水准仪及高程测量

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实验 水准测量
五、 实验步骤 两次仪器高法 （1） 安置水准仪，用圆水准气泡进行仪器的粗 平——使圆水准气泡居中，通过目镜调焦消除视差 （2） 在任意的两个位置放置水准尺（注意视距小 于100米，前后视距应该大致相等，可以用步测的 方法确定） （3） 用望远镜瞄准后视尺的黑面，仪器精平（管 水准气泡居中）后读取读数，记录在表格中。用望 远镜瞄准前视尺的黑面，仪器精平（管水准气泡居 中）后读取读数，记录在表格中。
十字丝无误差清况
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3）水准管轴平行于视准轴的检验 (1)目的：LL∥CC (2)检验：将仪器安置在某两固定点中间。测出 它们之间的正确高 差。
D后 = D前
x a' A hAB正
i i
x
b' B
hAB正= a' － b' =(a ＋x) －(b ＋x)=a－b
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将仪器放到某一立尺点（A）附近处，此时前后视 距不相等，在两尺上读数分别为a´´ 、b´´ ，A、B两点 的高差 hAB ′为： h´AB= a´´－ b´´ 如果 h´AB ＝hAB正 说明视准轴//水准管轴，无i角误差 如果 h´AB ≠hAB正 说明存在i角误差，其值为：
HA
铅垂线
铅垂线
2
我国的高程系统：水准原点 全国高程的起算点 1956年黄海高程系（72.289m） 目前我国统一采用: 1985年国家高程基准 （72.260m）
水准原点 海平面 H0 水
大地水准面
验潮站
3
埋设水准点 测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称 水准点，用BM（Bench Mark）表示。分永久性与临 时性 2种。
4
3 2
21
消除视差
a' a a"
重新对光
｛调物镜 消除视差
22
调目镜
精确调平视线（精平）
用微倾螺旋精确调平视线
微倾螺旋
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☆ 水 准 尺 读 数 1 ☆
3 2 1
4 3 2
24
正像
3 2
☆ 水准尺读数 ☆
倒像
2
3
25
☆ 水 准 尺 读 数 2 ☆
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水准仪使用步骤总结
1.测站安置仪器：（测点上安置水准尺） 用中心螺旋把仪器与三脚架相连 用脚螺旋粗略整平（粗平） 2.瞄准水准尺： 目镜对光，使十字丝清晰。 物镜对光，使目标清晰，并消除视差。 3.精平： 使用微倾螺旋，使水准管气泡居中。 4.读数： 用十字丝横丝在尺上读数，从小向大读。
程传递作用，称为转点( ZD )。
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水准测量的检核
(1)变动仪器高法： 在同一测站上用两次不同的仪器高度，测得两 次高差进行校核，即第一次测得高差之后，改变仪 器高度10cm 以上重新安置仪器，再测一次。两次 测量高差之差不大于 3—5 mm。 (2)双面尺法 ： 在同一测站，仪器高度不变，黑面测得高差与 红面测得高差应相等。配对的双面水准尺，红面起 点不是0，一面是4.687m，另一面是4.787m。 红黑双面求得高差不得超过容许值，测得的高 差之差不大于 3—5 mm（对等外级水准测量）。
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一. 水准路线闭合差的计算
闭合水准路线的检核条件为： hi 0
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二. 水准路线闭合差的分配
如果高差闭合差
f h f h容
，则为观测合格。
但是，闭合差要进行处理，方法是：加权平均将闭 合差反符号分配到各测段高差中。 计算改正数：
各段改正后高差 = 实测高差 + 改正数
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三. 水准点高程的计算
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54
55
56
天宝Dini12 (蔡司)精密电子水准仪
57
58
第七节 水准仪的检验与校正
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微倾式水准仪的检验
（1）水准仪结构应该满足的几何条件：
CC // LL VV // L1L1 十字丝横丝 ⊥ VV
V
长 水 准 管 轴
L1
视准轴
C L
C L
竖轴
V
L1
圆水准器轴
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1）圆水准轴平行仪器竖轴的检验 (1)目的：L ′ L′∥VV (2)检验：把仪器安置好，并用脚螺旋将气泡居中，
第1站 ：hA1 =a1- b1 第2站 ：h12 =a2- b2 第3站 ：h23 =a3- b3 ……………………… 第n站 ：hnB =an- bn ----------------∑h=hAB =∑a -∑b 已知HA，则 HB=HA+∑h
测站：安置仪器的位置称为测站 转点：两站之间的立尺点，仅起高
H1= HA + h1改 H2= H1 + h2改
… … … … … …
逐点推算
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水准测量的注意事项
水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误
差、人为的观测误差以及外界条件的影响三个
方面。
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仪器误差：
①视线不水平 ②水准尺误差
人为的观测误差：
①水准管气泡居中误差 ②读数误差 ③视差影响 ④水准尺倾斜的影响
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第四节 水准测量的外业
埋设水准点 测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称 水准点，用BM（Bench Mark）表示。分永久性与临 时性 2种。
永 久 水 准 点
临 时 水 准 点
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水准路线：
① 闭合路线
② 附合路线
③ 支路线
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பைடு நூலகம்
(1)闭合水准路线
从水准点BMA出 发，沿环线逐站进行 水准测量，经过各高 程待定点，最后返回 BMA点，称为闭合水 准路线。
高程(m) 50.000
A ZD1 ZD2
1.268 1.381 0.699 … ...
+ 0.582 … ...
50.583
… ...
40
a2 a1 A
HA 已知
b1
TP1
b2 a 3
TP2
b3
a4
b4 B
大地水准面
水 准 尺 读 数 后 尺 (a) 1.851 1.962 1.452 … ... … ... … ... 前尺(b)
然后将仪器旋转 180 º ，看气泡是否居中，如果气 泡仍居中，则条件满足，否则，条件不满足。
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2）十字丝横丝垂直于仪器竖轴检验
将仪器整平后，用十字丝一端对准水平方向某一清晰目
标。用水平微动慢慢转动望远镜，当目标移动到十字丝交点
从一端移到另一端时，看目标是否始终在十字丝上。
瞄准一点
望远镜水平转动后现象
高差是确定地面点位的三要素之一，一般是通 过测量高差进而求得点的高程。
1.水准测量
高程测量可分为： 2.三角高程测量
3.物理高程测量
4.GPS高程测量
高程测量 --- 测量地面点高程的工作 水准测量 --- 实质是测定两点之间的高差 水准测量是最基本, 精度最高的一种方法。
1
地面点的高程位置
高差
hAB
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国产DSZ3自动安平水准仪
每公里往返测量 中误差：
± 2.5〞
补偿安平精度
± 0.5〞
补偿工作范围：
± 14〞
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二、数字水准仪
测量原理:是用传感器代替观测者的眼睛， 从望远镜中看到水准尺上“刻划”的测量信号， 由微处理器自动计算出水准尺上的读数及仪器至 标尺间的水平距离,数据在屏上显示，并存贮。
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实验 水准测量
一、 实验目的 （1） 熟悉水准仪的构造，水准仪的操作 （2） 掌握水准尺的读数 （3） 掌握两次仪器高法进行水准测量 （4） 掌握水准的记录格式，并会进行计算 （5） 闭合水准（采用双面尺法）
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实验 水准测量
二、 实验采用的仪器工具 DS3水准仪1台，水准尺2把，记录板1块，尺垫2个， 测伞1把 三、 人员组织 每组人员安排：立尺2人，观测1人，记录1人，轮 换操作 四、 实验路线 学校教学楼3前面共有若干个实验点，每组选择与 自己组号相同的试验点（第一组把S1作为起算点）， 求解路线上不少于三点的高程。
外界条件的影响：
①仪器下沉 ②尺垫下沉 ③地球曲率和大气折光的影响 ④大气温度和风力的影响
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第六节 水准测量新仪器介绍
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一、自动安平水准仪
自动安平水准仪的特点是没有管水准器和微倾 螺旋。在圆水准气泡居中的条件下，利用仪器内部 的自动安平补偿器，就能获得视线水平时的正确读 数，省略了精平过程。
2.微倾式水准仪构造 望远镜、水准器、托板、基座共4部分。 3.水准尺与尺垫 水准测量时还需配套的工具有水准尺 和尺垫。
9
望远镜 水准器
托板
基座
☆ S3级微倾水准仪像片 ☆
10
微倾水准仪 激光水准仪 激 光 垂 准 仪
自动安平水准仪
数字水准仪
11
水准仪 ---- 提供一条水平视线
12
望远镜
由物镜、目镜、十字丝组成
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第五节 水准测量内业
由于测量有误差实测高差值与实际（理论）高 差值不相等，其差值为高差闭合差 fh 。 测量误差不可避免，容许有高差闭合差，闭合 差容许值的单位为毫米mm 。 限差为： 山地
平地
f h容 12 n f h容 40 L
式中 ：L 为路线的总长度（公里数）。 n 为路线上总测站数。
视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。
13
水准器
｛
管水准器 圆水准器
管水准器用来指示视准轴是否水平，圆水准 器用来指示仪器竖轴是否竖直。
14
15
☆水准尺与尺垫☆
使 用 时 水 准 尺 安 放 在 尺 垫 的 半 球 突 出 顶 上
4687 双面水准尺
塔尺
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第三节 水准仪的使用
(1)安置仪器 (2)粗略整平（粗平） (3)瞄准水准尺 目镜对光，使十字丝清晰 物镜对光，使目标清晰，并消除视差。 (4)精确整平和读数
TP3
HB 未知 高程(m) 50.000
测站 测点
1
2 3 4 A ZD1 ZD2 ZD3 B
高差(m)
+ 0.583 + 0.581 + 0.753 … ... … ... … ...
平均高差(m)
1.268 1.381 0.699 … ...
… ...
+ 0.582 + 0.753
50.583 51.336 50.618 51.491
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☆ 用圆水准器进行粗平 ☆
通过水准器零点与1、2 两脚螺旋连线的垂线
两手相对转动
左手大拇指的运动方向和气泡运动的方向一致。
18
瞄准水准尺
4 3
2
19
☆ 视差现象 ☆
十字丝分划板 像平面
a' a a"
视差产生的原理图
20
☆ 消除视差的步骤 ☆
1、调 目镜螺旋 使十字丝清晰； 2、反复调 对光螺旋 使目标的像与十字丝 平面重 合，眼睛上下观察两者没有错动现 象为止。
永 久 水 准 点
临 时 水 准 点
4
第一节 水准测量原理
5
后 尺
测量前进方向
水平视线
前 尺
后视读数
a
B
b
前视读数 hAB 高差
A
HA A 后视点 高程已知点
大地水准面
HB=? 高程 B 前视点 待测点
测量、计算两点之间高差的方法: ( 后视读数 - 前视读数 )
hAB = a -b
HB = HA + hAB
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(2)附合水准路线
从一水准点BM A出发，沿各待定高程点逐站 进行水准测量，最后附合到另一水准点 BM B上。
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(3)支水准路线
若从一水准点出发，既没有符合到另一水准点， 也没有闭合到原来的水准点，就称其为支水准路线。
往 测
P
返测
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BM-A
二、水准测量方法
通常待定点离水准点较远或高差很大，就需要 连续多次安置仪器才能测定两点高差，例如下图：
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- 0.718
+ 0.873
… ...
三、水准测量的注意事项
水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误
差、人为的观测误差以及外界条件的影响三个
方面。
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仪器误差：
①视线不水平 ②水准尺误差
人为的观测误差：
①水准管气泡居中误差 ②读数误差 ③视差影响 ④水准尺倾斜的影响
外界条件的影响：
①仪器下沉 ②尺垫下沉 ③地球曲率和大气折光的影响 ④大气温度和风力的影响
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实验 水准测量
五、 实验步骤 两次仪器高法 （4） 把仪器高升降至少10cm后，重复（3）操作 （5） 数据的检核，检核的标准：两次测的高差之 差小于5mm
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实验 水准测量
六、 注意事项 （1） 立尺人应思想集中，水准尺应竖直，前后视 距应大致相等 （2） 在已知点上和待定点上不能放尺垫，仪器未 搬迁时后视尺不能移动，仪器搬迁时前视尺的尺垫 不能移动。 （3） 尺垫应踏入土中或放置在固定的地面上 （4） 注意仪器安全
6
hAB有正负之分，hAB为正,说明B点比A点 高，反之说明B点比A点低。
7
通常待测点 B 距离已知水准点 A 较远或高差很大， 就需要分段测量，计算两点高差，如下图：
h1 A
h2
B
8
第二节 水准测量的仪器与工具
1.水准仪的等级 按精度分：S05、S1、S3、S10共4级。 按构造分：微倾式水准仪、自动安平水准仪、 激光水准仪和数字水准仪。
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☆水准测量外业动画☆
a1
b1
b1
a2
ZD1
b2 ZD2
B
未知 HB
a1
A
HA 已知
大地水准面
水 准 尺 读 数 后 尺 (a) 1.851 1.962 1.452 … ... 前尺(b)
测站 测点
1
2
… ...
… ...
高差(m)
+ 0.583 + 0.581 + 0.753 … ...
平均高差(m)