第二章 水准测量 §2.1 水准测量原理 §2.2 水准仪的构造和使用 §2.3 水准尺及其读法 §2.4 水准测量

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1 第二章 水准测量 §2.1 水准测量原理 §2.2 水准仪的构造和使用 §2.3 水准尺及其读法 §2.4 水准测量
第二章 水准测量 §2.1 水准测量原理 §2.2 水准仪的构造和使用 §2.3 水准尺及其读法 §2.4 水准测量 §2.5 自动安平水准仪

2 第二章 水准测量 高程测量概念 （Height Measurement）
第二章 水准测量 高程测量概念 （Height Measurement） 根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。

3 高程测量的方法分类 1、水准测量(leveling) 2、三角高程测量(trigonometric leveling)
3、气压高程测量(air pressure leveling) 4、GPS测量。(GPS leveling)

4 §2.1 水准测量原理 基本原理: 利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。 a b B A
§2.1 水准测量原理 基本原理: 利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。 大地水准面 hAB A B HA HB=HA+hAB 水平视线 水准尺 a b 前进方向

5 A——后视点 a——后视读数 B——前视点 b——前视读数 1、A、B两点间高差 2. B点的高程 3.视线高程 a b B A
大地水准面 hAB A B HA HB=HA+hAB 水平视线 水准尺 a b 前进方向 1、A、B两点间高差 2. B点的高程 3.视线高程

6 4.转点TP(turning point)的概念
若A、B 两点间布设一些过渡点（转点）1、2、3…，将其分为n段，则用水准仪分别测得各段高差为h1， h2… hn，则有： hAB=h1+ h2++ hn =(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn) =a-b

7 §2.2水准仪的构造和使用 水准仪的等级 DS05、DS1、DS3、DS10、 DS20 D—大地测量仪器 S—水准仪
数字 — 表示仪器的精度，即每千米往、返 测得高差中数的中误差（mm）。 水准仪的作用是提供一条水平视线； 工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器 精度为±3mm/km。

8 一、DS3型水准仪的构造 主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。
水准管 目镜 准星 缺口 对光螺旋 目镜 物镜 微倾螺旋 微动螺旋 制动螺旋 脚螺旋 水准管 三脚架 圆水准器

9 1、望远镜(telescope) 物镜 目镜 十字丝（上、中、下丝） 三个部分组成。

10 特性：气泡始终向高处移动。 2、水准器(bubble) 3、基座(tribrach)
圆水准器(circular bubble) ：用于整平。 水准管(bubble tube) ： 用于精平。 特性：气泡始终向高处移动。 3、基座(tribrach)

11 二、水准仪的使用 1．方法： 操作程序：安置水准仪—粗平—瞄准—精平—读数 （一）安置水准仪 （二）粗平
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。

12 图形：粗平的操作方法示意图 b 3 1 2 c 3 1 2 a 1 2 3 2．规律： 气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

13 （三） 瞄准水准尺 1．方法：先用准星器粗瞄，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。

14 （四）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（compensator level），不需进行精平。

15 （五）读数 1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。
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，厘米数尺面上的格数，毫米估读。 2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。 水准仪操作.mpeg

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17 §2.3 水准尺(leveling staff)及其读法 主要有单面尺、双面尺和塔尺。
1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。 2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。 3、读法 ：用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数 m

18 4. 水准尺读数实例 0.860m

19 5、尺垫(staff plate) 作用：放在转点上，以防水准尺下沉。

20 §2.4 水准测量 一、水准测量的外业 （一）水准点(Bench Mark)
通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。

21 水准点示意图

22 （二）水准路线的布设形式 1．闭合水准路线(closed leveling line)
由已知点BM1——已知点BM1 2．附合水准路线(annexed leveling line) 由已知点BM1——已知点BM2 3．支水准路线(spur leveling line) 由已知点BM1——某一待定水准点A。

23 图形：水准路线布设形式 3.支水准路线 BM 1 2 3 4 1.闭合水准路线 2.附合水准路线 BM1 BM2

24 （三）水准测量的实施（外业） 1、观测要求 当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。 如下图：A、B两水准点之间，设4个临时性的转点。 h1 =a1-b1 ， h2 =a2-b2 ， h3 =a3-b3 h4 =a4-b4 ， h5 =a5-b5 hAB= h1+h2+h3+h4 A、B两点高差计算的一般公式：hAB= = n—为测站数

25 （三）水准测量的实施（外业） 例： 注意：（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。
（三）水准测量的实施（外业） 例： 前进方向 1.422 1.304 h5=+0.118 1.8220 1.435 TP4 h4=+0.385 1.822 0.876 TP3 h3=+0.946 1.134 1.677 TP1 h1=-0.543 BMB 1.444 1.324 TP2 h2=+0.120 BMA 注意：（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。 （2）为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。

26 水 准 测 量 手 簿 水准尺读数 高程 （m） 测站 点号 高差 （m） 备注 后视（a） 前视（b） BMA 1.134 Ⅰ
-0.543 TP1 1.677 1.444 Ⅱ TP1 +0.120 TP2 1.324 1.822 Ⅲ TP2 +0.946 TP3 0.876 Ⅳ TP3 1.820 +0.385 TP4 1.435 TP4 1.422 +0.118 Ⅴ BMB 1.304 计算 检核 Σ ∑a－∑b＝

27 2、测站检核 目的：保证前后视读数的正确。 方法：变动仪器高法、双面尺法 1）变动仪器高法 在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两
次测出高差；等外水准测量其差值|Δh |≤ 6mm， 取其平均值作为最后结果。 2）双面尺法 采用黑红面的水准尺，利用双面的零 点差检核观测质量。

28 3、计算检核 目的：检核计算高差和高程计算是否正确。 检核条件：

29 图形：水准测量实施与记录对照图 前进方向 BMB BMA h5=+0.118 h4=+0.385 1.422 1.304 1.820
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 BMA BMB 1 2 3 BMA TP TP TP TP TP

30 二.水准测量的内业 （一）内业工作进行的工作步骤 1、计算高差闭合差(closing error) 公式： 故对于闭合水准路线，有：
对于附合水准路线，有：

31 2、高差闭合差的校核 对于普通水准测量： 式中，fh容——高差闭合差限差，单位：mm； L——水准路线长度，单位：km ； n——测站数 。

32 按与距离L或测站数n成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。
3、高差闭合差的调整 按与距离L或测站数n成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。 按距离： 按测站数： 检核：

33 4.计算各待定点高程 用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。

34 （二）.水准测量内业计算举例 【例】如图按图根水准测量施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。

35 例题解算（Page1） 第一步计算高差闭合差： 第二步计算限差： 故可进行闭合差分配 第三步计算每km改正数：

36 例题解算（Page2） 第四步计算各段高差改正数： 故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。
四舍五入后，使： 故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。 。 第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的高程。 改正后高差=改正前高差+改正数Vi

37 例题解算（Page3） 故可得： H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)
H2=H1+(h2+V2)= =50.411(m) H3=H2+(h3+V3)= =48.159(m) HBM-B=H3+(h4+V4)= =49.579(m)

38 §2.5自动安平水准仪简介 一、自动安平水准仪 自动安平水准仪利用自动安平补偿器代替 水准管，使视准轴水平。 特点： 1、视准轴自动安平；
2、提高水准测量精度； 3、减少操作步骤， 提高工作效率。

39 二、精密水准仪 主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。 特点： 1、结构精密、性能稳定、测量 精度高； 2、望远镜放大率不小于40倍；
3、水准管分划值为10"/2mm； 4、采用光学测微器读数，可直 接到0.1mm，估读到0.01mm； 5、配专用精密水准尺； 操作方法与DS3水准仪基本相同。

40 三、激光水准仪 激光水准仪有水准仪、 激光器、电源等组成 特点： 1、视准轴为一束 红色可见光。 2、广泛应用于水平 场地的测设、
内置 激光器、电源 激光水准仪有水准仪、 激光器、电源等组成 特点： 1、视准轴为一束 红色可见光。 2、广泛应用于水平 场地的测设、 大型设备安装。

41 实习:等外闭合水准路线测量 实习目的:使学生掌握等外闭合水准路线的测量方法。 仪器设备:每组DS3型水准仪1台、水准尺2把、记录板1个。
实习任务: 已知HBM= m，按等外水准精度要求，测一个闭合水准路线，并其计算高差闭合差f h。