测量学 第三章 水水水水准准准准测测测测量量量量9/18/20241第二章水准测量目目 录录l第第一一节节 高高程程测测量量概概述述l第第二二节节 水水准准测测量量原原理理l第第三三节节 水水准准测测量量的的仪仪 器器及及使使用用l第第四四节节 水水准准测测量量的的方方法法l第第五五节节 水水准准仪仪的的检检验验 和和校校正正l第第六六节节 水水准准测测量量的的误误差差 分分析析l第第七七节节 精精密密水水准准仪仪和和 精精密密水水准准尺尺l第第八八节节 电电子子水水准准仪仪简简介介介介9/18/202422-1高程测量概述高程测量概述一、高程测量一、高程测量l l高程测量高程测量：测量地面点高程的工作。：测量地面点高程的工作。l l目的目的：获得未知点的高程。一般是通过测出：获得未知点的高程。一般是通过测出已知点和未知点之间的高差，再根据已知点的已知点和未知点之间的高差，再根据已知点的高程推算出未知点的高程。高程推算出未知点的高程。l l水准测量原点水准测量原点：直接由平均海水面测得高程直接由平均海水面测得高程的水准点的水准点（图图2-J）。）。9/18/202439/18/20244l l水准测量：利用水平视线来测量两点之间的高差。此此方方法法施施测测简简单单，且且精精度度较较高高，所所以以是是高高程程测测量量中中最最主主要要的的方方法法，被被广广泛泛应应用用于于高高程程控控制制测测量量、工工程程勘勘测测和各项施工测量中。和各项施工测量中。l l三三角角高高程程测测量量：是是通通过过测测量量两两点点之之间间的的水水平平距距离离（或或倾倾斜斜距距离离）和和竖竖直直角角，然然后后利利用用三三角角公公式式计计算算出出两点间的高差。两点间的高差。此此方方法法的的精精度度受受各各种种条条件件的的限限制制，一一般般只只在在适适当当的的条条件下才被采用。件下才被采用。l l气压高程测量、摄影高程测量、气压高程测量、摄影高程测量、GPS高程测量。高程测量。二、高程测量的方法二、高程测量的方法9/18/20245三、水准点及其等级三、水准点及其等级三、水准点及其等级三、水准点及其等级l l水水准准点点（BenchMark），通通过过水水准准测测量量建建立立的的高高程程控制点，工程上常用控制点，工程上常用BM来标记。来标记。l l水准点的等级及埋设水准点的等级及埋设w w国国家家水水准准点点分分为为一一、二二、三三、四四等等四四个个等等级级，按按规规范范要要求求埋埋设设永永久久性性标标石石标标记记。三三、四四等等水水准准点点一一般般用用混混凝凝土土标标石石制制成成，深深埋埋到到地地面面冻冻结结线线以以下下，在在标标石石的的顶顶面面设设有有用用不不锈锈钢钢或或其其它它不不易易锈锈蚀蚀的的材材料料制制成成的半球状标志（的半球状标志（图图2-1a）。）。w w墙上水准点墙上水准点（图图2-1b）w w图图根根水水准准点点和和一一些些施施工工测测量量使使用用的的水水准准点点常常采采用用临时性标志临时性标志,例如例如:木桩（桩顶钉一半圆球状铁钉）木桩（桩顶钉一半圆球状铁钉）9/18/20246或或大大铁铁钉钉打打入入地地面面，也也可可在在地地面面上上突突出出的的坚坚硬硬岩岩石石或或房房屋四周水泥面、台阶等处用红油漆标记。屋四周水泥面、台阶等处用红油漆标记。 l l水水准准点点的的位位置置：选选在在土土质质坚坚硬硬、便便于于长长期期保保存存和和使使用用方方便便的的地地点点。埋埋设设水水准准点点后后，应应绘绘出出水水准准点点的的点点之之记记。图图2-19/18/20247水准点图示9/18/202489/18/202499/18/202410一、基本原理一、基本原理1.水准测量的实质水准测量的实质:测量两点之间的高差。2.水准测量的基本原理：水准测量的基本原理：利用水准仪建立一条水平视线，借助水准尺来测定两点间的高差，从而由已知点的高程推算出未知点的高程。3.A、B两两点点的的高高差差为为：(利用水准仪提供的水平视线，分别读取A点水准尺上的读数a和B点的读数b) l l如如果果A点点是是已已知知高高程程点点，B点点是是待待求求高高程程点点。则则B点点高高程程为为: 2-2水准测量原理水准测量原理 图图2-29/18/2024114.水准测量术语：水准测量术语：如图如图2-2所示：所示：A后视点后视点、a后视读数，后视读数，B前视点前视点、 b前视读数前视读数v高差高差=后视读数后视读数前视读数前视读数观观测测者者站站在在仪仪器器处处，面面向向前前进进方方向向，前前面面所所立立尺尺为前视，背后所立尺为后视。为前视，背后所立尺为后视。v高差的符号高差的符号：高差的正负号反映两点的高低；高差的正负号反映两点的高低；高差的正负号又与测量前进的方向有关高差的正负号又与测量前进的方向有关：hAB=hBA 图图2-29/18/2024125、连续水准测量：、连续水准测量： 在两点间连续地多次安置仪器所进行的水准测量。在两点间连续地多次安置仪器所进行的水准测量。图图2-3在图在图2-3中中： 测站：安置仪器的点（测站：安置仪器的点（在图在图2-3中中、）转点：转点：(TurningPoint)常简写为：常简写为：TP，是传递高程的点是传递高程的点(1、2)。9/18/202413连续水准测量示意连续水准测量示意9/18/202414hAB为为A、B两点间测得的高差，两点间测得的高差，则：未知点则：未知点B的高程为的高程为：高差的计算检核：高差的计算检核：ab=hAB高程的计算检核：高程的计算检核：HBHA=hAB。 9/18/202415二、仪高法测量二、仪高法测量二、仪高法测量二、仪高法测量l l适用场合适用场合：根据水准仪的视线高：根据水准仪的视线高Hi，来计算前视点，来计算前视点B的高程。的高程。这一做法对安置一次仪器，并根据一个已知高程点的后视来求取这一做法对安置一次仪器，并根据一个已知高程点的后视来求取若干个前视点高程时计算较为方便。若干个前视点高程时计算较为方便。 l l仪高法仪高法：仪器的视线高：仪器的视线高：H Hi i = H= HA A +a+a 待求点高程：待求点高程： H H B B = H= HA A + + ( ( ab ab ) )= H= Hi i b b 9/18/2024162-3水准测量的仪器及其使用水准测量的仪器及其使用一、水准仪的种类一、水准仪的种类 l l光学水准仪：光学水准仪： l l微倾式水准仪微倾式水准仪：用水准管来获得水平视线；：用水准管来获得水平视线； l l自动安平水准仪：用补偿器来获得水平视线。自动安平水准仪：用补偿器来获得水平视线。 l l电子水准仪电子水准仪水准仪按仪器精度分水准仪按仪器精度分：DS05、DS1、DS3、DS10四四个等级个等级。D、S分别分别是是“大地测量大地测量”和和“水准仪水准仪”汉语汉语拼音的第一个字母，数字拼音的第一个字母，数字05、1、3、10表示该仪器表示该仪器的精度。的精度。DS05和和DS1用于精密水准测量，用于精密水准测量，DS3用于一般水用于一般水准测量，准测量，DS10则用于简易水准测量。则用于简易水准测量。工程常用工程常用DS3水水准仪准仪。9/18/202417（一）水准尺（一）水准尺 用用优优质质木木材材或或合合金金制制成成，要要求求尺长稳定，刻划准确。尺长稳定，刻划准确。 l l最最常常用用的的有有双双面面尺尺和和塔塔尺尺两种。两种。双双面面尺尺多多用用于于三三、四四等等及及以以下下精精度度的的水水准准测测量量（见见图图2-5a）。）。塔塔尺尺用用两两节节或或三三节节套套接接在在一一起起，能能伸伸缩缩，携携带带方方便便。一一般般尺尺长长为为5m，尺尺的的底底部部为为零零点点，尺尺面面绘绘有有1cm或或5mm黑黑白白相相间间的的分分格格，米米和和分分米米处处注注有有数数字字（见图（见图2-5b）。）。图图2-5二、水准尺和尺垫二、水准尺和尺垫9/18/202418l l尺垫是在转点上放置水尺垫是在转点上放置水准尺用的，准尺用的，尺垫可使转点尺垫可使转点稳固，防止下沉稳固，防止下沉。l l用钢板或铸铁制成，一用钢板或铸铁制成，一般为三角形，中央有一突般为三角形，中央有一突出的半球体，下方有三个出的半球体，下方有三个尖脚（见图尖脚（见图2-6）。）。l l用时把三个尖脚踩入用时把三个尖脚踩入土中，把水准尺立在突出土中，把水准尺立在突出的圆顶上。的圆顶上。图图2-6（二）尺垫（二）尺垫9/18/202419l（一）（一）DSDS3 3微倾式水准仪的构造微倾式水准仪的构造三 、 DS3微 倾 式 水 准 仪 的 构 造 及 使 用9/18/202420水准仪图像水准仪图像(1)注意：转注意：转动仪器时动仪器时要松开制要松开制动螺旋！动螺旋！9/18/202421水准仪图像水准仪图像(2)注意：转动仪注意：转动仪器时要松开制器时要松开制动螺旋！动螺旋！9/18/202422 l l作用：作用：它可以提供视线，它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数并可读出远处水准尺上的读数 l l构造：构造：物镜、目镜、对光物镜、目镜、对光 透镜和十字丝分划板。透镜和十字丝分划板。1）物镜：物镜：使目标的成像落在十字丝板前后。使目标的成像落在十字丝板前后。2）调焦透镜：调焦透镜：使目标的成像与十字丝重合。使目标的成像与十字丝重合。3）目镜：目镜：放大放大十字丝和目标的成像。十字丝和目标的成像。4）十字丝分划板：十字丝分划板：竖丝竖丝是为了瞄准目标，是为了瞄准目标， 中丝（单丝或楔形丝）中丝（单丝或楔形丝）读取读数。读取读数。 视距丝：上、下短丝，用于测距。视距丝：上、下短丝，用于测距。l l视准轴（即视线）：视准轴（即视线）：十字丝交十字丝交点与物镜光心的连线。点与物镜光心的连线。它是水准仪的主要轴线之一。它是水准仪的主要轴线之一。DS3水准仪望远镜放大率一般为水准仪望远镜放大率一般为28倍。倍。图图2-81 1望远镜望远镜9/18/202423（1）管水准器（水准管）：）管水准器（水准管）：反映视线是否水平，用于精平。反映视线是否水平，用于精平。l l水水准准管管的的零零点点：管管面面上上刻刻有有间间隔隔为为2mm的的分分划划线线，分分划划线线的的对称中心对称中心O称。称。l l水准管轴水准管轴LL：过零点与管内壁纵向相切的直线（见图过零点与管内壁纵向相切的直线（见图2-10）。）。l l气泡居中：气泡居中：当当气泡的气泡的中心点中心点与与零点零点重合重合时，称时，称气泡居中气泡居中，此，此时水准管轴位于水平位置，时水准管轴位于水平位置，视线水平。视线水平。若气泡不居中，则水准管轴若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置，视线不水平。处于倾斜位置，视线不水平。图图2-102-102 2水准器水准器（管水准器和圆水准器）管水准器和圆水准器）9/18/202424l l 水准管分划值水准管分划值水准管分划值水准管分划值 l定定义义：水水准准管管2mm的的弧弧长长所所对对圆圆心心角角t t，即即气气泡泡每每移移动一动一格时，水准管轴所倾斜的角值。格时，水准管轴所倾斜的角值。l水水准准管管分分划划值值的的大大小小反反映映了了仪仪器器置置平平精精度度的的高高低低。水水准准管管纵纵向向弧弧线线半半径径 R越越大大，t t值值越越小小，则则水水准准管管灵灵敏敏度度越越高。高。DS3型水准管分划值一般为型水准管分划值一般为20/2mm。图图2-102-109/18/202425l符合水准器符合水准器l当当气气泡泡居居中中时时，两两端端气气泡泡的的影影像像就就能能符符合合成成吻吻合的抛物线，合的抛物线，它用于微倾式水准仪。它用于微倾式水准仪。l l如如果果两两端端影影像像错错开开，则则表表示示气气泡泡不不居居中中，这这时时可旋转微倾螺旋使气泡影像符合，使气泡居中。可旋转微倾螺旋使气泡影像符合，使气泡居中。l注：注：左边左边气泡影像的移动方向与微倾螺旋的转动气泡影像的移动方向与微倾螺旋的转动方向一致。方向一致。图图2-129/18/202426l l圆圆水水准准器器：一一个个封封闭闭的的圆圆形形玻玻璃璃容容器器，顶顶面面内内壁壁是是球球面面，球球面面中中央央有有一一圆圈。圆圈。l l水准器零点水准器零点: :圆圈圆心称为圆圈圆心称为。l l圆圆水水准准器器轴轴: :通通过过零零点点的的球球面面法法线线。l l当当圆圆水水准准器器气气泡泡居居中中时时，圆圆水水准准器器轴竖直，仪器竖轴竖直。轴竖直，仪器竖轴竖直。l l圆圆水水准准器器的的分分划划值值: :气气泡泡中中心心偏偏离离零点零点2mm的弧长所对圆心角的大小。的弧长所对圆心角的大小。DS3水准仪圆水准器由于它的精度较低，水准仪圆水准器由于它的精度较低，故故只用于仪器的粗略整平。只用于仪器的粗略整平。图图2-13（2）圆水准器：）圆水准器：反映竖轴是否竖直，用于粗平。反映竖轴是否竖直，用于粗平。9/18/2024273基座基座 ( (图图2-72-7) )l l用用于于置置平平仪仪器器，它它支支撑撑仪仪器器的的上上部部使使其其在在水水平平方方向向上上转转动动，并并通通过过连连接接螺螺旋旋与与三三脚脚架架连接。连接。l l基基座座主主要要由由轴轴座座、脚脚螺螺旋旋、三三角角压压板板和和底底板板构成。构成。 调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中，调节三个脚螺旋可使圆水准器的气泡居中，使仪器使仪器粗略整平粗略整平。9/18/202428（二）二）DSDS3 3微倾式水准仪的使用微倾式水准仪的使用 微微倾倾式式水水准准仪仪的的使使用用包包括括安安置置仪仪器器、粗粗略略整整平平、瞄瞄准准水水准准尺、精平与读数尺、精平与读数等操作步骤。等操作步骤。1 1安置仪器安置仪器 l l在测站上安置三脚架，架头大致水平。在测站上安置三脚架，架头大致水平。 l l 用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。2 2粗略整平（粗平）粗略整平（粗平） l l粗粗平平概概念念：用用脚脚螺螺旋旋使使圆圆水水准准器器的的气气泡泡居居中中，使使仪仪器器竖竖轴大致铅直，从而使视准轴粗略水平。轴大致铅直，从而使视准轴粗略水平。 l l气泡的移动方向气泡的移动方向 与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致 操操作作：如如图图2-14所所示示（脚脚螺螺旋旋顺顺时时针针转转动动该该端端升升高高，逆逆时时针针转动该端降低转动该端降低，气泡向高处移动气泡向高处移动）9/18/202429图图2-14l操作：操作：（气泡的移动方向气泡的移动方向与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致与左手大拇指（右手的食指）运动的方向一致）w气气泡泡未未居居中中而而位位于于a 处处，则则先先按按图图上上箭箭头头所所指指的的方方向向用用两两手手相相对转动脚螺旋对转动脚螺旋和和，使气泡移到使气泡移到b的位置（如图的位置（如图b）。）。w然后然后单独转动脚螺旋单独转动脚螺旋使气泡居中。如有偏差可重复进行使气泡居中。如有偏差可重复进行。9/18/2024303 3 3 3瞄准水准尺瞄准水准尺瞄准水准尺瞄准水准尺 l l目目镜镜对对光光：对对准准白白色色目目标标，旋旋转转目目镜镜，使使十十字丝成像清晰。字丝成像清晰。 l l粗粗略略瞄瞄准准：缺缺口口、准准星星、目目标标（尺尺）三三点点一一线，制动望远镜。线，制动望远镜。 l l物物镜镜调调焦焦（对对光光）：转转动动物物镜镜调调焦焦螺螺旋旋，使使目标成像清晰。目标成像清晰。 l l精精确确照照准准：转转动动水水平平微微动动螺螺旋旋使使目目标标的的对对称称中心与竖丝重合（或在竖丝附近）中心与竖丝重合（或在竖丝附近） 注意：注意：瞄准水准尺时必须消除瞄准水准尺时必须消除视差视差。9/18/202431 视视差差：观观测测者者的的眼眼睛睛在在目目镜镜端端上上下下移移动动时时，物物像像与与十十字字丝丝间间有有相相对对运运动动的的现现象象，叫叫十十字字丝丝视视差差，简称视差。简称视差。 产生视差的原因及消除的方法产生视差的原因及消除的方法：l产生视差的原因产生视差的原因:尺像与十字丝分划板不重合。尺像与十字丝分划板不重合。 l消除的方法：消除的方法：重新调焦（物镜）重新调焦（物镜）图图 2-15 2-159/18/202432 l l精精平平：转转动动微微倾倾螺螺旋旋使符合水准管气泡居中。使符合水准管气泡居中。 l l读读数数：用用十十字字丝丝横横丝丝切切尺尺上上的的刻刻划划直直接接读读出出米米、分分米米和和厘厘米米数数，并并估估读读出出毫毫米米数数，保保证证每每个个读读数数均均为为四四位位数数，即即使使某某位位数数是是零也不可省略。零也不可省略。读数方法：读数方法： 由小到大的读（倒像仪器从上到下）。由小到大的读（倒像仪器从上到下）。图图2-16的读数为的读数为: : 1.258m。图图2-164 4精平与读数精平与读数9/18/2024339/18/202434四、自动安平水准仪四、自动安平水准仪l用设置在望远镜内的用设置在望远镜内的自动补偿器自动补偿器代替水准管而能代替水准管而能自动获得水平视线的水准仪。自动获得水平视线的水准仪。l观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，即可直观测时，用圆水准器使仪器粗略整平后，即可直接读取水平视线读数。接读取水平视线读数。l具有具有观测速度快观测速度快、精度高等优点，被广泛应用在、精度高等优点，被广泛应用在各种等级的水准测量中。各种等级的水准测量中。l补偿器有一定的补偿器有一定的补偿范围补偿范围，应特别注意圆水准器，应特别注意圆水准器的气泡居中。的气泡居中。l要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于正常正常工作状态工作状态。9/18/202435一、水准路线的布设形式一、水准路线的布设形式 l l 附附 合合 水水 准准 路路 线线（a a） l l闭合水准路线（闭合水准路线（b b） l l支水准路线（支水准路线（c c） l l水准网水准网 （d d、e e）水准路线水准路线:水准测量所水准测量所经过的路线。经过的路线。图图2-212-4 水准测量的方法水准测量的方法9/18/202436二、水准测量的施测方法二、水准测量的施测方法二、水准测量的施测方法二、水准测量的施测方法图图2-22中：中：v水准点水准点A为已知点，为已知点，高程为高程为51.903m；vB为待定高程的点为待定高程的点；v施测过程施测过程（见表见表2-1）(高差高差=后视后视-前视前视hi=ai-bi)图图2-229/18/202437点号点号水准尺读数水准尺读数高高差差高高程程备备注注后视后视前视前视+BMA1.339已知高程点已知高程点TP11.4181.402TP21.5191.187TP31.2420.984TP41.2671.347BMB0.8716.7855.7911.1620.168计算检核计算检核ab=+0.994h=+0.994HBHA=+0.994表表2-1水准测量记录手簿（水准测量记录手簿（记录、计算记录、计算）图图2-229/18/202438点号点号水准尺读数水准尺读数高高差差高高程程备备注注后视后视前视前视+BMA1.339已知高程点已知高程点TP11.4181.402TP21.5191.187TP31.2420.984TP41.2671.347BMB0.871计算检核计算检核表表2-1水准测量记录手簿水准测量记录手簿9/18/202439点号点号水准尺读数水准尺读数高高差差高高程程备备注注后视后视前视前视+BMA1.33951.903已知高程点已知高程点TP11.4181.4020.063TP21.5191.1870.231TP31.2420.9840.535TP41.2671.3470.105BMB0.8710.39652.8976.7855.7911.1620.168计算检核计算检核ab=+0.994h=+0.994HBHA=+0.994表表2-1水准测量记录手簿水准测量记录手簿9/18/202440水准测量的检核水准测量的检核为了保证水准测量成果的正确可靠，为了保证水准测量成果的正确可靠，必须进行检核。检核的方法主要有以下必须进行检核。检核的方法主要有以下几种：几种：1. 1. 计算检核计算检核2. 2. 测站检核测站检核3. 3. 成果检核成果检核9/18/2024411.1.计算检核计算检核在每一测段结束后或手簿上每一页之末，必须进在每一测段结束后或手簿上每一页之末，必须进行计算检核。行计算检核。表表2-1中中:（1） a b= h=0.994说明说明高差的计算高差的计算是正确的。是正确的。（2）HB HA= h说明说明高程的计算高程的计算也是正确的。也是正确的。如不相等，则计算中必有错误，应进行检查。如不相等，则计算中必有错误，应进行检查。9/18/2024422.2.测站检核测站检核通常采用以下两种方法：通常采用以下两种方法：（1）变变动动仪仪器器高高法法：在在一一个个测测站站上上两两次次置置镜镜( (变变动动仪仪高高0.1m0.1m) )所所得得高高差差之之差差不不超超过过容容许许值值（例例如如图图根根水水准准测测量量容容许许值值为为6mm），则则认认为为符符合合要要求求，并并取取其其平平均均值值作作为为最最后后结结果果，否否则则，必必须须重测。重测。（2）双双面面尺尺法法利利用用同同一一水水准准尺尺红红面面与与黑黑面面两两次次测测得得高高差差，扣扣除除一一对对尺尺常常数数差差后后，较较差差均均在在容容许许值值范范围围内内,则则取取其其平平均均值值作作为为该该测测站站观观测测高高差差。否则，需要检查原因，重新观测。否则，需要检查原因，重新观测。9/18/2024433. 3. 成果检核成果检核l l将将整整个个水水准准路路线线的的成成果果与与理理论论值值进进行行比比较较：能能检检测测出出多多个个测测站站的的累累计计误误差差如如：温温度度、风风力力、仪仪器器、大大气气折折光光、尺尺子子倾倾斜斜及及转点位置移动等误差的影响。转点位置移动等误差的影响。l l方方法法：是是按按水水准准路路线线的的布布设设形形式式求求出出高高差闭合差差闭合差并与并与限差限差比较：比较：高差闭合差高差闭合差=实测高差理论高差实测高差理论高差 限差限差9/18/202444路线校核路线校核 （1）闭合水准路线 理论上高差代数和：高差闭合差：高差闭合差允许值：其中L为路线长度，km；n为测站数。9/18/202445路线校核路线校核（2）附合水准路线高差闭合差为：高差闭合差为：高差闭合差允许值：高差闭合差允许值：（3）支水准路线高差闭合差为：高差闭合差为：高差闭合差允许值：高差闭合差允许值：9/18/202446l检校的时间检校的时间：l购进仪器之后购进仪器之后l长途运输之后长途运输之后l项目开工之后项目开工之后l出现问题之后出现问题之后l检校目的检校目的：使仪器各种轴系关系处于正常状态。：使仪器各种轴系关系处于正常状态。2-5水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正9/18/202447一、微倾式水准仪的检验和校正一、微倾式水准仪的检验和校正l水准仪的主要轴、线：水准仪的主要轴、线：v视视准轴准轴CCv水准管轴水准管轴LLv仪器竖仪器竖轴轴VVv圆水准器圆水准器轴轴L L v十字丝横丝（中丝）十字丝横丝（中丝）l轴线之间应满足的几何条件轴线之间应满足的几何条件vL L VVv横丝横丝VVvLLCC（最重要）最重要）图图2-249/18/202448（一）圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正（一）圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正l目的目的使使L L VV，圆水准器气泡居中时，圆水准器气泡居中时，竖轴位于铅垂位置。竖轴位于铅垂位置。l检验检验（1）旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中（2）将望远镜水平方向绕竖轴旋转将望远镜水平方向绕竖轴旋转180，若气，若气泡仍居中，则泡仍居中，则L L VV，若气泡偏离，则若气泡偏离，则需进行校正。需进行校正。9/18/202449l校正校正v先用脚螺旋使气泡向中先用脚螺旋使气泡向中央方向移动偏离量的一央方向移动偏离量的一半；半；v稍松中间的固定螺丝稍松中间的固定螺丝（有的仪器无此螺丝）；（有的仪器无此螺丝）；v再用校正针拨动圆水准再用校正针拨动圆水准器的三个校正螺丝使气器的三个校正螺丝使气泡居中。泡居中。l重复上述的检验和校正重复上述的检验和校正，使仪器上部旋转到任何位使仪器上部旋转到任何位置气泡都能居中为止。置气泡都能居中为止。l最后应注意旋紧固定螺丝最后应注意旋紧固定螺丝。图图2-259/18/202450（二）十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验和校正（二）十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验和校正l目的目的使使横丝横丝VV，当当仪器粗略整平后，横丝仪器粗略整平后，横丝基本水平，用横丝上任基本水平，用横丝上任意位置所得读数均相同。意位置所得读数均相同。l检检验验水水准准仪仪整整平平后后，先先用用十十字字丝丝横横丝丝的的一一端端切切准准一一个个点点状状目目标标P，若若P点点始始终终在在横横丝丝上上移移动动，说说明明横横丝丝已已与与竖竖轴轴垂垂直直；若若P点点移移动动的的轨轨迹迹离离开开了了横横丝丝，则则说说明横丝与竖轴不垂直，需要校正。明横丝与竖轴不垂直，需要校正。图图2-279/18/202451l校正校正v打开十字丝分划板打开十字丝分划板的护罩，可见到三的护罩，可见到三个或四个分划板的个或四个分划板的固定螺丝固定螺丝v松开这些固定螺丝松开这些固定螺丝v用手转动十字丝分用手转动十字丝分划板座，使横丝的划板座，使横丝的另一端与目标相切。另一端与目标相切。v反复试验使横丝的反复试验使横丝的两端都能与目标相两端都能与目标相切，则校正完成。切，则校正完成。v最后旋紧所有固定最后旋紧所有固定螺丝。螺丝。图图2-289/18/202452（三）（三）i i角误差的检验和校正角误差的检验和校正l l i角角：水水准准管管轴轴和和视视准准轴轴在在垂垂直直面面上上的的投投影的夹角。影的夹角。 l l 交交叉叉误误差差：上上述述两两轴轴在在水水平平面面上上投投影影的的夹角。夹角。在等外水准在等外水准测量中可忽略其影响测量中可忽略其影响 为使为使LLCC，两轴在水平面和垂直面的，两轴在水平面和垂直面的投影都应平行。投影都应平行。 l l i角检验：角检验：是水准仪检校中是水准仪检校中最重要最重要的一项，的一项， li角检验目的角检验目的 当水准管气泡符合时，视准当水准管气泡符合时，视准轴就处于水平位置，使读数正确。轴就处于水平位置，使读数正确。9/18/202453图图2-29a2a2a19/18/202454检验方法：（检验方法：（图图2-29） l l在平坦之地选相距在平坦之地选相距6080m的的A、B两点，在两点打入木桩；两点，在两点打入木桩； l l水准仪置于水准仪置于I点（点（ A、B两点的中点两点的中点）， 用双仪高法测得用双仪高法测得A B两点的高差两点的高差h1=a1-b1 l l把将仪器搬至把将仪器搬至II点点（距（距B点略大于点略大于2 2米米）， 测得测得A、B两点高差两点高差h2=a2-b2 l l如果如果h2=h1，说明水准管轴与视准轴平行，说明水准管轴与视准轴平行，即即i=0。如果如果h2h1则说明则说明存在存在i角误差：角误差：式中式中=h2-h1=a2-a2两点所测两点所测高差之差；高差之差；DABA、B两点间的距离；两点间的距离； 206265。当当或或i角为正时，视线向上倾斜，反之向下倾斜。角为正时，视线向上倾斜，反之向下倾斜。l对于对于DS3水准仪，要求水准仪，要求i角不大于角不大于20 ，否则应进行校正。，否则应进行校正。a2a2a19/18/202455l l如如果果h2=h1，说说明明水水准准管管轴轴与与视视准准轴轴平平行行，即即i=0。如如果果h2h1则说明则说明存在存在 i 角误差：角误差：式中式中=h2-h1=a2-a2两点所测两点所测高差之差；高差之差；DABA、B两点间的距离；两点间的距离； 206265。当当或或i角为正时，视线向上倾斜，反之向下倾斜。角为正时，视线向上倾斜，反之向下倾斜。l对于对于DS3水准仪，要求水准仪，要求i角不大于角不大于20 ，否则应进行校正。，否则应进行校正。a2a2a19/18/202456l仪器在仪器在II处处，用微倾螺旋使远点，用微倾螺旋使远点A的读数从的读数从a2改变到改变到a2=b2+h1。此时此时视准轴处于水平位置视准轴处于水平位置，但水准管，但水准管也因随之变动而气泡不再符合。也因随之变动而气泡不再符合。l用校正针拨动水准管一端的校正螺丝使气泡符合用校正针拨动水准管一端的校正螺丝使气泡符合，(图图2-30)则水准管轴也处于水平位置，从而使水准管轴则水准管轴也处于水平位置，从而使水准管轴平行于视准轴。水准管的校正螺丝，校正时先松动平行于视准轴。水准管的校正螺丝，校正时先松动左右两校正螺丝，然后拨上下两校正螺丝使气泡符左右两校正螺丝，然后拨上下两校正螺丝使气泡符合。拨动上下校正螺丝时，应先松一个再紧另一个合。拨动上下校正螺丝时，应先松一个再紧另一个逐渐改正，当最后校正完毕时，所有校正螺丝都应逐渐改正，当最后校正完毕时，所有校正螺丝都应适度旋紧。适度旋紧。以上检验校正要反复进行，直到以上检验校正要反复进行，直到i角小于角小于20为止。为止。校正方法校正方法（图图2-29）9/18/202457图图2-30l用校正针拨动水准管一端的校正螺丝使气泡符合用校正针拨动水准管一端的校正螺丝使气泡符合，(图图2-30)则水准管轴也处于水平位置，从而使水准管轴平行于视则水准管轴也处于水平位置，从而使水准管轴平行于视准轴。水准管的校正螺丝，校正时先松动左右两校正螺丝，然准轴。水准管的校正螺丝，校正时先松动左右两校正螺丝，然后拨上下两校正螺丝使气泡符合。拨动上下校正螺丝时，应先后拨上下两校正螺丝使气泡符合。拨动上下校正螺丝时，应先松一个再紧另一个逐渐改正，当最后校正完毕时，所有校正螺松一个再紧另一个逐渐改正，当最后校正完毕时，所有校正螺丝都应适度旋紧。丝都应适度旋紧。以上检验校正要反复进行，直到以上检验校正要反复进行，直到i角小于角小于20为为止。止。9/18/202458二、自动安平水准仪的检验和校正二、自动安平水准仪的检验和校正1.自动安平水准仪应满足的条件自动安平水准仪应满足的条件l圆水准器轴平行仪器的竖轴；圆水准器轴平行仪器的竖轴；l十字丝横丝垂直竖轴；十字丝横丝垂直竖轴；l水准仪在补偿范围内，应能起到补偿作用；水准仪在补偿范围内，应能起到补偿作用；l视准轴经过补偿后应与水平线一致。视准轴经过补偿后应与水平线一致。9/18/2024592、自动安平水准仪的检验和校正、自动安平水准仪的检验和校正l前两项的检校前两项的检校与微倾式水准仪的检校方法完全相同。与微倾式水准仪的检校方法完全相同。l第三项（补偿器）的检验第三项（补偿器）的检验v离水准仪约离水准仪约50m处竖立水准尺，仪器安置成如下位置：即使处竖立水准尺，仪器安置成如下位置：即使其中两个脚螺旋的连线垂直于仪器到水准尺连线的方向；其中两个脚螺旋的连线垂直于仪器到水准尺连线的方向；v用圆水准器整平仪器，读取水准尺上读数；用圆水准器整平仪器，读取水准尺上读数；v四种情况（竖轴向前、后、左、右倾斜）下读数：四种情况（竖轴向前、后、左、右倾斜）下读数：l旋转视线方向上的第三个脚螺旋，让气泡中心偏离圆水准旋转视线方向上的第三个脚螺旋，让气泡中心偏离圆水准器零点少许，使竖轴向前稍倾斜；然后再次旋转这个脚螺器零点少许，使竖轴向前稍倾斜；然后再次旋转这个脚螺旋，使气泡中心向相反方向旋，使气泡中心向相反方向l重新整平仪器，用位于垂直于视线方向的两个脚螺旋，先重新整平仪器，用位于垂直于视线方向的两个脚螺旋，先后使仪器向左右两侧倾斜后使仪器向左右两侧倾斜9/18/202460v仪器竖轴向前后左右倾斜时所得读数与仪器整仪器竖轴向前后左右倾斜时所得读数与仪器整平时所得读数之差不超过平时所得读数之差不超过2mm，则可认为补偿则可认为补偿器工作正常，否则应检查原因或送工厂修理。器工作正常，否则应检查原因或送工厂修理。第四项（视准轴经过补偿后应与水平线一致）第四项（视准轴经过补偿后应与水平线一致）的检校的检校若视准轴经补偿后不能与水平线一致，则也构若视准轴经补偿后不能与水平线一致，则也构成成i角角，产生读数误差。，产生读数误差。l检验方法检验方法与微倾式水准仪与微倾式水准仪i角的检验方法相同角的检验方法相同l校正校正校正十字丝。拨十字丝的校正螺丝，使校正十字丝。拨十字丝的校正螺丝，使A点的读数从点的读数从a2改变到改变到a2。l对于对于DS3水准仪也应使水准仪也应使i角不大于角不大于209/18/2024612-6水准测量的误差分析水准测量的误差分析为了保证测量成果的精度，需要分析研究产生为了保证测量成果的精度，需要分析研究产生误差的原因，并采取措施消除或减小误差的影响。误差的原因，并采取措施消除或减小误差的影响。主要的误差来源：主要的误差来源：v仪器仪器v观测者观测者v外界条件外界条件9/18/202462一、仪器误差一、仪器误差 l l仪器校正后的残余误差仪器校正后的残余误差（i角误差角误差） 此项误差与仪器至立尺点的距离成正比。此项误差与仪器至立尺点的距离成正比。 l l在测量中，保持在测量中，保持前视和后视的距离相等，可消除该项误差。前视和后视的距离相等，可消除该项误差。 l l因因某某种种原原因因某某一一测测站站的的前前视视（或或后后视视）距距离离较较大大，那那么么就就在在下下一一测测站站上上使使后后视视（或或前前视视）距距离离较较大大，可可使使误误差差得得到到补补偿。偿。 l l水准尺的误差水准尺的误差 l l尺尺长长误误差差：尺尺长长变变化化、弯弯曲曲引引起起的的误误差差，通通常常限限制制弯弯曲曲度度、施加改正数消除。施加改正数消除。 l l刻划误差：刻划误差：刻划不准确引起的误差，可施加改正数消除。刻划不准确引起的误差，可施加改正数消除。 l l零零点点误误差差：尺尺底底的的刻刻划划值值与与理理论论值值之之差差，可可采采用用偶偶数数站站或或使用一根水准尺消除。使用一根水准尺消除。9/18/202463二、观测误差二、观测误差l读数误差读数误差估读的误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率以及估读的误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率以及视线的长度有关。视线的长度有关。l水准尺倾斜误差水准尺倾斜误差v水准尺倾斜会使读数增大：水准尺倾斜会使读数增大：装有水准器的水准尺、摇尺装有水准器的水准尺、摇尺法可消除。法可消除。9/18/202464三、外界条件的影响三、外界条件的影响1.1.仪器下沉和水准尺下沉仪器下沉和水准尺下沉v仪器下沉仪器下沉：“后、前、前、后后、前、前、后”的观测程序，的观测程序，可减弱其影响。可减弱其影响。v水准尺下沉水准尺下沉：“往返测往返测”可以减弱水准尺可以减弱水准尺下沉的影响。下沉的影响。2.2.气候的影响气候的影响v温度的变化引起大气折光变化造成尺像跳动；温度的变化引起大气折光变化造成尺像跳动；v烈日直晒仪器和大风影响水准管气泡的整平。烈日直晒仪器和大风影响水准管气泡的整平。尽量选择无风的阴天进行测量。尽量选择无风的阴天进行测量。9/18/202465v地球曲率的影响地球曲率的影响水准测量应根据水准面来求出水准测量应根据水准面来求出两点的高差，但视准轴是一直线，因此使读数中含两点的高差，但视准轴是一直线，因此使读数中含有由地球曲率引起的误差有由地球曲率引起的误差“p”。 P=D2 (2R)v大气折光的影响大气折光的影响在一般大气情况下，在一般大气情况下，大气折光误大气折光误差差“ ”是地球曲率误差是地球曲率误差“p”的的1/7; = D2 (14R)v地球曲率与大气折光的共同影响地球曲率与大气折光的共同影响： f = p - =0.43D2 Rv若前后视距相等若前后视距相等,该误差可在计算高差时自行消除。该误差可在计算高差时自行消除。3 3、地球曲率和大气折光的影响、地球曲率和大气折光的影响(图图2-34)9/18/2024662-7 精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺一、精密水准仪一、精密水准仪（图图2-35）lDS05、DS1均属于精密水准仪，均属于精密水准仪，精密水准仪主精密水准仪主要用于国家一、二等水准测量要用于国家一、二等水准测量以及建筑物沉以及建筑物沉降观测、大型桥梁施工的高程控制、精密机降观测、大型桥梁施工的高程控制、精密机械设备安装等精密工程；械设备安装等精密工程；l精密水准仪的构造：与精密水准仪的构造：与DS3水准仪基本相同，水准仪基本相同，也有微倾式和自动安平式之分。也有微倾式和自动安平式之分。l不同之处不同之处：有光学测微器进行尺读数。有光学测微器进行尺读数。9/18/2024679/18/202468二、精密水准尺二、精密水准尺l铟瓦水准尺。铟瓦水准尺。l尺是在木质标尺的中间槽内，装有一尺是在木质标尺的中间槽内，装有一2m或或3m长的铟瓦合金带尺，铟瓦带上刻有长的铟瓦合金带尺，铟瓦带上刻有左右两排相互错开的刻划，数字注在木左右两排相互错开的刻划，数字注在木尺上。尺上。精密水准仪的分划值有精密水准仪的分划值有1cm和和5mm两种两种，而数字注记因生产厂家不同有而数字注记因生产厂家不同有很多形式。很多形式。l例：以例：以3m尺为例，一般地，右边一排数尺为例，一般地，右边一排数字注记自字注记自0300cm，称为基本分划；左称为基本分划；左边一排数字注记自边一排数字注记自300600cm，称为辅称为辅助分划。助分划。基本分划与辅助分划相差一常基本分划与辅助分划相差一常数数K，称基辅称基辅差差（K值因厂家不同而异），值因厂家不同而异），以供检核读数之用。以供检核读数之用。9/18/202469三、精密水准仪的使用及读数方法三、精密水准仪的使用及读数方法l精密水准仪的操作方法精密水准仪的操作方法与与DS3水准仪基本相同，水准仪基本相同，只在读数方法上有所差异。只在读数方法上有所差异。l读数时读数时，(图图2-39)用用微倾螺旋微倾螺旋使目镜视场左边使目镜视场左边的符合水准气泡的两个半像吻合后，仪器即已的符合水准气泡的两个半像吻合后，仪器即已精确整平。这时望远镜十字丝横丝往往不恰好精确整平。这时望远镜十字丝横丝往往不恰好对准水准尺上的某一分划线，对准水准尺上的某一分划线，需转动测微螺旋需转动测微螺旋调整视线上下移动，使十字丝的楔形丝精确夹调整视线上下移动，使十字丝的楔形丝精确夹住水准尺上一个整分划线住水准尺上一个整分划线，再在读数显微镜内，再在读数显微镜内读出厘米以下的读数。读出厘米以下的读数。9/18/2024702-8 电子水准仪简介电子水准仪简介一、电子水准仪的原理及使用一、电子水准仪的原理及使用v电子水准仪又称数字水准仪电子水准仪又称数字水准仪。它是以自动安。它是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器光镜和探测器（CCD）,并采用条形码标尺和并采用条形码标尺和图像处理电子系统图像处理电子系统(图图2-40)。v电子水准仪使用：可以象普通自动安平水准电子水准仪使用：可以象普通自动安平水准仪一样使用。仪一样使用。v组成：组成：望远镜望远镜（包括目镜、物镜、物镜对光（包括目镜、物镜、物镜对光螺旋等）；螺旋等）；整平装置整平装置（包括圆水准器、脚螺（包括圆水准器、脚螺旋等）；旋等）；显示窗显示窗；操作键盘操作键盘（包括数字键和（包括数字键和各种功能键）；各种功能键）；串行接口串行接口；提手提手等辅助装置。等辅助装置。9/18/202471图图2-409/18/202472二、电子水准仪的特点及应用二、电子水准仪的特点及应用特点特点：v读数客观读数客观.不存在误读、误记问题不存在误读、误记问题,没有人为没有人为读数误差读数误差.v精度高。精度高。v速度快速度快。测量时间与传统仪器相比可以节省。测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右。左右。v效率高。效率高。可实现内外业一体化。可实现内外业一体化。应用前景应用前景：v快速水准测量，其工作效率可提高快速水准测量，其工作效率可提高3050；v自动沉降监测自动沉降监测v机器、转台等的精密工业测量；机器、转台等的精密工业测量；v仪器与计算机相连仪器与计算机相连，可实现实时、自动的可实现实时、自动的连续高程测量连续高程测量；v标准测量标准测量、地形测量、线路测量及施工放样等。地形测量、线路测量及施工放样等。9/18/202473