1、2.1 水準測量原理水準測量原理 1.水準測量基本原理水準測量基本原理目的：目的：測定兩點的高差測定兩點的高差儀器：儀器：水準儀水準儀原理：原理：利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之利用水準儀提供的水平視線對豎立在兩點之間的水準尺進行間的水準尺進行觀測觀測 ，并通過其，并通過其中一個點（中一個點（M M點）點）的高程推算另一的高程推算另一個點個點(N(N點點)的高的高程。程。2.水準測量觀測方法水準測量觀測方法（1）高高差差法法：在在M、N兩兩點點間間安安置置水水準準儀儀，在在M、N兩兩點點分分別別豎豎立立水水準準尺尺，利利用用水水準準移移的的水水平平視視線線分分別別讀讀取取M點、點、N點上
2、的讀數點上的讀數a、b，則兩點的高差為，則兩點的高差為則則N點的高程點的高程HN為為 a：后視讀數：后視讀數(后視觀測后視觀測讀數讀數)；b：前視讀數前視讀數(前視觀測前視觀測讀數讀數)。M M：后視點后視點N N：前視點前視點永遠是永遠是后視減前視后視減前視（2）視線高法（單站多測法）視線高法（單站多測法）安安置置一一次次儀儀器器可可以以測測算算多多個個點點高高程程的的方方法法。首首先先算算出出水水準準儀儀的的視視線線高高程程Hi，然然后后分分別別計算出各個點的高程：計算出各個點的高程：bj為第為第j個前視點的讀數，個前視點的讀數，Hj為第為第j個前視點的高程。個前視點的高程。這種方法常用于
3、路線縱這種方法常用于路線縱斷面測量。斷面測量。3.連續水準測量（路線水準測量）連續水準測量（路線水準測量）應應用用前前提提：兩兩待待測測點點之之間間距距離離較較遠遠、高高差差較較大大，或或中中間間有障礙。有障礙。方方法法：加加設設若若干干個個臨臨時時立立尺尺點點（稱稱為為轉轉點點ZD），依依此此測測定定相相鄰鄰兩兩個個點點的的高高差差，取取各各高高差差的的代代數數和和即即得得到到起起終兩個點的高差。終兩個點的高差。則則M、N兩點的高差為兩點的高差為 4.提高精度的觀測方法提高精度的觀測方法“中間法中間法”觀測：觀測：各測站前、后視線長度大致相各測站前、后視線長度大致相等等2.2 水水 準準 儀
4、儀1.水準儀：水準儀：提供水平視線（平行大地水準面）的設備提供水平視線（平行大地水準面）的設備2.水準儀類型：水準儀類型：（1）微傾式水準儀微傾式水準儀 （2）自動安平水準儀自動安平水準儀（3）電子水準儀電子水準儀3.水準儀的表示方法（國產儀器）水準儀的表示方法（國產儀器）DSn：D表示大地測量表示大地測量S表示水準儀，表示水準儀，n為數字表示為數字表示儀器精度，數值儀器精度，數值n越小越小,表示儀器精度越高。如表示儀器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返測量高差中數的偶然中誤差每公里往返測量高差中數的偶然中誤差小于或小于或等于等于0.5mm 4.常用水準儀的等級劃分及主要用途常用水準儀
5、的等級劃分及主要用途5.水準儀的主要結構組成水準儀的主要結構組成主要為三部分：主要為三部分：（1）望遠鏡望遠鏡 （2）水準器水準器 （3）基座基座其中望遠鏡為主要組成部分。下圖為其中望遠鏡為主要組成部分。下圖為WILD NAK-0X型型水準儀（由北京測繪儀器廠組裝）水準儀（由北京測繪儀器廠組裝）目鏡目鏡目鏡對光螺旋目鏡對光螺旋物鏡對光螺旋物鏡對光螺旋物鏡物鏡水平微調螺旋水平微調螺旋腳螺旋腳螺旋準星準星6.望遠鏡組成及其成像原理望遠鏡組成及其成像原理望遠鏡由望遠鏡由物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲四個四個主要部分組成。主要部分組成。成成像像原原理理：目目標標經經過過物
6、物鏡鏡和和對對光光凹凹透透鏡鏡的的作作用用，在在鏡鏡筒筒內內造造成成倒倒立立、縮縮小小的的實實像像，通通過過調調節節對對光光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。（望遠鏡的放大倍數望遠鏡的放大倍數）視準軸視準軸目鏡的作用：目鏡的作用：放大，人眼經過目鏡，可以看到目標放大，人眼經過目鏡，可以看到目標的小實像與十字絲一起放大了的虛像。的小實像與十字絲一起放大了的虛像。十字絲的作用：十字絲的作用：提供照準目標的標準。其中心交點提供照準目標的標準。其中心交點和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上和物鏡光心的連線稱為視準軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲
7、稱為視距絲。水準測量就是當視線水的上、下短絲稱為視距絲。水準測量就是當視線水平時，用中間橫絲截取水準尺讀數。平時，用中間橫絲截取水準尺讀數。視準軸：視準軸：十字絲中央交點和物鏡十字絲中央交點和物鏡 光心的連線光心的連線（水準儀四條軸線水準儀四條軸線 之一之一）豎軸：豎軸：望遠鏡底部與基座相連的望遠鏡底部與基座相連的 軸的中心線。軸的中心線。（水準儀四條軸水準儀四條軸 線之一線之一）視距絲視距絲橫絲橫絲7.水準器水準器（1）水準器的用途：）水準器的用途：衡量衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標志。的標志。（2）水準器種類：）水準器種類：水準盒及水準管水準盒及水準管水準盒用
8、于粗調整平，水準管則用于精密整平水準盒用于粗調整平，水準管則用于精密整平（3）水準盒軸線：水準盒軸線：水準盒頂面中心（水準盒零點）的水準盒頂面中心（水準盒零點）的球面法線（水準儀四條主要軸線之一）球面法線（水準儀四條主要軸線之一）（4）水準管軸線水準管軸線：過水準管圓弧中心點（水準管零點）與頂面圓弧內過水準管圓弧中心點（水準管零點）與頂面圓弧內壁相切的直線（水準儀四條主要軸線之一）壁相切的直線（水準儀四條主要軸線之一）（5）水準器靈敏度：水準器靈敏度：用分劃值表示，即當氣泡移動用分劃值表示，即當氣泡移動2mm時，水準盒（管）時，水準盒（管）軸相應傾斜的角度軸相應傾斜的角度8.水準尺水準尺用途：
9、用途：用于水準測量的目標點觀測用于水準測量的目標點觀測種類：種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的 塔尺一般長塔尺一般長3米，由三節組成。板尺一般米，由三節組成。板尺一般2米。米。水準尺的刻度與標注：水準尺的刻度與標注：精度比較：精度比較：板尺精度高于塔尺。板尺精度高于塔尺。用用 途：途：板尺一般常用于三、四等水準板尺一般常用于三、四等水準測量，而塔尺則用于等外水準測量。測量，而塔尺則用于等外水準測量。使用注意事項：使用注意事項：使用前應認清尺子使用前應認清尺子刻劃線刻劃線與數字之間的位置關系與數字之間的位置關系，是否為正、倒，是否為正、倒數字，數字，尺底的數值
10、尺底的數值。對于塔尺，當使用。對于塔尺，當使用兩節以上時應注意兩節以上時應注意兩節接口位置是否對兩節接口位置是否對準、卡簧是否卡住。準、卡簧是否卡住。2.3 水準儀使用方法水準儀使用方法儀器儀器安放整平安放整平 對光照準對光照準消除視差消除視差照準讀數照準讀數三角架三角架腳螺旋腳螺旋目、物鏡目、物鏡對光螺旋對光螺旋腳架張開腳架張開角度勿太角度勿太大或太小大或太小不可對準不可對準太陽太陽水平微調水平微調螺旋螺旋刻度大小刻度大小正、倒像正、倒像注意：如何辨別及消除視差？注意：如何辨別及消除視差？用腳螺旋整平儀器用腳螺旋整平儀器 視差存在的根本原因：視差存在的根本原因：目標像和十字絲目標像和十字絲分
11、劃板不重合！分劃板不重合！水準尺讀數方法：水準尺讀數方法：2.375m2.4 水準測量的實施水準測量的實施1.水準點及其選擇水準點及其選擇 水水準準測測量量必必須須要要有有已已知知水水準準點點（即即其其高高程程已已知的點，用知的點，用BM表示，如表示，如BM0、BM1等）等）水水準準點點選選擇擇：結結合合測測區區內內水水準準點點的的分分布布情情況況、被被測測點點的的分分布布以以及及地地形形地地勢勢情情況況、所所采采取取的的路線形式選擇。路線形式選擇。水準點類型：水準點類型：永久性和臨時性永久性和臨時性水準點制成：水準點制成：依永久性及臨時性水準點而制做。依永久性及臨時性水準點而制做。2.水準路
12、線布置水準路線布置（1）閉合水準路線）閉合水準路線 高差閉合差：高差閉合差：（2）附合水準路線）附合水準路線 高差閉合差：高差閉合差：附合水準路線附合水準路線閉合水準路線閉合水準路線3（3）支支水水準準路路線線：從從一一水水準準點點出出發發，沿沿線線測測量量各各待待定定點點，其其線線路路既既不不閉閉合合到到原原來來的的已已知知點點，也也不不附附合合到到另另一一已已知知點點。而而是是通通過過往往返返觀觀測測來來檢檢查查觀觀測測差差。理理論上往返高差應為絕對值相等而符號相反。論上往返高差應為絕對值相等而符號相反。（4）結結點點水水準準網網：由由若若干干條條單單水水準準路路線線相相互互連連接接而而成
13、成的圖形。可分為附合水準網及獨立水準網。的圖形。可分為附合水準網及獨立水準網。3.水準測量施測水準測量施測 （1）觀觀測測與與記記錄錄：采采用用連連續續水水準準路路線線測測量量方方法法進進行行測測量量。點點與與點點之之間間的的距距離離大大小小取取決決于于通通視視條條件件、讀讀數數清清晰晰度度以以及及保保證證視視線線在在尺尺子子范范圍圍內內，一一般般為為50100米米。注注意意：待待測測點點必必須須要要立立尺尺觀觀測測。對對每每一一測測站站分分別別記記錄錄后視讀數及前視讀數后視讀數及前視讀數。注意：記錄方法。注意：記錄方法（2）測量結果校核）測量結果校核 1）計計算算校校核核：檢檢查查計計算算結
14、結果果有有無無錯錯誤誤：高高差差計計算結果；采用公式是否正確等。算結果；采用公式是否正確等。2）測測站站校校核核：對對每每一一站站的的觀觀測測和和記記錄錄都都及及時時地地在在現現場場進進行行校校核核。校校核核方方法法有有：變變動動儀儀器器高高法法、雙面尺法或雙儀器法；雙面尺法或雙儀器法；3）路路線線校校核核：根根據據計計算算的的閉閉合合差差，與與規規定定的的允允許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。平地平地 (L 為水準路線總長度為水準路線總長度km）山地山地 (n為測站總數）為測站總數）4.水準測量的高程計算水準測量的高程計算（1）高差閉合差計算高差閉合差計算
15、計算閉合差及閉合差允許值，寫在計算閉合差及閉合差允許值，寫在“路線校核路線校核”欄欄內。內。（2）高差閉合差分配及高程計算）高差閉合差分配及高程計算 當導線閉合差滿足技術要求時，可進行閉合差分配。當導線閉合差滿足技術要求時，可進行閉合差分配。分配的原則：改正數分配的原則：改正數v與測站數與測站數n（或路線長度（或路線長度L）成）成正比，與閉合差反號，即正比，與閉合差反號，即 各點高程值各點高程值 H0：已知點的高程，已知點的高程，Hi為改正前的高程值。為改正前的高程值。2.5 水準測量的誤差來源及削減措施水準測量的誤差來源及削減措施儀器誤差（水準儀器誤差（水準儀、水準尺）儀、水準尺）觀測誤差（
16、視差、觀測誤差（視差、估讀、氣泡、尺傾斜）估讀、氣泡、尺傾斜）外界條件影響外界條件影響（設備下沉、地球（設備下沉、地球曲率、大氣折光等）曲率、大氣折光等）1.校正儀器校正儀器 2.偶數測站數觀測偶數測站數觀測 1.消除視差消除視差 2.相同人觀測相同人觀測 3.嚴格調平儀器嚴格調平儀器 4.立尺豎正立尺豎正 1.往返觀測取平均往返觀測取平均 2.控制前后視點距離控制前后視點距離 3.選擇良好氣候觀測選擇良好氣候觀測 4.視線盡量高于地面視線盡量高于地面2.6 水準儀校驗水準儀校驗 1.水準儀軸線幾何關系水準儀軸線幾何關系（1）水準盒軸平行豎軸；水準盒軸平行豎軸；（2）十字絲橫絲垂直豎軸；十字絲
17、橫絲垂直豎軸；（3）水準管軸平行視準軸。水準管軸平行視準軸。2.檢驗方法：檢驗方法：（1）檢驗水準盒軸與豎軸是否平行：檢驗水準盒軸與豎軸是否平行：調平水準盒調平水準盒氣泡居中，然后旋轉望遠鏡氣泡居中，然后旋轉望遠鏡180度，若氣泡依然度，若氣泡依然居中則兩軸平行。居中則兩軸平行。（2）檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直：檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直：將十字絲將十字絲橫絲左端對準某一目標，旋轉水平微動螺旋使目橫絲左端對準某一目標，旋轉水平微動螺旋使目標移到十字絲的右端，若目標依然位于十字絲橫標移到十字絲的右端，若目標依然位于十字絲橫絲上則表明兩軸垂直。絲上則表明兩軸垂直。（3）檢驗水準管軸是否平行視準
18、軸：檢驗水準管軸是否平行視準軸：在已知高差在已知高差的兩點間架設儀器，并使儀器距兩點之間的距離的兩點間架設儀器，并使儀器距兩點之間的距離懸殊，首先在其中一個點立尺觀測讀數懸殊，首先在其中一個點立尺觀測讀數a，并根，并根據據a計算出儀器對另一點的應該讀數計算出儀器對另一點的應該讀數b。然后對其。然后對其進行觀測讀數得進行觀測讀數得b，利用，利用b、b及兩測點之間的及兩測點之間的距離距離DMN可以計算出兩軸線的夾角可以計算出兩軸線的夾角 (單位為秒單位為秒)，若若 大于大于20秒秒 不平行。不平行。2.7 其它用于水準測量的儀器其它用于水準測量的儀器1.精密水準儀精密水準儀光學測微器光學測微器+精
19、密水準尺精密水準尺2.自動安平水準儀自動安平水準儀自動補償裝置，補償視準軸出現輕微傾斜帶領的誤差。自動補償裝置，補償視準軸出現輕微傾斜帶領的誤差。3.電子水準儀（數字水準儀）電子水準儀（數字水準儀）分光鏡和探測器分光鏡和探測器+條紋編碼標尺條紋編碼標尺+圖象處理電子系統。自圖象處理電子系統。自動讀數、記錄和計算。動讀數、記錄和計算。4.激光水準儀激光水準儀激光發射器，測定激光雙程走時計算兩點間的距離。激光發射器，測定激光雙程走時計算兩點間的距離。5.全站測量儀全站測量儀光學理論光學理論+幾何理論幾何理論+計算機理論計算機理論+計算方法。可在一個計算方法。可在一個測站上同時測角（水平角和豎直角）和測距（斜距、水測站上同時測角（水平角和豎直角）和測距（斜距、水平距離和高差），并能自動計算出待測點的三維坐標。平距離和高差），并能自動計算出待測點的三維坐標。
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