,测量学, 学习辅导
,测量学,
同济大学 测量与国土信息工程系
第二章 水准测量
第二章 水准测量
◆ 水准测量原理
◆ 水准测量的方法与成果整理
◆ 水准仪轴线的检验与校正
◆ 自动安平水准仪和精密水准仪
学习要点
一,高程测量概述
§ 2-1 高程测量概述
1.高程测量
测定地面点高程的工作(测高差定高程)
2.高程测量的方法
水准测量 —— 用水准仪进行高程测量的工作。
?是高程测量的主要方法
?使用仪器,水准仪
水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。
其它高程测量方法,三角高程测量
3.4.高程系统、等
级
3.高程系统
?我国国家 高程系统,黄海高程系
?1956年黄海高程系 (水准原点 H=72.289米)
?我国国家 高程基准:
1985年 国家 高程基准 (水准原点 H=72.260米 )
?地方高程系统
?上海:吴淞高程系
4,水准测量的等级
( 1)国家分一、二、三、四等、图根(按精度要求、
控制范围)
( 2)城市分二、三、四等、图根
二,水准测量原理§ 2-1 水准测量原理
▲ 高差 =后视读数 -前视读数:
1.水准测量原理
? hAB >0,高差为正,前视点高;
hAB <0,高差为负,前视点低。
?高差必须带,+,-” 号;
? hAB的下标 次序必须与测量的前进方向一致。
例,已知 hAB=+1.436 m 则 hBA=-1.436 m
大地水准面
hAB
A
B
HA HB=HA+hAB
水平视线
水
准
尺
水
准
尺a b
前进方向
ABAB
AB
hHH
bah
??
??
? 水准仪的主要轴线,
? 望远镜视准轴 (俗称
视线),用于观察尺
子,取读数
? 水准管轴,水准管是
水平状态指示器。用
于把其轴置平
? 仪器要求这两个轴平
行。从而可以借助水
准器把视线置平
2.连续安置水准仪
的测量方法2,连续高程测量
两点间距离较长或高差较大时,在两点间设若
干 转点,分段测量高差,取各分段高差的总和。
hAB=h1+ h2+?? + hn
=(a1-b1)+(a2-b2)+?? +(an-bn)
=?a-?b
(2-2-7)
hAB
测量仪器综述
? 特点:
?精度高
?能在野外条件下长期稳定使用
?自动化程度高,操作方便
? 发展过程:
?精密机械
?光学 +精密机械
?微电子 +光学 +精密机械
水准仪 S 05 S1 S2 S3
经纬仪 J 05 J1 J2 J6 J 15
测距 2+ 2pp m 5+ 5pp m 1:2000 1:1000
一,水准测量的仪器
与工具
?2-3 水准测量的仪器及工具
一、水准尺、尺垫
?直尺, 双面 (黑、红 )水准尺,
尺常数 4.687m,4.787m,用
于三等以下水准路线测量。
?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。
2.水准仪
二、水准仪
?精度系列,
S05 S1 S3 S10
型号下标:毫米数,表示
1公里水准测量的中误差 (由
仪器引起的 ) 。
?构造,
一般构件
望远镜与视差
水准器
S3 水准仪外型
望远镜与视差望远镜与视差
● 测量望远镜及十字丝 上丝
下丝
竖
丝
横丝
望远镜的十字丝
? 视准轴:十字丝分划中心与物镜光心的连线。
? 物镜的作用:把目标成象(拉近)。
? 目镜的作用:把十字丝(和目标象)放大。
十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人,目镜
可以前后调节,称为 目镜调焦 。
? 调焦镜的作用:使远近不同的目标都能成象于十字
丝面上。移动调焦镜称为 物镜调焦。
? 视差:如果目标象没有落在十字丝面上,则当观测
员的眼睛上下左右移动时,会感到目标象与十字丝
之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄
准的精度。物镜调焦可以 消除视差 。
测量望远镜
视差
● 视差:
望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。
现象,观测时,改变眼睛与目镜的相对位置,
十字丝与目标的像 有 相对移动 。
消除视差的步骤:
目镜调焦,使十字丝最清晰;
物镜调焦,使目标像最清晰,且无视差。
水准器
圆水准器 灵敏度 8?/2mm 用于仪器粗平
管水准器 灵敏度 20?/2mm 用于仪器精平
水准器
? 水准器分圆形和管形两种
? 管水准器是个玻璃容器,其
纵剖面上内侧呈圆弧形。刻
划线对称中点处的切线就是
水准管轴。“气泡居中”即
水准管轴水平。
? 圆水准器是个玻璃容器,上
面有同心圆的刻划。上盖的
内表面是圆球形,同心圆圆
心处的曲率半径就是圆水准
器的轴。“气泡居中”即水
准器的轴垂直。
? 水准管的精度:
? 管子内壁光滑,液体与内
壁的附着力小,则气泡对
倾斜反映的灵敏度高
? 曲率半径大,格值小则精
度高
? 气泡长,两端清晰,读数
误差小则精度高
格值 是相邻分划线之间的弧
所对的圆心角。设弧长为
2毫米,曲率半径为 R毫米,
则格值
一般 秒
?? R2?
10,20,30,60??
? 符合棱镜系统 把水准气
泡两端成象在一起便于
观察。
? 若直接用肉眼观察则
? 因为玻璃有厚度,斜视
时会产生视差
? 要同时观察气泡的两端
才能判断气泡是否居中
? 用 符合棱镜系统 观察,
可以避免上述缺点。判
断“气泡居中”的精度
约可提高一倍。
10
)(
5
2
1
?
?
?
?
?
m
m
符合棱镜系统的精度:
为气泡的格值肉眼观察的精度:
二,水准仪使用
三,水准仪使用
操作程序与方法
安置 —— 粗平 —— 瞄准 —— 精平 —— 读数
安置 时考虑前、后视等距 (原因);
粗平 时掌握“左手大拇指法”;
瞄准 时包括消除视差;
在 精平 状态下 (符合气泡符合时 )读数;
读数 估读至毫米。
符合气泡符合尚未符合
符合气泡符合,
水准管轴与视
线水平。
左手大拇指法
,左手大拇指法, 整平:气泡移动的方向
与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。
a b c
粗平的操作
普通水准尺
水准尺的分划不是
线划式而是 区格
式 的。区格的边
缘是分划的位置,
区格内的小数
“估读”。
区格式分划便于从
远处观察并读数。
读数
b c
瞄准与
读数水准测量的瞄准与读数
a
c
ba
0.725
6.240 1.522
?2-4水准测量的方法及成果处理
一、水准点和水准线路
(一) 水准点
埋设在永久、固定的地点
按等级不同,埋设的要求
不同
2.水准路线
3.支水准路线
BM.A
TBM1
TBM2
TBM1
BM.A
TBM2
TBM3
TBM4
1.闭合水准路线
2.附合水准路线
BM.A
BM.B
TBM1
TBM2
TBM3
(二)水准路线
三种水准路线的布置形式
1.水准测量的方法
二、水准测量的方法
BMA
BMB
1.444 1.324
TP2
h2=+0.120 1.822 0.876
TP3
h3=+0.946 1.820 1.435
TP4
h4=+0.385
1.422 1.304
h5=+0.118
前进方向
1.134 1.677
TP1
h1=-0.543
水准测量记录表
水准测量的记录
水 准 尺 读 数
测 站 点 号
后 视 前 视
高 差
h 米
平均高差
改 正 后
高 差
高 程
H 米
水准测量记录表
∑
1
2
3
4
5
BMA 1.134
TP1 1.677 -0.543
TP1 1.444
TP2 1.324 +0.120
TP2 1.822
TP3 0.876 +0.946
TP3 1.820
TP4 1.435 +0.385
TP4 1.422
BMB 1.304 +0.118
7642 6616 +1.026
(一)、两次仪器高法
已知 HA,求 HB
a1 b1
a2 b2
h1=a1-b1
h2=a2-b2
h1-h2??f=
± 5mm
测站 水准尺读数点号
后尺 前尺
高差
( h )
平均高
差
改正后
高差
高 程
( H )
1
A 1 13 4 10,00 0
10 1 1
TP,1 1677 -0.54 3
1554 -0.54 3 -0.54 3
TP,1 1444
1624
TP,2 1324 +0.1 20
2
1508 +0.1 16 +0.1 18
水准测量记录(两次仪器法)
(二)、双面尺法
已知 HA,求 HB
a1 b1
a2 b2h1=a1-b1
h2=a2-b2
h1-h2??f=
± 5mm
测站 水准尺读数点号
后视 前视
高差
( h )
平均高
差
改正后
高差
高 程
( H )
1
A 1 12 5 10,00 0
59 1 1
TP,1 0876 +0.2 49
5661 +0.2 50 -0.25 0
TP,1 1318
6 103
TP,2 1324 +0,3 12
2
5 792 + 0,3 11 +0,3 1 2
水准测量记录(双面尺法)
3.水准测量的检核三、水准测量的检核
两种方法:
(1)两次仪器高法
h?-h???5mm
(2)双面尺法
①红黑面读数差 ???3mm
② h黑 -h红 ??5mm)
(一) 测站检核
对每一站高差进行检核,保证每一站高差正确。
路线检核(二) 路线检核
—— 对整条路线的 总高差 进行 检核
2.支水准路线
BM.A
TBM1
TBM2
TBM1
BM.A
TBM2
TBM3
TBM4
1.闭合水准路线
3.附合水准路线
BM.A
BM.B
TBM1
TBM2
TBM3
?h允 =?40?L mm
或 ?h允 =?12?n mm
(2-4-5),(2-4-6)
检核公式 ?h理 =0
fh=?h测 fh?fh允
fh=?h往 +?h返
fh?fh允
检核公式 ?h理 =h终 -h始
fh=?h测 -?h理 fh?fh允
四,水准 测量成
果整理五、水准 测量成果整理
? ? 允始终测 hh fHHhf ?????
)(允 mmLf h 40??
L
fv h??每公里改正数
ii lvV ??
计算步骤:
?高差闭合差的计算
?路线闭合差检验
?闭合差分配:
计算每公里(每站)高差改正数
计算测段高差改正数
?计算改正后高差
?计算各点高程
水准测量成果整理
A 1 2 3
B
+2.331
1.6KM
+2.813
2.1KM
-2.244
1.7KM
+1.430
2.0KM
HA=45.286M HB=49.579M
)(1 0 940
)(0 3 7.02 9 3.43 3 0.4)(
)(2 9 3.42 8 6.455 7 9.49
MMLf
MHHhf
MHHh
h
ABh
AB
????
?????????
???????
容
理
ioi
h
o
lvV
kmmm
L
f
v
??
??
?
??? )/(5
4.7
37
水准测量成果整理
点号 距 离
( k m )
测得高差
( m )
改 正 值
( m )
改 正 后 高
差 ( m )
高 程
( m )
BM.A 45.286
1.6 +2.331 -0,008 +2.323
BM.1 47.609
2.1 +2.813 -0,01 1 -2,802
BM.2 50.41 1
1.7 -1,244 -0,008 -2,252
BM.3 48.159
2.0 +1.430 -0,010 +1.420
BM.B
Σ
7.4 +4.330 -0,037 +4.293
49.579
等级 视线长
度 (m)
前、后
视距离
差 ( m )
前、后视
距离累计
差 ( m )
红、黑面
度数差
(mm )
红、黑面所
测高差之差
( mm )
三等 ≤ 65 ≤ 3 ≤ 6 ≤ 2 ≤ 3
四等 ≤ 80 ≤ 5 ≤ 10 ≤ 3 ≤ 5
三、四等水准测量测站技术要求
上
丝
上
丝
水准尺读数 黑 +K-
红
平均高
差
后
尺
下
丝
前
尺
下
丝
红面尺
后视距
视距差
前 视 距
Σ 视距差
方向及
尺号
黑面尺
(1) (4) 后 (3) (8) (14)
(2) (5) 前 (6) (7) (13)
(9) (10) 后 - 前 (15) (16) (17)
( 18)
(1 1) (12)
14 02 1343 后 103 1289 6073 +3
1 173 1 100 前 104 1221 6010 -2
22.9 24.3 后 - 前 +0.068 +0.063 +5
+0.066
.1
-1.4 -1.4 +0.066
四等水准测量记录
,测量学,
同济大学 测量与国土信息工程系
第二章 水准测量
第二章 水准测量
◆ 水准测量原理
◆ 水准测量的方法与成果整理
◆ 水准仪轴线的检验与校正
◆ 自动安平水准仪和精密水准仪
学习要点
一,高程测量概述
§ 2-1 高程测量概述
1.高程测量
测定地面点高程的工作(测高差定高程)
2.高程测量的方法
水准测量 —— 用水准仪进行高程测量的工作。
?是高程测量的主要方法
?使用仪器,水准仪
水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。
其它高程测量方法,三角高程测量
3.4.高程系统、等
级
3.高程系统
?我国国家 高程系统,黄海高程系
?1956年黄海高程系 (水准原点 H=72.289米)
?我国国家 高程基准:
1985年 国家 高程基准 (水准原点 H=72.260米 )
?地方高程系统
?上海:吴淞高程系
4,水准测量的等级
( 1)国家分一、二、三、四等、图根(按精度要求、
控制范围)
( 2)城市分二、三、四等、图根
二,水准测量原理§ 2-1 水准测量原理
▲ 高差 =后视读数 -前视读数:
1.水准测量原理
? hAB >0,高差为正,前视点高;
hAB <0,高差为负,前视点低。
?高差必须带,+,-” 号;
? hAB的下标 次序必须与测量的前进方向一致。
例,已知 hAB=+1.436 m 则 hBA=-1.436 m
大地水准面
hAB
A
B
HA HB=HA+hAB
水平视线
水
准
尺
水
准
尺a b
前进方向
ABAB
AB
hHH
bah
??
??
? 水准仪的主要轴线,
? 望远镜视准轴 (俗称
视线),用于观察尺
子,取读数
? 水准管轴,水准管是
水平状态指示器。用
于把其轴置平
? 仪器要求这两个轴平
行。从而可以借助水
准器把视线置平
2.连续安置水准仪
的测量方法2,连续高程测量
两点间距离较长或高差较大时,在两点间设若
干 转点,分段测量高差,取各分段高差的总和。
hAB=h1+ h2+?? + hn
=(a1-b1)+(a2-b2)+?? +(an-bn)
=?a-?b
(2-2-7)
hAB
测量仪器综述
? 特点:
?精度高
?能在野外条件下长期稳定使用
?自动化程度高,操作方便
? 发展过程:
?精密机械
?光学 +精密机械
?微电子 +光学 +精密机械
水准仪 S 05 S1 S2 S3
经纬仪 J 05 J1 J2 J6 J 15
测距 2+ 2pp m 5+ 5pp m 1:2000 1:1000
一,水准测量的仪器
与工具
?2-3 水准测量的仪器及工具
一、水准尺、尺垫
?直尺, 双面 (黑、红 )水准尺,
尺常数 4.687m,4.787m,用
于三等以下水准路线测量。
?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。
2.水准仪
二、水准仪
?精度系列,
S05 S1 S3 S10
型号下标:毫米数,表示
1公里水准测量的中误差 (由
仪器引起的 ) 。
?构造,
一般构件
望远镜与视差
水准器
S3 水准仪外型
望远镜与视差望远镜与视差
● 测量望远镜及十字丝 上丝
下丝
竖
丝
横丝
望远镜的十字丝
? 视准轴:十字丝分划中心与物镜光心的连线。
? 物镜的作用:把目标成象(拉近)。
? 目镜的作用:把十字丝(和目标象)放大。
十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人,目镜
可以前后调节,称为 目镜调焦 。
? 调焦镜的作用:使远近不同的目标都能成象于十字
丝面上。移动调焦镜称为 物镜调焦。
? 视差:如果目标象没有落在十字丝面上,则当观测
员的眼睛上下左右移动时,会感到目标象与十字丝
之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄
准的精度。物镜调焦可以 消除视差 。
测量望远镜
视差
● 视差:
望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。
现象,观测时,改变眼睛与目镜的相对位置,
十字丝与目标的像 有 相对移动 。
消除视差的步骤:
目镜调焦,使十字丝最清晰;
物镜调焦,使目标像最清晰,且无视差。
水准器
圆水准器 灵敏度 8?/2mm 用于仪器粗平
管水准器 灵敏度 20?/2mm 用于仪器精平
水准器
? 水准器分圆形和管形两种
? 管水准器是个玻璃容器,其
纵剖面上内侧呈圆弧形。刻
划线对称中点处的切线就是
水准管轴。“气泡居中”即
水准管轴水平。
? 圆水准器是个玻璃容器,上
面有同心圆的刻划。上盖的
内表面是圆球形,同心圆圆
心处的曲率半径就是圆水准
器的轴。“气泡居中”即水
准器的轴垂直。
? 水准管的精度:
? 管子内壁光滑,液体与内
壁的附着力小,则气泡对
倾斜反映的灵敏度高
? 曲率半径大,格值小则精
度高
? 气泡长,两端清晰,读数
误差小则精度高
格值 是相邻分划线之间的弧
所对的圆心角。设弧长为
2毫米,曲率半径为 R毫米,
则格值
一般 秒
?? R2?
10,20,30,60??
? 符合棱镜系统 把水准气
泡两端成象在一起便于
观察。
? 若直接用肉眼观察则
? 因为玻璃有厚度,斜视
时会产生视差
? 要同时观察气泡的两端
才能判断气泡是否居中
? 用 符合棱镜系统 观察,
可以避免上述缺点。判
断“气泡居中”的精度
约可提高一倍。
10
)(
5
2
1
?
?
?
?
?
m
m
符合棱镜系统的精度:
为气泡的格值肉眼观察的精度:
二,水准仪使用
三,水准仪使用
操作程序与方法
安置 —— 粗平 —— 瞄准 —— 精平 —— 读数
安置 时考虑前、后视等距 (原因);
粗平 时掌握“左手大拇指法”;
瞄准 时包括消除视差;
在 精平 状态下 (符合气泡符合时 )读数;
读数 估读至毫米。
符合气泡符合尚未符合
符合气泡符合,
水准管轴与视
线水平。
左手大拇指法
,左手大拇指法, 整平:气泡移动的方向
与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。
a b c
粗平的操作
普通水准尺
水准尺的分划不是
线划式而是 区格
式 的。区格的边
缘是分划的位置,
区格内的小数
“估读”。
区格式分划便于从
远处观察并读数。
读数
b c
瞄准与
读数水准测量的瞄准与读数
a
c
ba
0.725
6.240 1.522
?2-4水准测量的方法及成果处理
一、水准点和水准线路
(一) 水准点
埋设在永久、固定的地点
按等级不同,埋设的要求
不同
2.水准路线
3.支水准路线
BM.A
TBM1
TBM2
TBM1
BM.A
TBM2
TBM3
TBM4
1.闭合水准路线
2.附合水准路线
BM.A
BM.B
TBM1
TBM2
TBM3
(二)水准路线
三种水准路线的布置形式
1.水准测量的方法
二、水准测量的方法
BMA
BMB
1.444 1.324
TP2
h2=+0.120 1.822 0.876
TP3
h3=+0.946 1.820 1.435
TP4
h4=+0.385
1.422 1.304
h5=+0.118
前进方向
1.134 1.677
TP1
h1=-0.543
水准测量记录表
水准测量的记录
水 准 尺 读 数
测 站 点 号
后 视 前 视
高 差
h 米
平均高差
改 正 后
高 差
高 程
H 米
水准测量记录表
∑
1
2
3
4
5
BMA 1.134
TP1 1.677 -0.543
TP1 1.444
TP2 1.324 +0.120
TP2 1.822
TP3 0.876 +0.946
TP3 1.820
TP4 1.435 +0.385
TP4 1.422
BMB 1.304 +0.118
7642 6616 +1.026
(一)、两次仪器高法
已知 HA,求 HB
a1 b1
a2 b2
h1=a1-b1
h2=a2-b2
h1-h2??f=
± 5mm
测站 水准尺读数点号
后尺 前尺
高差
( h )
平均高
差
改正后
高差
高 程
( H )
1
A 1 13 4 10,00 0
10 1 1
TP,1 1677 -0.54 3
1554 -0.54 3 -0.54 3
TP,1 1444
1624
TP,2 1324 +0.1 20
2
1508 +0.1 16 +0.1 18
水准测量记录(两次仪器法)
(二)、双面尺法
已知 HA,求 HB
a1 b1
a2 b2h1=a1-b1
h2=a2-b2
h1-h2??f=
± 5mm
测站 水准尺读数点号
后视 前视
高差
( h )
平均高
差
改正后
高差
高 程
( H )
1
A 1 12 5 10,00 0
59 1 1
TP,1 0876 +0.2 49
5661 +0.2 50 -0.25 0
TP,1 1318
6 103
TP,2 1324 +0,3 12
2
5 792 + 0,3 11 +0,3 1 2
水准测量记录(双面尺法)
3.水准测量的检核三、水准测量的检核
两种方法:
(1)两次仪器高法
h?-h???5mm
(2)双面尺法
①红黑面读数差 ???3mm
② h黑 -h红 ??5mm)
(一) 测站检核
对每一站高差进行检核,保证每一站高差正确。
路线检核(二) 路线检核
—— 对整条路线的 总高差 进行 检核
2.支水准路线
BM.A
TBM1
TBM2
TBM1
BM.A
TBM2
TBM3
TBM4
1.闭合水准路线
3.附合水准路线
BM.A
BM.B
TBM1
TBM2
TBM3
?h允 =?40?L mm
或 ?h允 =?12?n mm
(2-4-5),(2-4-6)
检核公式 ?h理 =0
fh=?h测 fh?fh允
fh=?h往 +?h返
fh?fh允
检核公式 ?h理 =h终 -h始
fh=?h测 -?h理 fh?fh允
四,水准 测量成
果整理五、水准 测量成果整理
? ? 允始终测 hh fHHhf ?????
)(允 mmLf h 40??
L
fv h??每公里改正数
ii lvV ??
计算步骤:
?高差闭合差的计算
?路线闭合差检验
?闭合差分配:
计算每公里(每站)高差改正数
计算测段高差改正数
?计算改正后高差
?计算各点高程
水准测量成果整理
A 1 2 3
B
+2.331
1.6KM
+2.813
2.1KM
-2.244
1.7KM
+1.430
2.0KM
HA=45.286M HB=49.579M
)(1 0 940
)(0 3 7.02 9 3.43 3 0.4)(
)(2 9 3.42 8 6.455 7 9.49
MMLf
MHHhf
MHHh
h
ABh
AB
????
?????????
???????
容
理
ioi
h
o
lvV
kmmm
L
f
v
??
??
?
??? )/(5
4.7
37
水准测量成果整理
点号 距 离
( k m )
测得高差
( m )
改 正 值
( m )
改 正 后 高
差 ( m )
高 程
( m )
BM.A 45.286
1.6 +2.331 -0,008 +2.323
BM.1 47.609
2.1 +2.813 -0,01 1 -2,802
BM.2 50.41 1
1.7 -1,244 -0,008 -2,252
BM.3 48.159
2.0 +1.430 -0,010 +1.420
BM.B
Σ
7.4 +4.330 -0,037 +4.293
49.579
等级 视线长
度 (m)
前、后
视距离
差 ( m )
前、后视
距离累计
差 ( m )
红、黑面
度数差
(mm )
红、黑面所
测高差之差
( mm )
三等 ≤ 65 ≤ 3 ≤ 6 ≤ 2 ≤ 3
四等 ≤ 80 ≤ 5 ≤ 10 ≤ 3 ≤ 5
三、四等水准测量测站技术要求
上
丝
上
丝
水准尺读数 黑 +K-
红
平均高
差
后
尺
下
丝
前
尺
下
丝
红面尺
后视距
视距差
前 视 距
Σ 视距差
方向及
尺号
黑面尺
(1) (4) 后 (3) (8) (14)
(2) (5) 前 (6) (7) (13)
(9) (10) 后 - 前 (15) (16) (17)
( 18)
(1 1) (12)
14 02 1343 后 103 1289 6073 +3
1 173 1 100 前 104 1221 6010 -2
22.9 24.3 后 - 前 +0.068 +0.063 +5
+0.066
.1
-1.4 -1.4 +0.066
四等水准测量记录