第三章水準(zhǔn)測量

1、第三章第三章 水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量v點位確定點位確定: : 平面坐標(biāo)、平面坐標(biāo)、高程高程 3.1 3.1 水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量原理一、高程測量概述一、高程測量概述v 高程測量高程測量: :測量地面上各點高程的工作。測量地面上各點高程的工作。v 高程測量方法高程測量方法: : 水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量: : 最基本最基本, ,精度最高精度最高 三角高程測量三角高程測量: : 適于山區(qū)適于山區(qū) 氣壓高程測量氣壓高程測量: : 精度最低精度最低水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量原理 z目的：目的：A,B兩點間兩點間的高差的高差z在在A,B上豎立上豎立標(biāo)尺標(biāo)尺z用用水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀構(gòu)筑一條水平構(gòu)筑一條水平視線視線z該視線在兩尺上截

2、得讀該視線在兩尺上截得讀數(shù)數(shù)a和和b z則高差則高差hAB=HB-HA=a-bz注：高差注：高差h有正有負(fù)有正有負(fù) 連續(xù)高程測量連續(xù)高程測量前視前視/后視后視：沿路線前進(jìn)方向分前后視。：沿路線前進(jìn)方向分前后視。HB=HA+h1+h2+-+hn= HA+ h水準(zhǔn)測量方法水準(zhǔn)測量方法v轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點：兩點間加的臨時立尺點。：兩點間加的臨時立尺點。v在施測路線上，依次測出每兩點間的高差在施測路線上，依次測出每兩點間的高差hi， hi=后視讀數(shù)后視讀數(shù)-前視讀數(shù)，前視讀數(shù)， 則：則： HB=HA+(a1-b1)+ (a2-b2)+-+(an-bn) = HA+ a- b 或或 HB=HA+h1+h2+-+h

3、n= HA+ h例：vh1 =2.250-1.000=1.250vh2 =0.640-1.350=0.710vh3 =2.146-1.500=0.646vh4 =2.469-0.783=1.686vH4=H0+h=H0+2.8723.2 水準(zhǔn)測量儀器及工具水準(zhǔn)測量儀器及工具 一一. 水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀v按精度指標(biāo)等級劃分按精度指標(biāo)等級劃分: DS05、DS1: 精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀 DS3、DS10: 普通水準(zhǔn)儀普通水準(zhǔn)儀v按原理按原理: 光學(xué)、電子、有傾斜螺旋、自動安平光學(xué)、電子、有傾斜螺旋、自動安平v基本組成基本組成:望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座座水準(zhǔn)儀組成1望遠(yuǎn)鏡物鏡；2望遠(yuǎn)鏡目鏡及

4、目鏡調(diào)焦螺旋；3物鏡調(diào)焦螺旋； 4管水準(zhǔn)器；5圓水準(zhǔn)器；6腳螺旋；7 水平方向制動螺旋；8水平方向微動螺旋；9豎直方向微傾螺旋；10基座。 1.望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡: 瞄準(zhǔn)尺瞄準(zhǔn)尺并讀數(shù)。由物鏡、并讀數(shù)。由物鏡、對光透鏡、十字對光透鏡、十字絲、目鏡組成。絲、目鏡組成。 原理原理:物體通過物體通過物鏡和對光透鏡物鏡和對光透鏡在十字絲平面上在十字絲平面上成倒立實象成倒立實象,目鏡目鏡又將倒立實象放又將倒立實象放大。大。2.水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器v作用作用: :指示指示視準(zhǔn)軸視準(zhǔn)軸是否水平的裝置。是否水平的裝置。v視準(zhǔn)軸：視準(zhǔn)軸：十字絲十字絲分劃中心與物鏡分劃中心與物鏡光心的連線。光心的連線。v水準(zhǔn)管軸水準(zhǔn)管軸: :

5、 通過通過水準(zhǔn)管零點作圓水準(zhǔn)管零點作圓弧的切線?；〉那芯€。v水準(zhǔn)器分水準(zhǔn)器分圓形圓形和和管形管形兩種兩種v管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器: :其縱剖面上內(nèi)側(cè)其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓弧形。刻劃線對稱中呈圓弧形?？虅澗€對稱中點處的切線就是水準(zhǔn)管軸。點處的切線就是水準(zhǔn)管軸?！皻馀菥又袣馀菥又小奔此疁?zhǔn)管軸即水準(zhǔn)管軸水平。水平。( (精平精平) )v圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器: :上面有同心圓的上面有同心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，同心圓圓心處的曲球形，同心圓圓心處的曲率半徑就是圓水準(zhǔn)器的軸。率半徑就是圓水準(zhǔn)器的軸?！皻馀菥又袣馀菥又小奔此疁?zhǔn)器的即水準(zhǔn)器的軸垂直軸垂直 ( (粗平粗平) )2.水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器水

6、準(zhǔn)管的精度水準(zhǔn)管的精度：v相鄰分劃線之間的弧所對的圓心角。相鄰分劃線之間的弧所對的圓心角。 設(shè)弧長為設(shè)弧長為2 2毫米，曲率毫米，曲率 半徑為半徑為R R毫米，則格值毫米，則格值 秒秒R23.基座及其它基座及其它v腳螺旋腳螺旋: 粗平粗平v中心螺旋中心螺旋: 固定儀器固定儀器v三腳架三腳架: 放置儀器放置儀器v制動扳鈕制動扳鈕: 粗略對準(zhǔn)目標(biāo)粗略對準(zhǔn)目標(biāo)v微動螺旋微動螺旋: 微動對準(zhǔn)目標(biāo)微動對準(zhǔn)目標(biāo)v微傾螺旋微傾螺旋: 精平精平v物鏡對光螺旋物鏡對光螺旋:十字絲清晰十字絲清晰自動安平水準(zhǔn)儀自動安平水準(zhǔn)儀v無水準(zhǔn)管和微傾螺旋。無水準(zhǔn)管和微傾螺旋。v由由自動安平補償器自動安平補償器來代替其功能來代

7、替其功能。電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀v速度快、精度高、自動速度快、精度高、自動讀數(shù)讀數(shù),v線陣探測器線陣探測器v條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介v水準(zhǔn)尺影象進(jìn)行圖象處理水準(zhǔn)尺影象進(jìn)行圖象處理,用傳感器測量尺上用傳感器測量尺上的信息的信息,再由計算機自動計算讀數(shù)及水平距離。再由計算機自動計算讀數(shù)及水平距離。代替了人用眼睛來觀察讀數(shù)。代替了人用眼睛來觀察讀數(shù)。v數(shù)字水準(zhǔn)儀的構(gòu)造數(shù)字水準(zhǔn)儀的構(gòu)造:v傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀的光學(xué)傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀的光學(xué) 和機械系統(tǒng)；和機械系統(tǒng)；v 信息處理系統(tǒng)；信息處理系統(tǒng)；v 水準(zhǔn)尺：一面為刻畫水準(zhǔn)尺：一面為刻畫, 一面為條形碼。一面為條形碼。二二. .水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺

8、和尺墊v水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺: : 木質(zhì)或玻璃鋼木質(zhì)或玻璃鋼 l直尺直尺2 2米和米和3 3米米, , 雙面尺雙面尺 ; ; l塔尺塔尺5 5米米v尺墊尺墊: : 防止下沉防止下沉或用于轉(zhuǎn)點標(biāo)志或用于轉(zhuǎn)點標(biāo)志v三腳架三腳架: :支撐水支撐水準(zhǔn)儀準(zhǔn)儀3.3 水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用 v安置安置: : 打開三腳架打開三腳架, ,踩實腳架尖踩實腳架尖, ,中心螺旋中心螺旋固定。固定。v粗平粗平: : 固定兩個腳架，轉(zhuǎn)到腳螺旋，使固定兩個腳架，轉(zhuǎn)到腳螺旋，使圓圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的氣泡居中。的氣泡居中。 v瞄準(zhǔn)：瞄準(zhǔn)：轉(zhuǎn)動儀器，利用準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)目標(biāo)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動儀器，利用準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)目標(biāo)，轉(zhuǎn)動調(diào)焦鏡使目標(biāo)象清晰，直至無動調(diào)焦鏡使

9、目標(biāo)象清晰，直至無“視差視差”。v精平精平: : 用微傾螺旋使用微傾螺旋使水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管氣泡居中。氣泡居中。v讀數(shù)讀數(shù): : 用十字絲的橫絲在水準(zhǔn)尺上取用十字絲的橫絲在水準(zhǔn)尺上取“讀讀數(shù)數(shù)” ” 每次取每次取四位數(shù)四位數(shù)，“0”0”也是必須記也是必須記錄的數(shù)字。錄的數(shù)字。一、粗平一、粗平( (調(diào)節(jié)腳螺旋調(diào)節(jié)腳螺旋) ) （左手拇指法則）（左手拇指法則）20二、瞄準(zhǔn)二、瞄準(zhǔn) v目鏡對光目鏡對光：十字絲成像清晰。：十字絲成像清晰。v瞄準(zhǔn)目標(biāo)瞄準(zhǔn)目標(biāo): : 瞄準(zhǔn)后制動。瞄準(zhǔn)后制動。v物鏡對光物鏡對光：使目標(biāo)成像清晰。：使目標(biāo)成像清晰。 v使尺子貼近十字絲使尺子貼近十字絲一側(cè)一側(cè): :微動螺旋微動螺旋v

10、消除視差消除視差：如果目標(biāo)象沒有落在十字絲面上，：如果目標(biāo)象沒有落在十字絲面上，則當(dāng)觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到則當(dāng)觀測員的眼睛上下左右移動時，會感到目標(biāo)象與十字絲之間有相對錯動。這種現(xiàn)象目標(biāo)象與十字絲之間有相對錯動。這種現(xiàn)象稱為稱為視差視差。視差影響瞄準(zhǔn)的精度。物鏡調(diào)焦。視差影響瞄準(zhǔn)的精度。物鏡調(diào)焦重新對光可以消除視差。重新對光可以消除視差。三、精平 調(diào)整微傾螺旋，使氣泡兩端的影像符合。四四. . 讀數(shù)讀數(shù)水準(zhǔn)尺的分劃不是線劃水準(zhǔn)尺的分劃不是線劃式而是式而是區(qū)格式區(qū)格式的。區(qū)格的。區(qū)格的邊緣是分劃的位置，的邊緣是分劃的位置，區(qū)格內(nèi)的小數(shù)區(qū)格內(nèi)的小數(shù)“估讀估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠(yuǎn)處區(qū)格

11、式分劃便于從遠(yuǎn)處觀察并讀數(shù)。觀察并讀數(shù)。讀數(shù)讀數(shù): 0858mm四、讀數(shù) 利用中絲在尺子上讀數(shù)。從上往下讀數(shù)（即從小數(shù)往大數(shù)讀），并估讀至毫米。必須讀出四個數(shù)字，如圖所示，正確讀數(shù)分別為1608mm和6295mm。一、水準(zhǔn)點和水準(zhǔn)路線布一、水準(zhǔn)點和水準(zhǔn)路線布設(shè)設(shè)（一）水準(zhǔn)點埋設(shè)（一）水準(zhǔn)點埋設(shè) 水準(zhǔn)點水準(zhǔn)點：一系列待測：一系列待測高程的點稱為水準(zhǔn)點。高程的點稱為水準(zhǔn)點。v臨時點臨時點: 釘子、木頭釘子、木頭v永久點永久點: 水泥樁、鋼筋水泥樁、鋼筋3.5 水準(zhǔn)測量的外業(yè)水準(zhǔn)測量的外業(yè)（二）水準(zhǔn)路線布設(shè)形式（二）水準(zhǔn)路線布設(shè)形式支水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線符合水準(zhǔn)路線符合水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線

12、二二. .水準(zhǔn)測量的實施水準(zhǔn)測量的實施 1.安置一次儀器安置一次儀器: (100m150m)2.安置多次儀器安置多次儀器: (150m)3.一個測站的測量一個測站的測量(普通測量普通測量)v安置儀器安置儀器v粗平粗平: 使圓水準(zhǔn)氣泡居中使圓水準(zhǔn)氣泡居中v瞄準(zhǔn)后視尺瞄準(zhǔn)后視尺v精平精平: 使管水準(zhǔn)氣泡居中使管水準(zhǔn)氣泡居中v讀后視尺上的數(shù)讀后視尺上的數(shù)a: 讀四位數(shù)讀四位數(shù)v旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡,瞄準(zhǔn)前視尺瞄準(zhǔn)前視尺v精平精平:v讀前視尺上的數(shù)讀前視尺上的數(shù)bvhAB=a-b4、一個測站的測量、一個測站的測量(水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量)v方法同普通水準(zhǔn)，在觀測過程中，為了提高方法同普通水準(zhǔn)，在觀測過程中，

13、為了提高每站的精度，需要對每站的精度，需要對前后視距差，黑紅面讀前后視距差，黑紅面讀數(shù)差等數(shù)差等有所要求。有所要求。v讀數(shù)步驟（雙面尺法）：讀數(shù)步驟（雙面尺法）：l后后視尺視尺黑黑面，上下絲、中絲讀數(shù)面，上下絲、中絲讀數(shù)l前前視尺視尺黑黑面，上下絲、中絲讀數(shù)面，上下絲、中絲讀數(shù)l前前視尺視尺紅紅面，中絲讀數(shù)面，中絲讀數(shù)l后后視尺視尺紅紅面，中絲讀數(shù)面，中絲讀數(shù)( (一一) )兩次儀器兩次儀器高法高法: : 已知已知H HA A，求，求H HB Bvh1 1=a1 1-b1 1vh2 2=a2 2-b2 2vh1 1-h2 2 vh=(h1+h2)/2 a2a1b2三、水準(zhǔn)測量方法三、水準(zhǔn)測量方

14、法b1AB水準(zhǔn)測量記錄（兩次儀器高法）水準(zhǔn)測量記錄（兩次儀器高法） 32 ( (二二) )雙面尺法雙面尺法 已知已知H HA A, ,求求H HB Bvh1 1=黑1-黑2vh2 2=紅1-紅2vh1 1-h2 2 vh=(h1+(h2100)/2 33a1b1AB不同等級水準(zhǔn)測量測站指標(biāo)要求不同等級水準(zhǔn)測量測站指標(biāo)要求34記錄與校核記錄與校核水準(zhǔn)測量記錄實例（雙面尺法）水準(zhǔn)測量記錄實例（雙面尺法）3.6 水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計算水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計算v外業(yè)：外業(yè)： 外業(yè)觀測、記錄手薄、站站檢核外業(yè)觀測、記錄手薄、站站檢核v內(nèi)業(yè)計算：內(nèi)業(yè)計算：l水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線閉和差的計算；閉和差的計算；l水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)路線

15、閉和差的分配；閉和差的分配；l水準(zhǔn)點水準(zhǔn)點高程的計算；高程的計算；一、閉和差計算一、閉和差計算v閉和差閉和差：實測值與理論值之差。：實測值與理論值之差。1.閉和水準(zhǔn)路線閉和水準(zhǔn)路線v理論值：理論值： h理理v實測值：實測值： h測測h1+.+h5 則：則：fh=h測測-h理理 = h1+.+h5.附合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線v理論值：理論值： h理理HB-HAv實測值：實測值： h測測h1+.+h3 則：則：fh=h測測-h理理 = h1+.+h3- (HB-HA)3.支水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線v理論值理論值: (往返測往返測) h理理HA-HA=0v實測值：實測值： h測測h1+.+h6 則：則：fh

16、=h測測-h理理 = h1+.+h6123二閉和差分配二閉和差分配 當(dāng)當(dāng)fh限差時，將閉合差進(jìn)行分配，具體分配方法如下：限差時，將閉合差進(jìn)行分配，具體分配方法如下：. 閉（附）合水準(zhǔn)路線閉（附）合水準(zhǔn)路線v將閉和差將閉和差fh與與測站測站成正比反號分配到各段高差中。成正比反號分配到各段高差中。 Vi= (- fh/ni)*niv將閉和差將閉和差fh與與路線長度路線長度成正比反號分配到各段高差中。成正比反號分配到各段高差中。Vi= (- fh/Li)*Li123二閉和差分配二閉和差分配.支水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線v各段各段往返測往返測高差的絕對值取平均值，正負(fù)與高差的絕對值取平均值，正負(fù)與往測方向一致

17、。往測方向一致。三高程的計算三高程的計算v注：注：fh=+0.037， Li=7.43.4 水準(zhǔn)測量的誤差分析水準(zhǔn)測量的誤差分析v誤差原因誤差原因: 人為人為(觀測觀測)、儀器儀器、外界環(huán)境外界環(huán)境一、儀器誤差一、儀器誤差1、視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差、視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差xaxbiiAB二、觀測誤差（人為）二、觀測誤差（人為）v 氣泡居中不準(zhǔn)（精平誤差）氣泡居中不準(zhǔn)（精平誤差）v 水準(zhǔn)尺傾斜引起的誤差水準(zhǔn)尺傾斜引起的誤差v 瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的誤差瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的誤差1 1、氣泡居中不準(zhǔn)引起的讀數(shù)誤差、氣泡居中不準(zhǔn)引起的讀數(shù)誤差 2 2、水準(zhǔn)尺誤差：、水準(zhǔn)尺誤差：尺子刻劃、尺長變化、彎曲等。尺

18、子刻劃、尺長變化、彎曲等。 2、水準(zhǔn)尺傾斜引起的誤差、水準(zhǔn)尺傾斜引起的誤差 水準(zhǔn)尺傾斜引起的讀數(shù)誤差與水平視線離水準(zhǔn)尺傾斜引起的讀數(shù)誤差與水平視線離尺底的高度尺底的高度h h，尺子的傾斜度，以及尺底的，尺子的傾斜度，以及尺底的厚度厚度b b和尺子安放的情況有關(guān)。和尺子安放的情況有關(guān)。l精密水準(zhǔn)測量時，尺上要裝水準(zhǔn)器；精密水準(zhǔn)測量時，尺上要裝水準(zhǔn)器；l普通水準(zhǔn)測量時，盡量把尺扶直或扶尺員慢慢普通水準(zhǔn)測量時，盡量把尺扶直或扶尺員慢慢地把尺前后搖動，觀察員取尺上最小的讀數(shù)。地把尺前后搖動，觀察員取尺上最小的讀數(shù)。3 3、瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的誤差、瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的誤差 水準(zhǔn)尺的最小一位讀數(shù)是水準(zhǔn)尺的最小一位讀數(shù)是

19、估讀的。一般說來估讀的估讀的。一般說來估讀的誤差約為誤差約為2 2毫米。毫米。v瞄準(zhǔn)與讀數(shù)誤差與瞄準(zhǔn)與讀數(shù)誤差與十字絲十字絲粗細(xì)、望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距、粗細(xì)、望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距、視線長度視線長度等有關(guān)。視線長等有關(guān)。視線長短影響較大，不同等級測短影響較大，不同等級測量對視線長度均有一定的量對視線長度均有一定的規(guī)定，如右表：規(guī)定，如右表：三外界條件對水準(zhǔn)測量的影響三外界條件對水準(zhǔn)測量的影響v地球曲率的影響、大氣折光的影響地球曲率的影響、大氣折光的影響 前后視距大致相等；視線高度大于前后視距大致相等；視線高度大于0.30.3米。米。v大氣風(fēng)力的影響、大氣溫度的影響：大氣風(fēng)力的影響、大氣溫度的影響： 選擇風(fēng)平

20、溫靜的天氣；給儀器遮光等。選擇風(fēng)平溫靜的天氣；給儀器遮光等。v地面松軟的影響地面松軟的影響: : 踩實腳架；采用踩實腳架；采用“后后- -前前- -前前- -后后”的觀測順的觀測順序。序。3.7 水準(zhǔn)儀檢驗與校正水準(zhǔn)儀檢驗與校正 .水準(zhǔn)儀的主要軸線水準(zhǔn)儀的主要軸線v視準(zhǔn)軸視準(zhǔn)軸CC：物鏡光心與物鏡光心與十字絲交點的連線。十字絲交點的連線。v水準(zhǔn)管軸水準(zhǔn)管軸LL：過水準(zhǔn)管零過水準(zhǔn)管零點的縱向切線。點的縱向切線。v豎軸豎軸VV:儀器中心與基座儀器中心與基座中心的垂直方向線。中心的垂直方向線。v圓水準(zhǔn)管軸圓水準(zhǔn)管軸 LL: 過圓水過圓水準(zhǔn)中心的垂直方向線。準(zhǔn)中心的垂直方向線。.水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件 （1）水準(zhǔn)管軸與視）水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸平行準(zhǔn)軸平行LLCC； （2）圓水準(zhǔn)器軸平）圓水準(zhǔn)器軸平行儀器縱軸行儀器縱軸LLVV；（3）十字絲的橫絲）十字絲的橫絲水平；水平； （4）豎軸與視準(zhǔn)軸垂）豎軸與視準(zhǔn)軸垂直；直；CC.水準(zhǔn)儀檢驗與校正水準(zhǔn)儀檢驗與校正（一）圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱（一）圓水準(zhǔn)器軸平行于儀器縱軸的檢驗與校正軸的檢驗與校正v誤差的影響：不影響讀數(shù)，但誤差的影響：不影響讀數(shù)，但使縱軸傾斜，影響操作速度使縱軸傾斜，影響操作速度v檢驗：檢驗：a