矿山测量课件04.dps

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模块二：

测量三项基本工作模块二：

测量三项基本工作项目二：

高程测量项目二：

高程测量学时：

学时：

6基本内容：

1.水准测量原理与水准仪；2.水准测量方法；3.三角高程测量。

任务一：

水准测量原理与水准仪任务一：

水准测量原理与水准仪一、引入：

一、引入：

一、引入：

一、引入：

水准测量水准测量（Leveling）：

使用水准仪和水准尺，根据水平使用水准仪和水准尺，根据水平视线，测定两点之间的高差，从已知点高程推算未知点高视线，测定两点之间的高差，从已知点高程推算未知点高程的方法。

程的方法。

高程高程（Elevation）：

地面点到高度起算面的垂直距离。

地面点到高度起算面的垂直距离。

1、绝对高程：

地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。

（1）1956年黄海高程系，水准原点高程为72.289m；

（2）1985年国家高程基准，水准原点的高程为72.260m。

2、相对高程：

地面点到一般水准面的铅垂距离，又称为假定高程。

HAHAAHBHBhABB大地水准面水准面bahAB前视读数后视读数bahAB测高差测高差hhABAB的原的原理理就是利用几何学中就是利用几何学中矩形对边相等；矩形对边相等；实实质是用水准尺量取质是用水准尺量取竖直方向的长度。

竖直方向的长度。

二、水准测量原理二、水准测量原理二、水准测量原理二、水准测量原理水准测量原理水准测量原理前视、后视前视读数，后视读数；前视距离，后视距离前后是一个相对的概念高差符号的下标ABABhHHBA时，BAABBAABHHbahHHbah，00BABAhHHAB时，BABABABAHHabhHHabh，00BAABhh二、水准仪二、水准仪二、水准仪二、水准仪三脚架三脚架水准仪水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪水准尺水准尺水准测量水准测量-司尺员司尺员水准测量水准测量-观测员与记录观测员与记录员员水准测量所使用的仪器是水准仪，工具为水准尺和尺垫。

国产水准仪按精度划分为四个等级：

DS05、DS1、DS3、DS10。

字母D和S分别代表“大地测量”和“水准仪”的第一个汉语拼音的第一个字母，后面数字仪器的精度。

工程测量中广泛使用的是DS3级水准仪。

DS3微倾水准仪结构：

主要由主要由望远镜、水准器和基座望远镜、水准器和基座三部分组成。

三部分组成。

望远镜：

用于瞄准目标并在水准尺上读数。

由物镜、十字丝、对光透镜和目镜四部分组成。

物镜和对光透镜的作用是使物体在十字丝平面上成像。

十字丝的作用是照准尺子和读数。

竖向的称为竖丝，横向的长丝称为横丝（中丝）。

横丝上下的两条对称的短丝称为视距丝，用于测量距离。

十字丝交点与物镜光心的连线称为视准轴。

根据目镜端观测到的物体成像情况，可分为正像望远镜和倒像望远镜。

基座的作用是支承上部的仪器，并通过连接螺旋使仪器与三脚架相连。

它包括轴套、脚螺旋、三角形底板等，仪器竖轴插入轴套内，上部可以绕仪器竖轴在水平方向旋转。

水准器：

利用液体受重力作用后使气泡居于最高处的特性，用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。

分圆水准器和管水准器两种。

圆水准器安装在基座上，供粗略整平用，管水准器安装在望远镜旁，用于精确整平视准轴。

微倾的结构特点在于微倾的结构特点在于：

为提高目估水准管气泡居中精度，微倾式水准仪的水准管上方安装有复合棱镜系统。

如果气泡不居中，气泡的两个半边影象不重合。

可以使气泡居中精度提高一倍。

三、水准尺和尺垫三、水准尺和尺垫三、水准尺和尺垫三、水准尺和尺垫水水准准尺尺塔尺由两节或塔尺由两节或三节套接而成，长三节套接而成，长3m3m或或55米，接头处存在误米，接头处存在误差，多用于精度较低差，多用于精度较低的水准测量中。

的水准测量中。

双面尺双面尺（直尺或板直尺或板尺尺）；黑面尺；黑面尺（基本分基本分划划）、红面尺、红面尺（辅助分辅助分划划）；常数；常数K1=4.687mK1=4.687m，K2=4.78K2=4.787m7m。

用于三、四等精。

用于三、四等精度以下的水准测量中度以下的水准测量中。

尺垫：

水准仪的正确操作程序包括：

安置仪器、粗略整平、瞄准、精确整平和读数。

1、水准仪安置、水准仪安置打开三脚架，使高度适宜，目估架头大致水平，将三脚架尖踩入土中，用中心螺旋固定水准仪于架头上。

2、粗略整平、粗略整平用脚螺旋使圆水准器气泡居中。

三、水准仪的使用三、水准仪的使用三、水准仪的使用三、水准仪的使用3、瞄准水准尺、瞄准水准尺

（1）目镜对光使十字丝成像清晰。

（2）松开制动螺旋瞄准水准尺，再制动。

（3）物镜对光，使水准尺影象清晰；转动微动螺旋使尺子像靠近十字丝竖丝一侧，便于读数。

（4）消除视差视差。

目标像与十字丝分划板平面不重合，观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝之间就会有相对移动的现象称为视差。

视差会影响读数的正确性，读数之前必须消除它。

消除视差的方法：

用手暂时遮住物镜（或将望远镜对准天空），旋转目镜调焦螺旋，使十字丝十分清晰；移去遮物镜的手（或瞄准标尺），旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰。

4、精确整平：

、精确整平：

用水准管，灵敏度高。

转动方向后，水准管气泡会偏离中央。

用微倾螺旋使气泡两端影象符合后再读数。

5、读数：

、读数：

观测者应用中丝先估读水准尺上毫米数（小于一格的估值），然后读出米、分米及厘米值，一般应读出四位数。

读数应迅速、果断、准确，读数后应立即重新检查符合水准气泡是否仍旧居中，如仍居中，则读数有效，否则应重新使符合水准气泡居中后再重新读数。

利用水准管整平仪器费时费力，目前多采用补偿器代替复合棱镜系统，取消水准管。

使用时只需用圆水准器粗略整平，补偿器可使仪器视线精确水平。

四、自动安平水准仪的使用四、自动安平水准仪的使用四、自动安平水准仪的使用四、自动安平水准仪的使用例举：

例举：

AP-128自动安平水准仪的使用：

自动安平水准仪的使用：

（1）安置安置好脚架并使脚架头大致水平，然后取出自动安平水准仪装在脚架上，并拧紧中心螺旋；

（2）整平通过转动三个脚螺旋，使圆水准器气泡居中，方法同整平经纬仪。

（3）检查当圆气泡位于圆的中心时，仪器瞄准远处的目标（目标与仪器的距离大约在75m左右）；旋转脚螺旋直到气泡远离圆的中心1/4处观测目标，如果目标图像离开原来的位置又慢慢回到初始位置时，观测者可以确认仪器的补偿器在起作用。

再次旋转脚螺旋直到气泡移动到圆的中心，如果目标图像与仪器十字丝的关系没有改变，说明补偿器是好的。

在使用仪器前检查补偿器是十分必要的。

（4）读数用手旋转仪器对准目标的方向，使望远镜对准水准尺。

调节对焦螺旋直到尺子的图像及望远镜十字丝都成像清晰。

调节仪器的水平微动螺旋使十字丝的竖丝对准水准尺的中间位置。

1、水准仪各部件名称、用法及基本操作训练.2、粗平训练.3、精平训练.4、读数训练.一、一个测站上的水准测量一、一个测站上的水准测量一、一个测站上的水准测量一、一个测站上的水准测量基本操作：

基本操作：

基本操作：

基本操作：

1111、在两水准点间大致中间位置安置水准仪，并进行粗略整、在两水准点间大致中间位置安置水准仪，并进行粗略整、在两水准点间大致中间位置安置水准仪，并进行粗略整、在两水准点间大致中间位置安置水准仪，并进行粗略整平；平；平；平；2222、照准后视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准、照准后视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准、照准后视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准、照准后视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准器气泡居中后，按中丝读取后视读数；器气泡居中后，按中丝读取后视读数；器气泡居中后，按中丝读取后视读数；器气泡居中后，按中丝读取后视读数；3333、照准前视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准、照准前视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准、照准前视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准、照准前视水准点上的水准尺，转动微倾螺旋，使管水准器气泡居中后，按中丝读取前视读数；器气泡居中后，按中丝读取前视读数；器气泡居中后，按中丝读取前视读数；器气泡居中后，按中丝读取前视读数；4444、计算高差和待定点高程，即完成一个测站的基本测量、计算高差和待定点高程，即完成一个测站的基本测量、计算高差和待定点高程，即完成一个测站的基本测量、计算高差和待定点高程，即完成一个测站的基本测量基本概念基本概念基本概念基本概念：

测站：

安置仪器的位置称为测站测站：

安置仪器的位置称为测站测站：

安置仪器的位置称为测站测站：

安置仪器的位置称为测站。

测点：

立尺的位置称为测点测点：

立尺的位置称为测点测点：

立尺的位置称为测点测点：

立尺的位置称为测点。

任务二：

水准测量方法任务二：

水准测量方法ABABhHH二、一个测段上的水准测量二、一个测段上的水准测量二、一个测段上的水准测量二、一个测段上的水准测量当地面上两点高差大，或两点距离较远时，超过当地面上两点高差大，或两点距离较远时，超过了允许的视线长度，或两点间地形复杂，通视困了允许的视线长度，或两点间地形复杂，通视困难，必须在其间安置多次仪器，分段观测难，必须在其间安置多次仪器，分段观测nnnnnABbababababah1112211）（）（）（）（每一测站可测得前、后视两点间的高差，即：

每一测站可测得前、后视两点间的高差，即：

h1=a1-b1h2=a2-b2hn=an-bn各式相加，得：

各式相加，得：

hAB=h=a-bB点高程为：

点高程为：

HB=HA+h测站测站测点测点水准尺读数水准尺读数高差（高差（m）高程高程（m）备注备注后视后视（a）前视前视（b）计算检核计算检核BMATP12.0361.1180.918TP1TP20.8691.1870.318TP2TP31.4951.0780.417TP3B1.2561.8310.5755.6565.2140.4425.2141.3350.8930.4420.893+0.44227.79627.35428.27227.95428.37127.79627.354三、水准测量方法三、水准测量方法三、水准测量方法三、水准测量方法在进行连续水准测量时，如果任何一测站的后视读数或前视读数有错误，都将影响所测高差的正确性。

在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用两次仪器高法或双面尺法进行观测，以检核高差测量中可能发生的错误，这种检核称测站检核。

1）两次仪器高法两次仪器高法在每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线（改变仪器高度应在10cm以上）来测定相邻两点间的高差；如果两次高差观测值不相等，对图根水准测量，其差的绝对值应小于5mm，否则应重测。

表2-1为一附合水准路线进行水准测量的记录计算格式，表中圆括弧内的数值为两次高差之差。

2）双面尺法双面尺法用双面尺法进行水准测量就是同时读取每一把水准尺的黑面和红面分划读数，然后由前后视尺的黑面读数计算出一个高差，前后视尺的红面读数计算出另一个高差，以这两个高差之差是否小于某一限值来进行检核。

在每一测站上仪器高度不变，这样可加快观测的速度。

立尺点和水准仪的安置同两次仪器高法。

在每一测站上，仪器经过粗平后，其观测程序为：

瞄准后视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺黑面分划精平读数；瞄准前视点水准尺红面分划精平读数；瞄准后视点水准尺红面分划精平读数。

其观测顺序简称为“后一前一前一后”，对于尺面分划来说，顺序为“黑一黑一红一红”。

由于在一对双面水准尺中，两把尺子的红面零点注记分别为4687和4787，零点差为100mm，在表2-2每站观测高差的计算中，当4787水准尺位于后视点，4687水准尺位于前视点时，采用红面尺读数计算出的高差比采用黑面尺读数计算出的高差大100mm；当4687水准尺位于后视点，4787水准尺位于前视点时，采用红面尺读数计算出的高差比采用黑面尺读数计算出的高差小100mm。

每站高差计算中，要先将红面尺读数计算出的高差加或减100mm后才能与黑面尺读数计算出的高差取平均。

拓展：

水准测量的注意事项拓展：

水准测量的注意事项1）观测观测

（1）观测前应认真按要求检校水准仪，检查水准尺。

（2）仪器应安置在土质坚实处，并踩实三脚架。

（3）水准仪至前、后视水准尺的视距应尽可能相等。

（4）每次读数前，注意消除视差，只有当符合水准气泡居中后，才能读数，读数应迅速、果断、准确，特别应认真估读毫米数。

（5）晴好天气，仪器应打伞防晒，操作时应细心认真，做到“人不离开仪器”。

（6）只有当一测站记录计算合格后方能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手扶托仪器，一手握住脚架稳步前进。

2）记录记录

（1）认真，边记边复报数字，准确无误地记入记录手簿相应栏内，严禁伪造和转抄。

（2）字体要端正、清楚，不准连环涂改，不准用橡皮擦改，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写。

（3）每站应当场计算，检查符合要求后才能通知观测者搬站。

3）扶尺扶尺

（1）扶尺员应竖直水准尺，注意保持尺上圆气泡居中。

（2）转点应选择土质坚实处，并将尺垫踩实。

（3）水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不受碰动。

四、水准点四、水准点四、水准点四、水准点水准点水准点水准点水准点（BenchMark）（BenchMark）：

用水准测量的方法测定的高程达：

用水准测量的方法测定的高程达到一定精度的高程控制点，简记为到一定精度的高程控制点，简记为BMBM。

水准点分为永。

水准点分为永久性和临时性两种。

久性和临时性两种。

转点转点（TurningPoint）:

（TurningPoint）:

传递高程的作用的中间点。

传递高程的作用的中间点。

1号楼5号楼21号楼至南湖新村水准点水准点为统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点（benchmark，通常缩写为BM）。

一、二等水准测量为精密水准测量（preciseleveling），三、四等水准测量为普通水准测量（generalleveling）。

采用某等级的水准测量方法测出其高程的水准点称为该等级水准点；各等水准点均应埋设永久性标石或标志，水准点的等级应注记在水准点标石或标记面上。

水准点标石的类型可分为：

基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙脚水准标志四种，其中混凝土普通水准标石和墙脚水准标志的埋设要求见图1，水准点在地形图上的表示符号见下图所示。

五、水准路线五、水准路线五、水准路线五、水准路线1234BM1BM2BM3BM4BM512BM1BM212BM112343（a）（b）（c）（d）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水准网水准网六、水准测量成果计算六、水准测量成果计算六、水准测量成果计算六、水准测量成果计算不同水准路线数据处理要求不同水准路线数据处理要求：

（1）闭合水准路线）闭合水准路线h理理=0fh=h测测地）（12平地）（40容容山mmnfmmLfhh式中式中fh容容为高差闭合差的容许值；为高差闭合差的容许值；L为水准路线长度，为水准路线长度，以以km为单位；为单位；n为水准路线测站数。

当地形起伏较大，为水准路线测站数。

当地形起伏较大，每每1km水准路线超过水准路线超过16个测站时按山地计算容许闭合差个测站时按山地计算容许闭合差。

0-26+0.02616-1.637-5-1.6323-0.730-8-0.7225+0.300-2+0.3021+1.817-6+1.823426.262BM826.992426.692324.875226.512126.262+0.250-5+0.2553BM8备注高程（m）该正后高差（m）改正数（mm）观测高差（m）测站数点号

（2）附合水准路线）附合水准路线高差闭合差高差闭合差h理理=（H终终-H始始）fh=h测测-（H终终-H始始）n=20fh=h测-h理=3.766-（425.062-421.326）=0.030mfh容=54mmfhfh容符合要求0.143-90.1526-0.333-7.5-0.32553.736303.766202.505-62.51141.421-7.51.4285425.062BMB422.5573421.1362421.4691421.326BMA备注高程（m）该正后高差（m）改正数（mm）观测高差（m）测站数点号（3）支水准路线高差闭合差）支水准路线高差闭合差支水准路线在外业工作时已进行了往返观测，每测段都有往测高差h往和返测高差h返，每一测段的往、返相当于一个小闭合路线，其闭合差为fh=h往+h返。

如闭合差在容许范围以内，则可取其绝对值的平均值作为测段高差，符号与往测相同，用这个高差即可计算支线各点高程。

fh=h往往+h返返内业数据处理详解：

一、附合水准路线的内业计算如图为一附合水准路线：

A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.623m点1、2、3为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：

kmLnh0.18575.1111kmLnh2.112036.2222kmLnh4.114742.1333kmLnh2.216446.1444AB123前进方向备注测段点名距离km测站数实测高差m改正数m改正后的高差m高程m1234567891234A123B1.08+1.5751.212+2.0361.414-1.7422.216+1.4465.850+3.315-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420+3.24765.37666.93968.96167.20368.623mmfh68mmmmfh968.540允kmL8.5mmLfh12附合水准测量成果计算表已知已知辅助计算1、计算闭合差：

）（ABhHHhf）376.65623.68（315.3m068.02、检核：

mmLfh40允mm968.540允hhff3、计算改正数分配原则：

按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。

ihillfv按距离：

按测站数：

ihinnfv以第1测段为例，测段改正数为：

11llfvhm012.01）8.5068.0（检核：

hfv4、计算改正后高差iiivhh改检核：

ABiHHh改以第1测段为例，改正后的高差为：

mvhh563.1012.0575.1111测改5、计算高程改iiihHH1如：

mhHHA939.66563.1376.6511改检核：

mHHBB623.66（（已知）算）否则说明高程计算有误。

二、闭合水准路线成果计算1、计算闭合差：

2、检核：

3、计算高差改正数：

闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。

测hfh允hhffihillfvihinnfv4、计算改正后高差：

5、计算各测点高程：

iiivhh改改iiihHH1三、支水准路线成果计算11、计算闭合差：

返往hhfh2、检核：

m021.0396.1375.1mmnfh48161212允，故精度符合要求。

3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）mhA386.12）396.1375.1（14、计算高程H1=186.785-1.386=185.399m（HA=186.785m）允hhffmhA357.11（往）mhA396.11（返）1、水准测量一测站操作训练.2、水准路线测量训练.3、水准测量成果计算训练.任务三：

三角高程测量任务三：

三角高程测量适用条件：

在山区和井下主要斜巷中进行水准测量困难时采用，操作简便。

速度快，能保证必需的精度。

实质：

根据两点间的水平距离或倾斜距离和竖直角计算两点间的高差。

已知A点高程，欲求B点的高程：

可在A点架设经纬仪，用望远镜瞄准B点目标，测得竖直角，并量取经纬仪水平轴到A点的高度，称为仪器高i，量取望远镜中丝与目标的交点到B点的高度，称为觇标高v，测定AB两点间的水平距离l或倾斜距离L。

AB两点间的高差为：

vilhilvhtantanviLhsinB点的高程为：

vilHhHHAABtan当AB两点间的距离大于300m时，应考虑地球曲率和大气折光的影响，称为球气差改正，用f表示。

Rlf243.0L:

两点间的水平距离mR:

地球的平均半径6371km三角高程测量一般应进行往返观测。

目的：

往返观测可消除地球曲率和大气折光的影响。

由A点向B点观测称为直觇。

由B点向A点观测称为反觇。

1、竖直角观测训练.2、计算高差、高程.1、概念：

测站、转点、测段、高差闭合差、限差2、简述水准测量操作过程？

3、水准测量实施的两种手段分别是什么？

4、P64：

7题？

5、P65：

8题？

作业：

作业：

P64：

7题P65：

8题thankyou！