第四章水準測量和水準儀

1、第四章第四章 水準測量和水準儀水準測量和水準儀4.1 水準測量原理與方法水準測量原理與方法4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施4.4 水準測量水準測量的誤差分析的誤差分析4.5 水準儀的檢驗和校正水準儀的檢驗和校正4.1 水準測量原理與方法水準測量原理與方法一、水準測量的原理一、水準測量的原理ABABhHH稱之為視線高法。稱之為視線高法。I大地水準面AHBHABhab后視尺前視尺路線前進方向測定地面點高程的工作稱為測定地面點高程的工作稱為高程測量高程測量,其方法有其方法有水準測量水準測量與與三角高程測量三角高程測量。bahBAABBAhhaHHAIb

2、HbaHHIAB二、水準測量方法二、水準測量方法C4E1D23轉(zhuǎn)點：轉(zhuǎn)點：臨時立尺點，傳遞高程的過渡點(C、D、E)。測站：測站：每安置一次儀器稱為一個測站(1、2、3、4）。41414144332211)( )()()()(babababababahABEBDECDACABhhhhh三、地球曲率和大氣折光的影響三、地球曲率和大氣折光的影響abABABhMMEBNNFr1r2過A的水準面過I的水準面I水平面hAB=EA-FB球差改正：ME=p1；NF= p2hAB=（MA-p1）-（NB-p2）氣差改正：MM=f1；NN= f2hAB=（a+ f1 -p1）-（b+f2-p2）22spR0.1

3、1RRKK 設(shè)彎曲視線的曲率（）22sfKR2(1)2srpfKR球氣差改正：當s1 s2時，則r1、r2互相抵消)()(21rrbahAB4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺水準儀型號水準儀型號DS05DS1DS3DS10每千米往返測高每千米往返測高差中數(shù)偶然中誤差中數(shù)偶然中誤差差0.5mm1mm3mm10mm主要用途主要用途一等水準測一等水準測量及地震監(jiān)量及地震監(jiān)測測二等水準測量二等水準測量及其他精密水及其他精密水準測量準測量三、四等水準三、四等水準測量及一般工測量及一般工程水準測量程水準測量一般工程一般工程水準測量水準測量4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀

4、和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 望遠鏡基座 腳螺旋圓水準器、視準軸補償器調(diào)焦螺旋、微動螺旋電子光路讀數(shù)系統(tǒng)顯示窗、操作面板、數(shù)據(jù)卡4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 望遠鏡基座 腳螺旋圓水準器、視準軸補償器調(diào)焦螺旋、微動螺旋電子光路讀數(shù)系統(tǒng)顯示窗、操作面板、數(shù)據(jù)卡4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 數(shù)字水準儀將原有的用人眼觀測讀數(shù)改變?yōu)橛晒怆姅?shù)字水準儀將原有的用人眼觀測讀數(shù)改變?yōu)橛晒怆娫O(shè)備

5、自動探測水平視準軸的水準尺讀數(shù)。設(shè)備自動探測水平視準軸的水準尺讀數(shù)。n 速度快、精度高速度快、精度高n 讀數(shù)客觀讀數(shù)客觀n 使用方便、能減輕作業(yè)勞動強度使用方便、能減輕作業(yè)勞動強度n 易于實現(xiàn)水準測量內(nèi)外業(yè)一體化易于實現(xiàn)水準測量內(nèi)外業(yè)一體化 主要特征：主要特征：由傳感器識別條形碼水準標尺上的條形碼由傳感器識別條形碼水準標尺上的條形碼分劃，經(jīng)信息轉(zhuǎn)換處理獲取觀測值，并以數(shù)字形式顯分劃，經(jīng)信息轉(zhuǎn)換處理獲取觀測值，并以數(shù)字形式顯示或存儲在計算機內(nèi)。示或存儲在計算機內(nèi)。4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺部部分分電電子子水水準準儀儀的的外外觀觀圖圖 徠卡徠卡DNA03/10天寶天寶 DINI12/22

6、拓普康拓普康DL101/102索佳索佳SDL1/304.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 觀測時水準標尺觀測時水準標尺條形碼分劃影像條形碼分劃影像射到射到分光鏡分光鏡上，并將其分為上，并將其分為兩部分：其一是兩部分：其一是可見光可見光，通過十字絲和目鏡，供照準用；其二是，通過十字絲和目鏡，供照準用；其二是紅外光紅外光射向探測器，它將望遠鏡接收到的射向探測器，它將望遠鏡接收到的光圖像信息光圖像信息轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電信電信號號，并傳輸給信息處理機，與機內(nèi)原有的水準標尺的，并傳輸給信息處理機，與機內(nèi)原有的水準標尺的條形碼內(nèi)置條形碼內(nèi)置信息信息進行相關(guān)處理，從而得出水

7、準標尺上水平視線的讀數(shù)。進行相關(guān)處理，從而得出水準標尺上水平視線的讀數(shù)。 電子數(shù)字水準儀簡介電子數(shù)字水準儀簡介( (續(xù)續(xù)) ) 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 Rmm24.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 Rmm24.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 V4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺轉(zhuǎn)動測微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平視線向下平移轉(zhuǎn)動測微螺旋，平行玻璃板作

8、前俯，使水平視線向下平移與就近的與就近的148分劃重合，這時測微分劃尺上的讀數(shù)為分劃重合，這時測微分劃尺上的讀數(shù)為6.50mm，而水平視線的平移量應為，而水平視線的平移量應為 mm550. 6最后讀數(shù)最后讀數(shù)a為為:mmmmcma550. 61484.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 水準尺和尺墊水準尺和尺墊水準尺：水準尺：材料材料干燥的木料、鋁合金、銦鋼尺干燥的木料、鋁合金、銦鋼尺 構(gòu)造構(gòu)造 折尺、塔尺、直尺。折尺、塔尺、直尺。 長度長度 2m、3m、5m 。 水準尺的要求：水準尺的要求：直、變形小、刻劃精確、觀測時應豎直。直、變形小、刻劃精確、觀測時應豎直。常用三、四等水準測量的水準尺為木

9、質(zhì)常用三、四等水準測量的水準尺為木質(zhì)3m的、雙面水的、雙面水準尺，黑面尺（主尺）底端刻劃為準尺，黑面尺（主尺）底端刻劃為0，而紅面尺（輔助，而紅面尺（輔助尺）底端刻劃分別為尺）底端刻劃分別為4687mm、4787mm。尺墊：尺墊：放在過渡點上即轉(zhuǎn)點上，傳遞高程用。放在過渡點上即轉(zhuǎn)點上，傳遞高程用。 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 水準儀的安置（步驟）水準儀的安置（步驟）1、安置水準儀：安置水準儀：將儀器安置在三腳架上將儀器安置在三腳架上, 固定兩條腿，前后移動固定兩條腿，前后移動左右擺動一條腿，使圓水準器氣泡大致居中。左右擺動一條腿，使圓水準器氣泡大致

10、居中。2、粗平：粗平：旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準器氣泡居中。旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準器氣泡居中。3、瞄準：瞄準：使十字絲使十字絲 和目標的成像清晰，消除視差。和目標的成像清晰，消除視差。4、精平：精平：用微傾螺旋使符合水準管氣泡居中（用微傾螺旋使符合水準管氣泡居中（自動安平儀器無自動安平儀器無）5、讀數(shù)：讀數(shù)：用十字絲中絲、上絲、下絲分別讀數(shù)，通常讀四位數(shù)。用十字絲中絲、上絲、下絲分別讀數(shù)，通常讀四位數(shù)。 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺Y 粗粗 平平Y(jié) 精精 平平 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺3(a)(b)(c)4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 中中 絲絲上下絲上下絲 視距絲視距絲lK

11、S ； l = 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 mlKS7 .17)206. 6383. 6(100: 紅紅面面視視距距mlKS8 .17)520. 1698. 1(100: 黑黑面面視視距距)(21下下絲絲上上絲絲檢檢查查讀讀數(shù)數(shù)：中中絲絲 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 148+0.655 = 148.655cm =1.48655m 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺 4.2 水準儀和水準尺水準儀和水準尺4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施 水準路線：水準路線：在水準點之間進行水準測量所經(jīng)過的路線在水準點之間進行水準測量所經(jīng)過的路

12、線. 1、單一水準路線、單一水準路線: 因線路中已知點的個數(shù)不同又分為三種：因線路中已知點的個數(shù)不同又分為三種： AB123A12132附合水準路線附合水準路線閉合水準路線閉合水準路線支水準路線支水準路線A34.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施2、水準網(wǎng)、水準網(wǎng) 由幾條單一水準路線相互連接構(gòu)成網(wǎng)形，網(wǎng)中單一水由幾條單一水準路線相互連接構(gòu)成網(wǎng)形，網(wǎng)中單一水準路線相聯(lián)接的水準點稱為準路線相聯(lián)接的水準點稱為結(jié)點結(jié)點。 根據(jù)水準網(wǎng)中已知點個數(shù)的不同又分為：根據(jù)水準網(wǎng)中已知點個數(shù)的不同又分為： 附和水準網(wǎng)附和水準網(wǎng)獨立水準網(wǎng)獨立水準網(wǎng)DA132C4BE附合水準網(wǎng)附合水準網(wǎng)A3617542獨立水準

13、網(wǎng)獨立水準網(wǎng)4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施 niinnABhhhhhh11214.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施測站測站點號點號水準尺讀數(shù)水準尺讀數(shù)高差高差h高程高程H備注備注后視后視前視前視1A034746.215轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點11631-12842轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點10306轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點22624-23183轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點20833轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點31516-06834轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點31528轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點40501+10275轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)點42368B0694+167444.631普通水準測量測量手薄普通水準測量測量手薄4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施 照準照準后后尺尺黑黑面，讀上、下、中三絲讀數(shù)；面，

14、讀上、下、中三絲讀數(shù)； 照準照準前前尺尺黑黑面，讀中、上、下三絲讀數(shù)；面，讀中、上、下三絲讀數(shù)； 照準照準前前尺尺紅紅面，讀中絲讀數(shù)；面，讀中絲讀數(shù)； 照準照準后后尺尺紅紅面，讀中絲讀數(shù)；面，讀中絲讀數(shù)；此觀測程序可簡稱此觀測程序可簡稱: : 后前前后后前前后 或或 黑黑紅紅黑黑紅紅。 四等水準觀測程序也可采用：四等水準觀測程序也可采用：后后前前（黑紅黑紅）后后前前（黑紅黑紅）4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施施測方向施測方向后視尺后視尺前視尺前視尺 標尺讀數(shù)標尺讀數(shù)黑面黑面紅面紅面高差中數(shù)高差中數(shù)K+黑黑減紅減紅方向方向即尺即尺號號測站編號測站編號后距后距前距前距后尺后尺前尺前尺上

15、絲下絲下絲下絲上絲上絲視距差視距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前115711197138405510739036352396171-1037.437.6-0.2-0.2+1+0833+0932+0832.5后前后-前4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施標尺讀數(shù)標尺讀數(shù)黑面黑面紅面紅面高差中數(shù)高差中數(shù)K+黑黑減紅減紅方向即方向即尺號尺號測站編號測站編號后距后距前距前距后尺后尺前尺前尺下絲下絲上絲上絲上絲上絲下絲下絲視距差視距差dd(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9

16、)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后后前前后后-前前221211747193420082196182167966621-1037.437.5-0.1-0.3+1-0074-0175-0074.5后后前前后后-前前4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施一個測站上等級儀器類型標準視線長度后前視距差后前視距差累計黑紅面讀數(shù)差黑紅面所測 高差之差一條水準路線等儀器檢測間歇點往返測段閉合或符合水三S3.0四S5.0mmL20mmL12mmL12mmL204.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施AB2h1h2h31BAhHhHf測Lffhh20容許hfvi

17、iihhv1121223ABHHhHHhHHhiihihhfv4.3 水準測量的外業(yè)實施水準測量的外業(yè)實施點號點號 距離距離/kmkm觀測高差觀測高差/m/m高差改正數(shù)高差改正數(shù)/mm/mm改正后高差改正后高差/m/m高程高程/m/mA A4.5+7.23147.2311 17.2-4.3262 27.0-8.251B B41.918高差閉合差：高差閉合差： fh33mm 單一附合水準路線計算單一附合水準路線計算(四等）四等）+8+13+12+7.239-4.313-8.23954.47050.157Lfh20容許高差閉合差容許值：高差閉合差容許值： =86mm檢核：檢核：v +33mmAB2

18、h1h2h3118.7-5.346+334.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析水準測量誤差水準測量誤差儀器誤差儀器誤差、觀測誤差觀測誤差和和外界條件的影響外界條件的影響.一、儀器誤差一、儀器誤差1、視準軸與水準管軸不平行的誤差視準軸與水準管軸不平行的誤差視準軸（視準軸（CC）水準管軸（水準管軸（LL）水準管軸（水準管軸（LL）平行于視準軸（）平行于視準軸（CC）i角：視準軸與水準管軸在豎直面上投影的夾角角：視準軸與水準管軸在豎直面上投影的夾角4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 視線下傾，視線下傾，i 角為負角為負視線上傾，視線上傾，

19、i 角為正角為正 iSiSx tan4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 iSxaa iSxbb ABABbabaABhhxxbaxbxah )()()()()(babaABSSixxh 0 ABbahSS 前后視距大致相等可減弱前后視距大致相等可減弱 i 角誤差的影響角誤差的影響4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 sintansintantan ABABABBEi ibbaabaABSiSixxh 0, 0 baii前前視視：假假設(shè)設(shè)后后視視： iiiba :若若)(baABSSih 4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析

20、水準標尺每米長度誤差的影響（精密水準）水準標尺每米長度誤差的影響（精密水準） 兩水準標尺的零點誤差不等，設(shè)兩水準標尺的零點誤差不等，設(shè)a, b水準標尺的零點誤差水準標尺的零點誤差分別為分別為 a和和 b，它們都會在水準標尺上產(chǎn)生誤差。它們都會在水準標尺上產(chǎn)生誤差。bababbaah)()()(111112 -ababaabbh)()()(222223 )()(2211231213abbahhh4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 水準測量觀測誤差水準測量觀測誤差 Sm 1 .0居居中中4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 水準測量觀測

21、誤差水準測量觀測誤差 1591 ?1592 ? 1593 ?4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析)cos1 ( coscoscos212211aaaaaaaaaa)cos1()cos1)( hbabah )cos1)( hh 4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 11112222()()()22()habhhababhhab黑黑黑黑紅紅紅紅4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析2)()()(11222211返返往往返返往往）（hhhababhbabah 4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析RS22 etptnng 1105 . 57601118 )(21)(22b

22、abaABbaABssRhbah4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 4.4 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析 1、圓水準器的水準軸與儀器的旋轉(zhuǎn)軸平行的檢驗與校正、圓水準器的水準軸與儀器的旋轉(zhuǎn)軸平行的檢驗與校正檢驗原理：檢驗原理：如果水準軸與旋轉(zhuǎn)軸不平如果水準軸與旋轉(zhuǎn)軸不平行，存在一交角，將儀器行，存在一交角，將儀器旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180度，鉛垂線與水度，鉛垂線與水準軸交角為準軸交角為2倍交角，氣倍交角，氣泡不集中偏離另一側(cè)。泡不集中偏離另一側(cè)。檢驗方法：檢驗方法：先用腳螺旋將圓水準器氣泡先用腳螺旋將圓水準器氣泡居中，然后旋轉(zhuǎn)居中，然后旋轉(zhuǎn)180

23、，檢查，檢查氣泡是否居中。氣泡是否居中。AAAA檢驗：檢驗：用望遠鏡十字絲中絲對準一清晰點用望遠鏡十字絲中絲對準一清晰點A，再轉(zhuǎn)動水平微動螺旋檢查，再轉(zhuǎn)動水平微動螺旋檢查A點是否始終落在中絲上。點是否始終落在中絲上。校正：校正：松開目鏡保護蓋，放松十字絲環(huán)的校正螺釘轉(zhuǎn)動十字絲環(huán)，讓松開目鏡保護蓋，放松十字絲環(huán)的校正螺釘轉(zhuǎn)動十字絲環(huán)，讓橫絲與圖中虛線重合或平行。橫絲與圖中虛線重合或平行。檢驗原理：檢驗原理：假設(shè)假設(shè)十字絲橫絲與旋轉(zhuǎn)軸垂直，則過橫絲的平面必與旋轉(zhuǎn)十字絲橫絲與旋轉(zhuǎn)軸垂直，則過橫絲的平面必與旋轉(zhuǎn)軸垂直，儀器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)平面的水平位置不會發(fā)生變化，如果平面軸垂直，儀器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)平面的水

24、平位置不會發(fā)生變化，如果平面內(nèi)有一點，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)是這個點始終在這個平面內(nèi)。內(nèi)有一點，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)是這個點始終在這個平面內(nèi)。望遠鏡的望遠鏡的視準軸視準軸和水準管的和水準管的水準軸水準軸是空間的兩條直線。是空間的兩條直線。在在豎直面上的投影豎直面上的投影是否平行的檢驗稱為是否平行的檢驗稱為 i角檢驗角檢驗。在在水平面上的投影水平面上的投影是否平行的檢驗稱為是否平行的檢驗稱為交叉誤差的檢驗。交叉誤差的檢驗。 iABaaxbbxaSbSa b )(babaABSSixxh )(BAABABSSihh)( BAABABSSihh)()( BABAABABSSSShhi )()( BABAABABSSSShhiBASS BAABABSShhi BASBSA AS BS)()( BABAABABSSSShhi()ABABABSSSSS ABABABShhi22a2a AASixAxaa22 1、何為水準管軸？何為圓水準軸？何為水準管的分劃值？水何為水準管軸？何為圓水準軸？何為水準管的分劃值？水準管的分劃值與其靈敏度的關(guān)系如何準管的分劃值與其靈敏度的關(guān)系如何 ？ 2、水準測量時，轉(zhuǎn)點的作用是什么？尺墊有何作用？在哪些、水準測量時，轉(zhuǎn)點的作用是什么？尺墊有何作用？在哪些點上需要放置尺墊？哪