第2章水准仪及水准测量.ppt

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1、第三章第三章 水准仪及水准测量水准仪及水准测量 3.1 3.1 水准测量原理水准测量原理 3.2 3.2 DSDS3 3型水准仪及型水准仪及工具的使用工具的使用 3.33.3 自动安平水平仪自动安平水平仪 3.3.4 4普通水准测量普通水准测量3.5水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正3.6水准测量误差来源及减弱方法水准测量误差来源及减弱方法3.7精密水准仪简介精密水准仪简介高程测量高程测量 高程测量的方法高程测量的方法水准测量水准测量用水准仪进行高程测量的工作。用水准仪进行高程测量的工作。其它方法：其它方法：三角高程测量；高程测量和气压高程三角高程测量；高程测量和气压高程测量测量 高程测量定

2、义：测定地面点高程的工作高程测量定义：测定地面点高程的工作 高程系统高程系统:黄海高程系黄海高程系 1956年黄海高程系 (水准原点 H=72.289米）1985年年国家国家高程基准高程基准(水准原点 H=72.260米)第一节第一节水准测量原理水准测量原理水水准准测测量量的的基基本本原原理理是是：在在下下图图中中，已已知知A点点的的高高程程为为HA，只只要要能能测测出出A点点至至B点点的的高高程程之之差差，简简称称高高差差hAB。则则点的高程点的高程HB就可用下式计算求得：就可用下式计算求得：hAB=后视读数后视读数前视读数前视读数=a-bHB=HA+hAB有有时时安安置置一一次次仪仪器器须

3、须测测算算出出多多个个点点的的高高程程，可可先先求求出出水水准准仪仪的的水水平平视视线线高高程程，然然后后再再分分别别计计算算各各点高程，从图中可以看出：点高程，从图中可以看出：水平视线高水平视线高Hi=HA+a 点高程点高程HB=Hi-b 要测算地面上两点间的高差，所要测算地面上两点间的高差，所依据的就是一条水平视线，如果视线依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立。因此，视不水平，上述公式不成立。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。住的操作要领。3.2DS3型水准仪及型水准仪及工具的使用工具的使用 一、微倾式水准仪的构造一、微

4、倾式水准仪的构造 微微倾倾式式水水准准仪仪主主要要由由望望远远镜镜、水水准准器器和和基基座座组组成成。为为了了能能精精确确地地提提供供水水平平视视线线，在在仪仪器器构构造造上上安安置置了了一一个个能能使使望望远远镜镜上上下下作作微微小小运运动动的的微微倾倾螺螺旋旋，所所以以称称微微倾式水准仪倾式水准仪 。微倾式水准仪构造微倾式水准仪构造(动画动画)DS3水准仪水准仪DS3水准仪水准仪2.水准仪水准仪二、水准仪二、水准仪 精度系列精度系列：DS05 DS1 DS3 DS10 型号下标：毫米数，表示 1公里水准测量的中误差(由 仪器引起的)。构造构造：望远镜 水准器 基座S3 水准仪外型目镜水准管

5、目镜圆水准器校正螺钉微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器三脚架脚螺旋微倾螺旋1.1.望远镜：望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；放大率一般为2530倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。上丝下丝竖丝横丝望远镜与视差望远镜与视差视差产生的原因：视差产生的原因：望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。现象：现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字丝与目标的像有相对移动。消除视差的步骤：消除视差的步骤：目镜调焦，使十字丝最清晰；物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。2.水准器水准器作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。圆水准器水准管 水准器水准器 圆水准器（粗平）圆水准器（粗平）管水

6、准器（精平）管水准器（精平）3.3.基座基座轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成轴座脚螺旋连接板（a）（b）（c）尺垫只用于转点尺垫只用于转点二、水准尺和尺垫水水准准尺尺是是与与水水准准仪仪配配合合进进行行水水准准测测量量的的工工具具。水水准准尺尺分分为为直直尺尺、折折尺尺和和塔塔尺尺。双双面面水水准准尺尺的的分分划划，一一面面黑黑色色面面（主主尺尺），尺尺底底分分划划为为零零，另另一一面面是是红红色色面面（辅辅助助尺尺），尺尺底底刻刻画画 为为 一一 常常 数数：4687mm或或4787mm。使使用用水水准准尺尺前前一一定定要认清刻画特点。要认清刻画特

7、点。尺垫尺垫是供支承水准尺和传递是供支承水准尺和传递高程所用的工具。高程所用的工具。1.1.安置水准仪安置水准仪 打开三脚架并使其高度适中高度适中，目估使架头大致水平大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定 于三脚架头上。三、水准仪的使用三、水准仪的使用 2.2.粗略整平粗略整平(粗平粗平)用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”3.3.瞄准水准尺瞄准水准尺 目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：初步瞄准（用准星对准目标）目镜调焦（使十字丝清晰）物镜调焦（使目标成像清晰）精确瞄准（使纵丝对准目标）4.4.精确整平精确整平

8、目的：目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。水准尺的分划不是线划式而是区格式的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。5.读读数数bc瞄准与瞄准与读数读数水准测量的瞄准与读数水准测量的瞄准与读数 a c b 62196219144014403.3自动安平水平仪自动安平水平仪自动安平水准仪自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋不需要水准管和微倾螺旋，只，只有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中后，借助一种气泡居中后，借助一种“补偿器补偿器”的特别装置，使的特

9、别装置，使视线自动处于水平状态视线自动处于水平状态。自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪后面自动安平水准仪后面自动安平水准仪反面自动安平水准仪反面自动安平水准仪正面自动安平水准仪正面3.4普通水准测量普通水准测量一、水准点和水准路线一、水准点和水准路线 1.水水准准点点是是测测区区的的高高程程控控制制点点，一一般般缩缩写写为为“BM”，用用“”符符号表示。号表示。水准点分为永久性和临时性两种。埋设水准点后，应绘出能标记水准点位置的草图，在图上要注明水准点编号和高程，以便日后寻找和使用。2.水准路线水准路线支水准路线支水准路线TBM1TBM2TB

10、M1BM.ABM.ATBM2TBM3TBM4闭合水准路线闭合水准路线附合水准路线附合水准路线BM.ABM.ABM.BBM.BTBM1TBM2TBM32.2.水准路线的布设水准路线的布设水准路线的布设水准路线的布设 BM.A二、水准测量方法二、水准测量方法(1)将水准尺置于已知后视高程点将水准尺置于已知后视高程点A和和前视转点前视转点ZD1中间中间的的站。站。(2)先瞄准后视尺，读取后视读数值先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记并记入入五等水准测量记录表中五等水准测量记录表中。再照准前视尺，读取前再照准前视尺，读取前视读数值视读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水并记入记录表中。至此完成

11、了普通水准测量准测量一个测站一个测站的观测任务。的观测任务。(3)将将仪仪器器搬搬迁迁到到第第站站，把把第第站站的的后后视视尺尺移移到到第第站站的的转转点点ZD2上上，把把原原第第站站前前视视变变成成第第站站的的后后视视。按按(2)步步骤骤测测出出第第站站的的后后、前前视视读读数数值值a2、b2，并记入记录表中。并记入记录表中。(4)重复上述步骤测至终点重复上述步骤测至终点B为止。为止。例：ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074HA=123.446mHB大大 地地 水水 准准 面面前进方向在观测过程中点TP1、TP2、TP3仅起传

12、递高程的作用，这些点称为转点，常用TP表示。测测站站点号点号 水准尺读数水准尺读数后视（后视（a a）前视（前视（b b）高差高差 （m m）高程高程（m m）备备注注ATP1TP1TP2TP2TP3TP3B2.1421.258+0.8840.9281.235-0.3071.6641.431+0.2331.6722.074-0.402计算计算检核检核6.4065.998测测站站点号点号 水准尺读数水准尺读数后视（后视（a a）前视（前视（b b）高差高差 （m m）高程高程（m m）备备注注ab0.4080.4080.408123.446123.854水 准 测 量 手 簿已知 三、水准测量的

13、成果检核与高程计算三、水准测量的成果检核与高程计算 对一条水准路线来说，测站检核还不足以说明所求水准点的高对一条水准路线来说，测站检核还不足以说明所求水准点的高程是否符合要求。由于温度、风力、大气折射、尺子倾斜和估读程是否符合要求。由于温度、风力、大气折射、尺子倾斜和估读误差等的影响，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数误差等的影响，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。因此，还必须进因此，还必须进行整个水准路线的成果检核。水准测量成果的检核主要是通过高行整个水准路线的成果检核。水准测量成果的检核主要

14、是通过高差闭合差来检核。差闭合差来检核。高差闭合差：高差闭合差：（1）附合水准路线：附合水准路线：f fh h h h观测观测（H H终终H H始始）（2）闭合水准路线：闭合水准路线：f fh h h h观测观测0 0 h h观测观测（3）支水准路线：支水准路线：f fh h h h往测往测+h+h返测返测 或或fh=|h往测往测|h返测返测|水准测量成果技术要求进行水准测量成果计算时，要先检查野外观测手簿，计算各点间高差，经检查无误后，则根据野外观测高差计算高差闭合差，若高差闭合差符合规定精度的要求，则调整闭合差，最后计算各点的高程。以上工作，称为水准测量的内业。等外水准测量的高差闭合差容许

15、值规定为：一、一、附合水准路线成果计算实例附合水准路线成果计算实例AB123前进方向成果计算的步骤成果计算的步骤备注测段 点名距离km测站数实测高差m改正数m改正后的高差m高程m1234567891234A123B1.08+1.5751.212+2.0361.414-1.7422.216+1.4465.850+3.315辅助计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420+3.24765.37666.93968.96167.20368.623附合水准测量成果计算表已知已知二、二、闭合水准路线成果计算闭合水准路线成果计算3.5水准仪

16、的检验与校正水准仪的检验与校正水准仪能准确提供水平视线，应保证各主要轴线满足一定的理想关系。但由于使用中的搬运和震动，经常会破坏理想轴线关系，为保证测量成果的质量，要经常进行必要的检验或定期送检。一、水准仪的主要轴线应满足的条件根据仪器构造特点，圆水准器气泡居中，竖轴基本竖直，望远镜视线基本水平，转动微倾螺旋使水准管气泡居中，视线水平。另外仪器整平后，用十字丝的横丝读数时，标尺在横丝的任意位置，读数都应该是正确的，为满足以上条件，水准仪主要轴线应满足以下几何条件。1、圆水准器轴平行于仪器竖轴（LL/VV)2、十字丝的横丝垂直于仪器竖轴3、视准轴平行于水准管轴（CC/LL)二、水准仪的检验与校正

17、1、圆水准器的检验与校正(1)检验方法：安置水准仪后，使圆水准器气泡严格居中，此时圆水准器轴处于铅垂位置。将望远镜旋转180，如果气泡仍居中，则说明圆水准器轴平行于仪器竖轴(无需校正无需校正）。若圆水准器轴不平行于竖轴，水准仪粗平后，则圆水准器轴相对于铅垂线有一夹角，将望远镜旋转180，圆水准器轴由竖轴左侧转至右侧，圆水准气泡不再居中，此时圆水准器轴与铅垂线的夹角为角。1、圆水准器的检验与校正（2）校正方法：圆水准盒的底部有三个校正螺丝。首先转动脚螺旋，使气泡中心向圆圈中心移动偏离值的一半，此时竖轴处于铅直位置，剩余一半用校正针拨动圆水准器的校正螺丝，使气泡居中。此次项校正应反复几次，直到望远

18、镜转动在任何位置，圆水准气泡均居中为止。2、十字丝横丝的检验校正（1）检验方法：先用十字丝横丝的一端对准一清晰固定点。旋紧水平制动螺旋，转动水平微动螺旋，如果固定点始终在横丝上移动，说明横丝垂直于仪器竖轴，无需校正。若偏离横丝，应进行校正。（2）校正方法：打开目镜护罩，松开十字丝分划板固定螺丝，旋转十字丝分划板座，转至正确位置为止。此项校正也需反复进行。(1)检验方法：.在平坦地面上选取相距约100的固定点A、B，如图所示，先在A、B点的中点安置水准仪，测出两点的高差。由于前后视距离相等，角对前、后视读数产生的误差相同，则所得高差仍是正确高差。A、B两点的高差为：由此可见，前后视距离相等，可以

19、消除视准轴与水准管轴不平行产生的角误差的影响。3、水准管轴的检验与校正.如图所示，将仪器搬到距点B（或点A）约23处。精平后读取A、B两点的尺读数，由此计算测得的高差：3、水准管轴的检验与校正若满足限差要求不需校正，否则应进行校正。（2）校正方法根据上式的计算结果，转动微倾螺旋使十字丝横丝对准尺上的读数为处，此时视准轴已水平，但水准管气泡不居中，松开水准管左右两个校正螺丝，拨动水准管上下校正螺丝使气泡居中，即可达到两轴平行的条件。此校正需反复进行，直到满足要求为止。3、水准管轴的检验与校正一、仪器误差一、仪器误差 1、仪器校正后的残余误差 这种误差多属于系统误差，观测时使前、后视 距相等，便可

20、以消除或减弱此项误差的影响。2、水准尺误差 水准尺刻划不准确、尺长变化、尺身弯曲及底部零点磨损等，都会直接影响水准测量的精度。因此对水准尺要进行检定。3.6水准水准测量误差与消弱方法测量误差与消弱方法二、观测误差二、观测误差 1、水准器泡居中误差（每次读数时使气泡严格居中）2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3、视差（仔细调焦可消除）4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）三、外界条件的影响三、外界条件的影响 1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间，如果采用后、前、前、后的读数方法可以减少其影响）2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）4、大气温

21、度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）3.7精密水准仪简介精密水准仪简介精密水准仪主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。特点：1、结构精密、性能稳定、测量精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水准管分划值为10/2mm；4、采用光学测微器读数，可直接到0.1mm，估读到0.01mm；5、配专用精密水准尺；操作方法与DS3水准仪基本相同。本本章章小小结结一、水准仪及使用一、水准仪及使用1.水准仪的几何轴线及关系：水准仪的几何轴线及关系：视准轴视准轴(CC)物镜光心与十字丝中点的连线；物镜光心与十字丝中点的连线；水准管轴水准管轴(LL)水准管内壁圆弧零点的切线；水准管内壁圆弧零点的切线；圆水准器

22、轴（圆水准器轴（LL）圆水准器内壁圆弧零点的法线；圆水准器内壁圆弧零点的法线；竖轴（竖轴（VV）水准仪的旋转轴。水准仪的旋转轴。几何关系：几何关系：CCLL；LLVV；十字丝横丝水平。十字丝横丝水平。2.水准仪技术操作方法：水准仪技术操作方法：安置与粗平安置与粗平瞄准瞄准消除视差消除视差精平与读数。精平与读数。3.微倾式水准仪的检验项目微倾式水准仪的检验项目：圆水准器的检验；十字丝横丝的检验；管水圆水准器的检验；十字丝横丝的检验；管水准器的检验。准器的检验。4.自动安平水准仪技术操作方法自动安平水准仪技术操作方法：粗平：粗平瞄准瞄准检查补偿器检查补偿器读数。读数。本本章章小小结结本章小结往返水准路线：往返水准路线：fh=|h往往|h返返|或或fh=h往+h返二、普通水准测量方法二、普通水准测量方法1.高差计算高差计算：hi=后视后视i前视前视(i=1，2n站站)2.水准路线及高差闭合差水准路线及高差闭合差闭合水准路线：闭合水准路线：fh=h附合水准路线：附合水准路线：fh=h（H终终H始始）3.高差闭合差的调整高差闭合差的调整某一测段高差的改正数为：某一测段高差的改正数为：按测站数：按测站数：Vi=-ni校核校核V=-fh按测段长度：按测段长度：i-Li校核校核-fh