1、第三章水準儀及高程測量丈要內容水準測量原理水準測量的儀器及工具水準儀的使用 水準測量內業水準儀的外業作業 水準測量新儀器介紹煤礦測童水準儀的檢驗與校正三角高程測量煤礦測童水準測量是利用水準儀提供的一條水平視線，對豎立在地 面兩點上的水準尺進行觀測，讀取水平視線與水準尺相交的讀 數，求解兩尺讀數的差值即為兩點之間的高差，再根據已知點的高程值，加上兩點之高差得 到待定點的高程值。如圖所示，設已知A點高程 為Ha, B點高程Hb待定。則兩點之間的高差為：加后視讀數-前視讀數 即：h儼ab由已知點A的高程也和測定的高差加瑕卩可推算出B點的高程。Hb 二 Ha + hAB 二 Ha + (ab)B點高程

2、也可以通過儀器的視線高從計算，即:Hj=HA+a坷=盡_6用視線高程計算B點高程的方法，稱為視線高法。需要在一個測站上根據一個已知后視點測定多個前視點的高程時，利用視線高法比較方便。第一節水準測量的原理一 一二、水準曲面對水準測量的影響由于水準測量的前、后視距一般很短，所以在介紹上述水準測量原理時是把大地水準面以及過A點和B點的水準面都看作平面。實際上，這些水準面都不是平面而是曲面，如果水準儀的視線與大地水準面平行，對應A、B兩地面點水準尺上的讀數應為渤即正確高差為m 但利用水平視線讀取的讀數分別為0和夕,與a、H與方之差c就是地球曲率的影響所致。第一節水準測量的原理如果水準儀至A、B兩點的距

3、離相等，即等于S則C 2a 7 a=b b=c= （R表示地球的半徑），于是2R地球曲率的影響在計算高差時可以相互抵消。即：第二節水準測量的儀器及兀一、水準儀的等級及構造（一）等級水準儀按儀器所示精度劃分為四個等級：DSo5、DSi、DS3和DSio 9其中：D大地測量儀器；S水準儀數字表示儀器的精度，即每公里往、返測得高差中 數的中誤差（mm） 煤礦測量中常使用DS3型水準儀。煤礦測童第二節水準測量的儀器及工（二）構造下圖為DS3微傾式水準儀的外形和各部件名稱。它主要由望 遠鏡、水準器和基座三部分組成。1.望遠鏡第二節水準測量的儀器及工縣遠鏡的作用是提供一條照準目標的水平視線，主要用于胱準水

4、準尺并讀數。2.水準器水準儀上的水準器是用來標志視準軸是否水平或儀器豎軸 是否鉛直的裝置，水準器分圓水準器和管水準器兩種。3.基座基座主要由軸座、腳螺旋和連接板組成，其作用是支承儀 器的上部。二、水準尺和尺墊1水準尺1）水準尺按其長度有2m、3m和5m等:2）根據其構造有直尺、塔尺和折尺。直尺有單面尺和雙面尺之分，塔尺折尺雙面尺必須成對使用，黑面尺分劃 的零從尺子底端開始，而紅面尺的 尺子底端則從某一數值開始（一般煤k量k第節水準測竝的儀器及工貝.-為4687mm或4787mm）,稱為零點差。有尺2.尺墊當兩點之間的高差較大，或距離較遠，或不能通視時，一般在兩點之間加設若干個用以傳遞高程的臨時

5、點，稱為轉點。 在轉點處豎立水準尺時，為了防止立尺點下沉或水準尺轉動而煬響讀數，尺墊應在轉點處放置一尺墊。煤礦測童 三節水準儀的使用 一、粗略整平（粗平）打開三腳架，并使架頭大致保持水平，踩實架腿，然后將水準儀放置在架頭上，并旋緊連接螺旋。用腳螺旋將圓水準器的氣泡調整居中。()第三節調節腳螺旋時，氣泡 移動的方向與左手大拇指 轉動腳螺旋的方向一致， 即遵守“左手拇指原則”。煤0測量 三節水準儀的使用 煤0測量 三節水準儀的使用 二、瞄準瞄準就是使望遠鏡對準水準尺，清晰地看到目標和十字絲 成像，以便準確地進行水準尺讀數。煤0測量 三節水準儀的使用 煤0測量 三節水準儀的使用 基本步驟如下： 初步

6、瞄準 目鏡調焦 物鏡調焦 精確瞄準（用準星對準目標）（使十字絲清晰）（使目標成像清晰）（使縱絲對準目標）煤0測量-第蘭節水準儀的使角注意：瞄準時應消除視差。視差：當目鏡、物鏡對光不夠精細時，目標的影像不 在十字絲平面上，以致兩者不能同時被看清。煤W煤W有視差現象十 字 絲沒有視差現象三.精平達到視準軸精確水平的目的。第蘭節水準儀的使用煤Wfl*llB煤W第蘭節水準儀的使用第四節水準測量的外業工隹一、水準點和水準路線（一）水準點水準點是高程的標志點，并通過水準測量測定了其高程， 一般縮寫為“BM”。水準測量就是在已知高程的水準點和待定 髙程的水準點之間進行。水準點按照其保存時間的長短可分為永久點

7、和臨時點。煤礦測童第四節水準測量的外業工隹水準點水獻（二）水準路線在已知高程點和待定高程點之間進行水準測量所經過的 線稱為水準路線。1. 閉合水準路線從一已知高程的水準點 BMa出發，沿待定高程點1、閉合水準路線2、3進行水準測量，最后仍 回到BMa,形成一個閉合環形2.附合水準路線從一己知高程的水準點BM,出發，沿待定高程點1、2、3進 行水準測量，最后附合到另一個高程已知的水準點BMb上。玄護測童/礦測量第四節水準測量的外並五二g3. 支線水準路線從一己知高程的水準點BM.,出發，沿待定高程點1、2、3進 行水準測量。它既不閉合回原己知點，也不附合到另一己知點煤爐測量第四節 水準測量的外業

8、工佇二、水準測量方法當兩點相距較遠或高差較大時，需連續安置水準儀測定相 鄰各點間的高差，最后取各個高差的代數和，可得到起終兩點 間的高差。如下圖所示，在兩水準點A、B之間設立若干個轉點，將AB 分成n段。分別測量出各段的高差力】、112、,則AB兩點間的 高差就是各測段高差之和，BP：Aas =Z h =hi + hs + hn煤礦測量第四節水準測量的外業工一力2= a2_煤礦測量第四節親準測量的外業工作 - -將各式相加，得A、B兩點的高差hAB為：力AB=Z 掃力1+方2+ +A1圖中的點1、2、n尊均為臨時立尺點，起傳遞高程的作用，稱為轉點。如果A點高程已知，貝IJB點的高程必為:為了檢

9、驗計算的正確性，又可寫為：力ab=（i）+ （包一+ + （各=1 a -Z A煤羅測量廠第四節水準測量的外並壬作一轉點的高差測量和計算是否準確，將關系到整個測量成 果，因此，轉點必須選在較堅實的地方，在一般的地方應放 置尺墊，防止尺子下沉或轉動引起的誤差。在一個測站上觀測得到的高差，都應有檢核，以保證其 正確性及提高水準測量的精度，測站檢核一般采用以下兩種 方法進行觀測：（一）變更儀高法每一測站上用兩次不同儀器高度的水平視線來測定相鄰 兩點間的高差。按理，兩次測得的高差應相等，據此檢査觀煤W:第四節水準測量的外業工隹測中是否存在錯誤。（二）雙面尺法每一測站上用兩組不同的水平尺面的讀數來測定相

10、鄰兩點 間的高差。下面，我們來看看兩種方法進行水準測量外業觀測的記錄 手薄。表一：水準測量記錄手薄（變更儀器高法）第四節水準測量的外業工隹貳祀已翊2020606 天tif g NO lose 吸at 嗽斗后稅n.翫相廿m-E.Rm *產廂二fVtk ra JI AA11 Q93| 0*45、0.743 a133 81$ 21.145 f 、1.251 20.741n -22.5is| 、2.40ll 51-1021.101。A1 JCli 2：1 IO2a2 0011 .2.1X4：Cb ftill-2/91.151 rA、i.2eo： 5O 854O.S2a*IVX曲i zwO 601O 6

11、02iiiii *o eoj*l.Jltj r1 4J1 八.o 9oeO 9047AO計IT辻1132.315*1 L892-154 004王飛煤礦測童第四節水準測量的外業工作一1表二：水準測量記錄手薄（雙面尺法）站2號“尺，下ikBI 尺a下絲d方向 及壞尺試妙紅、上絲“罰D紅B視距生d-Dd*1(i) 啟 Q 4(2a abT- aC7 #9)。（15 fS前 y *(12) (14 亠 JJ1 570 730，JS E1 346 1720r1 I97-*0 363a7第五節水準測量內業a護測受煤0測量第四節水準測量的外業工作一1a護測受煤0測量第四節水準測量的外業工作一1水準測量內業計

12、算的內容包括:1）水準路線高差閉合差的計算;2）高差閉合差的分配和高程計算。一、高差閉合差計算水準測量成果由于測量誤差的影響，使得水準路線的實測 高差值與應有值并不相符，其差值稱為高差閉合差。f Lllltilf h = 40 V/- /w/zl平地 fh = 12 yfn nun式中：L水準路線長度，單位：Km n測站數。a護測受煤0測量（一）閉合水準路線高差閉合差的計算閉合差計算:fh =工測=力1 + “2 + +當力 力允，說明測量成果的精度滿足要求。否則，說明 觀測成果誤差太大或有錯誤存在，應檢査原因，必要時返工重 測。（-）附合水準路線高差閉合差計算 高差閉合差。HP：人=曾+力2

13、 +久-hAB = Tj力測一（H R - H J 寫成通式則為：A =工? 終 H妬）（三）支水準路線高差閉合差計算公式如下：fh=Ea&第五節水準測量內業高差閉合差的分配和高程計算（一）閉（附）合水準路線高差閉合差分配1）當水準路線沿平坦區域前進時，各測段的測站數大致相等，此時，高差閉合差應按測段長度進行分配。其改正數為:煤F測量煤F測量式中：耳一一第，段高差的改正數; zz.一一水準路線總長度； 厶一一第，段的距離。第五節水準測量內並煤F測量2）當水準路線沿山區或丘陵區域前進時，各水準點間高差較大，則測站數相差也較大。此時，高差閉合差應按測站數進 行分配。其改正數為：v，=齊 x n丄2

14、式中：Zn一一水準路線的總測站數;心一一第段的測站數。閉合差分配后，還應對分配過程中計算的正確性進行檢核。 即應滿足：煤F測量（二）支線水準路線高差閉合差分配支水準路線高差閉合差的分配方法很簡單，只需把往、返 測高差的絕對值取平均值，并按往測方向的符號取高差的正負 號。即：hi = I力往1+1力返I）式中：Aj第（段的高差；力,往一一第，段的往測高差；力返一 一第，段的返測高差。高差閉合差分配并檢核正確，得到各測段改正后的高差， 然后按己知水準點高程和改正后的測段高差計算各待定水準點 的高程。即:閉合水準路線高差閉合差的分配、計算改正后高差及最后 推算高程與附合水準路線相同。現以閉合水準路線

15、的內業計算為例，說明水準測量內業計 算過程。第五節水準測量內業【例】右圖為閉合水準路線,有關數據填于圖上及下表中。已知貳點高程為227. 043m,試求人2、3點的高程。解:按上面敘述步驟計算如表格中。高差閉合差的容許值為:兀允=40 yfCnun 8() mm從表中可以看出，該測量成果的精度滿足要求。水準測量計算表測點距離 /km測站數實測髙差/m改正數 /mm改正后的高 差 /m高程 /m1294567A0. 55+5. 693-6+5. 687227.0431232. 7300.44+3.265+3. 2612235. 9910. 33-2.306-3-2. 3093233.6820.6

16、6632-7-6.639A227.043合計1.818+0. 020-200.000一、自動安平水準儀自動安平水準儀的技術操作程序分四步進行，即粗平瞄準檢查讀數。其中粗平.瞄準、讀數方法和微傾式煤爐測童煤爐測童水準儀相同。如圖所示為南方NL20-32型自動安平水準儀和蘇一光NAL124型自動安平水準儀。自動安平水準儀第六節；!|臥量新儀器箱二 1二、數字水準儀煤爐測童煤爐測童數字水準儀又稱為“電子水準儀”，是目前最先進的水準儀，可將其看成是自動安平水準儀、CCD相機、微處理器和條形編碼尺組合而成的一個幾何水準自動測量系統。與光學水準儀相比較，數字水準儀操作簡便，能自動觀測和記錄，并將測量結果以

17、數字的形式顯示出來。可大大降低觀測誤差和減少觀測錯誤，提高測量成果的數字水準儀煤爐測童精度和可靠性。圖為索佳SDL50型數字水準儀。煤爐測童第七節水準儀的檢驗和校正第六節水準測量新儀器介組激光水準儀括瞄準、整平、讀數等內容。右圖為DSJ2-Z激光水準儀。第七節贏的檢驗融;三、激光水準儀激光水準儀是利用激光束代替人工讀數的一種水準儀。與 光學水準儀相比，具有精度高、視線長和能進行自動讀數和記 錄等特點。激光水準儀的精度主要取決于水準儀部分的精度。操作內容仍包水準儀的主要幾何軸線有：視準軸CC、水準管軸LL、圓水 準軸LL。、儀器豎軸VV。為了保證水準儀給出水平視線，水準儀各軸線之間必須滿足以下的

18、幾何條件：(1) 圓水準軸LoL。平行于儀器豎軸W (LLoW)；(2) 十字絲橫絲應垂直于儀器豎軸(橫絲丄W) o(3) 水準管軸LL平行于視準軸CC (LL/CC)。水準儀在使用前，必須對其進行檢驗和校正。一、圓水準器的檢驗與校正【驗：將儀器安置于腳架上，轉動腳螺旋使圓水準器氣泡居中，如圖(a)所示。然后將望遠鏡在水平方向旋轉180。，觀察氣泡的位置，如果氣泡仍居中，說明圓水準器軸平行于儀器豎軸。如果氣泡不居中，偏移了零點，如圖(b),說明圓水第七節水準儀的檢驗融正_ “校正：校正時，轉動腳螺旋使氣泡向中間移動偏離量的一半，如圖(c)中氣泡由虛線位置移動到實線位置；然后，用校正針撥動圓水準

19、器底下的三個校正螺絲，使氣泡居中，如圖(d)所示。檢驗和校正應反復進行，直至儀器轉到任何位置,圓水準氣泡始終居中，即位于刻劃圈內為止。此時，LLoVV的條件得到滿足。注意：有些水準儀的圓水準器底部除了三個校正螺絲以外,還有一個固定螺絲。在轉動校正螺絲之前，需先松開這個定螺絲，校正完畢后再擰緊。W測量第七節水準儀的檢驗和校正二、十字絲的檢驗與校正檢驗：整平水準儀后，用十字絲橫絲的一端瞄準一個清晰的目標點P,旋緊水平制動螺旋，再轉動水平微動螺旋。如果P點始終在橫絲上移動，說明十字絲橫絲垂直于儀器豎軸。而如分劃仮用遜定I綬b)煤y第七節水準儀的檢驗jn校正-校正：如圖（b）所示形式，旋下目鏡處的I存

20、絲環校正螺絲的保護罩，用螺絲刀松開十字絲環的四個固定螺絲，按與橫 絲傾斜方向相反的方向轉動十字絲環，再進行檢驗，直到轉動 水平微動螺旋時，P點始終在橫絲上移動，表明橫絲己經水平, 儀器豎軸鉛垂。最后擰緊十字絲環固定螺絲。注意：十字絲裝置的形式不同，校正方法也有所不同。三、水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正如果水準管軸不平行于視準軸，二者存在一個夾角為幾如圖所示，我們把這種誤差稱為為水準儀的角誤差” o i角 誤差所引起的水準尺讀數誤差與距離成正比。當儀器距前、后水準尺的距離相等時，由(角誤差引起的前.后水準尺讀數誤差也相等，求取高差時可被削去，對高差計算沒有影響。而前、后視距不相等時，則存在，角影響，前、后視距相差越大，這種影響也就越大。第七節水準儀的檢驗和校正第七節水準儀的檢驗和校正第七節水準儀的檢驗和校正檢驗方法:(1)在平坦的地面上，選擇相距約80100m的兩點A和B,在A、B處打上木樁