园林测量-水准测量Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望水准测量水准测量仪器：水准仪仪器：水准仪(光学、电子光学、电子)核心：测定两地之间的高差核心：测定两地之间的高差关键：视线水平关键：视线水平本章学习要点：本章学习要点：1、掌握水准仪测量地面两点间高差的原理和方法、掌握水准仪测量地面两点间高差的原理和方法2、掌握水准尺的读数方法、掌握水准尺的读数方法3、掌握水准测量的记录、校核方法、掌握水准测量的记录、校核方法4、掌握自动安平水准仪的操作、掌握自动安平水准仪的操作水准测量水准测量利用仪器，提供利用仪器，提供水平视线水平视线，测定，测定两点间的高差，或已知一点高程，推算另一点两点间的高差，或已知一点高程，推算另一点的高程。的高程。方法方法水准测量、三角高程测量、水准测量、三角高程测量、 GPS高程测量、气压高程测量高程测量、气压高程测量水准测量水准测量精度最高精度最高水准测量水准测量2.1 水准测量原理水准测量原理 水准仪水平视线，读取水平视线在标尺上的读数，水准测量方向AB。A点后视点，A尺后视尺， 读数a后视读数。B点前视点，B尺前视尺， 读数b前视读数。AB高差 hAB=abA点高程HA已知， 求出B点高程 HB= HA + hAB视线高程 Hi= HA +aB点高程 HB= Hi b常用于施工测量，放样点的高程。A，B两点相距较远时，连续水准测量。中间设置转点(TP)，放置尺垫。h1=a1b1， h2=a2b2， h3=a3b3， hn=anbn。hAB= h1 h2 h3 hn= hihAB=aibi（后视读数和减去前视读数和）（后视读数和减去前视读数和）2.2 水准测量的仪器与工具水准测量的仪器与工具 水准仪，水准尺，尺垫。DS3D：大地测量：大地测量S：水准仪：水准仪3：水准仪精度，表示每：水准仪精度，表示每km往返测量高差平往返测量高差平均数的中误差，以毫米计。均数的中误差，以毫米计。微倾式水准仪 调整微倾螺旋管水准气泡居中水平视线水平视线(关键关键)，水准仪望远镜、水准器、基座。1) 望远镜望远镜作用照准竖立水准尺并读取水准尺上的读数。组成物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜。倒像望远镜，正像望远镜。视准轴CC物镜中心物镜中心与十字丝分划板中心十字丝分划板中心连线。中丝读取视准轴CC与标尺交点的读数。上下丝读取水准仪到标尺的距离( 视距)。十字丝分划板结构安装在金属圆环上，用四颗校正螺丝固定在望远镜镜筒上。倒像望远镜成像原理放大倍数V=DS3水准仪V一般为30视差：标尺像没成在十字丝分划板上引起的读数误差消除：望远镜对准天空(或明亮背景)， 旋转目镜目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。 望远镜对准标尺，旋转物镜物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。望远镜对准天空(或明亮背景)旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰。管水准器 轴LL内圆弧中点切切线，气泡居中时，LL水平。管水准器分格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。DS3的 =20。管水准器轴LL望远镜视准轴CC，精确整平仪器。 2) 水准器水准器管水准器安装。管水准器符合棱镜系统，提高管水准气泡的居中精度。圆水准器 轴LL内圆弧中点的法法线，气泡居中时，LL铅垂。圆水准器格值内圆弧2mm弧长所对圆心角。DS3的 =810。圆水准器轴LL竖轴VV，用于粗略整平仪器。3) 水准尺与尺垫水准尺与尺垫水准尺：2m5m，有直尺、塔尺、折尺三种类型，常用直尺。直尺A、B尺，两把一对， 每把有黑、红两面分划与注记。A尺黑面分划03m，红面分划4.687m7.687m。B尺黑面分划03m，红面分划4.787m7.787m。A、B尺黑面注记的零点差为0，红面注记的零点差为0.1m。横线：整数刻度横线：整数刻度三角形：半数刻度三角形：半数刻度2.375m1.150m0.710m正像望远镜观测标尺读数尺垫转点处放置水准尺用。生铁铸成的三角形板座。2.3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用水准测量操作步骤：粗平瞄准精平读数 粗平粗平旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。瞄准：瞄准：先目镜对光，再物镜对光，消除视差。粗略瞄准：粗略瞄准：松开制动螺旋，照准标尺，使准星、照门、标尺在一直线上。精确瞄准：精确瞄准：拧紧制动螺旋，从望远镜观察标尺像，旋转微动螺旋，使十字丝竖丝位于标尺中央。精平：精平：旋转微倾螺旋，使管水准气泡居中。管水准气泡偏离中点较大时，旋转微倾螺旋的同时，从仪器侧面观测管水准气泡的移动，使其大致居中，再从管水准器观察窗口查看符合情况。从管水准器观察窗口查看符合情况读数：读数：倒像望远镜，从上向下读，读中丝所在的值中丝所在的值。m位与dm位直读标尺上的数字，cm为数格子，mm位估读。红黑面读数差为6295-1608=4687。 2.42.4 水准测量的实施水准测量的实施 1. 水准点水准点 测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称水准点，用水准点，用BM（Bench Mark）表示。分永）表示。分永久性与临时性久性与临时性2种。种。永永久久水水准准点点临临时时水水准准点点 通常待定点离水准点通常待定点离水准点较远较远或或高差很大高差很大，就需要连续多，就需要连续多次安置仪器才能测定两点高差，例如下图：次安置仪器才能测定两点高差，例如下图： 第第1站站 ：hA1 =a1- b1 第第2站站 ：h12 =a2- b2 第第3站站 ：h23 =a3- b3.第第n站站 ：hnB =an- bn - h=hAB =a -b已知已知HA，则，则 HB=HA+h2. 2. 水准测量外业水准测量外业 （复合水准测量）（复合水准测量）测站测站：安置仪器的位置称为测站：安置仪器的位置称为测站转点转点：两站之间的：两站之间的立尺点立尺点，仅起高程，仅起高程传递作用，称为转点。传递作用，称为转点。设置转点的目的是减少误设置转点的目的是减少误差，还可测量差，还可测量不通视不通视的两的两点间的高程。点间的高程。ABHA 已知已知HB 未知未知大地水准面大地水准面TP1a1b1TP2a2b2测站测站测点测点水水 准准 尺尺 读读 数数后后 尺尺 (a)前尺前尺(b)高差高差(m)高程高程(m)1A1852TP10658+1.19421672TP21360+0.312水准测量外业动画水准测量外业动画ABHA 已知已知HB 未知未知大地水准面大地水准面TP1TP2a4b4TP3测站测站测点测点水水 准准 尺尺 读读 数数后后 尺尺 (a)前尺前尺(b)高差高差(m)高程高程(m)1A1852TP10658+1.19421672TP21360+0.31231029TP31472-0.44341754B1396+0.35871.63273.053转点转点转点转点1 1BMABMAP P已知临时水准点已知临时水准点已知临时水准点已知临时水准点BMABMABMABMA点高程点高程点高程点高程H H H HA A A A=50.000m, =50.000m, =50.000m, =50.000m, 求求求求P P P P点的高程。点的高程。点的高程。点的高程。往测往测水准测量实习外业与内业水准测量实习外业与内业由临时水准点由临时水准点BMA，测未知点，测未知点P，往测两站，返测两站，往测两站，返测两站。转点转点转点转点1 1BMABMAP P往测往测转点转点转点转点2 2BMABMAP P返测返测转点转点转点转点A AB B已知临时水准点已知临时水准点已知临时水准点已知临时水准点BMABMABMABMA高程高程高程高程H H H HA A A A=50.000m,=50.000m,=50.000m,=50.000m,求求求求P P P P点的高程。点的高程。点的高程。点的高程。返测返测水准测量记录表水准测量记录表.doc 外业结束，每人在室内独立进行内业计算外业结束，每人在室内独立进行内业计算水准点水准点水准测量等级：一、二、三、四等与图根水准。一、二等为精密水准测量，三、四等为普通水准测量。为统一全国高程系统和满足各种测量的需要国家各级测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点称水准点(BM)，分地面点与墙上点。2.5 水准测量的校核及高程计算水准测量的校核及高程计算水水准准测测量量中中，测测得得的的高高差差总总是是不不可可避避免免含含有有误误差差，必必须须采采取取措施进行校核。措施进行校核。水准校核方法水准校核方法（1）测站校核）测站校核改变仪器高法改变仪器高法双面尺法双面尺法（2）路线校核）路线校核闭合水准路线闭合水准路线附合水准路线附合水准路线支水准路线支水准路线一、测站校核一、测站校核 每站高差观测两次，以检核观测数据的正确性。1) 改变仪器高法两次不同仪器高度的水平视线(改变仪器高度应在10cm以上)测定相邻两点间的高差，图根水准测量两次高差之差应小于6mm6mm，否则应重测。 2) 双面尺法双面尺法 读取每一把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5mm5mm，否则应重测。 瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数； 瞄准后视点水准尺红面分划精平读数； 瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数； 瞄准前视点水准尺红面分划精平读数。上述观测顺序简称为“后后前前”。 二、路线校核二、路线校核水准路线水准路线:水准点之间进行水准测量所经过的路线 。闭合水准路线闭合水准路线，附合水准路线附合水准路线，支水准路线支水准路线。检核条件高差闭合差fh。闭合水准路线：fh=hi0=hi 。附合水准路线：fh=hi(HBM2 HBM1)。支水准路线：fh=h往h返。水准测量成果处理水准测量成果处理根据已知水准点的高程，水准路线高差观测值，分配高差闭合差，计算出未知点的高程。附合水准路线fh=hi(H终 H起)。闭合水准路线fh=hi0=hi 。支水准路线fh=h往h返。图根水准高差闭合差允许值fh允平坦地区平坦地区 fh允允=40L(mm)或或=10n(mm) 山地fh允=12n(mm)fh fh允时，可以分配高差闭合差。原则：反号，按路线长Li(平坦)或测站数ni(山地)比例分配高差改正数 Vi公式：例例2-1 按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果，BMA和BMB为已知高程水准点，箭头为水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差，路线下方数字为该段路线的长度，试计算待定点1，2，3点的高程。计算高差闭合差fh ，限差fh允。fh= hi(HB HA) =4.330-(49.579-45.286)=0.037m=37mm fh允=40L= 407.4=109mmfh fh允 ，可以分配闭合差。2.6 微倾式水准仪的检验与校正微倾式水准仪的检验与校正(1) 水准仪的轴线及其应满足的条件水准仪的轴线及其应满足的条件视准轴CC、管水准器轴LL、圆水准器轴LL、竖轴VV。应满足三个条件： 圆水准器轴LL竖轴VV 十字丝分划板的横丝竖轴VV； 管水准器轴LL视准轴CC。水准仪的主要轴线 圆水准器轴LL竖轴VV旋转脚螺旋圆水准气泡居中；仪器绕竖轴旋转180，气泡中心偏离圆水准器零点时，关系不满足，需要校正。旋转脚螺旋调整气泡偏移量的一半。松开圆水准器固定螺丝，旋转圆水准器校正螺丝气泡中心移到圆水准器零点 。仪器再绕竖轴旋转180，气泡中心与圆水准器的零点重合时，校正完毕，否则还需要重复前面的校正工作。勿忘拧紧固定螺丝。 十字丝分划板横丝竖轴VV整平仪器，十字丝横丝一端对准远处一明显标志点，旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪标志点始终在横丝上移动横丝垂直于竖轴。否则，需要校正。旋下十字丝分划板护罩用螺丝刀松开四个压环螺丝按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再检验。最后应拧紧四个压环螺丝。 水准管轴LL视准轴CC若不平行，则有i角。选择场地：平坦，A，B两点相距约80m，立尺。安置水准仪于两尺中间，观测高差hAB=a1b1，不受i角影响。安置水准仪距B点23m处，观测高差hAB =a2b2 。两次高差之差h= hABhAB。”=206265，弧秒值。i”应小于20，否则应校正。2.7 自动安平水准仪自动安平水准仪 没有管水准器与微倾螺旋没有管水准器与微倾螺旋。设视准轴水平时，水准尺上的正确读数为a，圆水准器粗平，视准轴相对于水平面将有微小倾斜角。无补偿器时水准尺上读数设为a ,物镜与目镜间的补偿器使进入十字丝分划板的光线偏转。正确读数光线经补偿器后正好通过十字丝分划板的横丝，读出视线水平时的正确读数a 。天津欧波公司DS30自动安平水准仪2.8 电子水准仪和条码水准尺电子水准仪和条码水准尺 世界第一台电子精密水准仪徕卡NA2002,1990年推出。日本拓扑康日本拓扑康Topcon DL-101/1021994年推出。年推出。徕卡DNA03/10电子水准仪模拟器光盘文件“电子水准仪模拟器徕卡DNA系列DNASim.exe”2.9 水准测量误差来源及减弱措施水准测量误差来源及减弱措施 仪器误差、操作误差和外界环境的影响仪器误差、操作误差和外界环境的影响(1) 仪器误差仪器误差 1) 校正残余误差i角误差 (大于20才需要校正 )，保持前、后视距相等。2) 水准尺误差 检验水准尺每米间隔平均真长与名义长之差。在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。(2) 操作误差操作误差 1) 整平误差设分划值 =20/2mm，视线长为100m，气泡偏离居中位置0.5格由此引起的读数误差为5mm 。每次读尺前应严格居中管水准气泡。2) 读数误差mm位数字十字丝横丝在标尺厘米分划内位置估读望远镜内看到的横丝宽度相对厘米分划格宽度比例决定了估读的精度，读数误差与望远镜的放大倍数及视线长有关，视线愈长，读数误差愈大，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视线长80m。 3) 视差水准尺像没有准确成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。 按操作规定进行目镜对光，物镜对光。(3) 外界条件的影响外界条件的影响1) 仪器下沉和尺垫下沉仪器或水准尺安置在软土或植被上产生下沉。“后前前后”的观测顺序，削弱仪器下沉的影响，往返观测取观测高差的中数，削弱尺垫下沉的影响。2）水准尺倾斜读数时，水准尺应竖直。水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜视场中不会察觉，由此引起的水准尺读数总是偏大。视线高度愈大误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器保证尺子竖直。 3) 地球曲率和大气折光影响晴天，日光照射下，地面温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线折射越大。规范规定，三、四等水准测量，应保证上、中、下三丝能读数，二等水准测量则要求下丝读数0.3m。 4) 风力影响选择合适时间进行测量。 补充水准仪测距离补充水准仪测距离视距计算后、前视距离为：100（上丝-下丝），四等应小于80米；后、前视距差为：d = 后视距离- 前视距离课堂练习课堂练习P43第6题预习指导书内容：实训2