪器和标尺升沉误差 在水准测量时，由于仪器、水准尺的重量和土壤的弹性会使仪器及尺垫下沉或上升，将使读数减小或增大而引起观测误差。具体分为两类：1 1 1 1、仪器下沉（或上升）引起的误差：通过通过“后、前、前、后后、前、前、后”的观测程序的观测程序，可以消除仪器下沉对高差的影响消除仪器下沉对高差的影响。2 2 2 2、标尺下沉（或上升）引起的误差：若往测与返测标尺下沉量相同，则由于误差符号相同，而往测与返测高差符号相反，因此，取往测和返测高差的平均值取往测和返测高差的平均值可以消除标尺下沉（或上升）对高差的影响消除标尺下沉（或上升）对高差的影响。第59页/共82页大气折光的影响大气折光的影响引起水准误差的大气折光影响：引起水准误差的大气折光影响：因大气层密度不同，对光线产生折射，使视线产生弯曲，从而使水准测量产生误差产生误差。视线离地面愈近，视线愈长，大气折光影响愈大。消减影响的措施：消减影响的措施：只能采取缩短视线，并使视线离地面有一定的高度及前、后视的距离相等的方法，来消减大气折光的影响消减大气折光的影响。规范规定：规范规定：三、四等水准测量应保证应保证上、中、下三丝都能读数，二等精密水准测量则要求要求下丝读数不小于0.3 m。第60页/共82页第七节第七节 自动安平水准仪和激光扫平仪自动安平水准仪和激光扫平仪 1 1、自动安平水准仪：自动安平水准仪：自动安平水准仪是一种只需粗略整平即可获得水平视线读数的仪器。2 2、自动安平原理自动安平原理 3 3、国产国产DZS31型自动安平水准仪：型自动安平水准仪：1)1)、结构特征及组成 2)2)、仪器特点 4 4、国产国产SJZ1型自动安平激光扫平仪型自动安平激光扫平仪第61页/共82页自动安平原理自动安平原理 自动安平水准仪的安平原理自动安平水准仪的安平原理如图4-31所示。若视准轴倾斜了 角，为使经过物镜光心的水平光线仍能通过十字丝交点A，可采用以下两种方法：1 1、在望远镜的光路中设置一个补偿器补偿器补偿器补偿器装置，使光线偏转一个角而通过十字丝交点A。2 2、若能使十字丝交点移至B点，也可使视准轴处于水平位置而实现自动安平。第62页/共82页补偿器补偿器 自动安平水准仪中常用的补偿器，其结构其结构是采用特殊材料制成的金属丝悬吊一组光学棱镜组成，利用重力原理利用重力原理进行视线的安平，只有当只有当视准轴的倾斜角在一定的范围内，补偿器才起作用，能使补偿器起作用的最大允许倾斜角度能使补偿器起作用的最大允许倾斜角度称为补偿范围补偿范围。自动安平水准仪的补偿范围一般为补偿范围一般为812，质量较好的自动安平水准仪甚至达到15，补偿时间一般为补偿时间一般为2s；圆水准器的分划值一般为8/2mm。因此，操作时，只要使圆水准器的气泡居中，补偿器马上就起作用。当当水准尺像在12s后趋于稳定时，即可即可在水准尺上读数。第63页/共82页 DZS3-1自动安平水准仪自动安平水准仪结构特征及组成结构特征及组成结构特征及组成结构特征及组成 北京光学仪器厂DZS3-1DZS3-1型自动安平水准仪型自动安平水准仪，其结构特点其结构特点是没有管水准器和微倾螺旋，其构造组成如图4-32所示。第64页/共82页 DZS3-1型自动安平水准仪型自动安平水准仪仪器特点仪器特点仪器特点仪器特点1)1)1)1)、采用轴承吊挂补偿棱镜的自动安平机构，为平移光线式自动补偿器；2)2)2)2)、设有自动安平警告指示器，可以迅速判别自动安平机构是否处于正常工作范围，提高了测量的可靠性；3)3)3)3)、采用空气阻尼器，可使补偿元件迅速稳定；4)4)4)4)、采用正像望远镜，观测方便；5)5)5)5)、设置有水平度盘，可方便地粗略确定方位。工作中，在测站上旋转脚螺旋使圆水准器气饱工作中，在测站上旋转脚螺旋使圆水准器气饱居中居中，即可瞄准水准尺进行读数即可瞄准水准尺进行读数。读数时应注意先观察自动报警窗的颜色（如图4-34所示），若全窗是绿色，则可读数，若窗的任一端出现红色，则说明仪器的倾斜量超出了安平范围，应重新整平仪器后再读数。第65页/共82页国产国产SJZ1型自动安平激光扫平仪型自动安平激光扫平仪 激光扫平仪是一种新型的平面定位仪器新型的平面定位仪器。它采用金属吊丝补偿器采用金属吊丝补偿器，使仪器具使仪器具有自动安平功能有自动安平功能，即使处于振动干扰下，也能保持作业精度，不需人员监视、维护。这种仪器采用激光二极管作为激光光源，出射光为可见红光。在室内作业时，激光平面与墙壁相交，可以得到显眼的扫描光迹，从而形成一个可见的激光水平面，使可见的激光水平面，使测量更为直观、简便测量更为直观、简便。图4-35所示是中国生产的SJZ1型自动安平激光扫平仪。安平精度为1，激光水平精度为20，采用635nm波长的激光二极管作为激光光源，出射光为可见红光，测量半径为150m，工作电源为4节一号充电电池，工作温度为10+40，仪器重量为3kg。可将扫描速度设为0、400r/min，600r/min三种，通过旋转仪器底部的手通过旋转仪器底部的手轮轮，可使激光指向任意方向或连续扫描出可见的激光水可使激光指向任意方向或连续扫描出可见的激光水平面平面。若用专用标尺若用专用标尺，还可在扫描范围内测出任意点的还可在扫描范围内测出任意点的标高标高。第66页/共82页第八节第八节 精密水准仪及电子水准仪简介精密水准仪及电子水准仪简介1 1 1 1、精密水准仪精密水准仪 1)1)、精密水准仪的特点 2)2)、精密水准尺 3)3)、新N3精密水准仪 4)4)、DS1精密水准仪2 2 2 2、电子水准仪电子水准仪 1)1)、电子水准仪的基本原理 2)2)、电子水准仪的特点 3)3)、蔡司DiNil2电子水准仪第67页/共82页精密水准仪的特点精密水准仪的特点 为了进行精密水准测量，精密水准仪必须满足下列几点要求必须满足下列几点要求。1)1)、高质量的望远镜光学 2)2)、高灵敏的管水准器 精密水准仪的管水准器的格值为10/2mm。3)3)、高精度的测微器装置 精密水准仪必须有光学测微器装置，以测定小于水准标尺最小分划线间隔值的尾数，光学测微器可直读0.1mm，估读到0.01mm。4)4)、坚固、稳定的仪器结构 5)5)、高性能的补偿器结构 6)6)、配备精密水准标尺第68页/共82页精密水准标尺精密水准标尺 精密水准标尺精密水准标尺是在木质尺身中间的槽内装有膨胀系数极小的一根铟瓦合金钢带。带的下端固带的下端固定，上端用弹簧以一定的拉力拉紧定，上端用弹簧以一定的拉力拉紧，以保证铟瓦以保证铟瓦合金钢带的长度不受木质尺身伸缩变形的影响合金钢带的长度不受木质尺身伸缩变形的影响。在铟瓦合金钢带上涂有左右两排长度分划，数字注记在铟瓦合金钢带两旁的木质尺身上。精密水准标尺的分划值分划值有5 mm 和10mm两种。如图4-36（a）所示为徕卡公司生产的精密水准标尺，主要为徕卡新N3精密水准仪配套使用配套使用。因为新N3精密水准仪为正像望远镜正像望远镜，所以水准标尺的注记也是正立的注记也是正立的。第69页/共82页新新N3精密水准仪精密水准仪 图4-37所示为新新N3N3精密水准仪精密水准仪，其每千米往返测高差中数的中误差为0.3mm。精密水准仪的使用方法使用方法与S3水准仪基本相同，不同之处不同之处是精密水准仪是采用光学测微器读数。第70页/共82页DS1精密水准仪精密水准仪 DSlDSl精密水准仪精密水准仪如图4-40所示，其光学测微器的最小读数为0.05mm。与其配套的水准标尺与其配套的水准标尺如图图图图4-364-364-364-36（b b b b）所示。在铟瓦合金带上涂有左右两排分划，每排的最小分划值均为10mm，彼此错开5mm，把两排分划合在一起便成为左、右交替形式的分划，其分划值为5mm。水准标尺分划的数字注记在铟瓦合金带两旁的木质尺身上，右边从05注记米数，左边注记分米数，大三角形标志对准分米分划线，小三角形标志对准5cm分划线。注记的数值为实际长度的注记的数值为实际长度的2 2倍倍，故用此水准标尺进行测量作业时，必须将观测高差用此水准标尺进行测量作业时，必须将观测高差除以除以2 2才是实际高差才是实际高差。第71页/共82页电子水准仪的基本原理电子水准仪的基本原理 电子水准仪电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上在自动安平水准仪的基础上发展起来的。当前电子水准仪采用原理不同原理不同的三种自动电子读数方法的三种自动电子读数方法。1)1)、几何法（德国蔡司德国蔡司德国蔡司德国蔡司DiNi12/12T/22DiNi12/12T/22）2)2)、相关法相关法相关法相关法（瑞士徕卡NA3002/3003/DNA03）3)3)、相位法（日本拓普康日本拓普康日本拓普康日本拓普康DL-101C/102C/103DL-101C/102C/103）。由于各厂家采用条码标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需人工目视进行照准标尺和调焦仍需人工目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码标尺条码一方面一方面被成像在望远镜分划板上，供目镜观测，另一方面另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器(又称探测器)上，即线阵CCD器件上，供电子读数。第72页/共82页（1）相关法相关法 徕卡NA3002/3003电子水准仪采用相关法：采用相关法：标尺一面是伪随机条码，供电子标尺一面是伪随机条码，供电子测量用，另一面为区格式分划，供光学测量用。望远镜照准标尺并调焦后，可将条测量用，另一面为区格式分划，供光学测量用。望远镜照准标尺并调焦后，可将条码清晰地成像在分划板上（如图码清晰地成像在分划板上（如图4-434-43所示），供目视观测，同时条码影像也被分光所示），供目视观测，同时条码影像也被分光镜成像在探测器上，供电子读数。镜成像在探测器上，供电子读数。DNA是徕卡公司的第二代数字水准仪，它设计新颖，外形美观，屏幕采取中文显示。有DNA03DNA03和DNA10两种型号，采用铟钢尺，每公里往返差分别是0.3 mm和0.9mm。第73页/共82页（2）徕卡徕卡徕卡徕卡DNA03DNA03数字水准仪数字水准仪数字水准仪数字水准仪 徕卡徕卡DNA03DNA03数字水准仪数字水准仪如图4-44所示。条码水准尺条码水准尺如图4-45所示，左边是水准标左边是水准标尺的伪随机条码尺的伪随机条码，该条码图像已经事先被存储在电子水准仪中作为参考信号。该条码右边该条码右边是与它对应的区格式分划，左边伪随机条码的下左边伪随机条码的下面面是望远镜照准伪随机条码后截取的片段伪随机条码。该片段成像在探测器上后，被探测器转换成电信号（测量信号），该信号在电子水准仪中与参考信号进行比较，若两信号相同，即如图4-45中左边虚线位置，读数就可以确定。如图4-45中的0.116m，图中箭头所指为对应的区格式标尺的读数。第74页/共82页（3）日本拓普康日本拓普康日本拓普康日本拓普康DL-101C/102C/103DL-101C/102C/103 日本拓普康（TOPCON）公司，自从1994年研制推出DL-101/102电子水准仪以来，已经历DL-101C/102C/103等产品的更新与改进。下图所示即为拓普康拓普康拓普康拓普康DL-101C/102C/103DL-101C/102C/103数字水准仪：数字水准仪：数字水准仪：数字水准仪：第75页/共82页电子水准仪的特点电子水准仪的特点 电子水准仪电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器（CCD），并采用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光电测量一体化的高科技产品。采用普通标尺时，又可像一般自动安平水准仪一样使用。与传统仪器相比，电子水准仪具有以下特点以下特点：1)1)1)1)、读数客观；2)2)2)2)、精度高；3)3)3)3)、速度快；4)4)4)4)、效率高；5)5)5)5)、仪器菜单功能丰富，内置功能强、操作界面友好，有各种信息提示，大大 方便了实际操作。第76页/共82页蔡司蔡司DiNil2电子水准仪电子水准仪1 1 1 1、功能及构造功能及构造2 2 2 2、测量准备测量准备 1)1)、安置仪器安置仪器 2)2)、瞄准目标瞄准目标3)3)、开开 机机3 3 3 3、测量过程：测量过程：设置完成后，即可按照测量程序进行。第77页/共82页（1）蔡司蔡司DiNil2电子水准仪电子水准仪功能及构造功能及构造特点：特点：1)1)、每千米往返测量高差中误差最高为0.3mm；2)2)、配有2M内存的PCMCIA数据存储卡；3)3)、先进的感光读数系统，感应可见白光即可测量，测量时仅需读取条码尺30cm的范围。功能：功能：可进行多种水准导线测量模式平差、高程放样，以及角度、面积和坐标等测量。构造：构造：望远镜、补偿器、光敏二极管、水准器及脚螺旋等。第78页/共82页（2）安置仪器安置仪器 1)1)1)1)、松开脚架的三个制动螺旋，展开架腿，将脚