水准仪使用方法及原理培训讲义.ppt

1、2.1 水准测量原理水准测量原理 1.水准测量基本原理水准测量基本原理目的：目的：测定两点的高差测定两点的高差仪器：仪器：水准仪水准仪原理：原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行间的水准尺进行观测观测 ，并通过其，并通过其中一个点（中一个点（M M点）点）的高程推算另一的高程推算另一个点个点(N(N点点)的高的高程。程。2.水准测量观测方法水准测量观测方法（1）高高差差法法：在在M、N两两点点间间安安置置水水准准仪仪，在在M、N两两点点分分别别竖竖立立水水准准尺尺，利利用用水水准准移移的的水水平平视视线线分分别别读读取取M点、点、N点上

2、的读数点上的读数a、b，则两点的高差为，则两点的高差为则则N点的高程点的高程HN为为 a：后视读数：后视读数(后视观测后视观测读数读数)；b：前视读数前视读数(前视观测前视观测读数读数)。M M：后视点后视点N N：前视点前视点永远是永远是后视减前视后视减前视（2）视线高法（单站多测法）视线高法（单站多测法）安安置置一一次次仪仪器器可可以以测测算算多多个个点点高高程程的的方方法法。首首先先算算出出水水准准仪仪的的视视线线高高程程Hi，然然后后分分别别计算出各个点的高程：计算出各个点的高程：bj为第为第j个前视点的读数，个前视点的读数，Hj为第为第j个前视点的高程。个前视点的高程。这种方法常用于

3、路线纵这种方法常用于路线纵断面测量。断面测量。3.连续水准测量（路线水准测量）连续水准测量（路线水准测量）应应用用前前提提：两两待待测测点点之之间间距距离离较较远远、高高差差较较大大，或或中中间间有障碍。有障碍。方方法法：加加设设若若干干个个临临时时立立尺尺点点（称称为为转转点点ZD），依依此此测测定定相相邻邻两两个个点点的的高高差差，取取各各高高差差的的代代数数和和即即得得到到起起终两个点的高差。终两个点的高差。则则M、N两点的高差为两点的高差为 4.提高精度的观测方法提高精度的观测方法“中间法中间法”观测：观测：各测站前、后视线长度大致相各测站前、后视线长度大致相等等“中间法中间法”观测的

4、作用观测的作用削弱水准管轴削弱水准管轴与视准轴不平与视准轴不平行的仪器误差行的仪器误差地球曲率和大地球曲率和大气折光的影响气折光的影响对光透镜运行对光透镜运行误差误差2.2 水水 准准 仪仪1.水准仪：水准仪：提供水平视线（平行大地水准面）的设备提供水平视线（平行大地水准面）的设备2.水准仪类型：水准仪类型：（1）微倾式水准仪微倾式水准仪 （2）自动安平水准仪自动安平水准仪（3）电子水准仪电子水准仪3.水准仪的表示方法（国产仪器）水准仪的表示方法（国产仪器）DSn：D表示大地测量表示大地测量S表示水准仪，表示水准仪，n为数字表示为数字表示仪器精度，数值仪器精度，数值n越小越小,表示仪器精度越高

5、。如表示仪器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或小于或等于等于0.5mm 4.常用水准仪的等级划分及主要用途常用水准仪的等级划分及主要用途5.水准仪的主要结构组成水准仪的主要结构组成主要为三部分：主要为三部分：（1）望远镜望远镜 （2）水准器水准器 （3）基座基座其中望远镜为主要组成部分。下图为其中望远镜为主要组成部分。下图为WILD NAK-0X型型水准仪（由北京测绘仪器厂组装）水准仪（由北京测绘仪器厂组装）目镜目镜目镜对光螺旋目镜对光螺旋物镜对光螺旋物镜对光螺旋物镜物镜水平微调螺旋水平微调螺旋脚螺旋脚螺旋准星准星6.望远

6、镜组成及其成像原理望远镜组成及其成像原理望远镜由望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个四个主要部分组成。主要部分组成。成成像像原原理理：目目标标经经过过物物镜镜和和对对光光凹凹透透镜镜的的作作用用，在在镜镜筒筒内内造造成成倒倒立立、缩缩小小的的实实像像，通通过过调调节节对对光光凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。（望远镜的放大倍数望远镜的放大倍数）视准轴视准轴目镜的作用：目镜的作用：放大，人眼经过目镜，可以看到目标放大，人眼经过目镜，可以看到目标的小实像与十字丝一起放大了的虚像。的小实像与十字丝一起放大了的虚像。

7、十字丝的作用：十字丝的作用：提供照准目标的标准。其中心交点提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时，用中间横丝截取水准尺读数。平时，用中间横丝截取水准尺读数。视准轴：视准轴：十字丝中央交点和物镜十字丝中央交点和物镜 光心的连线光心的连线（水准仪四条轴线水准仪四条轴线 之一之一）竖轴：竖轴：望远镜底部与基座相连的望远镜底部与基座相连的 轴的中心线。轴的中心线。（水准仪四条轴水准仪四条轴 线之一线之一）视距丝视距丝横丝横丝7.水准

8、器水准器（1）水准器的用途：）水准器的用途：衡量衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。的标志。（2）水准器种类：）水准器种类：水准盒及水准管水准盒及水准管水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平（3）水准盒轴线：水准盒轴线：水准盒顶面中心（水准盒零点）的水准盒顶面中心（水准盒零点）的球面法线（水准仪四条主要轴线之一）球面法线（水准仪四条主要轴线之一）（4）水准管轴线水准管轴线：过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内壁相切的直线（水准仪四条主要轴线之一）壁相切的直线（水准仪四条主要

9、轴线之一）（5）水准器灵敏度：水准器灵敏度：用分划值表示，即当气泡移动用分划值表示，即当气泡移动2mm时，水准盒（管）时，水准盒（管）轴相应倾斜的角度轴相应倾斜的角度8.水准尺水准尺用途：用途：用于水准测量的目标点观测用于水准测量的目标点观测种类：种类：塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的 塔尺一般长塔尺一般长3米，由三节组成。板尺一般米，由三节组成。板尺一般2米。米。水准尺的刻度与标注：水准尺的刻度与标注：精度比较：精度比较：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、四等水准板尺一般常用于三、四等水准测量，而塔尺则用于等外水准测量。测量，

10、而塔尺则用于等外水准测量。使用注意事项：使用注意事项：使用前应认清尺子使用前应认清尺子刻划线刻划线与数字之间的位置关系与数字之间的位置关系，是否为正、倒，是否为正、倒数字，数字，尺底的数值尺底的数值。对于塔尺，当使用。对于塔尺，当使用两节以上时应注意两节以上时应注意两节接口位置是否对两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住。准、卡簧是否卡住。2.3 水准仪使用方法水准仪使用方法仪器仪器安放整平安放整平 对光照准对光照准消除视差消除视差照准读数照准读数三角架三角架脚螺旋脚螺旋目、物镜目、物镜对光螺旋对光螺旋脚架张开脚架张开角度勿太角度勿太大或太小大或太小不可对准不可对准太阳太阳水平微调水平微调螺旋螺旋

11、刻度大小刻度大小正、倒像正、倒像注意：如何辨别及消除视差？注意：如何辨别及消除视差？用脚螺旋整平仪器用脚螺旋整平仪器 视差存在的根本原因：视差存在的根本原因：目标像和十字丝目标像和十字丝分划板不重合！分划板不重合！水准尺读数方法：水准尺读数方法：2.375m2.4 水准测量的实施水准测量的实施1.水准点及其选择水准点及其选择 水水准准测测量量必必须须要要有有已已知知水水准准点点（即即其其高高程程已已知的点，用知的点，用BM表示，如表示，如BM0、BM1等）等）水水准准点点选选择择：结结合合测测区区内内水水准准点点的的分分布布情情况况、被被测测点点的的分分布布以以及及地地形形地地势势情情况况、所

12、所采采取取的的路线形式选择。路线形式选择。水准点类型：水准点类型：永久性和临时性永久性和临时性水准点制成：水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。依永久性及临时性水准点而制做。2.水准路线布置水准路线布置（1）闭合水准路线）闭合水准路线 高差闭合差：高差闭合差：（2）附合水准路线）附合水准路线 高差闭合差：高差闭合差：附合水准路线附合水准路线闭合水准路线闭合水准路线3（3）支支水水准准路路线线：从从一一水水准准点点出出发发，沿沿线线测测量量各各待待定定点点，其其线线路路既既不不闭闭合合到到原原来来的的已已知知点点，也也不不附附合合到到另另一一已已知知点点。而而是是通通过过往往返返观观测测来来

13、检检查查观观测测差差。理理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。（4）结结点点水水准准网网：由由若若干干条条单单水水准准路路线线相相互互连连接接而而成成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。的图形。可分为附合水准网及独立水准网。3.水准测量施测水准测量施测 （1）观观测测与与记记录录：采采用用连连续续水水准准路路线线测测量量方方法法进进行行测测量量。点点与与点点之之间间的的距距离离大大小小取取决决于于通通视视条条件件、读读数数清清晰晰度度以以及及保保证证视视线线在在尺尺子子范范围围内内，一一般般为为50100米米。注注意意：待待测测点点必必须须要要立立尺尺

14、观观测测。对对每每一一测测站站分分别别记记录录后视读数及前视读数后视读数及前视读数。注意：记录方法。注意：记录方法（2）测量结果校核）测量结果校核 1）计计算算校校核核：检检查查计计算算结结果果有有无无错错误误：高高差差计计算结果；采用公式是否正确等。算结果；采用公式是否正确等。2）测测站站校校核核：对对每每一一站站的的观观测测和和记记录录都都及及时时地地在在现现场场进进行行校校核核。校校核核方方法法有有：变变动动仪仪器器高高法法、双面尺法或双仪器法；双面尺法或双仪器法；3）路路线线校校核核：根根据据计计算算的的闭闭合合差差，与与规规定定的的允允许误差比较，判断观测精度是否合格。许误差比较，判

15、断观测精度是否合格。平地平地 (L 为水准路线总长度为水准路线总长度km）山地山地 (n为测站总数）为测站总数）4.水准测量的高程计算水准测量的高程计算（1）高差闭合差计算高差闭合差计算 计算闭合差及闭合差允许值，写在计算闭合差及闭合差允许值，写在“路线校核路线校核”栏栏内。内。（2）高差闭合差分配及高程计算）高差闭合差分配及高程计算 当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正数分配的原则：改正数v与测站数与测站数n（或路线长度（或路线长度L）成）成正比，与闭合差反号，即正比，与闭合差反号，即 各点高程值各点高程值 H0：已知点

16、的高程，已知点的高程，Hi为改正前的高程值。为改正前的高程值。2.5 水准测量的误差来源及削减措施水准测量的误差来源及削减措施仪器误差（水准仪器误差（水准仪、水准尺）仪、水准尺）观测误差（视差、观测误差（视差、估读、气泡、尺倾斜）估读、气泡、尺倾斜）外界条件影响外界条件影响（设备下沉、地球（设备下沉、地球曲率、大气折光等）曲率、大气折光等）1.校正仪器校正仪器 2.偶数测站数观测偶数测站数观测 1.消除视差消除视差 2.相同人观测相同人观测 3.严格调平仪器严格调平仪器 4.立尺竖正立尺竖正 1.往返观测取平均往返观测取平均 2.控制前后视点距离控制前后视点距离 3.选择良好气候观测选择良好气

17、候观测 4.视线尽量高于地面视线尽量高于地面2.6 水准仪校验水准仪校验 1.水准仪轴线几何关系水准仪轴线几何关系（1）水准盒轴平行竖轴；水准盒轴平行竖轴；（2）十字丝横丝垂直竖轴；十字丝横丝垂直竖轴；（3）水准管轴平行视准轴。水准管轴平行视准轴。2.检验方法：检验方法：（1）检验水准盒轴与竖轴是否平行：检验水准盒轴与竖轴是否平行：调平水准盒调平水准盒气泡居中，然后旋转望远镜气泡居中，然后旋转望远镜180度，若气泡依然度，若气泡依然居中则两轴平行。居中则两轴平行。（2）检验十字丝横轴与竖轴是否垂直：检验十字丝横轴与竖轴是否垂直：将十字丝将十字丝横丝左端对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目横丝左端

18、对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横丝上则表明两轴垂直。丝上则表明两轴垂直。（3）检验水准管轴是否平行视准轴：检验水准管轴是否平行视准轴：在已知高差在已知高差的两点间架设仪器，并使仪器距两点之间的距离的两点间架设仪器，并使仪器距两点之间的距离悬殊，首先在其中一个点立尺观测读数悬殊，首先在其中一个点立尺观测读数a，并根，并根据据a计算出仪器对另一点的应该读数计算出仪器对另一点的应该读数b。然后对其。然后对其进行观测读数得进行观测读数得b，利用，利用b、b及两测点之间的及两测点之间的距离距离DMN可以计算出两轴线的夹

19、角可以计算出两轴线的夹角 (单位为秒单位为秒)，若若 大于大于20秒秒 不平行。不平行。2.7 其它用于水准测量的仪器其它用于水准测量的仪器1.精密水准仪精密水准仪光学测微器光学测微器+精密水准尺精密水准尺2.自动安平水准仪自动安平水准仪自动补偿装置，补偿视准轴出现轻微倾斜带领的误差。自动补偿装置，补偿视准轴出现轻微倾斜带领的误差。3.电子水准仪（数字水准仪）电子水准仪（数字水准仪）分光镜和探测器分光镜和探测器+条纹编码标尺条纹编码标尺+图象处理电子系统。自图象处理电子系统。自动读数、记录和计算。动读数、记录和计算。4.激光水准仪激光水准仪激光发射器，测定激光双程走时计算两点间的距离。激光发射器，测定激光双程走时计算两点间的距离。5.全站测量仪全站测量仪光学理论光学理论+几何理论几何理论+计算机理论计算机理论+计算方法。可在一个计算方法。可在一个测站上同时测角（水平角和竖直角）和测距（斜距、水测站上同时测角（水平角和竖直角）和测距（斜距、水平距离和高差），并能自动计算出待测点的三维坐标。平距离和高差），并能自动计算出待测点的三维坐标。