第三章水準測量點位確定:平面坐標、高程

3.1水準測量原理一、高程測量概述高程測量:測量地面上各點高程的工作。

高程測量方法:水準測量:

最基本,精度最高

三角高程測量:

適于山區(qū)

氣壓高程測量:

精度最低水準測量原理

目的：A,B兩點間的高差在A,B上豎立標尺用水準儀構(gòu)筑一條水平視線該視線在兩尺上截得讀數(shù)a和b則高差hAB=HB-HA=a-b注：高差h有正有負

連續(xù)高程測量前視后視前視/后視：沿路線前進方向分前后視。HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h水準測量方法轉(zhuǎn)點：兩點間加的臨時立尺點。在施測路線上，依次測出每兩點間的高差hi，hi=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)，則：

HB=HA+(a1-b1)+(a2-b2)+----+(an-bn)=HA+a-b或HB=HA+h1+h2+----+hn=HA+h例：h1=2.250-1.000=1.250h2=0.640-1.350=－0.710h3=2.146-1.500=0.646h4=2.469-0.783=1.686H4=H0+∑h=H0+2.8723.2水準測量儀器及工具

一.水準儀按精度指標等級劃分:DS05、DS1:精密水準儀

DS3、DS10:普通水準儀按原理:光學(xué)、電子、有傾斜螺旋、自動安平基本組成:望遠鏡、水準器、基座水準儀組成1．望遠鏡物鏡；2．望遠鏡目鏡及目鏡調(diào)焦螺旋；3．物鏡調(diào)焦螺旋；4．管水準器；5．圓水準器；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.望遠鏡:

瞄準尺并讀數(shù)。由物鏡、對光透鏡、十字絲、目鏡組成。原理:物體通過物鏡和對光透鏡在十字絲平面上成倒立實象,目鏡又將倒立實象放大。視準軸水準管軸支點2.水準器作用:指示視準軸是否水平的裝置。視準軸：十字絲分劃中心與物鏡光心的連線。水準管軸:通過水準管零點作圓弧的切線。視準軸水準管軸支點水準器分圓形和管形兩種管水準器:其縱剖面上內(nèi)側(cè)呈圓弧形?？虅澗€對稱中點處的切線就是水準管軸?！皻馀菥又小奔此疁使茌S水平。(精平)圓水準器:上面有同心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，同心圓圓心處的曲率半徑就是圓水準器的軸?！皻馀菥又小奔此疁势鞯妮S垂直

(粗平)2.水準器水準管的精度：相鄰分劃線之間的弧所對的圓心角。設(shè)弧長為2毫米，曲率半徑為R毫米，則格值秒3.基座及其它腳螺旋:粗平中心螺旋:固定儀器三腳架:放置儀器制動扳鈕:粗略對準目標微動螺旋:微動對準目標微傾螺旋:精平物鏡對光螺旋:十字絲清晰自動安平水準儀無水準管和微傾螺旋。由自動安平補償器來代替其功能。電子水準儀速度快、精度高、自動讀數(shù),線陣探測器條碼水準標尺數(shù)字水準儀簡介水準尺影象進行圖象處理,用傳感器測量尺上的信息,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)。數(shù)字水準儀的構(gòu)造:傳統(tǒng)水準儀的光學(xué)和機械系統(tǒng)；信息處理系統(tǒng)；水準尺：一面為刻畫,一面為條形碼。二.水準尺和尺墊水準尺:木質(zhì)或玻璃鋼直尺2米和3米,雙面尺;塔尺5米尺墊:

防止下沉或用于轉(zhuǎn)點標志三腳架:支撐水準儀

3.3水準儀的使用

安置:打開三腳架,踩實腳架尖,中心螺旋固定。粗平:

固定兩個腳架，轉(zhuǎn)到腳螺旋，使圓水準器的氣泡居中。

瞄準：轉(zhuǎn)動儀器，利用準星瞄準目標，轉(zhuǎn)動調(diào)焦鏡使目標象清晰，直至無“視差”。精平:

用微傾螺旋使水準管氣泡居中。讀數(shù):

用十字絲的橫絲在水準尺上取“讀數(shù)”每次取四位數(shù)，“0”也是必須記錄的數(shù)字。一、粗平(調(diào)節(jié)腳螺旋)（左手拇指法則）20二、瞄準

目鏡對光：十字絲成像清晰。瞄準目標:瞄準后制動。物鏡對光：使目標成像清晰。使尺子貼近十字絲一側(cè):微動螺旋消除視差：如果目標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，會感到目標象與十字絲之間有相對錯動。這種現(xiàn)象稱為視差。視差影響瞄準的精度。物鏡調(diào)焦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.讀數(shù)水準尺的分劃不是線劃式而是區(qū)格式的。區(qū)格的邊緣是分劃的位置，區(qū)格內(nèi)的小數(shù)“估讀”。區(qū)格式分劃便于從遠處觀察并讀數(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、水準點和水準路線布設(shè)（一）水準點埋設(shè)

水準點：一系列待測高程的點稱為水準點。臨時點:釘子、木頭永久點:水泥樁、鋼筋3.5水準測量的外業(yè)（二）水準路線布設(shè)形式

AAAB支水準路線符合水準路線閉合水準路線二.水準測量的實施

1.安置一次儀器:(100m—150m)2.安置多次儀器:(>150m)3.一個測站的測量(普通測量)安置儀器粗平:使圓水準氣泡居中瞄準后視尺精平:使管水準氣泡居中讀后視尺上的數(shù)a:讀四位數(shù)旋轉(zhuǎn)望遠鏡,瞄準前視尺精平:讀前視尺上的數(shù)bhAB=a-b4、一個測站的測量(水準測量)方法同普通水準，在觀測過程中，為了提高每站的精度，需要對前后視距差，黑紅面讀數(shù)差等有所要求。讀數(shù)步驟（雙面尺法）：后視尺黑面，上下絲、中絲讀數(shù)前視尺黑面，上下絲、中絲讀數(shù)前視尺紅面，中絲讀數(shù)后視尺紅面，中絲讀數(shù)(一)兩次儀器高法:已知HA，求HBh1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2≤Δh=(h1+h2)/2

a2a1b2三、水準測量方法b1AB水準測量記錄（兩次儀器高法）

32(二)雙面尺法

已知HA,求HBh1=黑1-黑2h2=紅1-紅2h1-h2≤Δh=(h1+(h2±100))/2

33a1b1AB不同等級水準測量測站指標要求34記錄與校核水準測量記錄實例（雙面尺法）3.6水準測量內(nèi)業(yè)計算外業(yè)：外業(yè)觀測、記錄手薄、站站檢核內(nèi)業(yè)計算：水準路線閉和差的計算；水準路線閉和差的分配；水準點高程的計算；一、閉和差計算閉和差：實測值與理論值之差。1.閉和水準路線理論值：∑h理＝０實測值：∑h測＝h1+….+h5則：fh=∑h測-∑h理

=h1+….+h5A１２３４h1h2h3h4h5２.附合水準路線理論值：∑h理＝HB-HA實測值：∑h測＝h1+….+h3則：fh=∑h測-∑h理

=h1+….+h3-(HB-HA)AB12h1h2h33.支水準路線理論值:(往返測)∑h理＝HA-HA=0實測值：∑h測＝h1+….+h6則：fh=∑h測-∑h理=h1+….+h6A12h1h2h3h６h５h４二．閉和差分配當(dāng)fh≤限差時，將閉合差進行分配，具體分配方法如下：１.閉（附）合水準路線將閉和差fh與測站成正比反號分配到各段高差中。Vi=(-fh/∑ni)*ni將閉和差fh與路線長度成正比反號分配到各段高差中。Vi=(-fh/∑Li)*LiAB12h1h2h3二．閉和差分配２.支水準路線各段往返測高差的絕對值取平均值，正負與往測方向一致。A12h1h2h3h６h５h４三．高程的計算注：fh=+0.037，∑Li=7.43.4水準測量的誤差分析誤差原因:人為(觀測)、儀器、外界環(huán)境一、儀器誤差1、視準軸與水準管軸不平行的誤差xaxbiiAB二、觀測誤差（人為）氣泡居中不準（精平誤差）水準尺傾斜引起的誤差瞄準和讀數(shù)的誤差1、氣泡居中不準引起的讀數(shù)誤差

2、水準尺誤差：尺子刻劃、尺長變化、彎曲等。

2、水準尺傾斜引起的誤差

水準尺傾斜引起的讀數(shù)誤差與水平視線離尺底的高度h，尺子的傾斜度，以及尺底的厚度b和尺子安放的情況有關(guān)。精密水準測量時，尺上要裝水準器；普通水準測量時，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)。3、瞄準和讀數(shù)的誤差

水準尺的最小一位讀數(shù)是估讀的。一般說來估讀的誤差約為2毫米。瞄準與讀數(shù)誤差與十字絲粗細、望遠鏡物鏡焦距、視線長度等有關(guān)。視線長短影響較大，不同等級測量對視線長度均有一定的規(guī)定，如右表：

三．外界條件對水準測量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0.3米。大氣風(fēng)力的影響、大氣溫度的影響：選擇風(fēng)平溫靜的天氣；給儀器遮光等。地面松軟的影響:踩實腳架；采用“后-前-前-后”的觀測順序。3.7水準儀檢驗與校正

１.水準儀的主要軸線視準軸CC：物鏡光心與十字絲交點的連線。水準管軸LL：過水準管零點的縱向切線。豎軸VV:儀器中心與基座中心的垂直方向線。圓水準管軸L’L’:過圓水準中心的垂直方向線。視準軸水準管軸支點２.水準儀應(yīng)滿足的條件（1）水準管軸與視準軸平行LL∥CC；（2）圓水準器軸平行儀器縱軸L’L’∥VV；（3）十字絲的橫絲水平；（4）豎軸與視準軸垂直；視準軸水準管軸支點CC３.水準儀檢驗與校正（一）圓水準器軸平行于儀器縱軸的檢驗與校正誤差的影響：不影響讀數(shù)，但使縱軸傾斜，影響操作速度檢驗：a)以圓水準器為準（氣泡居中）安置儀器的縱軸b)把儀器連水準器繞縱軸旋轉(zhuǎn)180度。如果氣泡仍然居中，則水準器軸平行儀器縱軸。否則，水準器軸不平行儀器縱軸。校正：動校正螺絲，使氣泡返回移動量的一半。重復(fù)上