测量学第四版顾孝烈第2章-水准测量

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二、水准仪
2.水准仪
水准仪等级(精度系列)：
S05 S1 S3 S10
型号下标：毫米数，表示
1公里往、返测量的高差平
均值的中误差。
水准仪构造(主要部分)：
望远镜
水准器
支架
基座
S3 水准仪外型
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S3水准仪 －
主要用于地形测量和普通工程测量
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S3水准仪属于微倾式水准仪
按圆水准器初步置平仪器→旋转微倾螺旋→ 管水准器气泡居中→视线水平
以使其前后移动，称为 目镜调焦。 转动物镜调焦螺旋，使远近不同的目标都能成象于十字丝
平面上，称为 物镜调焦。 视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼
睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错 动。这种现象称为视差，视差影响瞄准的精度。重新进行 目镜调焦和物镜调焦，使其都十分清晰，可以 消除视差。
2. 闭合水准路线
3. 符合水准路线
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二、 水准测量方法
（一）两次仪器高法 (安置两次仪器，高差 ＞ 10cm)
已知 HA，求 HB， 两次测得高差：
a2
b2
h1 = a1 - b1
a1
b1
h2 = a2 - b2
容许高差之差：
h1- h2 = f ≤±5mm
高差取平均
h
1 2
(h1
h2
)
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两次仪器高法
每站观测两次高差，以检核观测数据的正 确性,两次不同仪器高度的水平视线 ，对后 视和前视水准尺读数。(改变仪器高度应在 10cm以上)
两次高差之差应小于5mm，否则应重测； 观测成果合格，则取两次高差之平均数， 观测步骤（顺序）：
后视 － 前视 － (改变仪器高） 前视 － 后视
上述观测顺序简称为:“后—前—前—后”
区格的边缘 是分划的位 置，区格内 的毫米数用 “估读”方 法。
18 17
16 15
14 13
水准尺读数：1.575（1575） 25
对水准尺的瞄准与读数
瞄准与读 数
（望远镜正像）
读数 0745 a
b
c
读数 6254
读数 1535
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读数：正像望远镜，在水准尺上“从下往上”读； 倒像望远镜，“从上向下”读： 米(m) 位与分米位(dm)位直读标尺上的数字， 厘米位(cm) 为数格子，毫米(mm)位为估读。 而水准尺读数精度关键在毫米位！ 双面尺红黑面读数差为 6295 -1608 = 4687， 称为“尺常数”。
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表2-2 水准测量记录(两次仪器高法)
测站 1 2
点号 BM.A TP1 TP1 TP2
水准尺读数 高 差 平距高差
后视 前视 1134 1011
1677 -0.543 1554 -0.543 -0.543 1444 1624 1324 +0.120 1508 +0.116 +0.118
改正后 高差
微倾置平系统：
微倾螺旋 管水准器 符合棱镜 水准气泡观察镜
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水准管及符合棱镜结构图
15
15
符合棱镜系统使水准气泡 两端成象在一起便于观察。
若直接用肉眼观察则因为 玻璃有厚度，斜视时会产 生视差，并要同时观察气 泡的两端才能判断气泡是 否居中。
用符合棱镜系统观察，可 以避免上述缺点。判断 “气泡居中”的精度约可 提高一倍。
作为大城市的高程控制；地面沉降； 精密工程测量
三、四等水准测量:
作为小地区高程控制；普通工程测量；地形测量
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§ 2-2 水准测量原理
测量A、B 两点间的高差h，在A、B 上竖立水准尺，用
水准仪构成一条水平视线，该视线在两尺上取得读数 a
和 b 。则 A与 B 的高程之差：hAB = a – b（高差 h 有正有
用连接螺旋把仪器固定
在三脚架上，固定两个
架腿，动第三个架腿，
使三脚架架头大致水平；
转动脚螺旋，使圆水准
器的气泡居中。
圆水准器
脚螺旋
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根据圆水准器用脚螺旋整平仪器
（左手拇指法则）
3
3
2
1
使气泡向右移动
2
1
使气泡向前移动
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（二）瞄准
物镜的作用：使目标成象。 目镜的作用：使十字丝和目标象放大。 十字丝固定。为了使仪器适用于不同视力的人旋转目镜可
倒像望远镜 对
双面尺读数
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在区格式水准尺上的各种读数 （倒像双面尺配合水准仪倒像望远镜）
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四、自动安平水准仪
（一）自动安平水准仪的特点
1. 没有水准管和微倾螺旋，望远镜和支 架连成一体；
2. 测量时，只需根据圆水准器粗平仪器， 视线的精平由补偿器完成。
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（二）自动安平水准仪基本原理
（利用重力的补偿器使视线精平）
a
水平视线
b
a
通 过水 准仪
的 水 准面
b
通 过 B点水准 面
B
通 过A点水准 面
A
DA
DB
HB
h
AB
HA
大地 水 准面
水准仪至两支水准尺等距
中间法水准测量 7
在山坡地段进行水准测量
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连续水准测量（连续安置水准仪的测量方法）
两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干个转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。
物镜调焦，使目标像最清晰，消除视差。
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（三）精平（用微倾螺旋使水准管气泡符合）
符合棱镜系统 把水准气泡两 端成象在一起 便于观察。
气泡居中
气泡未居中
(a)
(b)
(c)
微倾螺旋转动方向
用符合棱镜系统观察，判断“气泡居中”的精度 可以提高。
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（四）读数（用区格式水准尺）
水准尺的分 划不是线划 式而是区格 式的。
高差闭合差计算数例：
HA=45.286m 1
A 2
HB=49.579m 3
B
h理 H B H A 49.579 45.286 4.293(m) fh h (H B H A) 4.330 4.293 0.037(m)
高差闭合差的允许值 fh容 40 L （L以公里为单位） fh容 40 L 109(mm)
目镜
重力 补偿器
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用自动安平水准仪 沿山区道路进行精密水准测量
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§2-4 水准测量的方法及成果处理
一、 水准点和水准路线
（一）水准点
永久性水准点埋设要求：
30
50
20
地基稳固
地点隐蔽
20 40
能长期保存
又便于观测
40
70 cm
10
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（二）水准路线
（高程已知点和待定点的各种布置形式）
1. 支水准路线
§2-1 高程测量概述
一、高程原点 我国采用黄海平均海水面作为全国高 程系统的基准面，在青岛设立验潮站和 “青岛水准原点”,其高程为 72.2604m 这个高程基准面和水准原点称为：
“1985国家高程基准” 1
青岛观象山水准原点
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二、高程测量的方法
水准测量—用水准仪进行高差测量, 是高程测量的主要方法。
hAB
A
HA
HA
A 点 铅 垂
线
B
HB
HB
B
假大定地高水程准起面算 面
点
铅
垂
线
高差 - 两点间的高程之差(无论绝对高程或相对高程)
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四、 水准测量的等级
分一、二、三、四等（按精度要求或控制范围） 一等水准测量:
作为国家的高程控制,建立统一的高程基准, 科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）
二等水准测量:
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缺口和准星
水准管的校 正螺丝像片
目镜调焦环 气泡符合观察镜
物镜调焦螺旋 水准管
水平方向微动螺旋
圆水准器
微倾螺旋
脚螺旋
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视差现象：改变眼睛与目镜的相对位置， 视差 十字丝与目标的像有相对移动
视差产生原因：望远镜内目标像与十字丝
分划板未重合。
1
3
1
2
2
3
1
3
(a)
(b)
消除视差的步骤：
目镜调焦，使十字丝最清晰；
符合棱镜的设置 符合棱镜的观察窗口
气泡居中 气泡未居中
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三、 水准仪的使用
安置水准仪,用连接螺旋把仪器固定在三脚架上。
（一）粗平
根据圆水准器气泡，用脚螺旋粗略置平仪器；
（二）瞄准
将望远镜对准水准尺，进行目镜和物镜调焦， 使十字丝和尺像清晰；
（三）精平
旋转微倾螺旋，使水准管气泡严格居中；
（四）读数
上述观测顺序简称为：“后—前—前—后”
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表2-3 准测量记录（双面尺法）
测站 1 2
水准尺读数
点号
高差
后视 前视
BM.A 1125
5911 （4785）
TP1 （4786） 0876 +0.249
5661 +0.250
TP1 1318
6103 （4786）
BM.B （4785） 1006 +0.312
按十字丝的中横丝在水准尺上读数。
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水准尺读数方法：
用十字丝的横丝在 水准尺上读数： 米,分米,厘米,毫米 每次读四位数,首位 米数是“0”也必须 读数和记录，例如：
0875
18 17
16 15
14 13
尺上读数 1575
表示是 0.875米，或 875毫米。
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（一）粗平
水准管的校 正螺丝像片
R1
a1
h1
MB.A HA
R2
1
a2 b1
h2
TP1
R1
2
b2 a3
h3
TP2
3
R2
4
b3 a4
R1
b4 a5
R2
5
b5
h4
TP3
h5
TP4
BM.B h AB
HB
大地水准面
hAB = h1 + h2 + …. + hn
= (a1-b1)+(a2-b2)+….+(an-bn) = a - b
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§2-3 水准尺和水准仪
5792 +0.311
平均高差 +0.250 +0.312
改正后高 差
高程 3.688
4.253
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三、 水准测量成果整理
（一）高差闭合差计算
fh h测 h理
0
（闭合水准）
h理 HB –HA=H终-H始 （附合水准）
无
（支水准）
支水准路线无闭合差，所以采用往、返观测
fh h往 h返 45
负）如已知A点
前进方向
高程为 HA ，则B点 的高程：
水准尺
水平视线（后视） 水准仪 水平视线（前视）
水准尺
HB= HA+ hAB
a Hi
A
HA
大地水准面
b B h AB HB
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水准测量原理 （消除水准面曲率影响）
hAB a'b' a aa (b bb) a b (aa bb)
当 Da=Db 时， aa bb hAB a b hab
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（二）高差闭合差的分配
按水准路线测段长度为比例分配 高差闭合差：
vo
fh L
37 7.4
5(mm / km)
每公里分配值
Vi vo li 测段分配值，l i为测段长（km）
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水准测量成果整理数例：
点号 距 离 测 得 高 差 改 正 值 改 正 后 高 高 程
（km ） （ m ） （ m ） 差（m） （ m ）
(a)
b
a
c
水准尺 (b)
a a
物镜
补偿器
b
十字丝
c
α
β
d f
补偿条件： f d
30
DSZ2 自动安平水准仪
31
Zeiss Koni007自动安平水准仪
补偿器结构
32
Zeiss Reni 002A精密自动安平水准仪
33
002A自动安平水准仪内部结构 （光学部件的光路和补偿器）
圆水准器 物镜
水准尺和尺垫
单面尺－水准尺仅一面有分划 双面尺－(黑面,红面，尺常数 4.687m 或 4.787m ） 用于三等以下水准测量。
塔尺－可伸缩，伸足为3米、 5米，用于一般wk.baidu.com程测量。
尺垫－在转点上立尺用。
一.水准测量的仪器与 工具
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尺垫 — 转点处立水准尺，用生铁铸成中间突起的三
角形基座，防止立尺沉降和高程变动
二、水准测量方法
（二）双面尺法（用黑红双面水准尺，在尺子两面读数）
已知HA，求HB
a2
h1= a1- b1
a1
h2= a2- b2
h1- h2 = f ≤±5mm
b2 b1
h
1 2
(h1
h2
)
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双面尺法
读取每一支水准尺的黑面和红面分划读数， 前、后视尺的黑面读数计算出一个高差， 前、后视尺的红面读数计算出另一个高差， 两次高差之差应小于5mm，否则应重测。 观测成果合格，则取其平均数。 观测步骤（顺序）： ① 瞄准后视点水准尺黑面分划→精平→读数； ② 瞄准前视点水准尺黑面分划→精平→读数； ③ 瞄准前视点水准尺红面分划→精平→读数。 ④ 瞄准后视点水准尺红面分划→精平→读数；
BM.A
45.286
1.6
+2.331
-0.008
+2.323
BM.1
47.609
2.1
+2.813
-0.011
-2.802
BM.2
50.411
1.7
-1.244
-0.008
-2.252
BM.3
48.159
三角高程测量 －用经纬仪、测距仪 或全站仪测定两点间的高差。
GNSS高程测量 －用GNSS接收机，收 取卫星信号，测定点的高程。
3
三、 地面点的高程
高程（绝对高程、海拔）- 地面点到大地水准面的铅垂距离 假定高程（相对高程 ）- 地面点到假定水准面的铅垂距离
B点水准面
A
点
水
准
面 验
潮
站
平均海 水面
高程 13.428
40
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的 开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按
PCBA
键
开关 键
传统机械按键设计要点： 1.合理的选择按键的类型， 尽量选择平头类的按键，以 防按键下陷。 2.开关按键和塑胶按键设计 间隙建议留0.05~0.1mm，以 防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计 算累积公差，以防按键手感 不良。