图跟水准测量原理_水准测量方法[通俗易懂]

教学目的与要求:

1、了解水准仪的构造、检验和校正方法及水准测量的误差来源及相应的消减措施。
2、掌握水准测量原理、水准仪的使用、水准测量方法

教学重点:

水准测量原理、水准测量外业施测及内业成果计算。

教学难点:

水准仪的检验和校正方法。

第一节 水准测量的原理

水准测量的原理

水准测量原理是利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，由已知点高程推算未知点高程
水准曲面对水准测量的影响
当仪器中心到两尺之间的距离相等时，水准面曲率对水准测量的影响被抵消。因此
水准测量中应使仪器与前后尺之间的距离尽可能相等

地球曲率的影响

水准测量的仪器和工具

水准仪的分类

按结构：普通水准仪、自动安平水准仪、数字水准仪
按精度：DS05,DS1,DS3,DS10

水准仪的构造

分为三大部分：照准部、水准部、基座

1.照准部

望远镜：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜对光螺旋、目镜对光螺旋
望远镜视准轴：通过物镜光心与十字丝交点的连线CC，延长线即为视线
十字丝分划板结构——安装在金属圆环上，用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上
望远镜成像原理

水准仪构造

视差：由于物镜调焦螺旋调焦不完善，使目标成像与十字丝分划板平面之间有相对移动

消除视差的方法：

先进行目镜调焦，使十字丝十分清晰；再瞄准目标进行物镜调焦，使目标十分清晰，使目标与十字丝之间没有相对移动
步骤：
望远镜对准天空（或明亮背景），旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰
望远镜对准标尺，旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰

2、水准器

圆水准器
水准器零点
圆水准轴
圆水准器分划值

符合水准器
在水准管上安装符合棱镜系统，当气泡两端影像符合一致时就表明气泡已经居中。由于气泡不符合的程度是指两个端点之间的距离，它正好是距完全符合位置的两倍，因此用符合水准器作业可使气泡居中的精度提高一倍。

水准测量的工具

水准尺、尺垫

直尺:双面水准尺分“黑面尺”和“红面尺”。黑面尺尺底均从零开始，而红面尺尺底，从固定数值4.687m或4.787m开始，此数值称为零点差。
塔尺:可伸缩，伸足
为3米、5米，用于一般工程测量。
尺垫:转点立尺用。

双面尺——A、B尺，两把一对，
每把有黑、红两面分划与注记。
A尺——黑面分划0～3m，红面分划4.687m～一7.687m。
B尺——黑面分划0一3m，红面分划4.787m～7.787m。
A、B限黑面注记的零点差为0，
红面注记的零点差为0.1m。

三、数字水准仪

第三节 普通水准测量方法

一、水准点、转点、测站

二、水准测量操作程序：

安置水准仪——粗平——瞄准——精平——读数

（一）安置水准仪、粗平

按照观察者的高度安置水准仪，调节脚螺旋，使圆水准气泡居中
1.方法：
对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向中间——转动脚螺旋3，使气泡居中

2.规律：
气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致

（二）瞄准

1.方法：先用外瞄准器粗瞄，再用微动螺旋精瞄
2.视差：
概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动
产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合
消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋

（三）精平

1.方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合
2.说明：自动安平水准仪不需要精平

（四）读数

精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数
1.方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面伤的格数，毫米估读。
2.规律：读数在尺面上由小到大的方向读

水准测量的外业

普通水准测量:将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视,水准仪置于施测路线附近合适的位置，在施测路线的前进方向上取仪器到后视大致相等的距离放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视，分别读取后视和前视读数，测定两点高差。第一站结束后，记录员招呼后尺员向前转移，并将仪器迁至第二站，此时第一站的前视点成为第二站的后视点，重复至全部路线完成。
·三四等水准测量:双面尺法、两次仪器高法
·视距值等于上下丝读数之差乘100得到。
·水准测量的手簿记录（普通、三四等）及计算

测站检核

在进行连续水准测量时，若其中任何一个后视或前视读数有错误，都要影响高差的正确性。对于每一测站而言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可采用改变仪器高的方法或双面尺法进行测站检核。

（1）变更仪器高的方法

在每–测站测得高差后，改变仪器高度（即重新安置与整平仪器）在0.lm以上再测一次高差，或者用2台水准仪同时观测，当两次测得高差的差值在土5mm以内时，则取两次高差平均值作为该站测得的高差值。否则需要检查原因，重新观测。

（2）双面尺法

仪器高度不变，读取每一根双面尺的黑面与红面的读数，分别计算双面尺的黑面与红面读数之差及两个黑面尺的高差hg与两个红面尺的高差h，若同一水准尺红面与黑面（加常数后）之差在3mm以内，且黑面尺高差hg与红面尺高差h之差不超过土5mm，则取黑、红面高差平均值作为该站测得的高差值。
当两根尺子的红黑面零点差相差100mm时，两个高差也应相差100mm，此时应在红面高差中加或减100mm后再与黑面高差比较。
每次读数时均应使符合水准气泡严密吻合，每个转点均应安放尺垫，但所有已知水准点和待求高程点上不能放置尺垫。

第四节 水准仪的检验与校正

一、水准仪应满足的几何条件

1、四条轴线
视准轴 ZZ
水准管轴 LL
圆水准轴 L’L’
竖轴VV
2、应满足的三个条件
L’L’//VV
横丝⊥VV
LL//ZZ（主要条件）

二、水准仪的检验与校正

1．圆水准轴平行于仪器竖轴的检验
检验方法:气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180°，看气泡是否居中。
校正方法:水准仪不动，旋转脚螺旋，使气泡向圆水准器中心方向移动偏离值的一半，然后用校正针先稍松动一下圆水准器底下中间一个大一点的连接螺丝，再分别拨动圆水准器底下的三个校正螺丝，使圆气泡居中，校正完毕后，应记住把中间一个连接螺丝再旋紧。

2.十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检校
检验方法:安置水准仪整平后，用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标P观测P点是否始终沿着横丝移动。
校正方法:旋下目镜端的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝环的四个固定螺丝，按中丝倾斜的反方向小心地转动十字丝环，直至中丝水平，再重复检验，最后固紧十字丝环的固定螺丝，旋上十字丝外罩。

3.水准管轴平行于视准轴的检验与校正
原理与方法:
i角误差:水准管轴不平行于视准轴，它们在竖直面内投影之夹角。


校验方法：

水准管轴平行于视准轴的校正方法

三、水准尺的检验

1.一般检视
2.圆水准器的检验与校正
3.水准尺分划的检验
·水准尺每米平均真长的测定
·水准尺每分米分划误差的测定
·水准尺红黑面零点差的测定
·一对水准尺黑面零点差
设置偶数测站

（1）水准标尺每米长度误差的影响

（2）两水准标尺零点差的影响

第五节水准测量误差来源分析

一、仪器误差

水准管轴不平行于视准轴
注意:水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差
水准尺分划误差
水准尺零点误差

二、观测误差

精平误差
调焦误差
估读误差
水准尺倾斜误差

三、外界条件的影响

仪器及尺垫下沉误差
地球曲率及大气折光的影响
注意:水准测量尽量前后视距相等，可消除此项误差
大气温度和风力的影响

本讲小结

1.水准测量原理
2.水准点、转点、测站
3.水准测量仪器及其操作
4.普通水准测量
5.DS3型水准仪的检验与校正
6.水准测量误差来源分析

作业

1.绘图说明水准测量原理。
2.S.型水准仪有哪几条主要轴线?它们之间应满足哪些几何条件?哪个是主要条件?
3．水准测量中为什么要求前后视距相等?
4．安置水准仪在A、B两固定点之间等距处，A尺读数a,=1.347m，B尺
读数b,=1.143m，然后搬水准仪至B点附近，又读A尺上读数az=1.721m，B尺上读数b2=1.492m，问:水准管轴是否平行于视准轴?如果不平行，当水准管气泡居中时，视准轴是向上倾斜还是向下倾斜?i角值是多少?如何进行校正?

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