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1、2.1 水準(zhǔn)測量原理,1. 水準(zhǔn)測量基本原理 目的：測定兩點(diǎn)的高差 儀器：水準(zhǔn)儀 原理：利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線對豎立在兩點(diǎn)之 間的水準(zhǔn)尺進(jìn)行 觀測 ，并通過其 中一個點(diǎn)（M點(diǎn)） 的高程推算另一 個點(diǎn)(N點(diǎn))的高 程。,2. 水準(zhǔn)測量觀測方法,（1）高差法： 在M、N兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，在M、N兩點(diǎn)分別豎立水準(zhǔn)尺，利用水準(zhǔn)移的水平視線分別讀取M點(diǎn)、N點(diǎn)上的讀數(shù)a、b，則兩點(diǎn)的高差為,則N點(diǎn)的高程HN為 a：后視讀數(shù)(后視觀測讀數(shù))； b：前視讀數(shù)(前視觀測讀數(shù))。 M：后視點(diǎn) N：前視點(diǎn),永遠(yuǎn)是后視減前視,（2）視線高法（單站多測法） 安置一次儀器可以測算多個點(diǎn)高程的方法。首先算出水準(zhǔn)儀的視線高

2、程Hi，然后分別計算出各個點(diǎn)的高程：,bj為第j個前視點(diǎn)的讀數(shù)， Hj為第j個前視點(diǎn)的高程。 這種方法常用于路線縱 斷面測量。,3. 連續(xù)水準(zhǔn)測量（路線水準(zhǔn)測量）,應(yīng)用前提：兩待測點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)、高差較大，或中間有障礙。 方法：加設(shè)若干個臨時立尺點(diǎn)（稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)ZD），依此測定相鄰兩個點(diǎn)的高差，取各高差的代數(shù)和即得到起終兩個點(diǎn)的高差。,則M、N兩點(diǎn)的高差為,4. 提高精度的觀測方法 “中間法”觀測：各測站前、后視線長度大致相等,2.2 水 準(zhǔn) 儀,1. 水準(zhǔn)儀：提供水平視線（平行大地水準(zhǔn)面）的設(shè)備 2. 水準(zhǔn)儀類型： （1）微傾式水準(zhǔn)儀 （2）自動安平水準(zhǔn)儀 （3）電子水準(zhǔn)儀 3. 水準(zhǔn)儀的表示方

3、法（國產(chǎn)儀器） DSn：D表示大地測量S表示水準(zhǔn)儀，n為數(shù)字表示儀器精度，數(shù)值n越小,表示儀器精度越高。如DS0.5,表示每公里往返測量高差中數(shù)的偶然中誤差小于或等于0.5mm,4. 常用水準(zhǔn)儀的等級劃分及主要用途,5. 水準(zhǔn)儀的主要結(jié)構(gòu)組成 主要為三部分： （1）望遠(yuǎn)鏡 （2）水準(zhǔn)器 （3）基座 其中望遠(yuǎn)鏡為主要組成部分。下圖為WILD NAK-0X型水準(zhǔn)儀（由北京測繪儀器廠組裝）,6. 望遠(yuǎn)鏡組成及其成像原理,望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲四個主要部分組成。 成像原理：目標(biāo)經(jīng)過物鏡和對光凹透鏡的作用，在鏡筒內(nèi)造成倒立、縮小的實像，通過調(diào)節(jié)對光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上

4、。 （望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)）,視準(zhǔn)軸,目鏡的作用：放大，人眼經(jīng)過目鏡，可以看到目標(biāo)的小實像與十字絲一起放大了的虛像。 十字絲的作用：提供照準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。其中心交點(diǎn)和物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲稱為視距絲。水準(zhǔn)測量就是當(dāng)視線水平時，用中間橫絲截取水準(zhǔn)尺讀數(shù)。 視準(zhǔn)軸：十字絲中央交點(diǎn)和物鏡 光心的連線 （水準(zhǔn)儀四條軸線 之一） 豎軸：望遠(yuǎn)鏡底部與基座相連的 軸的中心線。 （水準(zhǔn)儀四條軸 線之一）,7. 水準(zhǔn)器,（1）水準(zhǔn)器的用途： 衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標(biāo)志。 （2）水準(zhǔn)器種類：水準(zhǔn)盒及水準(zhǔn)管 水準(zhǔn)盒用于粗調(diào)整平，水準(zhǔn)管則用于精密整平,（3）水準(zhǔn)盒軸線：水準(zhǔn)盒頂面中

5、心（水準(zhǔn)盒零點(diǎn)）的球面法線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一） （4）水準(zhǔn)管軸線： 過水準(zhǔn)管圓弧中心點(diǎn)（水準(zhǔn)管零點(diǎn)）與頂面圓弧內(nèi)壁相切的直線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一） （5）水準(zhǔn)器靈敏度： 用分劃值表示，即當(dāng)氣泡移動2mm時，水準(zhǔn)盒（管）軸相應(yīng)傾斜的角度,8. 水準(zhǔn)尺,用途：用于水準(zhǔn)測量的目標(biāo)點(diǎn)觀測 種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的 塔尺一般長3米，由三節(jié)組成。板尺一般2米。 水準(zhǔn)尺的刻度與標(biāo)注：,精度比較：板尺精度高于塔尺。 用 途：板尺一般常用于三、四等水準(zhǔn)測量，而塔尺則用于等外水準(zhǔn)測量。 使用注意事項：使用前應(yīng)認(rèn)清尺子刻劃線與數(shù)字之間的位置關(guān)系，是否為正、倒數(shù)字，尺底的數(shù)值。對于塔尺，當(dāng)使用

6、兩節(jié)以上時應(yīng)注意兩節(jié)接口位置是否對準(zhǔn)、卡簧是否卡住。,2.3 水準(zhǔn)儀使用方法,儀器 安放整平,對光照準(zhǔn) 消除視差,照準(zhǔn)讀數(shù),三角架 腳螺旋,目、物鏡 對光螺旋,腳架張開 角度勿太 大或太小,不可對準(zhǔn) 太陽,水平微調(diào) 螺旋,刻度大小 正、倒像,注意：如何辨別及消除視差？,用腳螺旋整平儀器,視差存在的根本原因： 目標(biāo)像和十字絲 分劃板不重合！,水準(zhǔn)尺讀數(shù)方法：,2.375m,2.4 水準(zhǔn)測量的實施,1. 水準(zhǔn)點(diǎn)及其選擇 水準(zhǔn)測量必須要有已知水準(zhǔn)點(diǎn)（即其高程已知的點(diǎn)，用BM表示，如BM0、BM1等） 水準(zhǔn)點(diǎn)選擇：結(jié)合測區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況、被測點(diǎn)的分布以及地形地勢情況、所采取的路線形式選擇。 水準(zhǔn)點(diǎn)

7、類型：永久性和臨時性 水準(zhǔn)點(diǎn)制成：依永久性及臨時性水準(zhǔn)點(diǎn)而制做。,2. 水準(zhǔn)路線布置 （1）閉合水準(zhǔn)路線 高差閉合差： （2）附合水準(zhǔn)路線 高差閉合差：,附合水準(zhǔn)路線,閉合水準(zhǔn)路線,3,（3）支水準(zhǔn)路線：從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿線測量各待定點(diǎn)，其線路既不閉合到原來的已知點(diǎn)，也不附合到另一已知點(diǎn)。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理論上往返高差應(yīng)為絕對值相等而符號相反。 （4）結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)：由若干條單水準(zhǔn)路線相互連接而成的圖形。可分為附合水準(zhǔn)網(wǎng)及獨(dú)立水準(zhǔn)網(wǎng)。,3. 水準(zhǔn)測量施測,（1）觀測與記錄：采用連續(xù)水準(zhǔn)路線測量方法進(jìn)行測量。點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離大小取決于通視條件、讀數(shù)清晰度以及保證視線在尺子范圍內(nèi)，一般為

8、50100米。注意：待測點(diǎn)必須要立尺觀測。對每一測站分別記錄后視讀數(shù)及前視讀數(shù)。注意：記錄方法,（2）測量結(jié)果校核,1）計算校核：檢查計算結(jié)果有無錯誤：高差計算結(jié)果；采用公式是否正確等。 2）測站校核：對每一站的觀測和記錄都及時地在現(xiàn)場進(jìn)行校核。校核方法有：變動儀器高法、雙面尺法或雙儀器法； 3）路線校核：根據(jù)計算的閉合差，與規(guī)定的允許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。 平地 (L 為水準(zhǔn)路線總長度km） 山地 (n為測站總數(shù)）,4. 水準(zhǔn)測量的高程計算,（1）高差閉合差計算 計算閉合差及閉合差允許值，寫在“路線校核”欄內(nèi)。 （2）高差閉合差分配及高程計算 當(dāng)導(dǎo)線閉合差滿足技術(shù)要求時，可進(jìn)行閉合

9、差分配。分配的原則：改正數(shù)v與測站數(shù)n（或路線長度L）成正比，與閉合差反號，即 各點(diǎn)高程值 H0：已知點(diǎn)的高程，Hi為改正前的高程值。,2.5 水準(zhǔn)測量的誤差來源及削減措施,儀器誤差（水準(zhǔn) 儀、水準(zhǔn)尺）,觀測誤差（視差、 估讀、氣泡、尺傾斜）,外界條件影響 （設(shè)備下沉、地球 曲率、大氣折光等）,1. 校正儀器 2. 偶數(shù)測站數(shù)觀測,1. 消除視差 2. 相同人觀測 3. 嚴(yán)格調(diào)平儀器 4.立尺豎正,1. 往返觀測取平均 2. 控制前后視點(diǎn)距離 3. 選擇良好氣候觀測 4.視線盡量高于地面,2.6 水準(zhǔn)儀校驗,1. 水準(zhǔn)儀軸線幾何關(guān)系 （1）水準(zhǔn)盒軸平行豎軸； （2）十字絲橫絲垂直豎軸； （3）

10、水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。,2. 檢驗方法： （1）檢驗水準(zhǔn)盒軸與豎軸是否平行： 調(diào)平水準(zhǔn)盒氣泡居中，然后旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡180度，若氣泡依然居中則兩軸平行。 （2）檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直： 將十字絲橫絲左端對準(zhǔn)某一目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平微動螺旋使目標(biāo)移到十字絲的右端，若目標(biāo)依然位于十字絲橫絲上則表明兩軸垂直。 （3）檢驗水準(zhǔn)管軸是否平行視準(zhǔn)軸： 在已知高差的兩點(diǎn)間架設(shè)儀器，并使儀器距兩點(diǎn)之間的距離懸殊，首先在其中一個點(diǎn)立尺觀測讀數(shù)a，并根據(jù)a計算出儀器對另一點(diǎn)的應(yīng)該讀數(shù)b。然后對其進(jìn)行觀測讀數(shù)得b，利用b、b及兩測點(diǎn)之間的距離DMN可以計算出兩軸線的夾角 (單位為秒) ， 若 大于20秒 不平行。,2.7 其它用于水準(zhǔn)測量的儀器,1.精密水準(zhǔn)儀 光學(xué)測微器+精密水準(zhǔn)尺 2.自動安平水準(zhǔn)儀 自動補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償視準(zhǔn)軸出現(xiàn)輕微傾斜帶領(lǐng)的誤差。 3.電子水準(zhǔn)儀（數(shù)字水準(zhǔn)儀） 分光鏡和探測器+條紋編碼標(biāo)尺+圖象處理電子系統(tǒng)。自動讀數(shù)、記錄和計算。 4.激光水準(zhǔn)儀 激光發(fā)射器，測定激光雙程走時計算兩點(diǎn)間的距離。 5.全站測量儀 光學(xué)理論+幾何理論+計算機(jī)理論+計算方法?？稍谝粋€ 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(diǎn)的三維坐標(biāo)。,