水准仪与水准尺水准仪课件.ppt

1、高程的概念高程的概念ABABHHhn绝对高程BAHH ,AB大地水准面AHBH假定水准面AHBHn相对高程BAHH ,ABABHHhn高差ABABABHHHHhABhAB 大地水准面大地水准面HA（已知）（已知）HB=？hAB = HB= HA+ hAB 原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高差，从而推算高程的一种方法地面点间的高差，从而推算高程的一种方法abab111bah222bah333bahABABh1b1a1h2b2a2h3b3a3h4a4b4h过A点的水准面444habH1HA+h1 H2H1+h2 H3H2+h3 HBH3+h4

2、H2+h3+h4 H1+h2 +h3+h4 HA+h1+ h2 +h3+h4 HA+ h = HA+ (a1 b1)+(a2 b2 )+ = HA+ abhAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = abH H1 1H HA A+ +h h1 1 H H2 2H H1 1+ +h h2 2 H H3 3H H2 2+ +h h3 3 H HB BH H3 3+ +h h4 4 H H2 2+ +h h3 3+h+h4 4 H H1 1+ +h h2 2 + +h h3 3+h+h4 4 H HA A+ +h h1 1+ h+ h2 2 +h +h3 3+h+h4 4

3、 H HA A+ + hh = H = HA A+ + (a (a1 1 b b1 1)+(a)+(a2 2 b b2 2 )+ )+ = H = HA A+ + aabb 而按照定义：而按照定义：hAB=HB-HA 即即HBHA+hAB所以有所以有（）：n水准仪：水准仪： 提供一条水平视线，并能照准水准尺、读数提供一条水平视线，并能照准水准尺、读数n水准尺：水准尺：用于读取刻度用于读取刻度 一般使用黑红双面水准尺；尺底端常数为一般使用黑红双面水准尺；尺底端常数为4.687、4.787； 水准尺一般成对使用，水准尺一般成对使用，n尺垫：尺垫：防止水准尺下沉和变位防止水准尺下沉和变位 顶端球面的

4、切面放置水准尺顶端球面的切面放置水准尺水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具为水准测量提供水平视线的仪为水准测量提供水平视线的仪器。器。常用的水准仪常用的水准仪 精密水准仪精密水准仪 DSDS05 05 、 DSDS1 1 普通水准仪普通水准仪 DSDS3 3 、DSDS10 10 D D大地测量仪器；大地测量仪器； S S水准仪；水准仪；XX精度。即：一公里往返测高差中数中误差（毫米）。DS3型水准仪水准仪望远镜望远镜水准器水准器基基 座座水准仪结构：水准仪结构目镜目镜微倾螺旋微倾螺旋物镜调焦螺旋物镜调焦螺旋物镜物镜左右微左右微动螺旋动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋脚螺旋脚螺旋准星准星123

5、45678910111 1、望、望 远远 镜镜物镜物镜调焦透镜调焦透镜十字丝分划板十字丝分划板目镜目镜2 2、水准器、水准器是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。水准器水准器长水准管长水准管圆水准器圆水准器长水准管长水准管圆水准器圆水准器圆水准轴圆水准轴水准轴水准轴圆水准器圆水准器圆水准器水准管轴圆水准器水准管轴圆水准器校正螺旋圆水准器校正螺旋圆水准器的作用：粗略整平圆水准器的作用：粗略整平分划值：分划值：830/2mm气泡气泡液体液体长长 水水 准准 管管长水准管的作用：精确整平长水准管的作用：精确整平分划值：分划值：20/2mm长水准管轴长水准管轴

6、符合水准器符合水准器黑面起点黑面起点0.000和和0.000米米红面起点红面起点4.687和和4.787米米实际的标尺实际的标尺观测的标尺观测的标尺1. 1.安置：安置三脚架和水准仪安置：安置三脚架和水准仪2 2、粗平：使圆水准器气泡居、粗平：使圆水准器气泡居中中1323123 3、照准：粗瞄、对光、精瞄和消除视差、照准：粗瞄、对光、精瞄和消除视差缺口缺口准星准星水平微动螺旋水平微动螺旋水平制水平制动螺旋动螺旋对光螺旋对光螺旋目镜目镜调节调节螺旋螺旋4 4、精平：使长水准管气泡居中、精平：使长水准管气泡居中微倾螺旋微倾螺旋5 5、读数：用中丝读数、读数：用中丝读数121.2720.7121.1

7、971.197120.7260.726读数练习读数练习 f - 组合焦距组合焦距 s - 补偿器到分补偿器到分 划板的距离划板的距离 - 倾斜视线倾斜视线 - 水平视线偏转角水平视线偏转角 n - 补偿系数补偿系数安置一“补偿器”实现自动安平的。K(十字丝交点）十字丝交点）水准尺水准尺水平光线水平光线倾斜视线倾斜视线物镜物镜nsfsfsfd/tantan即：即：补补偿偿器器f sdKAAGS1型铟钢尺型铟钢尺索佳索佳C330型自动安平水准仪型自动安平水准仪索佳索佳B20型自动安平水准仪型自动安平水准仪索佳索佳B1C型自动安平水准仪型自动安平水准仪RAB码水准尺索佳SDL30数码水准仪n水准测量

8、水准测量测出一系列的高程点。测出一系列的高程点。n基本概念：测站、转点基本概念：测站、转点hAB大地水准面HB=?A连续水准测量hAB= h =h1+h2 + =(a1 b1)+(a2 b2 )+ = abHB=A + hABhABAB大地水准面大地水准面HB=?Ah hAB水准测量校核及精度水准测量校核及精度1 1、测站校核：、测站校核：在一个测站上观测两次高差，两次高差不在一个测站上观测两次高差，两次高差不符值应在允许范围内。符值应在允许范围内。方法有变仪器高法和双面尺法。方法有变仪器高法和双面尺法。2、线路校核：线路校核：把已知高程点和待测点布设成路线，线路把已知高程点和待测点布设成路线

9、，线路观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。线路方式主要有闭合水准路线线路方式主要有闭合水准路线 、附合水准、附合水准路线路线 、往返水准路线、往返水准路线水准路线布设形式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单一水准路线单一水准路线水准网水准网 高差闭合差：高差闭合差：实测高差与其理论值之差应该为实测高差与其理论值之差应该为0，但由于测，但由于测量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等，量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等，其差值称为高差闭合差其差值称为高差闭合差.水准路线布设形式1. 1

10、. 附合水准路线附合水准路线 BM1BM2h= h测 -（H终-H始)12水准路线布设形式2、闭合水准路线闭合水准路线BM0h= h测测水准路线布设形式3 3、支水准路线、支水准路线BM0h= h往往+ h返返12水准路线布设形式4 4、水准网、水准网BM3BM1BM2结点结点1234普通水准测量线路闭合差允许值普通水准测量线路闭合差允许值： h h允允= =40 40L mm L mm （平坦地区）（平坦地区） LL路线长度，路线长度，kmkm h h允允= =10 10n mmn mm（丘陵地区）（丘陵地区） nn测站数测站数水准测量的外业实施BM1TP1测站测点后视读数前视读数高差高程

11、校核a= b= a b = h=11BM1TP11.5630.986+0.57719.43122TP1AA1.7621.8280.0663.3252.814+0.511+0.511BM1BM2AB2+0.5114+2.79141.632H BM1=19.431; H BM2 = 21.1211 1、计算高差闭合差和允许闭合差、计算高差闭合差和允许闭合差闭合路线闭合路线 f fh h= = h h 测测 ； 支水准路线支水准路线 f fh h= h = h 往往+h +h 返返； 附合路线附合路线 f fh h= = h h 测测（H H终终 H H始始）v 闭合差允许值：闭合差允许值： h h

12、允允= =40 mm 40 mm （平坦地区）（平坦地区） h h允允= =10 mm 10 mm （丘陵地区）（丘陵地区）一、水准测量的内业计算步骤ABCD闭合水准路线闭合水准路线ABCD附合水准路线附合水准路线ABD支水准路线支水准路线Ln水准测量的内业计算步骤3、计算改正后高差计算改正后高差 hi i+1 = hi i+1 + i 4、计算各点的高程、计算各点的高程 H i+1=Hi+ hi i+1 i = - f h L i / L i = - f h n i / nL 线路总长；线路总长；L i 第第 i 段长度（段长度（i=1、2、3、）n 测站总数测站总数；n i 为第为第 i

13、测段测站数。测段测站数。 i 各测段高差改正各测段高差改正2、满足满足 h f h允允计算高差改正数计算高差改正数注：注： v与与 h 大小相等，符号相反。大小相等，符号相反。例1：支水准的内业计算BM1CAB+0.511+2.7911.632解：AH21.324m已知：ABM1BM1-ABAA-BCBB-CHHh21.3240.51121.835mHHh21.8352.79124.626mHHh24.626 1.63222.994m例2：闭合水准的内业计算BM1AB2+0.5114 +2.7911.632点号 站数观测值 改正数改正后高差高程0.0040.0080.0080.5152.799

14、1.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM22440.5112.7911.632101.6700.0201.690fh=1.670(21.12119.431)=20(mm) fh允允=31(mm) 例：已知水准点例：已知水准点IV1的高程的高程H始始 = 21.453 m，IV2点的高程点的高程H终终 = 25.006m，求各点平差后高，求各点平差后高程。程。123n1 =5h1=3.748n2=10h2=-12.365n3=6h3=11.430n4=4h4=0.715IV1IV2例2：水准测量的内业计算（1）高差闭合差的计算）高差闭合差的计算f h= h测测 -

15、（H终终-H始始） = 3.528 -（25.006 -21.453）= - 0.025 mf h允允 = 10 n = 50 mm，合格。合格。（2）高差闭合差的调整）高差闭合差的调整i = - f h n i / n 1=0.005 2=0.010 3=0.006 4=0.004检核计算：检核计算： i = - f h例例2 2：（3）计算各点改正后的高差）计算各点改正后的高差HIV1= 21.453 m H1= HIV1 + h1 = 25.206 mH2= H1 + h2 = 12.851 mH3= H2 + h3 = 24.287 mHIV2= H3 + h4 = 25.006 m

16、= 已知高程已知高程 h1= h1 + 1 h2= h2 + 2 h3= h3 + 3 h4 = h4 + 4（4）计算各点的高程）计算各点的高程例例2 2：BM.A143结构实验室结构实验室机电实验室机电实验室二、普通水准测量实习（实验二二、普通水准测量实习（实验二）2普通水准测量闭合路线图普通水准测量闭合路线图已知：AH19.431m, 分别测定1、2、3、4四点的高程。 水准测量实习外业记录BM1TP1测站测站测点测点后视读后视读数数前视读前视读数数高高 差差高高 程程 BM1BM11.5631.563+0.577+0.57719.43119.431TP1TP10.9860.986TP1

17、TP11.7621.7620.0660.066? ?A A1.8281.828校核校核a= a= b= b= a a b b = = h h= =1122A3.3252.814+0.511+0.511水准测量的内业计算BM1BM2AB2+0.5114+2.79141.632点号点号 站数站数观测值观测值 改正改正数数改正后高改正后高差差高程高程0.0040.0080.0080.5152.7991.62419.43119.94622.74521.121BM1ABBM22440.5112.7911.632101.670 0.0201.690fh=1.670(21.12119.431)=20(mm)

18、 f h允允=31(mm)仪器竖轴圆水准器轴水准管轴视准轴水准仪的几何轴线有：水准仪的几何轴线有：圆水准轴圆水准轴 L L0 0 L L0 0 长水准管轴长水准管轴L LL L视准轴视准轴 C C C C 竖轴竖轴 V VV V水准仪的检验和校正水准仪的检验和校正水准仪满足的轴线条件水准仪满足的轴线条件v圆水准器轴圆水准器轴仪器的竖轴，即仪器的竖轴，即L L0 0L L0 0 VV VV 。v水准管轴水准管轴视准轴，即视准轴，即LLCC LLCC 。( (主要条件主要条件) )v十字丝横丝十字丝横丝 竖轴竖轴VV VV 。检校目的：检校目的： 使仪器的各轴系满足应有的几何条件。使仪器的各轴系满

19、足应有的几何条件。一、圆水准器的检校一、圆水准器的检校检校目的：检校目的： 当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上当圆水准管气泡居中时，仪器的竖轴基本上 处于铅垂位置。处于铅垂位置。 L L0 0L L0 0 VV ? VV ?检验方法检验方法： 转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远镜旋转后将望远镜旋转180180，如果仍然居中，说明满足，如果仍然居中，说明满足此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。此条件。如果气泡偏离中央位置，则需校正。校正方法校正方法： 转动脚螺旋，使气泡向中间移动偏离量的转动脚螺旋，使气泡向中间移动偏离量的一半，然后用改正

20、针校正气泡，使其居中。一半，然后用改正针校正气泡，使其居中。检校原理检校原理二、望远镜十字丝横丝的检校二、望远镜十字丝横丝的检校检校目的检校目的：当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平当仪器的竖轴处于铅垂位置时，横丝应处于水平位置。位置。 横丝横丝 竖轴竖轴VV ？检验方法检验方法： 整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，整平仪器，瞄准墙上的固定点，水平微动，固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横固定点是否离开十字丝横丝。如果偏离十字丝横丝，则需校正。丝，则需校正。校正方法校正方法： 拨正十字丝环。拨正十字丝环。三、长水准管的检校三、长水准管的检校检验方法检验方法： （1）在比较平坦的

21、地面上，相距约）在比较平坦的地面上，相距约4060m左右的地左右的地方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点方打两个木桩或放两个尺垫作为固定点A和和B。检验时先将。检验时先将水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，水准仪安置在距两点等距离处，在符合气泡居中的情况下，分别读取分别读取A、B点上的水准尺的读数点上的水准尺的读数a1和和b1，求得高差，求得高差h1=a1-b1。（。（h1不含有该项误差的影响）不含有该项误差的影响） （2）将仪器搬至）将仪器搬至B点附近（相距约点附近（相距约3米处），在符合米处），在符合气泡居中的情况下，对远尺气泡居中的情况下，对远尺A和近尺和近尺B，分别读得读

22、数，分别读得读数a2和和b2，求得第二次高差，求得第二次高差h2=a2-b2。若。若h2=h1，说明仪器的水，说明仪器的水准管平行于视准轴，无需校正。若准管平行于视准轴，无需校正。若h2 h1，则水准管轴不，则水准管轴不平行于视准轴，平行于视准轴， h2与与h1的差值大于的差值大于3mm，需要校正，需要校正。检校目的检校目的：使长水准管轴平行于视准轴，提供：使长水准管轴平行于视准轴，提供水平视线。水平视线。 LL CC ？ =1803.14159266060206265D1D2h1ABii iaa1 a2a2bb1b2 x1x2Dhhi 212检验原理检验原理校正方法校正方法: 算出远尺的正确

23、读算出远尺的正确读数数a2， a2=h1+b2。 转动微倾螺旋，令转动微倾螺旋，令远尺远尺A上读数恰为上读数恰为a2，此时视线已水平，而符此时视线已水平，而符合气泡不居中，用校正合气泡不居中，用校正针拨动水准管上、下两针拨动水准管上、下两校正螺丝，使气泡居中，校正螺丝，使气泡居中，这时水准管轴就平行于这时水准管轴就平行于视准轴。视准轴。 校正方法校正方法 松上紧下松上紧下 松下紧上松下紧上水准测量的水准测量的误差来源误差来源及及注意事项注意事项 仪器误差仪器误差 观测误差观测误差 外界条件的影响外界条件的影响1 1、仪器误差、仪器误差 仪器校正不完善的误差仪器校正不完善的误差 例如残留例如残留

24、ii角误差，测量时使仪器的角误差，测量时使仪器的前后视距相等，即可消除这项误差。前后视距相等，即可消除这项误差。实实际工作中要求前后视距差总和尽量的小际工作中要求前后视距差总和尽量的小。调焦误差调焦误差 当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只需做少量调焦，即可减小该误差需做少量调焦，即可减小该误差. 水准标尺零点不等的误差水准标尺零点不等的误差 水准尺由于长期使用,其底部受到磨损，产生零点误差。两根标尺的零点误差之差，称为一对标尺的零点差。 在两个测站的观测高差之和中，这种误差的影响就抵消了。所以，水准路所以，水准路线的每个测段应尽量安排成偶数站，以线的每

25、个测段应尽量安排成偶数站，以减小一对标尺零点差的影响。减小一对标尺零点差的影响。2 2、 观测误差观测误差 整平误差整平误差 一般认为,利用符合水准器整平仪器的误差约为 ，所以整平误差引起的读数误差为： 075. 0Dm 075. 0平D为水准仪到标尺的距离 所以，观测时应控制视距的长度小于所以，观测时应控制视距的长度小于100m，同时应注意整平仪器。，同时应注意整平仪器。 照准误差照准误差 设人眼的分辨率为60秒，望远镜的放大倍率为V，视距长度为D，则照准误差为: DVm 60照 所以测量时应注意控制视距长度，所以测量时应注意控制视距长度，减小该误差的影响减小该误差的影响.ba)cos1 (

26、cosbbbaba 水准尺倾斜的误差水准尺倾斜的误差 当水准尺倾斜时当水准尺倾斜时,其读数比垂直竖立时大，且视线越其读数比垂直竖立时大，且视线越高误差越大。高误差越大。 估读误差估读误差 其大小与厘米分格的宽度，十字丝的粗细，望远镜的其大小与厘米分格的宽度，十字丝的粗细，望远镜的放大倍率和视距长度等有关。所以各等级水准测量对上述放大倍率和视距长度等有关。所以各等级水准测量对上述方面各有要求方面各有要求3 3、外界条件的影响、外界条件的影响 仪器垂直位移的影响仪器垂直位移的影响1a2a2b1b12后前前后法后前前后法取平均取平均1111111)(babah2222222)(babah21 尺垫垂

27、直位移的影响尺垫垂直位移的影响 发生在迁站过程中，用往返测取平均可减弱该误差。 地球曲率的影响地球曲率的影响)()()(2121babah仪器安置在仪器安置在AB中中点时点时,可消除该项可消除该项误差的影响误差的影响A12abABhB大地水准面大地水准面 大气垂直折光的影响大气垂直折光的影响 光线经过大气层时光线经过大气层时,由疏媒质折向密媒质，一般由疏媒质折向密媒质，一般情况下，大气层的密度上疏下密，视线成一条弯向下情况下，大气层的密度上疏下密，视线成一条弯向下方的曲线，且离地面越近，弯曲的程度越大。方的曲线，且离地面越近，弯曲的程度越大。 在平坦地区，当前后视距基本相等时，前后折光在平坦地

28、区，当前后视距基本相等时，前后折光差方向相同，大小基本相等，影响得到抵消；在上坡差方向相同，大小基本相等，影响得到抵消；在上坡或下坡时，由于前后视线高度相差较大，折光差的影或下坡时，由于前后视线高度相差较大，折光差的影响增大。响增大。一、名词解释一、名词解释1水准点(P20):用水准测量的方法测定的高程控制点。2水准测量 (P13):利用水准仪提供一条水平视线，在水准尺上读 数，求得两点间高差，从而推求未知点高程的一种方法。 3水准路线(P21):就是由已知水准点开始或在两已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线，一般有支水准、闭合水准、附合水准和水准网。 4转点(P14):在连续水准测

29、量中，在A点至B点的水准路线中间增设若干个临时立尺点，用来传递高程，一般应安放尺垫。 5视准轴(P16) :通过物镜光心与十字丝交点的连线CC。6水准管轴(P17):通过长水准管圆弧中点O（水准管零点）的圆弧切线LL。 7水准管分划值(P17) :水准管上两相邻分划线间的圆弧（弧长为2mm）所对的圆心角。8视差(P17):由于物镜调焦不完善造成物体成像不在十字丝分划板上。 习题习题 ：9高程测量(P13):测定地面点高程的工作。10圆水准轴(P18):过零点O的法线LL。11视距(P16):水准仪至水准尺的距离。 12水准仪i角误差(P28):水准管轴不平行于视准轴，它们在竖直面 内投影之夹角。二、问答题二、问答题1.画图说明水准测量的基本原理(P13)2.水准仪的操作步骤有哪些(P19)3.水准测量路线有哪些，画图说明(P21)4.测站检核的方法有哪些(P23)5.水准仪有哪几条几何轴线?它们之间应满足哪些条件?为什么?(P26)6.视差产生的原因是什么?如何检查它是否存在?怎样消除?(P17) 7.试述水准测量中为什么要使后视与前视的距离相等？ (P31)三、计算题三、计算题P35书后习题：1、8、9、10