水准仪测量高程地方法和步骤.doc

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1、#*水准仪测量高程的方法和步骤内容：理解水准测量的基本原理；掌握 DS3 型微倾式水准仪、自动安平水 准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测 量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方 法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。 重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。 难点：水准仪的检验与校正。 2.1 高程测量（ Height Measurement ）的概念 测量地面上各点高程的工作 , 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器 和施测方法的不同，分为： （1）水准测量 (leveling) （

2、2）三角高程测量 (trigonometric leveling) （3）气压高程测量 (air pressure leveling) （4）GPS 测量 (GPS leveling) 2.2 水准测量原理 一、基本原理 水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从 而由已知点高程推算出未知点高程。 #*a 后视读数 A 后视点 b 前视读数 B 前视点 1、A 、 B 两点间高差： 2、测得两点间高差 后，若已知 A 点高程 ，则可得 B 点的高程：。 3、视线高程： 4、转点 TP(turning point) 的概念：当地面上两点的距离较远，或两点 的高差太大，放置一

3、次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程 的立尺点，称为转点。 二、连续水准测量如图所示，在实际水准测量中， A 、 B 两点间高差较大或相距较远，安 置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿 A 、 B 的水准路线增 设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理 依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到 A 、 B 两点间的高差值，有： h 1 = a 1 b 1 h 2 = a 2 b 2 则： h AB = h 1 + h 2 + + h n = h = a b #*结论： A 、 B 两点间的高差 等于后视读数之和减去前

4、视读数之和。 2.3 水准仪和水准尺 一、水准仪 (level) 如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。 DS3 微倾式水准仪 自动安平水准仪 1、望远镜 (telescope) 由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三 部分组成。 #*2、水准器 (bubble) 有两种： 圆水准器 (circular bubble) 精度低，用于粗略整平；水准管 (bubble tube) 精度高，用于精平。 特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。 3、基座 (tribrach) #*二、水准尺 (leveling staff) 水准尺主要有：单面尺、双面尺和塔尺。 1、尺面分划为 1cm

5、，每 10cm 处（ E 字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。2、双面尺的红面尺底刻划：一把为 4687mm ，另一把为 4787mm 。 三、尺垫 (staff plate) #*放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。 四、 水准仪的使用 操作程序：粗平瞄准精平读数 （一）粗平调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。 1、方法：对向转动脚螺旋 1 、 2 使气泡移至 1 、 2 方向的中间 转动脚螺旋 3 ，使气泡居中。 2、规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。 （二）瞄准 1、方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。 2、视差 概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。 产生

6、原因：目标像平面与十字丝平面不重合。 消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。 （三）精平 #*1、方法：如图所示微倾式水准仪 (tilt level) ，调节微倾螺旋，使水准 管气泡成像抛物线符合。 2、说明：若使用自动安平水准仪（ compensator level ），仪器无微倾 螺旋，故不需进行精平工作。 （四）读数精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。1、方法：从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺 面上的格数，毫米估读。 2、规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器， 即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。如图所示，从小向大读

7、四位数为 0.725 米 。 2.4 水准测量的实施与成果整理 一、水准点 (Bench Mark) 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点 BM ，一般用表 示。有永久性和临时性两种。（见图） #*二、水准路线 (leveling line) 水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式： 1、闭合水准路线 (closed leveling line) 。由已知点 BM1 已知点 BM1 2、附合水准路线 (annexed leveling line) 。由已知点 BM1 已知点 BM2 3、支水准路线 (spur leveling line) 。 由已知点 BM1 某

8、一待定水 准点 A 。 4、水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。 三、水准测量的实施（外业） 1、观测要求 如图，有： （1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或 “双面尺 法”。 两次仪器高法：高差之差 h-h 5mm ；双面尺法，红黑面读数差 3mm h 黑 -h 红 5mm 。 #*2、水准测量记录表 注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视 读数又有前视读数。 （2） ，只表明计算无误，不表明观测和记录无误。 四、水准测量的成果处理（内业） （一）计算闭合差： 1、闭合水准路线： 2、附合水

9、准路线： （二）分配高差闭合差 #*1、高差闭合差限差（容许误差） 对于普通水准测量，有： 式中， 高差闭合差限差，单位： mm L 水准路线长度，单位： km ； n 测站数 2、分配原则： 按与距离 L 或测站数 n 成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。 （三）计算各待定点高程 用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。 五、水准测量的成果实例 【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。 BM-A 和 BM-B 为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上 方的数字为测得的两点间的高差 ( 以 m 为单位 ) ，路线下方数字为该段路线 的长度

10、 ( 以 km 为单位 ) ，试计算待定点 1 、 2 、 3 点的高程。 解算如下： 第一步计算高差闭合差： 第二步计算限差： 因为 ，可进行闭合差分配。 第三步计算每 km 改正数： #*第四步计算各段高差改正数： 。四舍五入后，使 。 故有： V 1 =- 8mm ， V 2 =- 11mm ， V 3 =- 8mm ， V 4 =- 10mm 。 第五步计算各段改正后高差后，计算 1 、 2 、 3 各点的高程。 改正后高差 = 改正前高差 + 改正数 V i H 1 =H BM-A +(h 1 +V 1 )=45.286+2.323=47.609(m) H 2 =H 1 +(h 2

11、+V 2 )=47.509+2.802=50.411(m) H 3 =H 2 +(h 3 +V 3 )=50.311-2.252=48.159(m) HBM-B =H 3 +(h 4 +V 4 )=48.059+1.420=49.579(m) 可用 EXCEL 软件计算如下图： 2.5 水准仪的检验与校正 一、水准仪轴线的几何关系 水准仪轴线应满足的几何条件是： 1、水准管轴 LL/ 视准轴 CC 2、圆水准轴 L L / 竖轴 VV 3、横丝要水平（即： 竖轴 VV ） #*如下图所示： 二、水准仪的检验与校正 （一）圆水准器的检验与校正 1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转 180 ，

12、看气泡是否居中。 2、校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半 , 再用拨针拨动三个“校正螺 旋”，使气泡居中。 （二）十字丝横丝的检验与校正 1、检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点 P ，转动微动螺旋，看 P 点是否沿 着横丝移动。 2、校正 ：旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右 2 个“校正螺丝”。 #*（三）水准管轴平行于视准轴（ i 角）的检验与校正 1、检验： （1）平坦地上选 A 、 B 两点，约 50m 。 （2）在中点 C 架仪，读取 a 1 、 b 1 ，得 h 1 =a 1 -b 1 （3）在距 B 点约 2 3m 处架仪，读取 a 2 、 b 2 ，得 h 2 =a 2 -

13、b 2 （4）若 h 2 h 1 , 则水准管轴不平行于视准轴，有 i 角。 因为 h1 为正确高差 b2 的误差可忽略不计，故有： 对于 S 3 水准仪，若 i 角大于 时，需校正。 #*2、校正方法有二种： （1）校正水准管 旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准 (a 2 =h 1 +b 2 ) ，拨动水准管 “校正螺丝”，使水准管气泡居中。 （2）校正十字丝可用于自动安平水准仪 保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准 a 2 。 2.6 自动安平、精密、电子水准仪简介 一、自动安平水准仪 (compensator level) 1、原理与普通水准仪相比，在望远镜的光路上

14、加了一个补偿器。 2、使用粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数； 最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。 3、检校与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺 旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。 #*二、精密水准仪 （ precise level ） （每公里往返平均高差中误差 1mm ） 1、精密水准仪 提供精确的水平视线和精确读数。精密水准仪 2、精密水准尺 刻度精确 ( 铟钢带水准尺 invar leveling staff) 。 3、读数方法 （1）精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。 （2）读数时，将整分划

15、值和测微器中的读数合起来。如 : 14865.0mm 。 #*三、数字水准仪 (digital level) 及条纹码水准尺 (coding level staff) 1、具有自动安平、显示读数和视距功能。 2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。 2.7 水准测量误差及注意事项 来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。 一、仪器误差 主要有：视准轴不平行于水准管轴（ i 角）的误差、水准尺误差 二、操作误差 主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。 三、外界条件影响的误差 主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。 四、水准测量的注意事项： (一）观

16、测： 1、观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺； #*2、仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架； 3、前后视距应尽可能相等； 4、每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数； 5、注意对仪器的保护，做到 “ 人不离仪器 ” ； 6、只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是 否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。 （二）记录： 认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄； 字体要端正、清楚、不准涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写； 每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。（三）扶尺： 扶尺人员认真竖立水准尺； 转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫； 水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。