第二章第二章水准测量水准测量测量地面上各点高程的工作测量地面上各点高程的工作,称为高程测量称为高程测量.高程测量高程测量按仪器和测量方法不同，分为按仪器和测量方法不同，分为1.水水准准测测量量精精度度高高,用用途途广广-主主要要方方法法2.三角高程测量三角高程测量间接测量方法间接测量方法3.GPS高程测量高程测量4.气压高程测量气压高程测量精度低精度低水水准准测测量量原理原理仪器构造与使用仪器构造与使用测量方法测量方法成果处理成果处理普通水准测量普通水准测量等级水准测量等级水准测量仪器检校仪器检校误差及消减措施误差及消减措施S3水准仪水准仪DZS水准仪水准仪精密水准仪精密水准仪电子水准仪电子水准仪2-1 水准测量原理名词解释名词解释: : 后视点、前视点、后视点、前视点、后视读数、前视后视读数、前视读数、视距读数、视距. .留意留意, ,测量的方向！测量的方向！ 问题问题: : (1).(1).水平视线如水平视线如何获得何获得? ?(2).(2).读数大小与读数大小与地势高低的关系地势高低的关系? ?求未知点高程的方法求未知点高程的方法(1).(1).高差法高差法 HB = HA + hAB HB = HA + hAB = HA + (a-b) = HA + (a-b)(2).(2).视线高法视线高法 HB = Hi - b HB = Hi - b 式中式中 Hi = HA + a Hi = HA + a优点优点: :可以一次测多个点的可以一次测多个点的高程高程. . 2-2 水准测量的仪器与工具2-12-3 原理、仪器构造与使用课堂实习“水准仪的认识”。1.望远镜的构造、作用、望远镜的视准轴.物镜光心与十字丝中心交点的连线，称做望远镜的视准轴。用CC表示。CCABFab目镜调焦镜物镜十字丝分划板2.2.水准器的种类与作用水准器的种类与作用圆水准器：粗平圆水准器：粗平零点：圆水准器中央小圆零点：圆水准器中央小圆圈的圆心圈的圆心圆水准器轴：过圆水准器零点的圆水准器轴：过圆水准器零点的球面法线。球面法线。管水准器：精平管水准器：精平水准管轴：过水准管零点所水准管轴：过水准管零点所作水准管圆弧的切线。常作水准管圆弧的切线。常用用LLLL表示。表示。气泡居中气泡居中,LL,LL水平水平, ,若仪器满若仪器满足足LLCCLLCC条件条件 CCCC水平水平LLCCLLCC条件条件主条件主条件3.3.水准管分划值水准管分划值常数常数 =57.3=57.3 = 3438= 3438 =206265=206265 0LL水平线水平线R符合棱镜系统符合棱镜系统4.4.视差视差成因：目标成像与十字丝成因：目标成像与十字丝分划板不重合分划板不重合消除措施：反复进行目镜、消除措施：反复进行目镜、物镜调焦。物镜调焦。5.5.水准仪的操作步骤水准仪的操作步骤置仪置仪粗平粗平瞄准瞄准精平精平读数读数2-32-3水准测量的方法及成果整理水准测量的方法及成果整理问题问题:1.水准测量中转点的作用水准测量中转点的作用2.水准测量检核方法水准测量检核方法3.高差闭合差的概念高差闭合差的概念一一.外业工作外业工作(一一).水准点和水准路线水准点和水准路线1.水准点水准点BM(BenchMark)标定要求标定要求:稳定、平安、便于保存和使用稳定、平安、便于保存和使用分类:基本水准标石-一、二等水准点普通水准标石-三、四等水准点墙角水准标志-三、四等水准点临时水准标志-水准(木桩、岩石、屋脚等)墙上水准点一、二等水准点三、四等水准点临时水准点点之记2.水准路线水准路线(1).闭合水准路线闭合水准路线(2).附合水准路线附合水准路线(3).支水准路线支水准路线20, 20, 25的仪器的仪器. .(2).(2).前后视距尽可能相等前后视距尽可能相等, ,视距视距100m,100m,最大最大150m.10cm, 10cm, 假设假设 hh5mm,5mm,取取 平均值作为最后结果平均值作为最后结果. . 双仪器法双仪器法: : 同双仪高法同双仪高法 b) b)双面尺法双面尺法: :(3).(3).成果检核成果检核 高差闭合差高差闭合差fhfh： fh = h fh = h测测 - h - h已知已知 闭合路线、附合路线、支水准路线的闭合路线、附合路线、支水准路线的fh=fh=？ 若若fhfhfhfh允允, ,则成果可用则成果可用, ,否则应检查原因否则应检查原因. .平地平地 fh fh允允= =4040 L(mm) L-L(mm) L-公里数公里数山地山地 fh fh允允= =1212 n(mm) n- n(mm) n- 测站数测站数二二.内业内业(水准测量成果整理水准测量成果整理)目的：消除目的：消除fh ，求出正确高差，求出正确高差步骤：步骤： 1.计算计算fh2.若若fh fh容，则对测量值进行调整容，则对测量值进行调整根据按比例分配原则根据按比例分配原则检核：检核： vfh3.计算改正后高差：计算改正后高差：4.计算各点高程计算各点高程检核：检核：H终终(计计)=H终终(已已)例：例：检核：表2-2水准测量成果处理表测段编号点号测站数实测高差(m)改正数(mm)改正后高差(m)高程(m)1A122.785-102.77556.345159.120218-4.369-16-4.385254.7353131.980-111.96956.70434112.345-102.335B59.039542.741-472.6942-6自动安平水准仪一一. .水准器的缺点水准器的缺点 1. 1.费时费时 2. 2.受外界条件的影响受外界条件的影响二二. .自动安平原理自动安平原理最最初初设设想想：200200年年前前，悬悬吊吊整整个个望望远远镜镜，尽尽管管失失败败了了，但但揭揭示示了了规规律律：利利用用重重力力可可使使视视线线自自动动水水平。平。 如如今今，用用补补偿偿器器代代替替水水准准器器，能能使使仪仪器器的的视视准准轴轴，在在1 12 2秒秒钟钟内内自自动动、准准确确、可可靠靠地地安安放放在在水水平位置。平位置。 1.悬吊十字丝板(可动十字丝)z0z0zfsa0a0afs满足条件：fs=zz02.悬吊棱镜(可动水平视线)aa0AZ水平视线倾斜视线a0屋脊棱镜直角棱镜阻尼器调焦镜物镜十字丝分划板目镜2-5精密水准仪和水准尺一一. .精精密密水水准准仪仪：DS1DS1、DS05DS05、wild wild N3N3、蔡蔡司司Ni004Ni004。 1.1.用用途途：国国家家一一、二二等等精精密密水水准准测测量量；地地震震水准测量；精密工程测量；变形观测。水准测量；精密工程测量；变形观测。 2. 2.构造特点构造特点 (1). (1). 小。小。 6 61010 /2mm/2mm (2).v (2).v 40*;40*;物物镜镜镜镜筒筒通通光光孔孔径径大大，因因而而亮亮度大。度大。 (3). (3).外壳用铟钢制造。外壳用铟钢制造。(5).楔形十字丝。(6).专用水准尺(4).装有平行玻璃板测微器，最小读数0.10.05mm，可估读到0.010.005mm。转动测微螺旋，可使水平视线在10mm范围内上下平移。二二. .测微原理测微原理它由平行玻璃板、测微尺，传它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。动杆和测微螺旋等构件组成。平平行行玻玻璃璃板板安安装装在在物物镜镜前前，它它与与测测微微尺尺间间用用带带有有齿齿条条的的传传动动杆杆连连接接，当当旋旋转转测测微微螺螺旋旋时时，传传动动杆杆带带动动平平行行玻玻璃璃板板绕绕其其旋旋转转轴轴作作俯俯仰仰倾倾斜斜。视视线线经经过过倾倾斜斜的的平平行行玻玻璃璃板板时时产产生生上上下下平平行行移移动动，可可以以使使原原来来并并不不对对准准尺尺上上某某一一分分划划的的视视线线能能够够精精确确对对准准某某一一分分划划，从从而而读读到到一一个个整整分分划划读读数数(图图中中的的148cm分分划划)，而而视视线线在在尺尺上上的的平平行行移移动动量量则则由由测测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。二二. .测微原理测微原理irada=(d/cosr)sin(i-r)d(i-r)n=sini/sinri/rr=i/na=d(i-i/n)=di(1-1/n)=ki56物镜物镜物镜riWU平行玻璃板平行玻璃板测微螺旋测微螺旋测微分划尺测微分划尺测测微微指指标标读数显微镜读数显微镜三三. .精密水准尺精密水准尺( (因瓦水准尺因瓦水准尺) )2 2种：种：5mm5mm、10mm10mm10mm10mm尺面有两排分划线：尺面有两排分划线：基本分划基本分划-黑面分划黑面分划辅助分划辅助分划-红面分划红面分划如图如图a a，基辅差为一常数，例如，基辅差为一常数，例如， N3 K=3.01550mN3 K=3.01550m5mm5mm尺，按尺，按10mm10mm刻划，如图刻划，如图b b分划分划: :左为奇数值左为奇数值, ,右为偶数值。右为偶数值。注记：右注记：右m m，左，左dmdm三角形：长的表示三角形：长的表示dm,dm,小的表示小的表示 dm/2dm/2的起始线的起始线,cm,cm的实际间隔为的实际间隔为5mm5mm，尺面值为实际长度的，尺面值为实际长度的2 2倍。倍。四四. .操作操作 粗平瞄准基本分划精平测微读数瞄准辅粗平瞄准基本分划精平测微读数瞄准辅助分划精平测微读数。助分划精平测微读数。 读数读数 尺上读数尺上读数( (三位三位) )测微窗上读数测微窗上读数( (三位三位) ) 留意：当尺子分划是实际分划的两倍时，应除以留意：当尺子分划是实际分划的两倍时，应除以2 2，才是实际读数。，才是实际读数。图中读数为图中读数为148+0.655=148.655cm=1.48655m2.7数字数字(电子电子)水准仪和条码水准尺水准仪和条码水准尺数数字字水水准准仪仪(digitallevel)是是在在仪仪器器望望远远镜镜光光路路中中增增加加了了分分光光镜镜和和光光电电探探测测器器(CCD阵阵列列)等等部部件件，采采用用条条形形码码分分划划水水准准尺尺(codinglevelstaff)和和图图像像处处理理电电子子系系统统构构成成光光、机机、电电及及信息存储与处理的一体化水准测量系统。信息存储与处理的一体化水准测量系统。数字水准仪的特点是：数字水准仪的特点是：用用自自动动电电子子读读数数代代替替人人工工读读数数，不不存存在在读读错错、记记错错等问题，没有人为读数误差；等问题，没有人为读数误差；精精度度高高，多多条条码码(等等效效为为多多分分划划)丈丈量量，削削弱弱标标尺尺分分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响；划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响；速速度度快快、效效率率高高，实实现现自自动动记记录录、检检核核、处处理理和和存存储储，可可实实现现水水准准测测量量从从外外业业数数据据采采集集到到最最后后成成果果计计算算的内外业一体化。的内外业一体化。数数字字水水准准仪仪一一般般是是设设置置有有补补偿偿器器的的自自动动安安平平水水准准仪仪，当当采采用用普普通通水水准准尺尺时时，数数字字水水准准仪仪又又可可当当作作普普通通自自动动安平水准仪使用。安平水准仪使用。(1)数字水准仪的原理数字水准仪的原理图图2-34为为采采用用相相关关法法的的徕徕卡卡NA3003数数字字水水准准仪仪的的机机械械光光学学结构图。结构图。当当用用望望远远镜镜照照准准标标尺尺并并调调焦焦后后，标标尺尺上上的的条条形形码码影影像像入入射射到到分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份。分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份。可见光影像成像在分划板上，供目视观测；可见光影像成像在分划板上，供目视观测；红红外外光光影影像像成成像像在在光光电电探探测测器器上上，探探测测器器将将接接收收到到的的光光图图像像先先转转换换成成模模拟拟信信号号，再再转转换换为为数数字字信信号号传传送送给给仪仪器器的的处处理理器器，通通过过与与机机内内事事先先存存储储好好的的标标尺尺条条形形码码本本源源数数字字信信息息进进行行相相关关比比较较，当当两两信信号号处处于于最最佳佳相相关关位位置置时时，即即可可获获得得水水准准尺尺上上的的水水平平视视线线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。(2)条码水准尺条码水准尺与与数数字字水水准准仪仪配配套套的的条条码码水水准准尺尺一一般般为为因因瓦瓦带带尺尺、玻玻璃璃钢钢或或铝铝合合金金制制成成的的单单面面或或双双面面尺尺，尺尺子子的的分分划划一一面面为为二二进进制制伪伪随随机机码码分分划划线线或或规规则则分分划划线线，其其外外形形类类似似于于一一般般商商品品外外包包装装上上印印制制的的条条纹纹码码，右右图图为为与与徕徕卡卡数数字字水水准准仪仪配配套套的的条条码码水水准准尺尺，它它用用于于数数字字水水准准测测量量；双双面面尺尺的的另另一一面面为为长长度度单单位的分划线，用于普通水准测量。位的分划线，用于普通水准测量。(3)徕卡徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介中文精密数字水准仪简介1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水的基础上推出了第二代精密数字水准仪准仪DNA036-6三、四等水准测量P137）一、用途1用于国家高程控制网加密2建立小地区首级高程控制3工程施工、变形观测中高程基本控制二、技术要求见表1、表2：等级水准仪型号视线长度视线高度前后视距差前后视距累积差黑红面读数差黑红面高差之差三四DS1DS3DS365800.30.23m5m5m10m2mm3mm3mm5mm表1技术要求等级水准仪型号水准尺路线长度观测次数往返较差、附合或环线闭合差平地山地附合或环线与已知点联测三四DS1DS3DS3因瓦双面双面5016往返各一次往一次往返各一次往一次往返各一次mmmm表2三、测量方法三、测量方法瞄前尺红面瞄前尺红面-精平精平-读中读中(7)丝读数；丝读数；瞄后尺红面瞄后尺红面-精平精平-读中读中(8)丝读数丝读数(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1、测站观测程序、测站观测程序粗平粗平,瞄后尺黑面瞄后尺黑面-精平精平-读读上上(1)-下下(2)-中中(3)丝读丝读数；数；瞄前尺黑面瞄前尺黑面-精平精平-读读上上(4)-下下(5)-中中(6)丝读丝读数数将读数记入表将读数记入表格相应位置格相应位置测测站站编编号号后后视视上丝上丝下丝下丝前前视视上丝上丝下丝下丝后视距后视距前视距前视距方向与尺号标尺读数标尺读数(m)黑面黑面红面红面K+黑黑减减红红高差高差中数中数（m）备注视距差视距差累积差累积差2、计算与校核1.4260.9950.801(4)0.371(5)1.211(3)0.586(6)5.997(8)5.274(7)0.625(15) 0.723(16)43.143.00.10.11(14)-1(13)2(17)51.651.8-0.2-0.10.071-0.029-1-100.6240.071KA=4.787KB=4.6871.8121.2961.7431.2251.5541.4836.2426.271后A前B后-前后B前A后-前(1)(2)(9)(11)(10)(12)(18)122-4水准仪的检验与校正水准仪的检验与校正一、仪器应满足的条一、仪器应满足的条件件LLVV十字丝横丝水平十字丝横丝水平LLCC二、水准仪的检验、二、水准仪的检验、校正方法校正方法1圆水准器轴平行于竖轴的检验与校正圆水准器轴平行于竖轴的检验与校正检验检验校正校正2)十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正。十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正。检验检验校正校正3管水准器轴平行于视准轴的检验与校正管水准器轴平行于视准轴的检验与校正检验检验校正：校正：2-5水准测量误差分析水准测量误差分析三、四等水准测量的观测方法水水准准测测量量误误差差仪器误差仪器误差操作误差操作误差外界条件外界条件影响影响LL与与CC不平行的误差不平行的误差水准尺分划误差水准尺分划误差零点误差零点误差气泡居中误差气泡居中误差估读误差估读误差视差视差水准尺未竖直水准尺未竖直地球曲率地球曲率大气折光大气折光仪器、尺垫下沉影响仪器、尺垫下沉影响气候变化气候变化消减措施中间法检验改正法减小视距消除视差仔细、气泡居中中间法后前前后程序选择观测时间 打伞外界因素的影响外界因素的影响太阳直射、风力、能见度等太阳直射、风力、能见度等地球曲率及大气折光影响地球曲率及大气折光影响地球曲率的影响：地球曲率的影响：大气折光的影响：大气折光的影响：综合两项的影响：综合两项的影响：r：有正负：有正负留意：水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差留意：水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差地球曲率及大气折光的影响地球曲率及大气折光的影响习题一、填空题一、填空题1水水准准测测量量的的原原理理：。2高高程程测测量量按按采采用用的的仪仪器器和和测测量量方方法法分分别别有有、和和四种。四种。3 水水 准准 测测 量量 中中 ， 调调 节节 圆圆 水水 准准 气气 泡泡 居居 中中 的的 目目 的的 是是 使使 ；调调节节管管水水准准气气泡泡居居中中的的目目的的是是使使。两者的关系是两者的关系是。4由由已已知知点点A测测量量并并计计算算未未知知点点B的的高高程程的的方方法法有有两两种种，一一是是，其其计计算算公公式式是是；二二是是；其计算公式是；其计算公式是。5写出水准仪上写出水准仪上3条轴线的定义：条轴线的定义：1视准轴视准轴；2水准管轴水准管轴；3圆水准器轴圆水准器轴。6水水准准仪仪应应满满足足的的几几何何条条件件有有：1）；2）；3）。7水水准准路路线线的的布布设设形形式式有有、和和。8三、四等水准支线，必须进行三、四等水准支线，必须进行观测或观测或观测。观测。9珠珠穆穆朗朗玛玛峰峰高高为为8848.13米米，其其含含义义是是：。10水准测量中，转点的作用是：水准测量中，转点的作用是：。11在某一段水准测量内，用双面尺法观测的结果中，在某一段水准测量内，用双面尺法观测的结果中，红、黑面后视读数总和减去红、黑面前视读数总和，红、黑面后视读数总和减去红、黑面前视读数总和，应等于应等于。二、选择题二、选择题1水准测量是利用水准仪提供的（水准测量是利用水准仪提供的（）来测定两点间高）来测定两点间高差的。差的。A水平面水平面B水平视线水平视线C竖直面竖直面D铅垂线铅垂线2在水准测量中，仪器视线高应等于（在水准测量中，仪器视线高应等于（）。）。A后视读数后视读数+后视点高程后视点高程B前视读数前视读数+后视点高程后视点高程C后视读数后视读数+前视点高程前视点高程D前视读数前视读数+前视点高程前视点高程3水准测量中，后视点水准测量中，后视点A的高程为的高程为40.000m，后视读数，后视读数为为1.125m，前视读数为，前视读数为2.571m，则前视点，则前视点B的高程应的高程应为（为（）。）。A43.696mB38.554mC41.446mD36.304m4关于微倾水准仪的视准轴与水准管轴不平行所产生的关于微倾水准仪的视准轴与水准管轴不平行所产生的误差，下面说法正确的是（误差，下面说法正确的是（）。）。A误差大小一定，与前后视距无关误差大小一定，与前后视距无关B误差大小与两误差大小与两点间高差成比例，但与距离无关点间高差成比例，但与距离无关C误差与前、后视距之和成比例误差与前、后视距之和成比例D误差与前、后视误差与前、后视距之差成比例距之差成比例5中心十字丝交点与物镜光心的连线称为望远镜的（中心十字丝交点与物镜光心的连线称为望远镜的（）。）。A视准轴视准轴B横轴横轴C竖轴竖轴D水准管轴水准管轴6在水准测量中，转点所起的作用是（在水准测量中，转点所起的作用是（）。）。A传递高程传递高程B传递距离传递距离C传递高差传递高差DA和和C7下列误差中，利用中间法不能消减的是（下列误差中，利用中间法不能消减的是（）。）。A对光透镜运行误差对光透镜运行误差B标尺零点误差标尺零点误差C地球曲率地球曲率影响影响D大气折光影响大气折光影响8水准测量中，调节圆水准气泡居中的目的是使（水准测量中，调节圆水准气泡居中的目的是使（）。）。A竖轴竖直竖轴竖直B视准轴水平视准轴水平C十字丝横丝水平十字丝横丝水平D十字丝竖丝竖直十字丝竖丝竖直9水准测量中，调节管水准气泡居中的目的是使（水准测量中，调节管水准气泡居中的目的是使（）。）。A竖轴竖直竖轴竖直B视准轴水平视准轴水平C十字丝横丝水平十字丝横丝水平D十字丝竖丝竖直十字丝竖丝竖直10水准仪四条主要轴线必须满足三个几何条件才能用水准仪四条主要轴线必须满足三个几何条件才能用之进行水准测量，下面条件中，不必要满足的是（之进行水准测量，下面条件中，不必要满足的是（）。）。ALLVVBLLCCC十字丝横丝十字丝横丝仪器仪器竖轴竖轴DVVCC11圆水准器轴的检验校正是为了满足（圆水准器轴的检验校正是为了满足（）。）。A)LLVVBLLCCCLLVVDLLCC三、名词解释三、名词解释1.水准测量水准测量2.望远镜视准轴望远镜视准轴3.水准路线水准路线4.水准点水准点5.高差闭合差高差闭合差四、简答题四、简答题1.水准仪必须满足那些条件？水准仪必须满足那些条件？2.为什么把水准仪安置在距离前、后视两根尺子为什么把水准仪安置在距离前、后视两根尺子大致相等的地方？大致相等的地方？3.为什么水准测量读数时，视线不能靠近地面？为什么水准测量读数时，视线不能靠近地面？4.转点在测量中起何作用？转点由前视点变为后转点在测量中起何作用？转点由前视点变为后视点及仪器搬至下一站的过程中，为什么不容视点及仪器搬至下一站的过程中，为什么不容许发生任何移动？如何选择转点？许发生任何移动？如何选择转点？五、计算题五、计算题1根根据据下下表表中中的的观观测测数数据据完完成成四四等等水水准准测测量量的的计算。计算。测站编号后视上丝下丝前视上丝下丝后视距前视距方向与尺号标尺读数(m)黑面红面K+黑减红高差中数（m）备注视距差累积差五、计算题五、计算题1.5711.1970.79704171.3840.5516.1715.239KA=4.787KB=4.6872.1211.7472.1961.8211.9342.0086.6216.796后A前B后-前后B前A后-前121根据下表中的观测数据完成四等水准测量的计算。BM1h2=1.424mh1=2.134mh3=1.787mh4=-1.714m11站h5=-0.108m10站8站8站12站N1N2N3N42调整下列闭合水准路线成果，并计算各点高程。调整下列闭合水准路线成果，并计算各点高程。其中：水准点的高程其中：水准点的高程HBM1=44.313m