控制测量课件第五章高程控制测量.ppt

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1、第五章第五章 高程控制测量高程控制测量5.1 5.1 5.1 5.1 国家高程基准国家高程基准国家高程基准国家高程基准5.2 5.2 5.2 5.2 国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 5.3 5.3 5.3 5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 5.4 5.4 5.4 5.4 精密水准仪精密水准仪精密水准仪精密水准仪 5.5 5.5 5.5 5.5 精密水准仪和水准尺的检验精密水准仪和水准尺的检验精密水准仪和水准尺的检验精密水准仪和水准尺的

2、检验 5.6 5.6 5.6 5.6 精密水准测量的主要误差来源及其影响精密水准测量的主要误差来源及其影响精密水准测量的主要误差来源及其影响精密水准测量的主要误差来源及其影响 5.7 5.7 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施精密水准测量的实施精密水准测量的实施 5.8 5.8 5.8 5.8 跨河跨河跨河跨河精密水准测量精密水准测量精密水准测量精密水准测量 5.9 5.9 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 5.10 5.10 5.10 5.10 水准测量的概算水准

3、测量的概算水准测量的概算水准测量的概算 5.11 5.11 5.11 5.11 三角高程测量三角高程测量三角高程测量三角高程测量 本章提要本章提要本章提要本章提要：本章提要本章提要 重点重点 精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺、精密水准测量精密水准测量精密水准测量精密水准测量的实施、三角高程测量的实施、三角高程测量的实施、三角高程测量的实施、三角高程测量 难点难点 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 返回本章首页返回本章首页 本章讲述高程控制网的布设，精密水准测量

4、、三角本章讲述高程控制网的布设，精密水准测量、三角高程测量。目的是解决高程控制点位置的测定问题。内高程测量。目的是解决高程控制点位置的测定问题。内容涉及容涉及国家高程基准、高程控制网的布设、精密水准仪国家高程基准、高程控制网的布设、精密水准仪国家高程基准、高程控制网的布设、精密水准仪国家高程基准、高程控制网的布设、精密水准仪与水准尺与水准尺与水准尺与水准尺、精密水准测量的主要误差来源及其影响、精精密水准测量的主要误差来源及其影响、精精密水准测量的主要误差来源及其影响、精精密水准测量的主要误差来源及其影响、精密水准测量的实施密水准测量的实施密水准测量的实施密水准测量的实施、正常水准面不平行性及其

5、改正数计正常水准面不平行性及其改正数计正常水准面不平行性及其改正数计正常水准面不平行性及其改正数计算算算算、水准测量的概算、三角高程测量水准测量的概算、三角高程测量水准测量的概算、三角高程测量水准测量的概算、三角高程测量位置适中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，水深在海底平坦，水深在10m10m以上以上pp 高程基准面高程基准面就是地面点高程的统一起算面，因此通常就是地面点高程的统一起算面，因此通常采用大地水准面作为高程基准面。采用大地水准面作为高程基准面。pp 大地水准面大地水准面是假想海洋处于完全静止的平衡状态时的是假想海

6、洋处于完全静止的平衡状态时的海水面延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。海水面延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。pp19561956年黄海高程系统年黄海高程系统(1950-1956)(1950-1956)pp19851985年国家高程基准年国家高程基准(1952-1979),1988(1952-1979),1988年年1 1月月1 1日开始日开始启用。启用。.1.1国家高程基准国家高程基准水准原点水准原点-青岛观象山青岛观象山19561956年黄海高程系统，水准原点的高程值年黄海高程系统，水准原点的高程值72.289m72.289m19851985年国家高程基准，水准原点的高程值年国家高程基准

7、，水准原点的高程值72.260m72.260m两系统相差两系统相差-0.0286m-0.0286m主点主点原点、参考点和副点共原点、参考点和副点共6个个点组成水准原点网。点组成水准原点网。p国家控制网布设的目的和任务：p一是在全国领土上建立统一的高程控制网，为地形图测绘和各项建设提供必要的高程控制基础。p二是为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 一、国家高程控制网的布设原则：一、国家高程控制网的布设原则：1.从

8、高级到低级、逐级控制；从高级到低级、逐级控制；5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 p国家水准网分4个等级布设，一、二等水准测量路线是国家的精密高程控制网。一等水难测量路线构成的一等水准网是国家高程控制网的骨干，同时也是研究地壳和地面垂直运动以及有关科学问题的主要依据，每隔1520年沿相同的路线重复观测一次。构成一等水准网的环线局长根据不同地形的地区，一般在1000一2000 km之间。我国一等水准网由289条路线组成，其中284条路线构成100个闭合环共计埠设各类标石近2万余座。p在一等水准环

9、内布设的二等水准网是囚家局程控制的全面基础，其环线周长根据不同地形的地区在500750km之间。p一、二等水族测量统称为精密水准测量。p二等水准网在一等水准网的基础上布设。p三、四等水准测量直接提供地形测图和各种工程建设所必须的高程控制点。5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 2 水准点应该有足够的密度；水准点应该有足够的密度；5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 3 水准测量应达到足够的精度水准

10、测量应达到足够的精度 各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然中误差和每公里高差中数的全中误差来表示的中误差和每公里高差中数的全中误差来表示的。5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 每公里高差中数的偶然中误差每公里高差中数的偶然中误差 -测段往返高差不符值，测段往返高差不符值，mm -测段长度，测段长度，km -测段数。测段数。每公里高差中数的全中误差来每公里高差中数的全中误差来 -各项改正后的闭合差，各项改正后的闭合差，mm -水准环长度，水

11、准环长度，km -水准环数。水准环数。5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 4 一等水准网应定期复测。一等水准网应定期复测。我国一我国一等水准网由等水准网由289条路线组条路线组成，其中成，其中284条路线构成条路线构成100个闭合环，个闭合环，共计埋设各共计埋设各类标石近类标石近2万万余座。全国余座。全国一等水准网一等水准网布设略图如布设略图如图所示。图所示。5.2.1 国家高程控制测量国家高程控制测量二、二、国家水准网布设方案及精度要求国家水准网布设方案及精度要求 国家高程控制网自国家高程控

12、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

13、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 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年完成的水准网称为国家第二期水准网。年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.5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 5.25.25.25.2国家

14、国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 5.2.3 5.2.3 水准路线的设计、选点和埋石水准路线的设计、选点和埋石1 1、技术设计、技术设计 一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物

15、。通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。2 2、选点、选点 水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。3 3、埋石、埋石5.2.4 5.2.4 水准路线上的重力测量水准路线上的重力测量 因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿线要进行重力测量。线要进行重力测量。5.25.25.25.2国家国家国家国家高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理高程控制网建立的基本原理 5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和

16、工程建设高程控制测量一、城市和工程建设高程控制网概述一、城市和工程建设高程控制网概述 城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为二、三、四城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为二、三、四等等3 3个等级。个等级。二、水准测量的实施二、水准测量的实施 图上设计应遵循以下原则：图上设计应遵循以下原则：（1 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的影）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。响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。（2 2）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）水准

17、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线或电缆50m50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。（3 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 4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附）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：一般地区为合路线。水准点间的距离：一般地区为2 24km4km；城市建筑区和工业区为；城市建筑区和工业区为1 12km2km。（5 5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。

18、）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。（6 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。5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量工程测量中常用的工程测量中常用的工程测量中常用的工程测量中常用的普通水准标石是由柱石和盘石两普通水准标石是由柱石和盘石两普通水准标石是由柱石和盘石两普通水准标石是由柱石和盘石两部分组成部分组成部分组成部分组成，标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志。，标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志。，标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志。，标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志。点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。点位的稳固安全，

19、并能长期保存，便于施测。一般要求离铁路的距离应大于一般要求离铁路的距离应大于50m50m，离公路的距离应大于，离公路的距离应大于20m20m。5.4 5.4 精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺.4.4.4.4.精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点.4.4.4.4.精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点 .4.4.4.4.Wild N3Wild N3Wild N3Wild N3精密水准仪精密水准仪精密水准仪精密水准仪 .4.4.4.4.ZeissZeissZeissZeiss Ni 004 Ni 00

20、4 Ni 004 Ni 004精密水准仪精密水准仪精密水准仪精密水准仪.4.4.4.4.国产国产国产国产S1S1S1S1型精密水准仪型精密水准仪型精密水准仪型精密水准仪 我国水准仪系列及基本技术参数技术参数项目技术参数项目水准仪系列型号水准仪系列型号S05S05S1S1S3S3S10S10每公里往返平均高差中误差每公里往返平均高差中误差望远镜放大率望远镜放大率望远镜有效孔径望远镜有效孔径管状水准器格值管状水准器格值测微器有效量测范围测微器有效量测范围测微器最小分格值测微器最小分格值0.5mm0.5mm4040倍倍60mm60mm10/2mm10/2mm5mm5mm0.1mm0.1mm1mm1m

21、m4040倍倍50mm50mm10/2mm10/2mm5mm5mm0.1mm0.1mm3mm3mm3030倍倍42mm42mm20/mm20/mm10mm10mm2525倍倍35mm35mm20/2mm20/2mm自动安平水自动安平水准仪准仪补偿性能补偿性能补偿范围补偿范围安平精度安平精度安平时间不长于安平时间不长于880.10.12s2s880.20.22s2s880.50.52s2s1010222s2s 1.1.精密水准仪的分类精密水准仪的分类 水准仪系列按精度分类有水准仪系列按精度分类有S05S05型型,S1,S1型型,S3,S3型等。型等。S S是是“水水”字的意思字的意思,数字表示偶

22、然中误差，数字表示偶然中误差，Z Z表示自动安平。表示自动安平。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点2.2.2.2.精密水准仪的结构特点精密水准仪的结构特点精密水准仪的结构特点精密水准仪的结构特点 1 1）高质量的望远镜光学系统）高质量的望远镜光学系统 一般精密水准仪的放大倍率应大于一般精密水准仪的放大倍率应大于4040倍，物镜的孔径应大于倍，物镜的孔径应大于50mm50mm。影像更清晰。影像更清晰。2 2）坚固稳定的仪器结构）坚固稳定的仪器结构主要构件均用特殊的合金钢制

23、成，并有起隔热作用的防护罩。主要构件均用特殊的合金钢制成，并有起隔热作用的防护罩。3 3）高精度的测微器装置）高精度的测微器装置 精密水准仪必须有光学测微器装置，一般精密水准仪的光精密水准仪必须有光学测微器装置，一般精密水准仪的光学测微器可以读到学测微器可以读到0.lmm0.lmm，估读到，估读到0.Olmm0.Olmm。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点 4.高灵敏的管水准器高灵敏的管水准器 一般精密水准仪的管水准器的格值为一般精密水准仪的管水准器的格值为10/2mm。5.高性能的补偿器装置高性能的补偿器装置 3.3.3.3.精密水准尺的结构特点

24、精密水准尺的结构特点精密水准尺的结构特点精密水准尺的结构特点 （1 1）当空气的温度和湿度发生变化时，）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。仅有微小的变化。因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。缩变形影响。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点 （2）水准标尺的分划必须十分正确）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。应很小。（3）水准标尺在构造上应保证全长）水准标尺在构造

25、上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。变形。（4 4）在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般还应有扶尺环的。还应有扶尺环的。还应有扶尺环的。还应有扶尺环的。（5 5）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标

26、尺分）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。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一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如下图所示。一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如下图所示。一定重量的

27、尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如下图所示。一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如下图所示。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点 线条分划精密水准标尺的分格值有线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm和和5mm两种。两种。1）分格值为分格值为10mm如图（如图（a）所示，）所示，基本分划注记从基本分划注记从0300cm，辅助分划注记从辅助分划注记从300600cm，基辅差（尺常数）基辅差（尺常数）3.0155。2）分格值为分格值为5mm如图（如图（b）所示，）所示，两排分划彼此错开两排分划彼此错开5mm,左边是单数，右边是双数，左边是单数，右边是双数

28、，没有辅助分划没有辅助分划。右边是米数，左边是分米数，整个注记从右边是米数，左边是分米数，整个注记从0.15.9m，实际分格值为实际分格值为5mm，所测得的高差值必须除以，所测得的高差值必须除以2才是实际才是实际的高差值。的高差值。5.4.1 5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点精密水准仪和水准尺的构造特点5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 1.WildN31.WildN3精密水准仪精密水准仪精密水准仪精密水准仪有效孔径为有效孔径为50mm放大倍率为放大倍率为40倍倍管状水准器格值为管状水准器格值为10“/2mm。与分格值为与分格值为l0mm的水准标尺配套的水准标尺配套标尺的基辅差为

29、标尺的基辅差为301.55cm。气泡式的精密水准仪、自动气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水准仪、数字水准仪安平的精密水准仪、数字水准仪以及相应的因瓦合金水准尺以及相应的因瓦合金水准尺Wild N3精密水准仪精密水准仪 5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 水准尺读数水准尺读数148148测微器读数测微器读数653(653(即即6.53mm)6.53mm)，全部读数为全部读数为148.653cm148.653cm。N3N3读数方法读数方法读数方法读数方法5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 仪器转轴位于靠近物镜的仪器转轴位于靠近物镜的一端。一端。使用倾斜螺旋使用倾斜螺旋精确整精确整平视

30、准轴时，平视准轴时，将会引起视准将会引起视准轴高度的变化轴高度的变化。如果前后视。如果前后视精确整平视准轴时，倾斜螺精确整平视准轴时，倾斜螺旋的转动量不等，就会在高旋的转动量不等，就会在高差中带来这种误差的影响。差中带来这种误差的影响。因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的分离量小于分离量小于lcm时（垂直轴基本在垂直位置），才允许使用时（垂直轴基本在垂直位置），才允许使用倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，位于过望远镜中心的垂直几何轴线上。位于过望远镜中心的垂

31、直几何轴线上。1）N3精密水准仪的倾料螺旋装置精密水准仪的倾料螺旋装置 转动范围是转动范围是转动范围是转动范围是7 7周周周周5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。测微分划尺上有测微分划尺上有100个分格，它与个分格，它与10mm相对应，即每分格为相对应，即每分格为0.lmm，可估，可估读至读至0.0lmm。每。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为lmm。2)N3精密水准仪的测微器装置精密水准仪

32、的测微器装置5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 测微分划上读数为测微分划上读数为5mm，而不是，而不是0。最后读数为。最后读数为148cm+6.50mm-5mm即即 =148.650cm-5mm 故，每次读数中应减去常数（初始读数故，每次读数中应减去常数（初始读数)5mm，但在计算高差时能自动抵，但在计算高差时能自动抵消这个常数。消这个常数。2.Zeiss Ni 0042.Zeiss Ni 004精密水准仪精密水准仪精密水准仪精密水准仪 该仪器的主要特点是对热影响的感应较小，这是因为望远镜、管状水准器和平行玻璃板的倾斜设备等部件，都装在一个附有绝热层的金属套筒内。有效孔径为有效孔径为56

33、mm望远镜放大倍率为望远镜放大倍率为44倍倍目镜视场内有左右两组楔形丝目镜视场内有左右两组楔形丝管水准器格值为管水准器格值为10/2mm。测微器范围是测微器范围是10mm。5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见右图），通过放大镜在测测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见右图），通过放大镜在测微鼓上进行读数，测微鼓上有微鼓上进行读数，测微鼓上有100个分格，所以测微鼓最小格值为个分格，所以测微鼓最小格值为0.1mm。从望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场下部是。从望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场下部是水准器的符合气泡影像。水准器的符合气泡

34、影像。Ni 004精密水准仪与分格值为精密水准仪与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使的精密因瓦水准尺配套使用。在右图中，使用测微螺旋用。在右图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上使楔形丝夹准水准标尺上197分划，在测微分划鼓上的读数分划，在测微分划鼓上的读数为为340，即，即3.40mm，水准标尺，水准标尺上的全部读数为上的全部读数为197.340cm。Zeiss Ni 004精密水准仪精密水准仪5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 3.国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 DS1型精密水准仪由北京测绘型精密水准仪由北京测绘仪器厂生产。仪器厂生产。仪器物镜的有效孔径为仪器物镜的有效孔径

35、为50mm，望远镜放大倍率为望远镜放大倍率为40倍，倍，管状水准器格值为管状水准器格值为10/2mm。测微螺旋范围测微螺旋范围10mm，测微器，测微器分划尺有分划尺有100个分格，最小格值个分格，最小格值为为0.1mm。5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 望远镜目镜视场中，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镜目镜的右下方。该仪器与分格值为5mm的精密水准标尺配套使用。图中，楔形丝夹准198分划，测微器读数150，即1.50mm，全部读数为198.150cm。国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 5.4.2 精密普通水准仪精密普通水准仪 博飞AL132-C水准仪 型号：

36、型号：型号：型号：AL132-CAL132-C产品名称：自动产品名称：自动产品名称：自动产品名称：自动安平水准仪技术参数：标准安平水准仪技术参数：标准安平水准仪技术参数：标准安平水准仪技术参数：标准偏差偏差偏差偏差 1mm1mm望远倍率望远倍率望远倍率望远倍率3232成像成像成像成像 正像正像正像正像最短视距最短视距最短视距最短视距 0.5m0.5m补偿范围补偿范围补偿范围补偿范围1515有效孔径有效孔径有效孔径有效孔径40mm40mm视场角视场角视场角视场角1.51.51.1.自动安平水准仪的补偿原理自动安平水准仪的补偿原理5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 如果如果 则则

37、 若补偿器能使来自水平若补偿器能使来自水平的光线平移量的光线平移量a=fa=f，则平移后的光线也将正确地进入则平移后的光线也将正确地进入十字丝分划十字丝分划O O1 1处，从而得到正确补偿的目的。处，从而得到正确补偿的目的。2.2.自动安平水准仪自动安平水准仪Koni007Koni007与分格值为与分格值为5mm5mm的精密因瓦水准尺配套使用。的精密因瓦水准尺配套使用。5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 1)1)光学补偿器光学补偿器光学补偿器光学补偿器6 6是一块等腰直角棱镜，是一块等腰直角棱镜，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，以摆轴为中心可以自由摆动

38、，以摆轴为中心可以自由摆动，在在重力作用下，最后静止在与重力重力作用下，最后静止在与重力方向一致的位置上方向一致的位置上5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 2 2）光学测微器）光学测微器5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 棱镜测微器棱镜测微器棱镜测微器棱镜测微器3.3.自动安平水准仪自动安平水准仪Ni002Ni002特点：没有水平方向制动，特点：没有水平方向制动，目镜可以在仪器上沿水平目镜可以在仪器上沿水平方向转动。方向转动。与分格值为与分格值为5mm5mm的精密因瓦的精密因瓦水准尺配套使用。水准尺配套使用。5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准

39、仪 精密高差测量仪器精密高差测量仪器精密高差测量仪器精密高差测量仪器Ni002Ni002自自自自动安平水准仪动安平水准仪动安平水准仪动安平水准仪每公里往返测高差中误每公里往返测高差中误每公里往返测高差中误每公里往返测高差中误差差差差m=m=m=m=0.4mm/km 0.4mm/km 0.4mm/km 0.4mm/km 放大倍率为放大倍率为放大倍率为放大倍率为44444444倍倍倍倍 5.4.3 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪 2 光学补偿器（平面反射摆镜）型号型号 DXY67-DSZ2-D DXY67-DSZ2-D 放大倍数放大倍数 32X 32X 标准偏差标准偏差 1.5mm 1.

40、5mm 有效孔径有效孔径 40mm 40mm 成像成像 正像正像 Erect Erect 视场角视场角 126 126 乘常数乘常数 100 100 加常数加常数 0 0 最短视距最短视距 1.6m 1.6m 补偿工作范围补偿工作范围 15 15 补偿安平精度补偿安平精度 0.3 0.3 圆水准器角值圆水准器角值 8/2mm 8/2mm 度盘度盘 360(400gon)360(400gon)度盘分度值度盘分度值 1(1gon)1(1gon)仪器重量仪器重量 3kg3kg自动安平水准仪自动安平水准仪 国产国产 达到达到DS1一级水准（需一级水准（需DS2+测绘器）测绘器）5.4.4 电子水准仪电

41、子水准仪 也称也称“数字水准仪数字水准仪”具有自动安平功能。具有自动安平功能。自动显示水平视线读数和视距。自动显示水平视线读数和视距。通过物镜获取水准尺图象，通过仪器的理通过物镜获取水准尺图象，通过仪器的理系统，将图象信息转换成数字显示。系统，将图象信息转换成数字显示。能与计算机实现数据通讯。能与计算机实现数据通讯。基本避免了人为的观测误差（视差、水准基本避免了人为的观测误差（视差、水准器精平误差、瞄准误差、估读数误差。器精平误差、瞄准误差、估读数误差。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 一、一、“电子水准仪电子水准仪”的特点的特点条码尺条码尺测量键测量键5.4.4 电子水准仪电子水准仪 索佳索

42、佳索佳索佳 SDL30MSDL30Mp数字电子水准仪是通过阅读标尺上的条码来完成测量的,所以数字水准仪的第一个技术门槛就是条纹图象的识别。p距离越远,图象压缩越小。p数字水准仪的图象识别技术都是模糊识别算法或叫图象相关算法,即通过对图象信号的宏观分析逐步确立图象微观细节。p在图象识别完成以后,条码的码序及条纹的边沿坐标信息都已经确立,获得测量结果的后续计算处理过程当然就大同小异了。p由于图象和实物的几何比例关系随距离不同而变化无常,这就增加了一个物象比未知量。leica早期的仪器使用调焦传感器来粗略测量标尺与仪器间的距离就是这一思想的体现。由于这个粗略距离很不精确,这一方法仅只能减少80%左右

43、的运算量,测量速度仍然不理想,其他公司陆续发明了让标尺的不重复条码影象信号中包含周期波谱(重复信号)的编码方法,通过对周期波谱的周期测量进而精确测量出标尺与仪器间距离,把二维相关变成了一维相关。测量速度大大提高。二、二、“电子水准仪电子水准仪”的原理的原理5.4.4 电子水准仪电子水准仪 p电子水准原理主要是相关法、几何法、相位法、RAB原理及叶氏原理。p原理的共同性:p 都使用了光学水准仪的光路原理,也都使用了条形码标尺,条码明暗相间,通过改变明暗条码的宽度实现编码,且条码不存在重复的码段。但它们的编码规则也有非常明显的个性区别,从这些区别是可以看出它们的解码原理的区别的。如图所示。二、二、

44、“电子水准仪电子水准仪”的原理的原理p解码环节也还是有共同性的。p所有的电子水准原理的解码过程都存在粗测、精测和精粗衔接这些步骤过程。且这些过程和普通的光学模拟水准仪仍然有相似之处。如图所示。p粗测 确定光电传感器所截获条码片段在标尺上的位置,这一过程也就是图象识别过程。p精测 确定电子中丝在所截获的条码片段中的位置。p精粗衔接 根据精测值和粗测值求得电子中丝在标尺上的位置 即测量结果。p而不同之处在于粗测的实现过程(图象识别)以及精测、粗测都要涉及到的物象比的确立过程。相关法相关法测量原理：由传感器识别条形码水准标尺上的条形测量原理：由传感器识别条形码水准标尺上的条形码分划，经信息转换处理获

45、取观测值，并以数字形式显示码分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。或存储在计算机内。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 p观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划影像射到分光镜上，并将其分为两部分：影像射到分光镜上，并将其分为两部分：其一是可见光其一是可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；通过十字丝和目镜，供照准用；其二是红外光射向探测器，其二是红外光射向探测器，它将望远镜接收到的光图像信息转换成电影像信号，并传它将望远镜接收到的光图像信息转换成电影像信号，并传输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本

46、输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读数。数。5.4.4 电子水准仪电子水准仪 LeicaLeica仪器使用相关法。相关法的优点是思想方法简单仪器使用相关法。相关法的优点是思想方法简单,而缺点是由而缺点是由于粗测值和距离于粗测值和距离(物象比物象比)二个未知量同时进行二维相关运算搜索二个未知量同时进行二维相关运算搜索,由于由于相关法是比较实在的由所有像素参与的对可能结果的相关法是比较实在的由所有像素参与的对可能结果的“穷举式表决穷举式表决”,实现了可靠的解码。但由此带来的运算量非常巨

47、大实现了可靠的解码。但由此带来的运算量非常巨大,于是导致了测量速于是导致了测量速度慢和对微处理器的速度要求高以及能耗大等缺陷。度慢和对微处理器的速度要求高以及能耗大等缺陷。为解决测量速度慢的问题为解决测量速度慢的问题,早期的早期的LeicaLeica仪器在望远镜的调焦旋钮上仪器在望远镜的调焦旋钮上安装传感器以实现视距安装传感器以实现视距(物象比物象比)的粗略测量以缩小相关算法的搜索范围的粗略测量以缩小相关算法的搜索范围,也有仪器则采用面阵光电传感器通过测量标尺条码的横向长度来实现视也有仪器则采用面阵光电传感器通过测量标尺条码的横向长度来实现视距距(物象比物象比)的粗略测量以缩小相关算法的搜索范

48、围。的粗略测量以缩小相关算法的搜索范围。相关法的直接黑白编码原理5.4.4 电子水准仪电子水准仪 几何法 几何法的解码原理区别于相关法的地方是通过载码的引入减少了标尺上黑白条纹宽度的种类,解决了相关法的测量速度慢的问题。其所谓的相似三角形空间变换几何关系如图所示不是其真正特点,实际上实际上实际上实际上,几何法是利用载码调制来实现解码运算量的减少。可以看出这样的几何法是利用载码调制来实现解码运算量的减少。可以看出这样的几何法是利用载码调制来实现解码运算量的减少。可以看出这样的几何法是利用载码调制来实现解码运算量的减少。可以看出这样的条码的宽度种类仅有二种宽度条码的宽度种类仅有二种宽度条码的宽度种

49、类仅有二种宽度条码的宽度种类仅有二种宽度,比相关法中的比相关法中的比相关法中的比相关法中的1616种宽度大大减少种宽度大大减少种宽度大大减少种宽度大大减少,条纹也条纹也条纹也条纹也粗得多粗得多粗得多粗得多,5.4.4 电子水准仪电子水准仪 除相关法外,相位法、几何法、RAB原理和叶氏原理都使用和利用了载码调制编码解码,通过载码波谱的使用以实现快速图象识别,也由于相位法的波谱相对复杂,必须以傅里叶变换来解码,而后3种原理则只需相对简单的算法就可以获得载码成像的周期波谱信息。而实践应用也证实了后三种原理的实际测量速度效果也的确比相位法和相关法明显快捷。技术指标技术指标技术指标技术指标索佳索佳索佳索

50、佳 SDL30MSDL30M三、常见三、常见“电子水准仪电子水准仪”拓普康拓普康DL-111CDL-111C电子水准仪电子水准仪 采用最先进地图像处理技术，自动观测、自采用最先进地图像处理技术，自动观测、自动记录，每公里往返测高差中误差为动记录，每公里往返测高差中误差为0.3mm0.3mm。全中文显示，方便了普通测量工操作。全中文显示，方便了普通测量工操作。高精度测量高精度测量 全自动测量和数字显示可以避免读数误差，记录错误及其全自动测量和数字显示可以避免读数误差，记录错误及其它可能出现地人为错误。它可能出现地人为错误。测量方法测量方法 符合国家水准测量规范要求，可以判别多种限差符合国家水准测