第3章水准仪及水准测量
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水准测量
3-1 水准测量的原理
水准测量是利用一条水平视线，并 借助水准尺，测定地面两点间的高差， 这样就可由已知点的高程推算出未知 点的高程。如图所示，欲测定A、B两 点间的高差h，可在A、B两点上分别竖 立带有刻划的水准尺，并在A、B两点 之间安置一台能提供一条水平视线的 水准仪。根据水准仪的水平视线，在A 点尺上读数，设为a;在B点尺上读数， 设为b;则A、B两点间的高差为： hAB=a-b。
第三章 水准测量 h1=a1-b1 h2=a2-b2 …… hn=an-bn hAB=h1+h2+……+hn=∑h 可用下式进行高差计算正确性的检核： hAB=(a1-b1)+(a2-b2)+ ……+(an-bn)= ∑a-∑b 如果A为已知高程点，其高程为HＡ，则B点高 程为：HB=HA+hAB=HA+∑a-∑b
第三章 水准测量
3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 水准测量原理 水准测量的仪器和工具 水准仪的使用 水准测量的外业 水准测量的内业 数字水准仪简介
复习思考题
第三章 水准测量
地面点的位置是用平面坐标和高程来确定的。测量地面上各点 高程的工作，称为高程测量。高程测量可分为水准测量、三角高程 测量和气压高程测量三类。
第三章 水准测量
第三章 水准测量
二、 水准路线闭合差的分配 当|fh|<|fh允|时，应对fh进行合理的分配。支水准 路线高差闭合差的分配方法是：把各段往返高差的绝对 值取平均值，并按往测方向取高差的正负号即可。 闭(附)合水准路线高差闭合差的分配，一般是按与 测站数成正比将闭合差反号分配到各测段高差中，或按 与路线的长度成正比分配闭合差。设第i测段的改正数为 vi，则根据上述法则，有：
(整理)测量学习题按教材排序
第一章绪论1、名词解释：铅垂线，水平面，参考椭球体，大地坐标系，高斯平面坐标系，平面直角坐标系，海拨高，高差，相对高程。
2、测量工作在国民经济和国防建设中起哪些作用？3、测量学的研究对象是什么？它的主要任务是什么？4、何谓大地水准面、水准面？它们有什么特点？在测量中起什么作用？5、什么是测量工作的基准面和基准线？6、测量上常用的坐标系统有几种？各有什么特点？7、确定地面点位置常用的方法有几种？测量基本工作是什么？8、如何表示地面点的位置？我国目前采用的是什么“大地坐标系和高程系”9、水准面和水平面有什么区别？用水平面代替水准面对于测量基本工作有什么影响？10、测量的基本工作包括哪些内容？11、测量工作应遵循什么原则？为什么要遵循这些原则？12、测量上的平面直角坐标和数学中的笛卡尔坐标有什么区别？为什么这样规定？13、某地在地经度为105°17′，试计算它所在的6°带和3°带的带号及中央子午线经度是多少？14、设A点的横坐标YA＝19779616.12米，试计算A点所在6°带内中央子午线的经度，A点在中央子午线的东侧还是西侧。
15、设半径长1km，作弧长5000mm，试按60进位制的度分秒计算该弧长所对的圆心角。
16、高斯平面直角坐标系的横轴是（）的投影，纵轴是（）的投影。
第二章水准测量1、名词解释：水准管轴，望远镜视准轴，水准点，水准管分划值，圆水准器轴，视准轴，高程闭合差。
2、试述水准测量的原理。
3、何为高差？高差正负号说明什么问题？4、水准仪上的圆水准器和管水准器的作用有何不同？5、简述望远镜的主要部件及各部件的作用。
6、视差产生的原因是什么？如何检验有无视差？怎么消除视差？7、何为转点？转点在水准测量中起什么作用？8、水准仪有哪些轴线？它们之间应满足哪些条件？哪个是主要条件？为什么？9、水准仪的圆水准器和水准管的作用有何不同？水准测量时，读完后视读数后转动望远镜瞄准前视尺时，圆水准器气泡和符合气泡都有少许偏移（不居中），这时应如何调整仪器，读前视读数？10、水准测量测站检核的作用是什么？有哪几种方法？为什么进行了测站检核还要进行成果检核？11、水准测量路线分为哪几种形式？12、水准测量时，采用前、后视距相等，可以消除哪些误差？13、水准测量时，在什么立尺点上放尺垫？什么点上不能放尺垫？14、在一个测站的高差测定中，与视线离地面高度有无关系？为什么？15、试比较用自动安平水准和用微倾式水准仪进行水准测量的优缺点？16、光学补偿器采用怎样的光学原理，具有怎样的光学特性，从而达到补偿的目的。
3-水准测量
水平面
a D
D' b
b' h
大地水准面
R
D2 h=R(sec -1)= 2R
θ
基本原则
使前视、后视的距离保持大致相等，是水准测量的 基本原则，称为“中间法水准测量”。
基本原则
按照定义，两点间的高差是分别通过这两点的 水准面之间的铅垂距离。因此，从理论上讲，用水 准仪在水准尺上读数也应该根据通过仪器的水准面， 如上图所示，在A，B水准尺上的应有读数为 ， A，B两点的高差应为 其中 则 可见，若水准仪安置在前后视距大致相等的地点， 即 ，则 即此时按水平视线或按水准面测定高差已无区别。 同理
TP3
前进方向
1.水准测量的方法
1.水准测量的方法
h4=+0.385 h3=+0.946 h2=+0.120 1.444 1.324 1.822 0.876 TP4 1.820 1.435 h5=+0.118 1.422 1.304
h1=-0.543
BMB
1.134
1.677
BMA
TP2 TP1
TP3
●电子水准仪也称“数字水准仪” 具有自动安平功能。 自动显示水平视线读数和视距。 通过物镜获取水准尺图象，通过 仪器的处理系统，将图象信息转 换成数字显示。 能与计算机实现数据通讯。 基本避免了人为的观测误差（视 差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。
电子水准仪简介：
要求竖丝 位于条码 带上
三.水准路线测量
§1-4.水准路线测量
1.水准测量的方法 2.水准路线 3.水准测量的检核 4.水准测量的主要技术要求
1.水准测量的方法
1.水准测量的方法
1.820 1.822 1.134 1.677 1.444 1.324 0.876
a D
D' b
b' h
大地水准面
R
D2 h=R(sec -1)= 2R
θ
基本原则
使前视、后视的距离保持大致相等，是水准测量的 基本原则，称为“中间法水准测量”。
基本原则
按照定义，两点间的高差是分别通过这两点的 水准面之间的铅垂距离。因此，从理论上讲，用水 准仪在水准尺上读数也应该根据通过仪器的水准面， 如上图所示，在A，B水准尺上的应有读数为 ， A，B两点的高差应为 其中 则 可见，若水准仪安置在前后视距大致相等的地点， 即 ，则 即此时按水平视线或按水准面测定高差已无区别。 同理
TP3
前进方向
1.水准测量的方法
1.水准测量的方法
h4=+0.385 h3=+0.946 h2=+0.120 1.444 1.324 1.822 0.876 TP4 1.820 1.435 h5=+0.118 1.422 1.304
h1=-0.543
BMB
1.134
1.677
BMA
TP2 TP1
TP3
●电子水准仪也称“数字水准仪” 具有自动安平功能。 自动显示水平视线读数和视距。 通过物镜获取水准尺图象，通过 仪器的处理系统，将图象信息转 换成数字显示。 能与计算机实现数据通讯。 基本避免了人为的观测误差（视 差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。
电子水准仪简介：
要求竖丝 位于条码 带上
三.水准路线测量
§1-4.水准路线测量
1.水准测量的方法 2.水准路线 3.水准测量的检核 4.水准测量的主要技术要求
1.水准测量的方法
1.水准测量的方法
1.820 1.822 1.134 1.677 1.444 1.324 0.876
水准仪与高程测量
5)、照准前视标尺后使水准管气泡居中，用上、中、下三丝读取前视读数，
并记入手簿，见表3-3 ，比较前后视距差（一半不大于5m）。
6)、将仪器按前进方向迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二
站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第 一站相同的观测程序进行第二站测量。
7)、顺序沿水准路线的前进方向观测、记录，直至终点。
远镜 ）
倒像望远镜
组成：物镜、物镜调焦镜、十字丝分划板、目镜等。 视准轴：
1、定义：物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴； 2、作用：视准轴是瞄准目标和读数的依据。
成像原理
十字丝分划板
十字丝分划板：是一块圆形平板玻璃，上面刻有相互正交的十字丝； 十字丝组成及其功能：
1、纵丝（也叫竖丝）用来照准水准尺；
1)、读数客观； 2)、精度高； 3)、速度快； 4)、效率高； 5)、仪器菜单功能丰富，内置功能强、操作界面友好，有各种信息提示，大大
方便了实际操作。
3.1.7
电子水准仪的基本原理
电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的
。当前电子水准仪采用原理不同的三种自动电子读数方法。 1)、几何法（德国蔡司DiNi12/12T/22） 2)、相关法（瑞士徕卡NA3002/3003/DNA03） 3)、相位法（日本拓普康DL-101C/102C/103）。 由于各厂家采用条码标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准
水准仪的基本部件
望远镜 物镜 目镜 十字丝 水准器 圆水准器 管水准器 基座
（1）. 望 远 镜
定义：构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件。 分类：根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可分为：
第三章 高程测量
黑面
（3） （7） （15）
红面
（4） （8） （16）
K+黑 减 红 （13） （14） （17）
高 差 中 数
备 考
（18）
1384 0551 +0833
6171 5239 +0932
0 －1 +1 +0832 标尺零点 差 No.7. K=4787 No.8. K=4687
1
1197 37.4 －0.2 2121
埋石
水准点的标定工作，通常叫埋石。选择水准点 的位置应考虑能保证标石稳定、安全、长期保存 又要便于使用。常用的水准点标石都是用混凝土 制成。标石上的标志有瓷质和金属两种，基本水 准标石有两个水准标志，普通水准标石只有一个 水准标志。另外还有墙角水准标志。 水准点埋石结束后，为便于寻找，每个水准点 都要画一张点之记图。
70.535
TP2
TP2 TP3 TP3 BM2 1.756 1.435
1.819
1.739 1.433
4 ∑
校核计 算
0.323 0.531 0.436
70.440
6.509
6.414
a b 0.095 h 0.095
2. 三、四等水准测量
三等水准测量在一个测站上的施测顺序为： （1）照准后视标尺黑面，按视距丝、中丝读数； （2）照准前视标尺黑面，按中丝、视距丝读数； （3）照准前视标尺红面，按中丝读数； （4）照准后视标尺红面，按中丝读数； 这样的顺序简称为“后前前后”（黑黑红红） 四等水准测量可以按“后后前前”（黑红黑红） 的顺序读数。 注意：无论何种顺序，读数前均应使水准管气泡居中。
3.0 5.0
测 站 编 号
第3章 水准测量
4.554
∑
4.121
h a b
i
i
i
第1组
3班
记录：
李同学
高差
(m)
高程
(m)
备注
+0.385
54.206
A
+54.591
TP.1
+55.138
TP.2
+55.850
TP.3
+54.639
B
+0.547
+0.712
-1.211
+0.433
Hi =Hi-1 +hi
—
H B H A hi
1、2两个脚螺旋的中垂
线上；
2）调节脚螺旋3，使气泡
居中；
3）重复上述两个步骤，至
气泡居中。
3.瞄准
1）调节目镜调焦螺旋，使十字丝影像清晰。
2）松开制动螺旋，旋转望远镜，
利用瞄准器粗略瞄准水准尺。
3）旋紧制动螺旋，旋转水平微动螺旋，
使水准尺置于视窗中央。
令十字丝竖丝与水准尺一侧重合
4）调节物镜调焦螺旋，使水准尺影像清晰。
思考题1：迁站时水准尺如何移动？
尺1
A
尺1
尺2
尺1
TP1
尺2
尺2
TP2
尺1
尺1
尺2
尺1
A
TP1
TP2
水准尺误
差
尺2
尺1
A
TP1
TP2
尺1
尺1
尺2
尺1
A
TP1
TP2
思考题2：测站数宜为偶数还是奇数？
注意事项：
1）根据使用仪器、精度要求、气象条件等确定视线长度；
∑
4.121
h a b
i
i
i
第1组
3班
记录：
李同学
高差
(m)
高程
(m)
备注
+0.385
54.206
A
+54.591
TP.1
+55.138
TP.2
+55.850
TP.3
+54.639
B
+0.547
+0.712
-1.211
+0.433
Hi =Hi-1 +hi
—
H B H A hi
1、2两个脚螺旋的中垂
线上；
2）调节脚螺旋3，使气泡
居中；
3）重复上述两个步骤，至
气泡居中。
3.瞄准
1）调节目镜调焦螺旋，使十字丝影像清晰。
2）松开制动螺旋，旋转望远镜，
利用瞄准器粗略瞄准水准尺。
3）旋紧制动螺旋，旋转水平微动螺旋，
使水准尺置于视窗中央。
令十字丝竖丝与水准尺一侧重合
4）调节物镜调焦螺旋，使水准尺影像清晰。
思考题1：迁站时水准尺如何移动？
尺1
A
尺1
尺2
尺1
TP1
尺2
尺2
TP2
尺1
尺1
尺2
尺1
A
TP1
TP2
水准尺误
差
尺2
尺1
A
TP1
TP2
尺1
尺1
尺2
尺1
A
TP1
TP2
思考题2：测站数宜为偶数还是奇数？
注意事项：
1）根据使用仪器、精度要求、气象条件等确定视线长度；
测量3水准测量
a2
a4
b4
a3
a1 b1
b2
b3
A
TP2
TP3
B
TP1
A、B两点高差计算的一般公式：hAB=
n
hi
= n（ai bi）
i 1
i 1
n—为测站数
例：
前进方向
2.142
1.258 0.928
1.664 1.235
1.672 1.431
2.074
B
A
TP3
Ⅰ
TP1
Ⅱ
TP2
Ⅲ
Ⅳ
HA=123.446m HB
注意：读数前必须精平， 精平后立即读数。
§3.4 水准测量外业工作
一、一个测站的工作
1、安置仪器于AB之间，
立尺于A、B点上；
2、粗略整平；
a
b
3、瞄准A尺，精平、读数a，
B
记录1.568m；
A
4、瞄准B尺，精平、读数b，
记录1.471m； 5、计算：hAB = a – b = 1.568-1.471=0.115m
三、支水准路线成果计算 (HA=186.785m)
1、计算闭合差：
fh h往 h返
1.375 1.396 0.021m
2、检核：
n = 16站
A hA（1 往） 1.357m
1
hA（1 返） 1.396m
fh允 12 n 12 16 48mm
fh fh允 ，故精度符合要求。
• 闭合水准路线：
∑h测= h1+h2+h3+ ······+ hn fh = ∑h测 - ∑h理= ∑h测
• 支水准路线：
(最新整理)测量学水准测量
三等
S3 四等
度(m) 视 距 离 距离累计 度 数 差 测高差之差
差（m） 差（m） (mm） （mm）
≤ 65 ≤ 3 ≤ 6
≤2
≤3
≤ 80 ≤ 5 ≤ 10
水准器
基座
2021/7/26
15
二、水准仪基本构造
1、望远镜： 瞄准尺并
读数。由物镜, 对光透 镜,十字丝,目镜组成。 ❖ 物镜及物镜调焦螺旋：
转动物镜调焦螺旋， 移动对光透镜的位置， 可使目标在分划板面上 成像清晰。
2021/7/26
16
望远镜成像光路图
❖ 1、物体 2、物镜 3、对光透镜 4、分划板 5、目镜
横丝 中丝
下丝
❖ 视差：望远镜内目标像与分划板未重合。
消除方法：进行目镜、物镜调焦。
❖ 注：一般的望远镜只需望远，不需瞄准。测量望
远镜还要瞄准目标读数，所以要有十字丝。目标
2021/7的/26 像与十字丝重合即瞄准。
18
二、水准仪基本构造
2、水准器（指示视准轴是否水平的装置）
❖ 水准管轴：过圆弧零点
识别处理系统。 ❖ 条码水准标尺
2021/7/26
29
五、数字水准仪
❖ 结构：其望远镜光学部分和机械 结构与光学自动安平水准仪基本相同。 ❖ 调焦发送器：
计算仪器与尺之间的概略视距值。 ❖ 补偿器监视：监视补偿器的功能是否正常。 ❖ 分光镜：将光线分离成红外光和可见光。 ❖ 线阵探测器：接受红外光探测标尺图像，并用
❖ 或 HB=HA+h1+h2+----+hn = HA+h
2021/7/26
8
三、水准测量方法----高差法
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2.水准仪
二、水准仪
精度系列： DS05 DS1 DS3 DS10
型号下标：毫米数，表示 1公里水准测量的中误差(由 仪器引起的) 。
构造： 望远镜 水准器 基座
第3章水准仪及水准测量 S3 水准仪外型
目镜
对光螺旋
微倾螺旋
准星 物镜
缺口 水目准镜管
微动螺旋 制动螺旋 脚螺旋 三脚架
第3章水准仪及水准测量
第3章水准仪及水准测量
有时安置一次仪器须测算出多个点的高程，可 先求出水准仪的水平视线高程，然后再分别计算各 点高程，从图中可以看出：
水平视线高 Hi=HA+ a
Ｂ点高程 HB=Hi- b
要测算地面上两点间的高差，所 依据的就是一条水平视线，如果视线 不水平，上述公式不成立。因此，视 线必须水平，是水准测量中要牢牢记 住的操作要领。
消除视差的步骤：
目镜调焦，使十字丝最清晰； 物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。
第3章水准仪及水准测量
2. 水准器
• 作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。
•
圆水准器
水准管
第3章水准仪及水准测量
水准器
圆水准器（粗平） 管水准器（精平）
第3章水准仪及水准测量
3. 基 座
组成
轴座：承托仪器上部 脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中 连接板：连接三脚架
1956年黄海高程系 (水准原点 H=72.289米） 1985年国家高程基准(水准原点 H=72.260米)
第3章水准仪及水准测量
第一节 水准测量原理
水准测量的基本原理是：在下图中，已知A点的高 程为HA，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差
hAB。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=a-b
尺垫是供支承水准尺和传递
高程所用的工具。
第3章水准仪及水准测量
三、水准仪的使用
1. 安置水准仪
打开三脚架并使其高度适中， 目估使架头大致水平， 然后将三脚架尖踩入土中， 将水准仪用中心螺旋固定 于三脚架头上。
第3章水准仪及水准测量
2. 粗略整平(粗平)
• 用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。 • 左手拇指规则：“左手拇指旋转脚螺旋的运动
水准管 圆水准器
圆水准器校正螺钉
1.望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；
放大率一般为25~30倍。
竖 上丝 丝
横丝
视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。
下丝
第3章水准仪及水准测量
望远镜与视差
视差产生的原因： 望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。 现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，
十字丝与目标的像有相对移动。
一、水准点和水准路线 1. 水 准 点 是 测 区 的 高 程 控 制 点 ， 一 般 缩 写 为 “BM”，用“ ”符 号表示。
第3章水准仪及水准测量
水准点分为永久性和临时性两种。埋设水准点后，应绘出
能标记水准点位置的草图，在图上要注明水准点编号和高 程，以便日后寻找和使用。
至南湖新村
21号楼
5 号 楼 1号楼
第3章水准仪及水准测量
5. 读 数
水准尺的分划不是线划 式而是区格式的。区 格的边缘是分划的位 置，区格内的小数 “估读”。
区格式分划便于从远处 观察并读数。
第3章水准仪及水准测量
水准测量的瞄准与读数
瞄准与 读数
b c
b
6219
1440
c
a
第3章水准仪及水准测量
第3章水准仪及水准测量
§3.3 自动安平水平仪
第三章 水准仪及水准测量
§3.1 水准测量原理 §3.2 DS3型水准仪及工具的使用 §3.3 自动安平水平仪 §3.4 普通水准测量 §3.5 水准仪的检验与校正 §3.6 水准测量误差来源及减弱方法 §3.7 精密水准仪简介
第3章水准仪及水准测量
高程测量
高程测量定义：测定地仪进行高程测量的工作。 其它方法：三角高程测量；ＧＰＳ高程测量和气压高程 测量． 高程系统:黄海高程系
第3章水准仪及水准测量
(2) 先瞄准后视尺，读取后视读数值a1，并记入 五等水准测量记录表中。 再照准前视尺，读取前视 读数值b1，并记入记录表中。至此完成了普通水准 测量一个测站的观测任务。
第3章水准仪及水准测量
(3)将仪器搬迁到第Ⅱ站，把第Ⅰ站的后视尺移 到第Ⅱ站的转点ZD2上，把原第Ⅰ站前视变成第Ⅱ站 的后视。按(2)步骤测出第Ⅱ站的后、前视读数值a2、 b2，并记入记录表中。
方向，就是气泡移动的方向”
第3章水准仪及水准测量
3. 瞄准水准尺
目的：使目标和十字丝成像清晰。 方法：① 初步瞄准（ 用准星对准目标） ② 目镜调焦（使十字丝清晰） ③ 物镜调焦（使目标成像清晰） ④ 精确瞄准（使纵丝对 准目标）
第3章水准仪及水准测量
4. 精确整平
目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。 方法：调节微倾螺旋，使 气泡影像符合。
第3章水准仪及水准测量
§3.2 DS3型水准仪及工具的使用
一、微倾式水准仪的构造
微倾式水准仪主要由望远镜、水准器和基座组成。 为了能精确地提供水平视线，在仪器构造上安置了一 个能使望远镜上下作微小运动的微倾螺旋，所以称微 倾式水准仪 。
DS3水准仪
DS3水准仪
微倾式水准仪构造(动画)
第3章水准仪及水准测量
自动安平水准仪不需要水准管和微倾螺旋，只 有一个圆水准器，安置仪器时，只要使圆水准器的 气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使 视线自动处于水平状态。
自动安第平3章水水准准仪仪正及面水准测量
自动安平水准仪反面
自动安平水准仪后面
自动安平水准仪正面
自动安平水准仪反面
第3章水准仪及水准测量
§3.4 普通水准测量
轴座
第3章水准仪及水准测量
脚螺旋 连接板
（a）
（b）
（c）
尺垫只用于转点
第3章水准仪及水准测量
二、水准尺和尺垫
水准尺是与水准仪配合进 行水准测量的工具。水准尺分 为直尺、折尺和塔尺。双面水 准尺的分划，一面黑色面（主 尺），尺底分划为零，另一面 是红色面（辅助尺），尺底刻 画 为 一 常 数 ： 4687mm 或 4787mm。使用水准尺前一定 要认清刻画特点。
第3章水准仪及水准测量
2.水准路线的布设
闭合水准路线 TBM1
TBM2
BM.A
支水准路线 TBM1
TBM4 附合水准路线 BM.A
TBM1
TBM3
BM.A
TBM3
TBM2
第3章水准仪及水准测量
BM.B
2.水准路线
TBM2
二、水准测量方法 (1)将水准尺置于已知后视高程点A和前视转点ZD1
中间的Ⅰ站。