第二章 水准测量 §2-1 §2-1 水准测量原理

§2-2 §2-2 水准测量的仪器和工具

§2-3 §2-3 水准测量的实施及成果整理 §2-4 DS§2-4 DS33 级水准仪的检验与校正级水准仪的检验与校正 §2-5 §2-5 精密水准仪和水准尺精密水准仪和水准尺 §2-6 §2-6 自动安平水准仪自动安平水准仪 §2-7 §2-7 电子水准仪电子水准仪 §2-8 §2-8 水准测量的误差及注意事项

§2-1 §2-1 水准测量原理水准测量原理 高程测量的概念高程测量的概念 测定地面上各点高程的工作—根据已知的高程，测定已知点与未测定地面上各点高程的工作—根据已知的高程，测定已知点与未

知点（待定点）之间的高差，求出待定点高程。知点（待定点）之间的高差，求出待定点高程。

高程测量的分类高程测量的分类 ① ① 水准测量—精度高，适合平坦丘陵地区水准测量—精度高，适合平坦丘陵地区 ② ② 三角高程测量—精度较高，适合山区、高山地区三角高程测量—精度较高，适合山区、高山地区 ③ ③ 气压高程测量—精度较低，多用于踏勘测量气压高程测量—精度较低，多用于踏勘测量 ④ ④GPSGPS 高程测量—精度较高，多用于大区域高程控制测量高程测量—精度较高，多用于大区域高程控制测量

水准测量的原理Home

水准测量的原理 利用水准仪提供的水平视线，在已知高程点和高程利用水准仪提供的水平视线，在已知高程点和高程

待定点上分别立水准尺并读数，测定其间的高差待定点上分别立水准尺并读数，测定其间的高差

ba

HHh ABAB

ABAB hHH

bHH

baH

hHH

iB

A

ABAB

水准仪

已知点

待定点

水准测量的原理 若高差太大或距离太远，可

分站测量

i i ih a b

Return

hAB

1

i

AB ih h

B A ABH H h 1 1

i i

AB i ih a b

§2-2 水准测量的仪器和工具 水准仪 主要由以下部件组成： ① 望远镜

② 水准器（圆水准器、管水准器）

③ 基座

水准尺和尺垫

水准仪的使用 粗平—瞄准—精平—读数 Home

水准仪 目前常用的有以下类型：目前常用的有以下类型： DSDS0.5 0.5 DS DS1 1 DS DS33 DS DS1010 DS DS2020

D —D — 大地测量仪器的头一个字母大地测量仪器的头一个字母 S —S — 为水准仪的头一个字母为水准仪的头一个字母 数字—代表该型号水准仪的精度数字—代表该型号水准仪的精度

Return

望远镜 作用：瞄准远处的目标和读取水准尺上的读数作用：瞄准远处的目标和读取水准尺上的读数 结构：目镜 物镜 对光螺旋 结构：目镜 物镜 对光螺旋 十字丝刻划板

参数：参数：放大率 放大倍数

Return

视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线

物 镜 目镜对光螺旋

十字丝刻划板

放大率： 放大倍数： 30 左右

放大率 放大倍数v

Return

十字丝分划板

视场情况

不存在视差

不存在视差

存在视差

存在视差

Return

问题：视差的产生与消除问题：视差的产生与消除

圆水准器 作用：作用：调节圆水准器气泡居中，使调节圆水准器气泡居中，使

望远镜获得大致水平的视线望远镜获得大致水平的视线 相关概念：相关概念： 零点：零点：圆水准器球面内壁顶点圆水准器球面内壁顶点 圆水准器轴：圆水准器轴：过零点的球面法线过零点的球面法线 分划值：分划值：气泡偏移零点气泡偏移零点 2mm2mm 所对所对

应的圆水准器轴倾斜的角度值应的圆水准器轴倾斜的角度值

R

2

管水准器 作用：调节管水准器气泡居中，使望远镜获得严格水平的视线调节管水准器气泡居中，使望远镜获得严格水平的视线 相关概念：相关概念： 零点：零点：管水准器球面内壁顶点管水准器球面内壁顶点 圆水准器轴：圆水准器轴：过零点的圆弧切线过零点的圆弧切线 分划值：分划值：水准管圆弧水准管圆弧 2mm2mm 所对应的圆心角所对应的圆心角 符合气泡：符合气泡：提高眼睛观察气泡居中的精度提高眼睛观察气泡居中的精度

R

2

Return

视场气泡符合情况视场气泡符合情况

基座 作用：作用：连接仪器和脚架连接仪器和脚架 结构组成：结构组成：轴座 脚螺旋 底板 三角压板轴座 脚螺旋 底板 三角压板

轴座轴座

底板底板三角压板三角压板

脚螺旋脚螺旋

基座基座

Return

水准尺和尺垫 水准尺水准尺作用：作用：读取读数读取读数种类：种类：直尺 折尺 塔尺直尺 折尺 塔尺材质：材质：不易变形、干燥木材不易变形、干燥木材 尺垫尺垫作用：作用：转站时放置水准尺转站时放置水准尺

立立尺尺点点

Return

粗平 目的：目的：调节圆水准器气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，视准调节圆水准器气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，视准

轴粗略水平轴粗略水平

瞄准 目的：目的：使镜筒内可清晰地看到水准尺和十字丝使镜筒内可清晰地看到水准尺和十字丝 视差的产生：视差的产生：成像平面和十字丝分划板不重合成像平面和十字丝分划板不重合 视差的消除：视差的消除：重新进行目镜和物镜对光重新进行目镜和物镜对光

上上

中中

下下

精平 目的：目的：调节管水准器气泡居中，使视准轴严格水平调节管水准器气泡居中，使视准轴严格水平

视场气泡符合情况视场气泡符合情况

读数 由于管水准器的调平的灵敏度很高，所以读数之前一点要检由于管水准器的调平的灵敏度很高，所以读数之前一点要检

查气泡是否符合，符合后才可以读数查气泡是否符合，符合后才可以读数 读数是不管望远镜是成倒像还是正像，都是从小往大读读数是不管望远镜是成倒像还是正像，都是从小往大读

1609 mm 6295 mm

Return

§2-3 水准测量的实施及成果整理 水准点和水准路线

普通水准测量的实施普通水准测量的实施 ① ① 实施步骤

② ② 填表计算

③ ③ 检核方法

水准测量的成果整理

① ① 附合水准路线的计算与调整

② ② 闭合水准路线的计算与调整

③ ③ 支水准路线的计算与调整

三、四等水准测量 Home

水准点（ BM ） 概念：概念：通过水准测量方法获得其高程的高程控制点通过水准测量方法获得其高程的高程控制点 类别：类别：国家等级水准点　工地一般性水准点　工地一般性水准点 点之记：点之记：水准点与附近固定建构筑物的关系图，并在图上标水准点与附近固定建构筑物的关系图，并在图上标明水准点的编号和高程明水准点的编号和高程

永久性水准点

永久性水准点

临时性水准点

临时性水准点

Down

国家等级水准点

依照严格的尺寸标准，用石料依照严格的尺寸标准，用石料或混凝土制成深埋地面冻结线或混凝土制成深埋地面冻结线以下，在顶面设有半球状标志以下，在顶面设有半球状标志

Return

水准路线 概念：概念：两水准点之间进行水准测量所经过的路线两水准点之间进行水准测量所经过的路线 布设形式：布设形式：闭合水准路线 附合水准路线 支水准路线闭合水准路线 附合水准路线 支水准路线

0h 理

几何条件：几何条件：

适合平坦适合平坦块状地区块状地区

适合适合 带状带状 地区地区

1BM2Hh BMH 理

几何条件：几何条件：

多用于加密

多用于加密

几何条件：几何条件：

0

hhh

返往理

Return

普通水准测量的实施步骤①① 在Ⅰ处安置仪器在Ⅰ处安置仪器②② 后视后视 BMBMAA，精平并读数记录，精平并读数记录③③ 前视前视 ZDZD11 ，精平并读数记录，精平并读数记录④④ 搬站，将仪器从Ⅰ 处搬至Ⅱ处，按以上步骤逐站测量至搬站，将仪器从Ⅰ 处搬至Ⅱ处，按以上步骤逐站测量至 BMBMBB点点

Return

②②后后视视读读数数

③③ 前视读数前视读数①①

不动不动

普通水准测量的填表计算普通水准测量的填表计算Return Down

普通水准测量的检核方法 计算检核：计算检核：

测站检核：测站检核：

仪器高法仪器高法——在同一测站用不同仪器高两次安置仪器，利在同一测站用不同仪器高两次安置仪器，利用所测得两次高差进行检核用所测得两次高差进行检核（较差 （较差 5 mm5 mm ））

双面尺法双面尺法——仪器高度不变，分别在前后尺上读取 黑、红仪器高度不变，分别在前后尺上读取 黑、红两面读数，得黑、红两次高差进行检核两面读数，得黑、红两次高差进行检核（较差 （较差 5 mm5 mm ））

m

HHAB BMBM

938.0

h

m

ba

938.0

389.5460.4

h

Up Return

水准测量的成果整理 高差闭合差：高差闭合差：由于测量误差的影响，水准路线的实测高差与理由于测量误差的影响，水准路线的实测高差与理论高差之间的不符值（论高差之间的不符值（ ffhh））

ffhh的计算：的计算：

ffhh的允许值：的允许值：

测

理测

h

hhfh

闭合水准路线闭合水准路线

）（ 起终测

理测

HHh

hhfh

符合水准路线符合水准路线

返往 hhfh 支水准路线支水准路线

Lfh 40容

Nfh 12容

公里数公里数

测站数测站数 Return

侧段编号 点号 距离

（km） 观测高差 （m）

改正数 （mm）

改正后高差（m）

高程 （m）

BM1 204.286 Ⅰ 1.6 +5.331 -8 +5.323 A 209.609

Ⅱ 2.1 +1.813 -11 +1.802 B 211.411 Ⅲ 1.7 -4.244 -8 -4.252 C 207.159 Ⅳ 2.0 +1.430 -10 +1.420

∑ BM2 7.4 +4.330 -37 +4.293 208.579

辅助计算 mmfh 37)286.204579.208(330.4 kml 4.7

mm1084.74040 Lfh容 mmnfh 5

符合水准路线的计算与调整

Return

ⅠⅡ

ⅢⅣ

闭合水准路线的计算与调整 高差闭合差的计算

闭合差的调整 （同符合水准路线） 高程的计算 （同符合水准路线）

测

理测

h

hhfh

闭合水准路线

）（ 起终测

理测

HHh

hhfh

符合水准路线

Return

支水准路线的计算与调整 高差闭合差的计算高差闭合差的计算

高差的计算高差的计算

返往 hhfh 支水准路线

2返往平 hhh

Return

三、四等水准测量（测站观测程序）

后前前后（黑黑红红）后前前后（黑黑红红） ① ① 后视黑面：读下、上、中丝后视黑面：读下、上、中丝 ② ② 前视黑面：读下、上、中丝前视黑面：读下、上、中丝

① 后黑：上下中

② 前黑：上下中

④ 后红：中 ③ 前红：中

第二站

前进方向

不动

③ ③ 前视红面：读中丝前视红面：读中丝④ ④ 后视红面：读中丝后视红面：读中丝

2

三、四等水准测量

（计算与校核）

Return

§2-4 DS3 级水准仪的检验与校正 圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正 十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验校正十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验校正 视准轴平行于水准管轴的检验校正视准轴平行于水准管轴的检验校正

Home

检验：检验：先用脚螺旋使圆水准器气泡居中，先用脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后旋转然后旋转 180180 度，检查气泡是否居中度，检查气泡是否居中

校正：校正：旋转脚螺旋使气泡向零点移动偏距旋转脚螺旋使气泡向零点移动偏距的一半，然后使用拨针拨动三个校正螺旋，的一半，然后使用拨针拨动三个校正螺旋，使气泡移动到零点；反复进行使气泡移动到零点；反复进行

圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验校正

检验图检验图

校正图校正图

水准器结构图

水准器结构图

Return

十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验校正

校正：校正：旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺丝，旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺丝，按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件；反复进行检验校正按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件；反复进行检验校正

检验：检验：整平仪器后，用十字丝横整平仪器后，用十字丝横丝的一端对准远处一明显标志点丝的一端对准远处一明显标志点PP ，旋转微动检查点，旋转微动检查点 PP 是否始终是否始终落在中丝上落在中丝上

Return

视准轴平行于水准管轴的检验校正 检验：检验：分别将仪器安置在相分别将仪器安置在相距距 8080米左右的两点中间和米左右的两点中间和靠近其中一个点，测定两点靠近其中一个点，测定两点间高差，检查两次高差较差间高差，检查两次高差较差是否超过是否超过 33毫米毫米

校正：校正：求出求出 AA点的正点的正确读数，调节微倾螺确读数，调节微倾螺旋使中丝对准正确读旋使中丝对准正确读数，此时水准气泡必数，此时水准气泡必偏离中心；然后调节偏离中心；然后调节校正螺丝使气泡的影校正螺丝使气泡的影像符合像符合

Return

§2-8 水准测量的为误差及注意事项 水准测量误差水准测量误差一、仪器误差一、仪器误差 1. 1. 仪器校正后的残余误差 2. 2. 水准尺误差 3. 3. 尺垫误差尺垫误差二、观测误差二、观测误差 1. 1. 水准管气泡居中误差 2. 2. 读数误差 3. 3. 水准尺倾斜误差 4. 4. 视差影响视差影响三、外界环境的影响三、外界环境的影响 1. 1. 仪器下沉 2. 2. 尺垫下沉 3. 3. 地球曲率及大气折光影响 4. 4. 温度的影响 水准测量注意事项 Home

仪器校正后的残余误差 误差来源：误差来源：视准轴与管水准器轴不平行视准轴与管水准器轴不平行 消减办法：消减办法：前后视距相等；对仪器进行检校前后视距相等；对仪器进行检校

vD

i角

Di

v

Return

水准尺误差 误差来源：误差来源：刻划不准 确；尺长变化；零点磨损等刻划不准 确；尺长变化；零点磨损等 消减办法：消减办法：对水准尺进行检验（对水准尺进行检验（ 0.5mm0.5mm ）） 在观测中安排偶数站在观测中安排偶数站

1 1 1 1 2h a v b v a1 b1 b2a2

v1 v2 v1

Return

2 2 2 2 1h a v b v

1 2h h h

1 1 2 2a b a b

水准管气泡居中误差 误差来源：误差来源：人眼的局限性；人眼的局限性；水准管壁与液体间的摩水准管壁与液体间的摩擦和粘滞作用力（与水准管的灵敏度和视距有关）擦和粘滞作用力（与水准管的灵敏度和视距有关）

消减办法：消减办法：严格检查气泡居中；加改正数严格检查气泡居中；加改正数

D

i角

vi角

i角

i1 角

ni // DnDiv

Return

读数误差 误差来源：误差来源：人眼的局限性；视距的长度；望远镜的放大率人眼的局限性；视距的长度；望远镜的放大率

消减办法：消减办法：仔细读数，多次读数取平均值；控制视距；规仔细读数，多次读数取平均值；控制视距；规

定望远镜的放大率定望远镜的放大率

v

Dmv

06 V —— 望远镜的放大倍率

60″—— 人眼的最大分辩能力

Return

水准尺倾斜误差 误差来源：误差来源：水准尺竖立不直水准尺竖立不直 消减办法：消减办法：水准尺上安装水准器，保证水准尺竖直；控水准尺上安装水准器，保证水准尺竖直；控

制最大读数（小于制最大读数（小于 2.7m2.7m ））

cos1

a

aava a′

Return

仪器下沉 误差来源：误差来源：仪器沉降仪器沉降 消减办法：消减办法：采用后前前后的观测顺序采用后前前后的观测顺序

黑a vtb 黑

vtb 2红vta 3红

vtbvtah

vtbah

23

)(

红红红

黑黑黑

21.02 红红黑黑红黑中 babahhh

△△t— t— 每次操作的时间每次操作的时间

vv— — 仪器下沉的速度仪器下沉的速度

Return

尺垫下沉 误差来源：误差来源：尺垫沉降尺垫沉降 消减办法：消减办法：采用往返观测取平均值采用往返观测取平均值

1v 2v1nv

1nv 2nv 1v

ABh h v 往 2h h h 返中 往

往 测往 测

测 返测 返

Return

BAh h v 返

2ABh v v

c

大地水准面大地水准面

frr

与大地水准面平行与大地水准面平行

水平视线水平视线

折光后的视线折光后的视线

地球曲率及大气折光的影响 误差来源：误差来源：地球曲率；大气折光地球曲率；大气折光 消减办法：消减办法：前后视距相等；加改正数前后视距相等；加改正数

2 2c D R2

0.43D

f c rR

Retur

n

2 22 2 7r D R D R

温度及风力的影响

误差来源：误差来源：仪器受热不均匀；风力仪器受热不均匀；风力使水准气泡不稳定使水准气泡不稳定

消减办法：消减办法：撑测伞；选择合适的时撑测伞；选择合适的时间和天气施测；规定视线的最小读间和天气施测；规定视线的最小读数（小于数（小于 2.7m2.7m；大于；大于 0.3m0.3m ））

Return

水准测量的注意事项 读数前一定要精平，读数后应检查气泡是否居中读数前一定要精平，读数后应检查气泡是否居中 读数要仔细，不能误读整米数；注意成像的正倒读数要仔细，不能误读整米数；注意成像的正倒 未读下一站的后视，立尺员不能将转点上的尺垫碰动未读下一站的后视，立尺员不能将转点上的尺垫碰动 记录人应回报读数，以防止听错；并应注意记错或把记录人应回报读数，以防止听错；并应注意记错或把

前后视读数位置记反前后视读数位置记反 读数时注意横丝（中丝）的位置，切勿将上、下丝当读数时注意横丝（中丝）的位置，切勿将上、下丝当

作横丝在水准尺上读数作横丝在水准尺上读数

Return