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(共58张PPT)
项目二 高程控制测量
操作水准仪
1
实施水准测量
2
整理水准测量成果
3
高程放样
4
检验与校正微倾式水准仪
5
建立高程控制网
6
项目二 高程控制测量
绝对高程或海拔:地面点到大地水准面的铅垂距离；
假定高程或相对高程:从某点到假定水准面的垂直距离。
高程测量:
测量地面上各点高程的工作。
高程测量的方法分类
1.水准测量(leveling)
2.三角高程测量(trigonometric leveling)
3.气压高程测量(air pressure leveling)
4.GPS测量(GPS leveling)
利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
大地水准面
hAB
A
B
HA
HB=HA+hAB
水平视线
水准尺
水准尺
a
b
前进方向
◆ 水准测量原理
大地水准面
A
B
HA已知
HB=HA+hAB
hAB
水准尺
水准尺
前进方向
求HB
a
b
hAB=a-b
后视尺
后视读数
前视尺
前视读数
A——后视点 a——后视读数
B——前视点 b——前视读数
1.A、B两点间高差
2. B点的高程
3.视线高程
大地水准面
hAB
A
B
HA
HB=HA+hAB
水平视线
水准尺
水准尺
a
b
前进方向
　　当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图中可得：
　　测站、转点：转点起传递高程的作用。
任务1 操作水准仪
　　微倾式水准仪
　　自动安平水准仪
　　数字(电子)水准仪
　　我国的水准仪系列标准分为：DS05、DS1、DS3和DS20
　　水准尺：
　　尺垫：
项目二 高程控制测量
1.望远镜(telescope)
物镜
目镜
十字丝（上、中、下丝）
三个部分组成。
一、水准仪(level)组成
链接1：水准仪介绍
圆水准器(circular bubble) ：
用于整平。
水准管(bubble tube) ： 用于精平。
特性：气泡始终向高处移动。
3.基座(tribrach)
2.水准器(bubble)
二、水准尺(leveling staff)和尺垫(staff plate)
水准尺主要有单面尺、双面尺和塔尺。
1.尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。
2.双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。
尺垫： 放在转点上，以防水准尺下沉。
操作程序：粗平—瞄准—精平—读数
（一）粗平
调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。
1．方法：
对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。
三、 水准仪的使用
图形：粗平的操作方法示意图
a
1
2
3
b
3
1
2
c
3
1
2
2．规律：
气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。
（二） 瞄准
1.方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。
2.视差：
概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。
产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。
消除方法：反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。
（三）精平
1. 方法：如图所示，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。
2. 说明：自动安平水准仪（compensator level），不需进行精平。
（四）读数
精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。
1.方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。
2.规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像的，从上往下读；若成正像，即从下往上读。
图形：水准仪读数实例
3. 水准仪读数实例
6.252
1.477
0.725
b
c
a
实训任务1:操作水准仪
任务内容：操作水准仪
小组号 场地号
任务要求
1．认清水准仪的各个组成部件。
2．会熟练操作水准仪。 工具：
DS3 型水准仪 1 台；水准尺 1 对、三脚架一个；记录板 1 块。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；
组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；
副组长负责仪器的借领、归还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
1．仪器应安置于前、后视点中间位置；
2．读数应读到毫米位。记录四位数字，不能省略其中的“0”；
3．每组每人以不同仪器高观测同一前、后视点，高差之差不能超过5毫米。
一、水准点(Bench Mark)
通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般用BM表示。有永久性和临时性两种。
水准点示意图
任务2 实施水准测量
二、水准路线(leveling line)
1．闭合水准路线(closed leveling line)
由已知点BM1——已知点BM1
2．附合水准路线(annexed leveling line)
由已知点BM1——已知点BM2
3．支水准路线(spur leveling line)
由已知点BM1——某一待定水准点A。
图形：水准路线布设形式
3.支水准路线
BM
1
2
1
BM
2
3
4
1.闭合水准路线
2.附合水准路线
BM1
BM2
1
2
3
三、水准测量的实施（外业）
BMA
BMB
1.444
1.324
TP2
h2=+0.120
1.822
0.876
TP3
h3=+0.946
1.820
1.435
TP4
h4=+0.385
1.422
1.304
h5=+0.118
前进方向
1.134
1.677
TP1
h1=-0.543
（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。
（2）为及时发现错误，通常采用“两次仪器高法”或 “双面尺法”。
测点 后视读数 前视读数 高差 高程 备注
＋ －
A 2.073 50.118
Z1 1.624 1.526 0.547
Z2 1.678 1.407 0.217
Z3 1.595 1.392 0.286
Z4 0.921 1.402 0.193
B 1.503 0.582 50.779
Σ 7.891 7.230 1.243 0.582
计算检核
四、水准测量成果的检核
　　(一) 测站检核
　　1. 两次仪器高法
　　2. 双面尺法
　　(二) 水准路线的检核
　　1. 附合水准路线
　　附合水准路线的高程闭合差为：
高程闭合差的大小在一定程度上反映了测量成果的质量。
　　2. 闭合水准路线
◆变动仪高法（两次仪器高法）：
立尺，尺中间安置水准仪，粗平
照准后视尺，精平，读数
照准前视尺，粗平，读数
计算高差
变动仪器高（升或降大于10cm）再观测
高差互差不大于±5mm时，取平均值
◆双面尺法（黑面、红面）：
用双面尺，每尺均读黑、红面读数
立尺，尺中间安置水准仪，粗平
瞄准后视尺黑面，精平，读数
瞄准前视尺黑面，精平，读数
瞄准前视尺红面，精平，读数
瞄准后视尺红面，精平，读数
黑面：以零开始刻划
红面：一尺从4687开始刻划，另一尺从4787开始
红黑面计算高差理论上相差0.1m
实训任务2:实施水准测量
任务内容：实施水准测量
小组号 场地号
任务要求：
1．根据实地地形选择测站和转点，完成一个闭合水准路线的布设。
2．完成普通水准测量的外业观测、记录和计算。 工具：
DS3 型水准仪 1 台；水准尺 1 对；三脚架一个；尺垫2块；记录板 1 块。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；
组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；
副组长负责仪器的借、还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
高差闭合差fh≤ 毫米（或 毫米）。L为公里数，n为测站数。若超限则重测。
任务3 水准测量成果整理
一、计算高差闭合差(closing error)
公式：
故对于闭合水准路线，有：
对于附合水准路线，有：
二、分配高差闭合差
1.计算高差闭合差的容许值（tolerance）
对于普通水准测量：
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 。
2.分配原则
按与距离L或测站数n成正比原则，将高差闭合差反号分配到各段高差上。
三、计算各待定点高程
用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。
测段 距离
/km 实测高差/m 高差改正数/m 改正后高差/m 高程
A-1 1.1 +3.241
1-2 0.7 -0.680
2-3 0.9 -2.880
3-4 0.8 -0.155
4-A 1.3 +0.452
Σ
辅助计算
举例:
测段 距离
/km 实测高差/m 高差改正数/m 改正后高差/m 高程
A-1 1.1 +3.241 0.005
1-2 0.7 -0.680 0.003
2-3 0.9 -2.880 0.004
3-4 0.8 -0.155 0.004
4-A 1.3 +0.452 0.006
Σ 4.8 -0.022 +0.022
辅助计算 ，精度合格
举例:
测段 距离
/km 实测高差/m 高差改正数/m 改正后高差/m 高程
A-1 1.1 +3.241 0.005 +3.246 27.015
1-2 0.7 -0.680 0.003 -0.677 30.261
2-3 0.9 -2.880 0.004 -2.876 29.584
3-4 0.8 -0.155 0.004 -0.151 26.708
4-A 1.3 +0.452 0.006 +0.458 26.557
Σ 4.8 -0.022 +0.022 0
辅助计算 ，精度合格
举例:
实训任务3:整理水准测量成果
任务内容：整理水准测量成果
小组号 场地号
任务要求：
1．根据教师提供的水准测量外业工作测量数据，整理水准测量成果。 工具：
计算器一个。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；
组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；
副组长负责仪器的借领、归还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
高差闭合差fh≤ 毫米（或 毫米）。L为公里数，n为测站数。
一、 方法
（1）在已知点BM和待放样点P的中间位置架仪后视BM点，读后视读数a ，得视线高程Hi=HBM+a
（2）上、下移动水准尺，使前视读数b=Hi-HP，并沿尺底画线，得P点。
HBM=24.376
HP=26.000
大地水准面
BM
P
Hi=HBM+a
b=Hi-HP
任务4 高程放样
a
二、高程的传递放样
待测设高差大，用钢尺代替水准尺。
A
B
钢尺
HA
HB
hAB
b1
a1
b2
a2
①
②
注:此法也可向高处传递高程。
HB=HA+a1-|b1-a2|-b2
实训任务4:高程放样
任务内容：高程放样
小组号 场地号
任务要求：
1．测设已知高程点。 工具：
DS3 型水准仪 1 台；水准尺 1 对；三脚架一个；记录板 1 块；木桩3~5个；小钉5个；铁锤1把。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；
组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；
副组长负责仪器的借领、归还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
高程测设限差范围不大于±10mm。
任务5 检验与校正微倾式水准仪
一、水准仪轴线应满足的几何关系
水准管轴LL∥视准轴CC
圆水准轴L’L’ ∥竖轴VV
横丝要水平（即：⊥VV）
C
C
L
L
V
V
L'
L'
二、水准仪的检验与校正
（一）圆水准器的检验与校正
1.检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180°，看气泡是否居中。
2.校正：用三个脚螺旋使气泡向中央移动一半, 再用三个“校正螺旋”，使气泡居中。
（二）十字丝横丝的检验与校正
1.检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看P点是否沿着横丝移动。
2.校正：旋下目镜处十字丝环外罩，转动左右2个“校正螺丝”。
（三）水准管轴∥视准轴（i角）的检校
1.检验：
（1）平坦地上选A、B两点，约50m。
（2）在中点C架仪，读取a1、b1
（3）在距B点约2—3m处架仪，读取a2、b2，得h2=a2-b2 。若h2≠h1 ,则水准管轴不平行视准轴。
（4）按下式，可计算出i角：
2.校正 方法有二种：
（1）校正水准管 旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a2’=h1+b2)，拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。
（2）校正十字丝——可用于自动安平水准仪 保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准(a2’=h1+b2)。
实训任务5:DS3 型水准仪的检验
任务内容：DS3 型水准仪的检验
小组号 场地号
任务要求：
1．检验DS3 型水准仪。 工具：
DS3 型水准仪 1 台；水准尺 1 对；三脚架一个；皮尺1把。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；
组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；
副组长负责仪器的借领、归还和仪器的安全管理等事务。
任务6 建立高程控制网
一、三、四等水准测量(leveling surveying)
（一）适用：平坦地区的高程控制测量。
（二）精度技术要求：
表一：三、四等水准测量测站技术要求
等 级
视线长度
(m)
前、后视
距离差
(m)
前、后视
距离累积差
(m)
红、黑面
读 数 差
(mm)
红、黑面
高差之差
(mm)
三 等 ≤65 ≤3 ≤ 6 ≤2 ≤3
四 等 ≤80 ≤5 ≤10 ≤3 ≤5
表二：三、四等水准测量主要技术要求
等级 每公里高 附合路 水准仪 往返测高 附合路线或
差中误差 线长度 级别 差不符值 环线闭合差
(mm) (km) (mm) (mm)
三等 6 45 S1或S3 12 R ±12 L或4 n
四等 10 15 S1或S3 20 R ±20 L或6 n
注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位。
（三）作业方法
1.每站观测程序（见图）
（1）顺序：“后前前后（黑黑红红）”；一般一对尺子交替使用。
（2）读数：黑面“三丝法”（上、下、中丝）读数，红面仅读中丝。
后视(黑面) 上丝读数，下丝读数，中丝读数
前视(黑面) 上丝读数，下丝读数，中丝读数
前视(红面) 中丝读数
后视(红面) 中丝读数
后视尺
前视尺
2.计算与记录格式
（1）视距=100×|上丝-下丝|
（2）前后视距差di =后视距-前视距
di要求: Ⅲ等≤±3m, Ⅳ等≤±5m
（3）视距差累积值∑di=前站的视距差累积值∑di-1 +本站的前后视距差di
∑di要求: Ⅲ等≤±6m, Ⅳ等≤±10m
（4）黑红面读数差=黑面中丝+K-红面中丝。（K= 4787mm或4687mm）
要求: Ⅲ等≤±2mm, Ⅳ等≤±3mm
（5）黑面高差h黑=黑面后视中丝-黑面前视中丝
（6）红面高差h红=红面后视中丝-红面前视中丝
（7）黑红面高差之差=h黑-（h红±0.100m）
要求: Ⅲ等≤±3mm, Ⅳ等≤±5mm
（8）高差中数= [h黑+（h红±0.100m）]/2
（9）水准路线总长L=∑后视距+∑前视距
备注
K106=4.687
K107=4.787
图表：四等水准测量记录表
表2-3 四等水准测量手簿（双面尺法）
测站
编号 后尺 上丝 前尺 上丝 方向及尺号 水准尺中丝读数
(m) K+黑—红 平均高差
(m) 备注
下丝 下丝
后 距 前 距 黑面 红面
视距差d
(m) (m)
1 1.675 0.843 后47 1.482 6.269 0
1.289 0.459 前46 0.651 5.338 0
38.6 38.4 后-前 0.831 0.931 0 0.831
0.2 0.2
2 2.217 2.301 后46 2.025 6.712 0
1.833 1.916 前47 2.108 6.896 - 1
38.4 38.5 后-前 - 0.083 - 0.184 1 - 0.084
- 0.1 0.1
举例：四等水准测量记录表
二、三角高程测量
(trigonometric leveling)
（一）适用于：地形起伏大的地区进行高程控制。实践证明，电磁波三角高程的精度可以达到四等水准的要求。
（二）原理
B点的高程：
注意：当两点距离较大（大于300m）时：
1.加球气差改正数：
2.可采用对向观测后取平均的方法，抵消球气差的影响。
（三）观测与计算
测竖直角、量仪器高、量觇标高（棱镜高）。
其技术要求，见各种规范。
；即有：
球差为正，气差为负
实训任务6:四等水准测量
任务内容：建立高程控制网（四等水准测量）
小组号 场地号
任务要求：
1．完成四等水准测量的观测、记录及计算。 工具：
自动安平水准仪 1 台；水准尺 1 对；三脚架一个；水泥钉数枚；铁锤1把。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；
组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；
副组长负责仪器的借领、归还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
高差闭合差fh≤±20 L或6 n。L为千米数，n为测站数，若超限则重测。

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