水准仪与水准尺水准仪
第二章水准测量
后 下丝 尺 上丝
后视距
号
前 下丝 尺 上丝
前视距
方向及 尺号
水准尺读数 黑面 红面
K+ 黑红
平均 高差 (m)
视距差d
∑d
(1)
(4)
后
(8)
(3)
(10)
(2)
(6)
前
(7)
(14)
(6)
(9)
(15)
(16)
后－前 (11)
(12) (13
(17)
(18)
1 BM1-ZD1
1.426 0.995 43.1 +0.1
第七节 三、四等水准测量
三、四等水准测量主要使用DS3水准仪进 行观测，水准尺采用双面水准尺，观测前必须 对水准仪进行检校。测量时水准尺应安置在尺 垫上扶立铅直。根据双面水准尺的尺常数即 K1=4687和K2=4787，成对使用水准尺。
三、四等水准测量技术要求
等级
标准视线 长度 （m）
前后视 距差 （m）
对于普通水准测量： fh容 40 L 适用于平原区
fh容 12
n 适用于山区
式中，fh容——高差闭合差限差，单位：mm； L——水准路线长度，单位：km ；
n——测站数 。
六、成果处理
普通水准测量的成果处理就是当外业观测的高差 闭合差在容许范围内时，所进行的高差闭合差调整。
1、高差闭合差的计算与检核 2、高差闭合差的调整 高差闭合差调整原则是以水准路线的测段站数或测段长 度成正比，将闭合差反符号分配到各测段上 3、改正后高差的计算 4、高程计算
Ｂ点的高程HB就可用下式计算求得：
HB=HA+hAB
hAB = 后视读数–前视读数=a-b
建筑施工测量 第二节 水准测量与水准仪
二、水准仪的使用
2.照准
就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清 目标和十字丝，并消除视差 。
照准转点或是水准点上的水准尺
二、水准仪的使用
2.照准
就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清 目标和十字丝，并消除视差 。
望远镜对准天空(或明亮背景) 旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。
二、水准仪的使用
含义：水准测量施测时所经过的路线，称为水准路线。 布设要求：水准路线应尽量沿公路、大道等平坦地面布设， 以保证测量精度。水准路线上两相邻水准点之间称为一个 测段。 布设形式：
1、单一水准路线 2、水准网
2.水准点和水准路线 （2）水准路线 单一水准路线布设形式
2.水准点和水准路线
1.闭合水准路线
3）望远镜的构造及成像和瞄准原理
调焦
螺旋
调焦
物镜
透镜
竖 丝
上丝
横丝
下丝
望远镜的十字丝
目 镜
视准轴
望远镜的构造
2.水准仪的构造
3）望远镜的构造及成像和瞄准原理
倒像望远镜成像原理
•放大倍数 ——V=β÷α •DS3水准仪——V=28
2.水准仪的构造 3）望远镜的构造及成像和瞄准原理
瞄准 原理
•旋转目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰 •望远镜对准标尺 •旋转物镜调焦螺旋，使标尺像清晰
如下图，已知A点的高程为HA，只要能测出A点至B点的 高程之差，则Ｂ点的高程 HB 就可用下式计算求得：
HB=HA+hAB
hAB = 后视读数–前视读数
1、高差法
测量前进方向
水平视线
a
后视读数
A
前视读数 B
HA
（已知）
测量学第2章水准仪及水准测量
1、水准测量原理 2、水准测量的仪器及设备 3、水准仪的使用 4、水准测量的一般方法和要求 5、高差闭合差的调整与高程计算 6、水准仪的检验与校正 7、水准测量中产生误差的原因及其消减方法 8、自动安平水准仪 9、电子水准仪的基本原理
a
A
HA
前进方向 HI
水平视线
大地水准面
电子水准仪的使用特点： 读数客观 精度高 速度快 效率高
图2-1 水准测量原理
后视点A—后视尺—后视读数a 前视点B—前视尺—前视读数b
b
B
hAB
HB
hAB=a－b
由图2-1可知， HB=HA+hAB=HA+(a－b)
DS3型水准仪 水准尺 尺垫
图２-２ 水准仪外型图
1-微倾螺旋； 2-分划板护罩； 3-目镜； 4-物镜对光螺旋； 5-制动螺旋；6-微动螺旋； 7-底版； 8-三角压板； 9-脚螺 旋； 10-弹簧帽； 11-望远镜；12-物镜； 13-管水准器； 14-圆水准器；15-连接小螺丝； 16-轴座
式中：ρ″=206265″
(2-16)
削减方法：每次读数前必须使符合气泡严格居中。
读数误差
原因：①十字丝视差影响， ②估读毫米的误差。
削减方法：为保证读数精度，在观测中除应仔细对 光以消除视差外，还规定普通水准测量，望远镜放 大率不小于20倍，视线长度不超过100米。
扶尺不直的误差
原因：如图所示，由于水准尺未垂直立于地面，无论是前 倾或后仰，其读数都比水准尺扶正时的读数b增大。
HBM2=22.032m,HBM1=19.479m
1
3
BM 1
2
BM 2
图1 附合水准路线
水准测量的原理.
§2－1 水准测量的原理一、几种常见的水准测量方法1．几何水准测量（简称水准测量）；2．三角高程测量；3．气压高程测量（物理高程测量）。
二、水准测量原理水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。
例如图2－1中，为了求出A 、B 两点的高差AB h ，在A 、B 两个点上竖立带有分划的标尺——水准尺，在A 、B 两点之间安置可提供水平视线的仪器——水准仪。
当视线水平时，在A 、B 两个点的标尺上分别读得读数a 和b ，则A 、B 两点的高差等于两个标尺读数之差。
即：b a h AB -= (2－1)如果A 为已知高程的点，B 为待求高程的点，则B 点的高程为：AB A B h H H += （高差法） (2－2)读数a 是在已知高程点上的水准尺读数，称为“后视读数”；b 是在待求高程点上的水准尺读数，称为“前视读数”。
高差必须是后视读数减去前视读数。
高差AB h 的值可能是正，也可能是负，正值表示待求点B 高于已知点A ，负值表示待求点B 低于已知点A 。
此外，高差的正负号又与测量进行的方向有关，例如图2－2中测量由A 向B 进行，高差用AB h 表示，其值为正；反之由B 向A 进行，则高差用BA h 表示，其值为负。
所以说明高差时必须标明高差的正负号，同时要说明测量进行的方向。
图 2－1 由图2－1可以看出，B 点高程还可以通过仪器的视线高程H i 来计算，即H i ＝H A ＋a (2－3)H B ＝H i －b （仪高法） (2－4)三、转点、测站当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图2－2中可得：b a h h b a h b a h b a h ABnn n ∑-∑=∑=-=-=-=222111 (2－5)图 2－2从公式2－5就可以看出来：1．每一站的高差等于此站的后视读数减去前视读数；2．起点到闭点的高差等于各段高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和。
通常要同时用h ∑和()b a ∑-∑进行计算，用来检核计算是否有误。
水准仪的认识与使用详解
3.基座 基座主要由托板(又叫轴座)、连接螺旋和
脚螺旋组成。托板用来支撑仪器上部(望远镜 和水准器),连接螺旋用来连接仪器和三脚架,转 动脚螺旋可使圆水准气泡居中,从而粗略整平 仪器。
(二)水准尺和尺垫 1.水准尺
水准尺是水准测量的重要工具,其质地好坏直接影响水准测量的精度,因 此它是用不易变形并且干燥的优质木材或者玻璃钢制成的,要求尺长稳定,刻 划准确。水准尺常用的有塔尺和直尺两种。
从望远镜旁的气泡观察窗中,可以看到气泡两端的影像,当两半个 气泡的像错开时,表明气泡未居中;当两半个气泡像吻合时,则表示气 泡居中,见图2 -4(b)。这种具有棱镜装置的水准管称为符合水准器, 它不仅便于观察,同时可以提高气泡的居中精度。
(2)圆水准器:如图2-5所示,它是一个在密封的顶面 内磨成球面的玻璃圆盒,顶面中央刻有一个小圆圈,刻 有圆分划。通过分划圈的中心(即零点O)作球面的法 线,称为圆水准器轴。当气泡位于小圆圈中央时,圆水 准轴器处于铅垂位置,普通水准仪的圆水准器分划值一 般为8'/2mm。圆水准器安装在托板上,其轴线与仪器 的竖轴互相平行,所以当圆水准器气泡居中时,表示仪 器的坚轴已基本处于铅垂位置。由于圆水准器的精度 较低,它主要用于水准仪的粗略整平。
(一)视线自动安平的原理 如图2-10所示,当视线水平时,水平光线恰好与十字丝交点所在位置k'重合,读数正确
无误,如视线倾斜一个α 角,十字丝交点移动一段距离d 到达k 处,这时按十字丝交点k 读 数,显然有偏差。如果在望远镜内的恰当位置装置一个“补偿器”,使进入望远镜的水平 光线经过补偿器后偏转一个β 角,恰好通过十字丝交点k 读出的数仍然是正确的。由此 可知,补偿器的作用,是使水平光线发生偏转,而偏转角的大小正好能够补偿视线倾斜所引 起的读数偏差。
3水准测量的仪器和工具
水准测量的仪器和工具水准测量所使用的仪器为水准仪，辅助工具为水准尺和尺垫。
水准仪按其精度高低可分为D S05、D S1、D S3和D S10等四个等级（D、S分别为“大地测量”和“水准仪”）的汉语拼音的第一个字母；数字05、1、3、10表示该仪器的标称精度，是指用该仪器进行水准测量时，往返测1公里高差中数中误差，其单位是m m）；按结构可分为微倾式水准仪和自动安平式水准仪；按构造可分为光学水准仪和电子水准仪。
本章着重介绍D S3水准仪，简单介绍精密水准仪和电子水准仪。
一、D S3微倾式水准仪的构造根据水准测量的原理，水准仪的主要作用是提供一条水平视线，并能照准水准尺进行读数。
因此，水准仪主要由望远镜、水准器及基座三部分构成。
2-2所示是我国生产的D S3微倾式水准仪。
1、望远镜2-3是D S3微倾式水准仪望远镜的构造图，它主要由物镜1、目镜2、调焦透镜3和十字丝分划板4所组成。
物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长线，如2-3中的7，竖直的一条称为竖丝，横的较长那条称为中丝，是为了瞄准目标和读取读数用的。
在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝对称的短横线，是用来测定距离的，称为视距丝。
十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片在分划板座上，分划板座由固定螺丝固定在望远镜筒上。
十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴或视线（2-3）中的（C－C1）。
水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。
2-4为望远镜成像原理图。
远处目标A B发出的光线经过物镜1及调焦透镜3折射后，在十字丝平面4上形成一个倒立而缩小的实像a b；通过目镜2的放大，成虚相aˊbˊ，十字丝同时也被放大。
从望远镜内所看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比，称为望远镜的放大率。
如2-4所示，从望远镜内看到目标的像所对的视角为β，用肉眼看目标所对的视角可近似地认为是a，故放大率V=β/a。
第五章水准测量
5.3.1 精密水准仪的构造特点
4.高灵敏的管水准器 高灵敏的管水准器 一般精密水准仪的管水准器的格值为10“/2mm。由于水准器的灵 敏度愈高，观测时要使水准器气泡迅速置中也就愈困难，为此，在 精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以 使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地 精确置中以达到视准轴的精确整平。 5.高性能的补偿器装置 对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精密度 都可以影响补偿器性能的可靠性。如果补偿器不能给出正确的补偿 量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水准测量观测成 果的精度。 我国水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型等。S是“水” 字的汉语拼音第一个字母,S后面的数字表示每公里往返平均高差的 偶然中误差的毫米数。 我国水准仪系列及基本技术参数列于下表。
在精密水准测量作业时， 水准标尺应竖立于特 在精密水准测量作业时， 制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。 尺垫和尺 制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。 桩的形状如图所示。 桩的形状如图所示。 所示
5.3.2 精密水准测量的误差来源及影响
1. 仪器误差 1) i角的误差影响 角的误差影响
δs =
1 i（ S 前 − S 后）
∆ = f ⋅α = β ⋅ S
也就是说，若满足上式条件，即能达到水平视线自动补偿的目的。 也就是说，若满足上式条件，即能达到水平视线自动补偿的目的。这就是自动 安平的原理。 安平的原理。 应用自动安平水准仪进行水准测量的作业步骤同一般水准仪的作业相同。 应用自动安平水准仪进行水准测量的作业步骤同一般水准仪的作业相同。
如果我们认为在观测的较短时间段内，由于受温度的影响， 如果我们认为在观测的较短时间段内，由于受温度的影响，i 角与时间 成比例地均匀变化， 成比例地均匀变化，则可以采取改变观测程序的方法在一定程度上来消除 或削弱这种误差对观测高差的影响。 两相邻测站Ⅰ 或削弱这种误差对观测高差的影响。两相邻测站Ⅰ，Ⅱ对于基本分划如 按下列① 程序观测， 按下列①，②，③，④程序观测，即 在测站Ⅰ 在测站Ⅰ上：①后视 在测站Ⅱ 在测站Ⅱ上：③前视 ②前视 前视 ④后视 后视
水准仪与水平仪区别
水准仪是根据水准测量原理测量地面点间高差的仪器。
水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现的。
20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。
20世纪50年代初出现了自动安平水准仪；60年代研制出激光水准仪；90年代出现电子水准仪或数字水准仪。
水平仪是一种测量小角度的常用量具。
在机械行业和仪表制造中，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。
按水平仪的外形不同可分为：框式水平仪和尺式水平仪两种；按水准器的固定方式又可分为：可调式水平仪和不可调式水平仪。
两者用于不同的领域，水准仪用于土建结构行业，测量基准用
水平仪用于机械制造，测量相对平整度用
土建专业有时也把水准仪叫水平仪。
容易混淆
大型设备容器的现场安装要用水准仪测量相对高程保证高度一致
水准仪通长是打标高的，通过目镜里十字丝读塔尺读书，通常用于施工建筑阶段。
水平仪跟水准仪有点类似，只是调平后，打开开关，会射出一道水平的激光到塔尺上，看塔尺上的激光读数，测底顶板抹灰后的平整度，速度快，用于分户验收。
两者都是通过塔尺读数测平整度。
阳光强烈的情况下，激光线会很难看清楚，所以在户外远距离使用几乎很难看清塔尺上激光线，通常用于户内。
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水 准 仪 与 水 准 尺
水准测量的仪器和工具
水准仪：
提供一条水平视线，并能照准水准尺、读数
水准尺：用于读取刻度
一般使用黑红双面水准尺；尺底端常数为4.687、4.787；
水准尺一般成对使用，
倾斜视线
补 偿 器 f s
d K
f - 组合焦距 s - 补偿器到分
划板的距离
d f tan s tan
即：
- 倾斜视线
- 水平视线偏转角
f s
/ f / s n
n - 补偿系数
索佳B1C型自动安平水准仪
索佳B20型自动安平水准仪
水准仪结构
物镜调焦螺旋
目镜 准星 物镜
微倾螺旋
脚螺旋
左右微 动螺旋
水平制 动螺旋
2 1
4 11
3
6 7
5
9
10 8
1、望 远 镜
物镜
调焦透镜
十字丝分划板
目镜
2、水准器
是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。 长水准管 水准器 圆水准器 长水准管 水准轴
圆水准器
圆水准轴
圆水准器
圆水准器水准管轴
索佳C330型自动安平水准仪 GS1型铟钢尺
索佳SDL30数码水准仪
RAB码 水准尺
五、水准仪认识与实习（实验一 ） 实验目的
（1）了解DS3型水准仪的基本构造，认清主要部 件的名称、性能和作用。 （2）练习水准仪的正确安置、照准和读数。 方法和步骤： （1）安置仪器 （2）认识仪器部件 （3）粗略整平 （4）水准仪操作 （5）观测练习
尺垫：防止水准尺下沉和变位
顶端球面的切面放置水准尺
一、水准仪
为水准测量提供水平视线的仪 器。 常用的水准仪 精密水准仪 DS05 、 DS1
普通水准仪 DS3 、DS10
D——大地测量仪器； S——水准仪；
XX——精度。即：一公里往返测高差中数中误差（毫米）。
水准仪结构：
望远镜 DS3型 水准仪 基 座 水准器
B
A
∑h
HB=? ＨA
大地水准面
∑h ≠ hAB
B
A
hAB
HB=? ＨA
大地水准面
水准测量校核及精度
1、测站校核： 在一个测站上观测两次高差，两次高差不 符值应在允许范围内。 方法有变仪器高法和双面尺法。 2、线路校核： 把已知高程点和待测点布设成路线，线路 观测高差和理论高差不符值应在允许范围内。 线路方式主要有闭合水准路线 、附合水准 路线 、往返水准路线
观测的标尺
三、水准仪的使用
1. 安置：安置三脚架和水准仪 2. 粗平：使圆水准器气泡居中 3. 瞄准：粗瞄和精瞄 4. 精平：使长水准管气泡居中
5. 读数：用中丝读数
水准仪的使用
1. 安置：安置三脚架和水准仪
水准仪的使用
2、粗平：使圆水准器气泡居 中
3 3
1
2
1
2
水准仪的使用
3、照准：粗瞄、对光、精瞄和消除视 缺口差 准星
HA（已知）
hAB = a b HB= HA+ hAB
h1 a1 b1
h2 a2 b2
连续水准测量 h a b
h3 a3 b3
4 4
4
a2 a1 b1 h1
a3
b2
h2
过A点的水准面
a4
b3 h3
b4
B
h4
hAB
A
H1＝HA+h1 H2＝H1+h2 H3＝H2+h3 HB＝H3+h4 ＝ H2+h3+h4＝ H1+h2 +h3+h4 ＝ HA+h1+ h2 +h3+h4 ＝HA+ ∑h = HA+ (a1 － b1)+(a2 － b2 )+ … = HA+ ∑a－∑b
水准路线布设形式
闭合水准路线
单一水准路线
附合水准路线 支水准路线
水准网
高差闭合差：实测高差与其理论值之差应该为0，但由于测
量中不可避免带有误差，使得观测所得高差与理论高差不相等， 其差值称为高差闭合差.
水准路线布设形式
1. 附合水准路线
BM1 BM2
1
2
ƒh= h测 -（H终-H始)
水准路线布设形式
第二章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
水准测量
水准测量原理 DS3水准仪及其操作 普通水准测量及成果整理 DS3水准仪的检验与校正 水准测量误差分析及注意事项 自动安平水准仪 精密水准仪简介
高程的概念
绝对高程
A B
HA
H A
H A, HB
HB
HB
hAB H B H A
相对高程
假定水准面
大地水准面
H A, HB
H hAB H B A
高差
H hAB H B H A H B A
2.1 水准测量的基本原 理 原理：是利用能提供水平视线的仪器，测定
地面点间的高差，从而推算高程的一种方法
a
B A hAB HB=？ 大地水准面Leabharlann b目镜 调节 螺旋
水平制 动螺旋
对光螺旋 水平微动螺旋
水准仪的使用
4、精平：使长水准管气泡居 中
微倾螺旋
水准仪的使用
5、读数：用中丝读 数
12
1.272
0.712
读数练习
12
1.197
0.726
四、DSZ3型自动安平水准仪
安置一“补偿器”实现自动安平的。
水准尺 物镜 水平光线 A A′ K′(十字丝交点）
H1＝HA+h1 H2＝H1+h2 H3＝H2+h3 HB＝H3+h4 ＝ H2+h3+h4＝ H1+h2 +h3+h4 ＝ HA+h1+ h2 +h3+h4 ＝HA+ ∑h = HA+ (a1 － b1)+(a2 － b2 )+ … = HA+ ∑a－∑b 而按照定义：hAB=HB-HA 即HB＝HA+hAB 所以有（☆）：
气泡
液体 圆水准器校正螺旋
圆 水 准 器 的 作 用 ： 粗 略 整 平
分划值：8′~30′/2mm
长 水 准 管
长水准管轴
长 水 准 管 的 作 用 ： 精 确 整 平
分划值：20″/2mm
符合水准器
二、水准尺
黑面起点 0.000和0.000米 红面起点
4.687和4.787米
实际的标尺
第二章
水准测量
2.1水准测量原理 2.2水准仪及其使用 2.3水准测量方法 2.4水准测量高程计算 2.5水准仪的检查和校正 2.6水准测量误差分析
水准测量——测出一系列的高程点。 基本概念：测站、转点
连续水准测量
HB=ＨA + hAB hAB= ∑h =h1+h2 + …
=(a1 － b1)+(a2 － b2 )+ … = ∑a－∑b