1、第二章 水準測量第二章 水準測量主要內容：水準測量原理、水準儀的構造及使用、 水準測量的施測方法及成果整理、儀器 的檢驗與校正。主要目的：了解水準測量原理、測量儀器與測量工 具，掌握地面點位高程測量過程。重點內容：水準測量原理、施測方法、成果計算。 測定地面點高程的工作稱為高程測量。2-1.水準測量原理水準測量是測出兩點間的高差。即在兩個點上分別豎立水準尺，利用水準測量的儀器提供的一條水平視線，瞄準并在水準尺上讀數，從而求得兩點間的高差。前進方向水平視線大地水準面HiHAHBAB后視尺前視尺bhab如圖，已知HA，求HB？（1）高差法：根據水準儀提供的水平視線在A點水準尺上讀數為a（后視讀數）

2、，B點水準尺上讀數為b（前視讀數），則 HB=HA+ hAB =HA+(a-b) 在計算高差hAB時，一定要注意hAB的下標： hAB表示A點至B點的高差。2-1.水準測量原理前進方向水平視線HAHBA后視尺前視尺bhAB大地水準面B2-1.水準測量原理例1：圖中已知A點高程HA=452.623m，后視讀數a=1.571m，前視讀數b=0.685m，求B點高程。解：B點對于A點高差：hAB=1.5710.685=0.886mB點高程為：HB452.6230.886453.509m2-1.水準測量原理（2）視線高法：B點高程也可以通過水準儀視線高程Hi（也稱為儀器高程）來計算，即 Hi=HA+a

3、 則 HB =(HA+a)-b=Hi-b水平視線HAHBA后視尺前視尺b大地水準面BhAB前進方向Hi2-1.水準測量原理例2：圖2.3中已知A點高程HA=423.518m，要測出相鄰1、2、3點的高程。先測得A點后視讀數a=1.563m，接著在各待定點上立尺，分別測得讀數b1=0.953m，b2=1.152，b3=1.328m。解：先計算出視線高程Hi=HA+a=423.5181.563425.081m各待定點高程分別為：H1Hib1425.0810.953424.128mH2Hib2425.0811.15223.929mH3Hib3425.0811.32823.753m高差法和視線高法的測

4、量原理是相同的，區別在于計算高程時次序上的不同。在安置一次儀器需求出幾個點的高程時，視線高法比高差法方便。 2-2.水準測量儀器和工具水準測量所使用的儀器為水準儀，所使用的工具為水準尺和尺墊。水準儀按其精度劃分為四個等級： 精密水準儀DS05、DS1；普通水準儀DS3、DS10 下標的數字代表儀器的測量精度（每公里往返測高差中數的中誤差n毫米，即精度）。水準儀按其構造可分為三種： 微傾式水準儀、自動安平水準儀、電子水準儀。目前，普通工程測量中最常用的水準儀是： DS3微傾式水準儀（或DS3自動安平水準儀） 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造1327654981014121

5、31115161.微傾螺旋；2.分劃板護罩；3.目鏡；4.物鏡調焦螺旋；5.制動螺旋；6.微動螺旋；7.底板；8.三角壓板； 9.腳螺旋；10.彈簧帽； 11.望遠鏡；12.物鏡；13.管水準器；14.圓水準器；15.連接小螺釘；16.軸座 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造作用：為測量高差提供一條水平視線 組成：望遠鏡、水準器、基座望遠鏡水準器基座 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造1.望遠鏡（1）組成：物鏡、目鏡、調焦透鏡、十字絲分劃板、物鏡對光螺旋、目鏡對光螺旋 （2）作用: 瞄準目標，提供水平視線 CC視準軸CC：物鏡光心與十字絲交點的連線。

6、 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造1.望遠鏡2.水準器（1）管水準器：用于儀器精平（2）圓水準器：用于儀器粗平 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造1.望遠鏡2.水準器（1）管水準器：用來指示視準軸是否水平水準管軸LL：過水準管零點所作圓 弧面的縱切線。水準管分劃值 ：是水準管表面2mm圓 弧所對應的圓心角。氣泡居中：氣泡零點與水準管零點重 合。2mm0點 2-2.水準測量儀器和工具 常采用符合水準管系統 目的是提高水準管氣泡居 中的精度微傾螺旋 符合氣泡符合尚未符合 2mm 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造1.望遠鏡2.水準

7、器（1）管水準器（2）圓水準器：用來指示儀器豎軸是否豎直圓水準器軸 ：過圓水準器零點所 作圓球面的法線 2-2.水準測量儀器和工具一、 DS3微傾式水準儀的構造1.望遠鏡2.水準器3.基座基座通過連接螺旋與三腳架相連。基座用于支承水準儀上部，水準 儀旋轉軸插入基座軸套可自由旋轉。基座上的三個腳螺旋用于調節圓水準氣泡。儀器豎軸VV：就是水準儀的旋轉軸。基座三腳架VV 2-2.水準測量儀器和工具二、水準尺和尺墊水準尺有雙面尺和塔尺兩種標準水準尺為一對雙面尺，其中: A尺和B尺黑面03m; A尺紅面4.6877.687m, B尺紅面4.7877.787m。尺墊半球形頂部用來豎立水準尺，并標志轉點 位

8、置。 2-2.水準測量儀器和工具三、水準儀的使用 水準儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準水準尺、精平和讀數等操作步驟1.安置水準儀2.粗略整平：調節三個腳螺旋使圓水準器氣泡居中，氣泡移動的方向始終與左手大拇指的運動方向一致。 abc 2-2.水準測量儀器和工具三、水準儀的使用1.安置水準儀2.粗略整平3.瞄準水準尺：首先轉動目鏡調焦螺旋使十字絲清晰，轉動望遠鏡瞄準水準尺，再轉動物鏡調焦螺旋使目標清晰。注意消除視差！什么是視差？ 產生的原因？如何消除？當眼睛在目鏡端上下微微移動時，若發現十字絲與目標像有相對運動，這種現象稱為視差。？ 2-2.水準測量儀器和工具三、水準儀的使用1.安置水準儀2

9、.粗略整平3.瞄準水準尺4.精平與讀數在每次讀數之前，都應注視符合水準氣泡觀測窗，轉動微傾螺旋使水準管氣泡居中。讀數：儀器精確整平后，即可用十字絲橫絲（即中絲）在水準尺上讀數。微傾螺旋 2-2.水準測量儀器和工具三、水準儀的使用1.安置水準儀2.粗略整平3.瞄準水準尺4.精平與讀數讀數： 0.7302-3 水準測量的實施及成果整理一、水準點及水準路線1.水準點國家等級水準點 一般水準點2-3 水準測量的實施及成果整理一、水準點及水準路線1.水準點2.水準路線：在兩水準點之間進行水準測量所經過的路線稱為水準路線。水準路線的布設形式：閉合水準路線、附合水準路線、支水準路線。 2-3 水準測量的實施

10、及成果整理一、水準點及水準路1.水準點2.水準路線：1BM.A234閉合水準路線支水準路線BM.A12 附合水準路線BM.ABM.B1232-3 水準測量的實施及成果整理二、水準測量的實施轉點：如果兩點間高差較大或相距較遠，僅安置一次儀器不能測得它們的高差，這時需要加設若干個臨時的立尺點，作為傳遞高程的臨時點。連續水準測量：依次連續地在兩個立尺點中間安置水準儀來測定相鄰各點間高差，最后取各個測站高差的代數和，即求得兩點間的高差值。觀測步驟 2-3 水準測量的實施及成果整理二、水準測量的實施觀測步驟 已知HA， 求高程HB，中間臨時放置標尺的過度點1，2.稱為轉點, 起高程傳遞作用, 常用ZD表

11、示，實測時轉點上應使用尺墊 。每測站高差：各測站高差之和：待定點B點高程：施測方法2-3 水準測量的實施及成果整理二、水準測量的實施施測方法 BMA BMB 1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.5432-3 水準測量的實施及成果整理二、水準測量的實施普通水準測量記錄表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1ab=5.358 3.867=1.491h=2.209 0.718=1.491HB HA=51

12、.491 50.000=1.491HB HA=h=a b (計算無誤) 計算檢核3.8675.35851.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m 50.0000.5830.7530.8731.851A前視+后 視備 注高 程（m）高 差標尺讀數（m）測點0.7182-3 水準測量的實施及成果整理三、水準測量的檢核方法1計算檢核 計算檢核只能檢查計算是否正確，并不能檢核觀測和 記錄時是否產生錯誤。2測站檢核變動儀器高法：是在同一個測站上用兩次不同的儀器高度，測得兩次高差以相互比較進行檢核。雙面尺法：是儀器的高度不變，而立

13、在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數，測得兩次高差，相互進行檢核。 2-3 水準測量的實施及成果整理四、水準測量的成果整理1.計算高差閉合差附合水準路線 高差理論值： 高差閉合差：閉合水準路線 高差閉合差：支水準路線 高差閉合差：AB2h1h31h2返往2-3 水準測量的實施及成果整理四、水準測量的成果整理1.計算高差閉合差2.高差閉合差容許誤差式中，L為水準路線長度，以公里計；為測站數。等外水準測量山地：平地：國家四等水準測量山地：平地：2-3 水準測量的實施及成果整理四、水準測量的成果整理1.計算高差閉合差2.高差閉合差容許誤差3.判斷閉合差是否超限：4.閉合差的調整

14、閉合、附合水準路線：與測站數（或距離）成正比例 反符號進行分配：5.高程的計算閉合、附合水準路線：支水準：2-3 水準測量的實施及成果整理四、水準測量的成果整理例:如圖， BM.A 和BM.B為已知水準點，按普通水準測量的方法測得各測段觀測高差和測段路線長度分別標注在路線的上、下方。將計算成果列于表中。 +3.035 -0.025 +3.060 6.25 9.578BM.B +1.332 -0.008 +1.340 2.05 8.246 3 -1.431 -0.007 -1.424 1.60 9.677 2 +1.805 -0.008 +1.813 2.00 7.872 1 6.543 +1.

15、329 -0.002 +1.331 0.60BM.AH(m)h(m)v(m)hi(m)L(km)點號解：2-3 水準測量的實施及成果整理2-3 水準測量的實施及成果整理1.計算高差閉合差2.判斷閉合差是否超限3.計算各測段觀測高差的改正數4.計算各測段的改正后的高差:5.計算各點的高程值2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正一、水準儀軸線及其應滿足的幾何條件1.四條軸線視 準 軸 CC 水準管軸 LL 圓水準軸 LL 豎 軸 VV2.應滿足的三個條件（1）LL/ VV （2）橫絲VV （3）LL / CC (主要條件)CCLLVVLL2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正1.圓水準軸平行

16、于儀器豎軸的檢驗 目的：使圓水準器軸平行于豎軸，即LLVV檢驗方法：（1）安置水準儀后，轉動腳螺旋使圓水準器氣泡居中。（2）將儀器繞豎軸旋轉180。（3）如果圓氣泡仍舊居中，則表示該幾何條件滿足，不必校正；如果氣泡不再居中，需要校正。 2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正1.圓水準軸平行于儀器豎軸的檢驗校正方法：（1）調整三個校正螺絲，使氣泡向居中的位置移動偏移量的一半。（2）用腳螺旋整平，使圓水準器氣泡居中。（3）校正工作一般都難以一次完成，需反 復進行。（4）最后應注意擰緊固緊螺絲。2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正1.圓水準軸平行于儀器豎軸的檢驗2.十字絲中絲垂

17、直于儀器豎軸的檢驗與校正目的：使十字絲橫絲垂直于豎軸。檢驗方法：安置水準儀整平后，用十字絲交點瞄準某一明顯的點狀目標M，轉動望遠鏡，觀測M點是否始終沿著中絲移動。如果M點沿著橫絲移動，則表示十字絲橫絲與豎軸垂直，否則需要校正。MMM2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正2.十字絲中絲垂直于儀器豎軸的檢驗與校正校正方法：旋下目鏡端的十字絲環外罩，用螺絲刀松開十字絲環的四個固定螺絲，按中絲傾斜的反方向小心地轉動十字絲環，直至中絲水平，再重復檢驗，最后固緊十字絲環的固定螺絲，旋上十字絲外罩。 當此項誤差不明顯時，一般不進行校正，因為在作業中通常總是利用橫絲的中央部分讀數的2 13 4 十字

18、絲環 校正螺絲十字絲環 校正螺絲2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正3.視準軸平行于水準管軸的檢驗與校正原理與方法：i角誤差：水準管軸不平行于視準軸，它們在豎直面內投影 之夾角2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正3.視準軸平行于水準管軸的檢驗與校正檢驗方法：（1）在平坦地區選擇相距約80m的A、B兩點，并在A、B兩點中間選擇一點C，且使DAC=DBC。（2）將水準儀安置于C點處，分別在A、B兩點上豎立水準尺，讀數為a1和b1., hAB=(a1-）-（b1-）=a1-b1 （3）將水準儀搬到靠近B點處（約距B點3m），整平儀器后，瞄準B點水準尺，讀數為b2 ，則a2=b

19、2+hAB（4）再瞄準A點水準尺，讀數為a2，如果a2=a2，說明兩軸平行。否則存在i角，其值為 i = （a2 - a2/ DAB）”；”206265”。 對于DS3水準儀來說，i 角值大于20”時，則需校正。2-4 DS3型水準儀的檢驗與校正二、檢驗與校正3.視準軸平行于水準管軸的檢驗與校正校正：(1)轉動微傾螺旋，使橫絲瞄準讀數 a2：(CC水平) (2)校正水準管氣泡居中：用撥針先撥松水準管一端；左邊(或右邊)的校正螺絲，再撥動上、下兩個校正螺絲，使偏離的氣泡重新居中，最后將校正螺絲旋 緊。 LL水平（LL / CC） （3）重復檢驗直至符合要求。水準管 的一端水準管的 校正螺絲2-5

20、 精密水準儀和水準尺精密水準儀（DS05、DS1）主要用于國家一、二等水準測量(the first and second order leveling)和高精度的工程測量中；例如建構筑物的沉降觀測，大型橋梁工程的施工測量和大型精密設備安裝的水平基準測量等。2-5 精密水準儀和水準尺一、精密水準儀的特點1.望遠鏡的放大倍數大，分辨率高，如規范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2.管水準器分劃值為10/2mm，精平精度高；3.望遠鏡的物鏡有效孔徑大，亮度好；4.望遠鏡外表材料一般采用受溫度變化小的因瓦合金鋼，以減小環境溫度變化的影響；5. 采用平板玻璃測微器讀數，讀數誤差小；6.十字絲

21、橫絲刻成楔形有利于精確夾準水準尺的分劃。7. 配備精密水準尺。2-5 精密水準儀和水準尺二、精密水準尺(因瓦水準尺）1.精密水準尺：在木質尺身的凹槽內，引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張在尺身上，以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。2.長度分劃在因瓦合金鋼帶上，數字注記在木質尺身上，精密水準尺的分劃值分為基輔分劃（10mm）和奇偶分劃（5mm）兩種.2-5 精密水準儀和水準尺三、精密水準儀操作及其讀數原理1.精密水準儀的操作方法與一般水準儀基本相同，不同之處是用光學測微器測出不足一個分格的數值。2.測微尺的讀數原理。 2-5 精密水準儀和水準尺三

22、、精密水準儀操作及其讀數原理3.測微尺的讀數（N3水準儀 ）：旋轉N3的平行玻璃板可以產生的最大視線平移量為10mm，它對應測微尺上的100個分格。測微尺上1個分格等于0.1mm，如在測微尺上估讀到0.1分格，則可以估讀到0.01mm。將標尺上的讀數加上測微尺上的讀數就等于標尺的實際讀數。如下圖的讀數為148+0.655=148.655cm=1.48655m。2-6 自動安平水準儀特點：自動安平水準儀不需要水準管和微傾螺旋，只有一個圓水準器，安置儀器時，只要使圓水準器的氣泡居中后，借助一種“補償器”的特別裝置，使視線自動處于水平狀態。2-6 自動安平水準儀一、自動安平原理安平的條件： 2-6

23、自動安平水準儀二、自動安平補償器自動安平補償器的種類很多，但一般都是采用吊掛光學零件的方法，借助重力的作用達到視線自動補償的目的。 2-6 自動安平水準儀三、自動安平水準儀的使用自動安平水準儀的操作方法和一般水準儀的操作方法一樣，當自動安平水準儀經過圓水準器的粗平后，觀測者在望遠鏡內觀察警告指示窗是否全部呈綠色，若沒有全部呈綠色，不能對水準尺讀數，必須再調整圓水準器，直到警告指示窗全部呈綠色后，即視線在補償器范圍內，方可進行測量。2-7 電子水準儀一、構造與工作原理1.組成:基座、水準器、望遠鏡及數據處理系統。2.工作原理: 2-7 電子水準儀二、條碼水準尺條碼水準尺是與電子水準儀配套的專用尺，由玻璃纖維塑料制成，或用銦鋼制成尺面鑲嵌在基尺上形成。尺面上刻有寬度不同的水平黑白