第一部分---水准测量的基本知识

第二部分高程测量测定地面点高程的工作，称为高程测量.按所使用的仪器和施测方法的不同，高程测量可以分为：水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS高程测量.水准测量是精确测定地面点高程的一种主要方法，是高程测量中最精密、最常用的方法。BM3Am556.1a大地水准面m680.443Hm236.46iHm236.101bm000.450H±0.000第一节水准测量原理水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。第二节水准测量的仪器和工具水准测量所使用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。1．基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。它主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。一、DS3微倾式水准仪的构造DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。2．水准器（1）管水准器OLL管水准器用于精确整平仪器。它是一个密封的玻璃管，水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线。水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。（2）圆水准器圆水准器装在水准仪基座上，用于粗略整平。圆水准器的分划值，一般为8′～10′，精度较低。气泡L′L′圆水准器基座整平方法——气泡居中(1)用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2，使气泡沿着1、2连线方向由a移至b。(2)用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3，使气泡由b移至中心。整平时，气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致。3．望远镜望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。它主要由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。望远镜的构造示意图工程测量一般使用DS3级水准仪。1—物镜；2—物镜对光螺旋；3—水平微动螺旋；4—水平制动螺旋；5—微倾螺旋；6—脚螺旋；7—符合气泡观察镜；8—水准管；9—圆水准器；10—圆水准器校正螺丝；11—目镜调焦螺旋；12—准星；13—缺口；14—轴座瞄准水准尺的步骤（1）目镜调焦（2）初步瞄准（3）物镜调焦上丝下丝中丝竖丝十字丝分划板（4）精确瞄准（5）消除视差眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动，这种现象叫视差。产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重合，如右图a所示。视差的存在将影响读数的正确性，应予消除。消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。瞄准水准尺的步骤4、精确整平精确整平简称精平。眼睛观察水准气泡观察窗内的气泡影像，用右手缓慢地转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合。此时视线即为水平视线。如图所示，微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向一致。精确整平5、读数读数时应从小数向大数读，如果从望远镜中看到的水准尺影像是倒像，在尺上应从上到下读取。直接读取米、分米和厘米，并估读出毫米，共四位数。读数后再检查符合水准器气泡是否居中，若不居中，应再次精平，重新读数。二、水准尺和尺垫1．水准尺常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。（1）塔尺如图a（2）双面水准尺如图b尺长为3m，两根尺为一对。一面为黑面尺，另一面为红面尺。黑面尺尺底均从零开始，而红面尺尺底，一根从4.687m开始，另一根从4.787m开始。2．尺垫尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用。第三节水准仪的使用微倾式水准仪的基本操作程序为：安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。一、安置仪器二、粗略整平(1)用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2，使气泡沿着1、2连线方向由a移至b。(2)用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3，使气泡由b移至中心。整平时，气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致。三、瞄准水准尺（1）目镜调焦（2）初步瞄准（3）物镜调焦（4）精确瞄准（5）消除视差眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动，这种现象叫视差。产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重合，如右图a所示。视差的存在将影响读数的正确性，应予消除。消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。四、精确整平精确整平简称精平。眼睛观察水准气泡观察窗内的气泡影像，用右手缓慢地转动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合。此时视线即为水平视线。如图所示，微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向一致。精确整平五、读数符合水准管器气泡居中后，应立即用十字丝中丝在水准尺上读数。读数时应从小数向大数读，如果从望远镜中看到的水准尺影像是倒像，在尺上应从上到下读取。直接读取米、分米和厘米，并估读出毫米，共四位数。读数后再检查符合水准器气泡是否居中，若不居中，应再次精平，重新读数。第四节水准测量施测的方法一、水准点用水准测量的方法测定的高程控制点，称为水准点，记为BM(BenchMark)。水准点有永久性水准点和临时性水准点两种。（1）永久性水准点图a国家等级水准点图b墙上水准点图c临时性水准点（2）临时性水准点用大木桩打入地下，桩顶钉以半球状铁钉，作为水准点的标志。2、水准测量路线（一）简单水准测量从已知水准点到待定点之间的距离较近（小于200米），高差较小（小于水准尺长），由一个测站即可测出待定点的高程。ABabHAHBHi大地水准面前进方向水准测量原理hAB（二）路线水准测量水准路线布设形式主要有以下三种形式；1．附合水准路线BMABMBh1h2h3h4123从理论上讲，附合水准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点之间的高差，即AB理HHh2．闭合水准路线闭合水准路线的布设方法如图所示，从已知高程的水准点BM.A出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BM.A的环形路线，称为闭合水准路线。BMAh1h2h3h4h51234闭合水准路线从理论上讲，闭合水准路线各测段高差代数和应等于零，即理0h3．支水准路线从已知高程的水准点BM.A出发，沿路线对待定高程的水准点1进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。BMA1h往h返支水准路线从理论上讲，支水准路线往测高差与返测高差的代数和应等于零。0返往hh3、水准测量的记录与计算ABabHAHBHi大地水准面前进方向水准测量原理hAB设水准测量是由A向B进行的，则：A点为后视点，a称为后视读数；B点为前视点，b称为前视读数。高差＝后视读数－前视读数高程的计算方法1．高差法测得A、B两点间高差hAB后，如果已知A点的高程HA，则B点的高程HB为：HB=HA+hAB2．视线高法（也称仪高法）如图所示，B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，即：Hi=HA+aHB=Hi－b在施工测量中，有时安置一次仪器，需测定多个地面点的高程，采用视线高法就比较方便。ABabHAHBHi大地水准面前进方向水准测量原理hAB水准测量的记录将测站、测点、前、后视读数及已知水准点A的高程填入表中有关各栏内。测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+－1234567ⅠBM.A1.453TP.10.873ⅡTP.12.532TP.21.762ⅢTP.21.372TP.30.035ⅣTP.30.874TP.41.803ⅤTP.41.020B1.584计算检核4．计算与计算检核（1）计算每一测站都可测得前、后视两点的高差，即h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3……+将上述各式相加，得则B点高程为：（2）计算检核：为了保证记录表中数据的正确，应对后视读数总和减前视读数总和、高差总和、B点高程与A点高程之差进行检核，这三个数字应相等。bahhABhHhHHAABAB测站测点水准尺读数/m高差/m高程/m备注后视读数前视读数+－1234567ⅠBM.A1.4530.580132.815TP.10.873133.395ⅡTP.12.5320.770133.395TP.21.762134.165ⅢTP.21.3721.337134.165TP.30.035135.502ⅣTP.30.8740.929135.502TP.41.803134.573ⅤTP.41.0200.564134.573B1.584134.009计算检核∑7.2516.0572.6871.493∑a－∑b=＋1.194∑h=＋1.194hAB=HB－HA=＋1.194计算与计算检核（3）．水准测量的测站检核1）变动仪器高法在同一个测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差进行检核。要求：改变仪器高度应大于10cm，两次所测高差之差不超过容许值（例如等外水准测量容许值为±6mm），取其平均值作为该测站最后结果，否则须要重测。2）双面尺法分别用双面水准尺的黑面和红面进行观测。利用前、后视的黑面和红面读数，分别算出两个高差。如果所测高差不超过规定的限差（例如四等水准测量容许值为±5mm），取其平均值作为该测站最后结果，否则须要重测。第五节水准测量的成果计算成果计算步骤：检查野外观测手薄，计算各点间高差，经检核无误，则根据野外观测高差计算高差闭合差，若闭合差符合规定的精度要求，则调整闭合差，最后计算各点的高程。以上工作，称为水准测量的内业。等外水准测量的高差闭合差容许值规定为：Lfh40容nfh12容式中：L—水准路线长度，以公里计；n—测站数如平均1千米测站数少于15站，用L式；如平均1千米测站数多于15站，用n式。一、路线水准测量的成果检核方法1．附合水准路线BMABMBh1h2h3h4123从理论上讲，附合水准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点之间的高差，即各测段高差代数和与其理论值的差值，称为高差闭合差。)(AB测理测hHHhhhfAB理HHh2．闭合水准路线闭合水准路线的布设方法如图所示，从已知高程的水准点BM.A出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点BM.A的环形路线，称为闭合水准路线。BMAh1h2h3h4h51234闭合水准路线从理论上讲，闭合水准路线各测段高差代数和应等于零，即如果不等于零，则高差闭合差为：理0h测hhf3．支水准路线从已知高程的水准点BM.A出发，沿路线对待定高程的水准点1进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。BMA1h往h返支水准路线从理论上讲，支水准路线往测高差与返测高差的代数和应等于零。0返往hh如果不等于零，则高差闭合差为：返往hhhf例题：1、附合水准路线的计算例：如图一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，1、2、3为待定高程的水准点，h1、h2、h3和h4为各测段观测高差，n1、n2、n3和n4为各测段测站数，L1、L2、L3和L4为各测段长度。现已知HA＝65.376m，HB＝68.623m，各测段站数、长度及高差均注于图中。h1＝＋1.575mh2＝＋2.036mh3＝－1.742mh4＝＋1.446mn1＝8L1＝1.0kmn2＝12L2＝1.2kmn3＝14L3＝1.4kmn4＝16L4＝2.2kmBMA123BMB附合水准路线示意图1．填写观测数据和已知数据2．计算高差闭合差3．调整高差闭合差5．计算待定点高程并检核4．计算各测段改正后高差)(AB理hHHhfihinnfvihiLLfv或附合水准路线的计算步骤点号距离/km测站数实测高差/m改正数/mm改正后高差/m高程/m点号备注123456789BM.A1.08＋1.575－12＋1.56365.376BM.A166.93911.212＋2.036－14＋2.022268.96121.414－1.742－16－1.758367.20332.216＋1.446－26＋1.420BM.B68.62