地形测量水准测量.docx
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地形测量水准测量
《地形测量》教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第3次课
班级：
编制日期：
2005年月日
教学单元（章节）：
第二章水准测量§2-1水准测量的原理
§2-2水准仪和水准尺
目的要求：
1．掌握水准测量的原理。
2．掌握水准仪的安置、操作使用及水准尺的读数方法。
知识要点：
1．水准测量的原理。
2．水准仪的使用和水准尺的读数。
技能要点：
1．普通水准测量的方法。
2．视差的消除方法。
教学步骤：
绘图讲授——提问式讨论——仪器演示操作——总结——作业布置
教具及教学手段：
板书、水准仪演示、讲授。
作业布置情况：
1．绘图说明水准测量的基本原理。
2．什么叫视准轴？
什么叫水准管轴？
3．什么叫水准管分划值？
它的大小和整平仪器的精度有什么关系？
4．什么叫视差？
产生视差的原因是什么？
如何消除视差？
5．水准仪的圆水准器和管水准器的作用有何不同？
水准测量时，读完后视读数后转动望远镜瞄准前视尺时，圆水准气泡和符合气泡都有少许偏移（不居中），这时应如何调节仪器，才能读前视读数？
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
高程测量是测量工作的基本内容之一。
水准测量是测量地面点高程常用的一种方法。
水准测量分为国家一、二、三、四等水准测量和普通水准测量（也叫等外水准测量）。
本章主要介绍普通水准测量和三、四等水准测量。
§2-1水准测量原理
一、水准测量的原理
利用水准仪提供的水平视线，对竖立在地面两点上的水准尺上分别读取水平视线的读数，以测定两点间的高差，从而由已知点的高程推算未知点的高程。
1．高差法
A、B两点间的高差：
hAB=后视读数a－前视读数b＝a－b
若A点高程HA已知，则B点的高程可表示为：
HB＝HA＋hAB＝HA＋a－b
2．仪器高法
式中（HA＋a）称为视线高，用hi表示，则：
HB＝Hi－b
二、连续水准路线的计算方法
hAB=（a1－b1）+（a2－b2）＋……＋（an－bn）
=∑（a－b）
=∑hi
对上式求和：
hAB=（a1－b1）+（a2－b2）＋……＋（an－bn）
=∑（a－b）
=∑hi
已知点——高程已知的水准点。
待定点——高程未知的水准点。
测站——每架设一次仪器，称为一个测站。
转点——自身高程不需要测定，只是用来传递高程的立尺点。
当|S1-S2|≤3m时，可近似h12=a－b
教学内容
板书或旁注
§2-2水准测量的仪器和工具
水准仪和水准尺是实施水准测量的主要仪器。
按等级分为精密型（DS0.5、DS1、N3）和普通型水准仪（DS3、DS10）指每公里往、返测得高差中数的中误差，以毫米计。
“D”和“S”分别为“大地测量”和“水准测量”的汉语拼音第一个字母，“0.5”、“1”、“3”代表仪器可能达到的指标称精密度，即指每公里往、返测得高差中数的中误差，以毫米计。
N3是国外精密型水准仪。
按安平（整平）方式的不同水准仪又可分微倾水准仪和自动安平水准仪。
一、DS3型（S3）微倾式水准仪
水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。
1．望远镜
望远镜的作用是提供一条照准目标的视线。
主要用于照准目标并在水准尺上读数。
视准轴——物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。
2．水准器
水准器有管水准器和圆水准器两种。
水准器是用来标志视准轴是否水平或仪器竖轴是否铅直的装置。
（1）管水准器
水准管轴——通过零点与圆弧相切的直线，称为水准管轴。
水准管分划值——水准管上相邻两分划线间的圆弧（弧长2mm）所对的圆心角称为水准管分划值。
（2）圆水准器
圆水准器轴——通过零点所作球面的法线，称为圆水准器轴。
DS3水准仪圆水准器分划值一般为8′/2mm～10′/2mm。
3．基座
基座主要由轴座、脚螺旋和连接板组成。
其作用是支撑仪器的上部。
整个仪器用中心连接螺旋与三脚架连接。
二、水准尺和尺垫
1．水准尺
水准尺是水准测量时使用的标尺，常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。
2．尺垫
作用：
其半球顶点作为转点标志，水准仪立于其上，可减小水准尺的下沉，保证测量精度。
分划值越小，灵敏度越高；所需时间越长。
注意：
已知点和待定点上不能安放尺垫；尺垫只能安放与转点之上。
教学内容
板书或旁注
三、水准仪的使用
DS3型水准仪的使用程序可归纳为：
粗略整平、瞄准目标、精确整平、读数记录。
1．粗略整平
粗略整平简称粗平，是调节仪器脚螺旋使圆水准器气泡居中，以达到水准仪的竖轴铅直，视线大致水平的目的。
2．瞄准目标
瞄准目标简称瞄准。
瞄准分为粗瞄和精瞄。
A．先转动目镜调焦螺旋，将十字丝调至清晰；
B．转动望远镜，利用镜筒上面的瞄准器，基本瞄准水准尺，之后立即用制动螺旋将仪器制动；
C．通过望远镜瞄准水准尺，转动物镜调焦螺旋至成像清晰，以消除视差；
D．调节水平微动螺旋，使十字丝的竖丝对准水准尺的中间微偏一点，以便读数。
（c、d可互换或交替进行）
视差——观测者的眼睛靠近目镜端上下微微移动就会发现读数也发生变动，这种现象称为。
视差的存在将影响观测结果的准确性，应予消除。
消除视差的方法是仔细反复进行目镜和物镜调焦，使尺像和十字丝均位于清晰状态。
3．精确整平
精确整平简称精平，就是调节微倾螺旋，使符合水准器气泡居中。
4．读数记录
符合水准器气泡居中后，即可读取十字丝中丝在水准尺上的读数。
读出米、厘米、分米、毫米四位数，毫米位是估读的。
上丝读数、下丝读数（合称视距读数）、中丝读数
例如：
1.354读作1354
2.000读作2000
0.089读作0089
注意：
当望远镜瞄准另一方向时，符合气泡两侧如果分离，则必须重新转动微倾螺旋使水准管气泡符合后才能对水准尺进行读数。
教师授课教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第4次课
班级：
编制日期：
2005年月日
教学单元（章节）：
第二章水准测量实训一：
DS3水准仪的认识和使用
目的要求：
1．了解DS3型水准仪各部件及作用。
2．练习水准仪的安置、瞄准与读数。
3．测量地面两点间的高差。
知识要点：
1．水准仪的使用。
2．水准尺的读数。
技能要点：
1．水准仪的使用。
2．视差的消除方法。
3．水准尺的读数。
教学步骤：
老师在现场通过仪器示范讲解——学生实践——老师分组指导——老师逐一检查实习效果并指导——总结
教具及教学手段：
水准仪、水准尺、尺垫；现场仪器示范讲解。
作业布置情况：
整理填写实习报告。
简述DS3型微倾水准仪的使用方法。
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
实训一：
DS3水准仪的认识和使用
一、计划与设备
1．实训学时数安排2学时，实训小组由4－5人组成。
2．实训设备为每组DS3型水准仪1台，水准尺一对，记录板一块。
3．实训场地安排不同高度的五根水准尺，各组在练习仪器安置、整平、瞄准、精平、读数的基础上，每人练习观测三根水准尺，分别编号为A、B、C，记录在实训报告中。
二、方法与步骤
1．安置仪器
将三角架张开，使其高度在胸口附近，架头大致水平，并将脚尖踩入土中，然后用连接螺旋将仪器连在三脚架上。
2．认识仪器
了解仪器各部件的名称及其作用并熟悉其使用方法。
同时熟悉水准尺的分划注记。
3．粗略整平
先对向转动两只脚螺旋，使圆水准器气泡向中间移动，再转动另一脚螺旋，使气泡移至居中位置。
4．瞄准
转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；转动仪器，用准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋（手感螺旋有阻力），转动微动螺旋，使水准尺成像在十字丝交点处。
当成像不太清晰时，转动对光螺旋，消除视差，使目标清晰。
5．精平、读数
在水准管气泡窗观察，转动微倾螺旋使符合水准管气泡两端的半影像吻合，视线即处于精平状态，在同一瞬间立即用中丝在水准尺上读取米、分米、厘米，估读毫米，即读出四位有效数字。
三、注意事项
1．不要在没有消除视差情况下进行读数。
2．在水准尺上读数时，符合水准气泡必须居中，不能用脚螺旋调整符合水准气泡居中。
教师授课教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第5次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章水准测量§2-3水准测量的方法
目的要求：
1．掌握普通水准测量的方法。
2．掌握单一水准路线的种类及其高差闭合差的计算。
知识要点：
1．普通水准测量的方法。
2．单一水准路线的种类及其高差闭合差的计算。
技能要点：
1．普通水准测量的方法。
2．闭合差的计算方法。
教学步骤：
讲授——提问式讨论——绘图讲授——总结——作业布置
教具及教学手段：
板书、水准仪演示、讲授。
作业布置情况：
1．简述普通水准测量的方法。
2．水准仪的圆水准器和管水准器的作用有何不同？
水准测量时，读完后视读数后转动望远镜瞄准前视尺时，圆水准气泡和符合气泡都有少许偏移（不居中），这时应如何调节仪器，才能读前视读数。
3．单一水准路线有几种？
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
§2-3水准测量的方法
一、水准点和水准路线
踏勘——到实地查看图上设计是否与实地相符。
选点——选择水准点具体位置饿工作。
埋石——水准点的标定工作。
1．水准点
是高程控制点，是通过水准测量的方法测定其高程，常用BM表示水准点。
水准点有永久性和临时性两种。
点之记——在埋设水准点后，立即绘制出水准点与附近地物的关系图，并在图上写明水准点的编号和高程。
（点之记是方便日后寻找水准点之用）
2．水准路线
水准路线是水准测量所经过的路线，根据已知水准点的分布情况，单一水准路线布设成下面三种形式。
（1）闭合水准路线
（2）附合水准路线（3）支水准路线
二、水准测量的施测
1．拟定水准路线
2．选点、埋石
3．步骤：
A．在已知点上安放水准尺作为后视；
B．在前进方向取适当位置安放尺垫，放水准尺作前视；
C．使前后视距大致相等，在两尺之间安放水准仪；
D．将水准仪瞄准后尺，整平，读中丝；
E．转动望远镜瞄前尺，读中丝。
F．计算高差。
方法：
水准测量一般是从已知水准点开始，经过待定点测量，形成一定的水准路线，求出待定点的高程。
另外，由若干条单一水准路线相互连接构成结点或网状形式，称为水准网。
教学内容
板书或旁注
hA1=a1－b1；
h12=a2－b2；
h23=a3－b3；
h3B=a4－b4；
将上述公式相加得：
hAB=hA1+h12+h23+h3B=∑a－∑b
则：
HB=HA+hAB=HA+（∑a－∑b）
三、水准测量的检核
1．计算检核
计算检核可以检查出每站高差计算中的错误，及时发现并纠正错误，保证计算结果的正确性，计算检核可按下式进行：
∑后－∑前=∑h=H终－H始
2．测站检核
（1）变动仪器高法
在一测站上测得高差后，重新安置仪器（将水准仪声高或降低10cm以上），再测一次高差。
（2）双面尺法
在一测站上利用双面尺的黑红测得两个高差。
3．成果检核
高差闭合差——实际测量得到的该段高差与该段高差的理论值之差即为测量误差，用fh表示。
（1）闭合水准路线：
∑h理=0fh=∑h测-∑h理=∑h测
（2）附合水准路线：
∑h理=HB-HAfh=∑h测-（HB-HA）
（3）支线水准路线，往返测量值理论之和应等于零：
∑h理=0fh=∑h往+∑h返
教学内容
板书或旁注
四、水准测量的限差规定
等级
允许闭合差（mm）
一般应用范围举例
三等
有特殊要求的较大型工程、城市地面沉降观测等；
四等
综合规划路线、普通建筑工程、河道工程等；
等外
（图根）
水利工程、山区线路工程、排水沟疏浚工程、小型农田等；
教师授课教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第6次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章水准测量实训二：
普通水准测量
目的要求：
1．掌握普通水准测量的观测、记录和检核的方法。
2．高差闭合差符合普通水准测量的精度要求。
3．掌握水准测量的闭合差调整及求出待定点高程。
知识要点：
1．普通水准测量的观测、记录和计算及精度评定。
技能要点：
1．普通水准测量的方法。
2．转站。
教学步骤：
老师在现场通过仪器示范讲解——学生实践——老师分组指导——老师逐一检查实习效果并指导——总结
教具及教学手段：
水准仪、水准尺、尺垫；现场仪器示范讲解。
作业布置情况：
1．计算整理实习报告；
2．对外业观测成果进行内业计算。
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
实训二：
普通水准测量
一、计划与设备
1．实训安排2学时，实训小组由4－5人组成。
2．实训设备每组为水准仪一台，水准尺2根，尺垫2个，记录板1块。
3．实训场地选定一条闭合（或附合）水准路线，其长度以安置4－6个测站为宜，中间设待定点B。
4．从已知水准点A出发，水准测量至B、C点，然后再测至A点（或另一个水准点）。
根据已知点高程（或假定高程）及各测站的观测高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查是否超限。
对闭合差进行调整，求出待定点B、C的高程。
二、方法与步骤
1．背离已知点方向为前进方向，在A、B、C点间要设若干转点。
第1站安置水准仪在A点与转点1（拼音缩写ZD1、英文缩写TP1）之间，前、后距离大约相等，其距离不超过100米。
2．操作程序是后视A点上的水准尺，精平，用中丝读取后尺读数，记入表中。
前视转点1上的水准尺，并精平读数，记入表中。
然后立即计算该站的高差。
3．迁至第2站，继续上述操作程序，直到最后回到A点（或另一个已知水准点）。
4．根据已知点高程及各测站高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查高差闭合差是否超限，其限差公式为：
或
式中：
n——测站数；
L——水准路线的长度，以km为单位。
5．若高差闭合差在容许范围内，则对高差闭合差进行调整，计算各待定点的高程。
三、注意事项
1．在每次读数之前，要消除视差，并使符合水准气泡严格居中。
2．在已知点和待定点上不能放置尺垫，但转点必须用尺垫，在仪器迁站时，前视点的尺垫不能移动。
教师授课教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第7次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章水准测量§2-4水准测量成果的计算
目的要求：
掌握水准测量内业成果的计算方法。
掌握高差闭合差的调整、分配及待定点高程的计算方法。
知识要点：
水准测量成果的整理和计算。
高差闭合差的调整、分配及待定点高程的计算。
技能要点：
普通水准测量的方法。
教学步骤：
讲授——提问式讨论——绘制图表讲授——作业布置
教具及教学手段：
板书、图表、讲授
作业布置情况：
附合水准路线的成果计算P30－6。
闭合水准路线的成果计算P30－7。
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
§2-4水准测量成果的计算
一、检查外业观测手簿
1．确定水准路线的推算方向；
2．从观测手簿中逐一摘录各测段的观测高差hi；
3．摘录各测段的距离Li或测站数ni；
4．抄录起、终水准点的已知高程H起、H终，绘制水准路线略图。
二、内业成果计算的基本方法和步骤
1．计算实测高差闭合差fh和高差闭合差的允许值fh允；
（1）如果|fh|≤|fh允|，进行后续计算；
（2）如果|fh|＞|fh允|，必须重测。
2．对高差闭合差fh进行调整和分配；
分配原则：
将高差闭合差按测站数或距离成正比反符号平均分配到各观测高差中。
设每一测段高差改正数为vi，则：
或
检核式：
∑v=－fh
3．计算改正后每测段的高差值hi′；
hi′=hi+vi
检核式：
∑h′=∑h理
4．待定点高程H待i的计算
检核式：
教学内容
板书或旁注
三、闭合水准路线的成果计算算例
点名
测站数
实测高差
（m）
高差改正数
（m）
改正后高差
（m）
高程
（m）
备注
BM
5
＋0.746
＋0.006
＋0.752
52.358
A
53.110
4
＋1.374
＋0.005
＋1.379
B
54.489
8
－2.553
＋0.01
－2.543
C
51.946
6
＋0.405
＋0.007
＋0.412
BM
52.358
23
－0.028
＋0.028
0
∑
辅助计算
fh＝∑h＝－0.028m＝－28mm
1、某附合水准路线观测成果如下图所示，试计算各待定点1、2、3的高程。
（fh允=±40√L）
教师授课教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第8次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章：
水准测量§2-5三、四等水准测量
目的要求：
1．掌握三、四等水准测量的施测方法。
2．掌握三、四等水准测量的技术指标。
3．掌握三、四等水准测量的内业计算。
知识要点：
1．四等水准测量一测站的观测程序、记录及测站计算。
技能要点：
1．三、四等水准测量的施测
教学步骤：
讲授——提问式讨论（了解掌握效果）——讲授——总结——作业布置
教具及教学手段：
课件、图表、讲授
作业布置情况：
1．填表计算四等水准测量的外业观测记录P30－8。
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
§2-5三、四等水准测量
一、技术要求
三、四等水准测量是工程测量和大比例尺测图的基本控制，精度高，要求严格。
四等水准测量的技术指标
①标准视线长度≤100m
②视距差≤3m
③视距累积差≤10m
④罴红面读数差≤3mm
⑤罴红面所测高差之差≤5mm
二、三四等水准测量的施测方法
1．水准测量每一站的观测顺序
（1）三等水准测量每一站的观测顺序（后一前一前一后）
后视黑面尺读下、上、中丝；
前视黑面尺读下、上、中丝；
前视红面尺读中丝；
后视红面尺读中丝；
（2）四等水准测量每一站的观测顺序（后一后一前一前）
后视黑面尺读下、上、中丝
（1）、
（2）、（3）；
后视红面尺读中丝（4）；
前视黑面尺读下、上、中丝（5）、（6）、（7）；
前视红面尺读中丝（8）
2．测站计算与校核
①视距部分：
（9）=[
（1）–
（2）]×100；
（10）=[（5）–（6）]×100；
（11）=（9）–（10）；
（12）=本站的（11）+前站的（12）
②高差部分：
（13）=（3）+K后–（4）；
（14）=（7）+K前–（8）；
（15）=（3）–（7）；（16）=（4）–（8）；
（17）=（15）–（16）±100=（13）–（14）；（检核）
（18）=1/2*{（15）+[（16）±100]}；
四等水准测量也可按照三等水准测量的观测顺序。
测站编号
后尺
下丝
前尺
下丝
方向及尺号
标尺读数
K+黑减红
（mm）
高差
中数
（m）
上丝
上丝
后视距
前视距
黑面
红面
视距差d（m）
累计差∑d（m）
（1）
（5）
后K1
（3）
（4）
（13）
（18）
（2）
（6）
前K2
（7）
（8）
（14）
（9）
（10）
后-前
（15）
（16）
（17）
（11）
（12）
1
2121
2196
后K1
1934
6621
0
-0.0745
1747
1821
前K2
2008
6796
－1
37.4
37.5
后-前
-0074
-0175
+1
－0.1
－0.1
2
1914
2055
后K2
1726
6513
0
-0.142
1539
1687
前K1
1869
6554
+2
37.5
37.7
后-前
-0143
-0041
－2
－0.2
－0.3
三、每页计算和检核
1．高差部分
测站数为偶数时：
∑[（3）+（4）]-∑[（7）+（8）]=∑[（15）+（16）]=2∑（18）
测站数为奇数时：
∑[（3）+（4）]-∑[（7）+（8）]=∑[（15）+（16）]=2∑（18）±0.1
2．视距部分
后视距总和与前视距总和之差应等于末站视距累积差。
即：
∑（9）-∑（10）=末站（12）
校核无误后，算出总视距：
水准测量的总视距为:
∑（9）+∑（10）
四、成果计算
在完成水准路线观测后，计算高差闭合差，经检核合格后，调整闭合差并计算各点高程。
教师授课教案
课程名称：
地形测量2005年至2006年第一学期第9-10次课
班级：
编制日期：
20年月日
教学单元（章节）：
第二章水准测量实训三、四：
四等水准测量
目的要求：
1．掌握四等水准测量一测站的观测程序。
2．掌握四等水准测量一测站的记录、计算。
3．掌握四等水准测量的技术指标。
知识要点：
1．四等水准测量一测站的观测程序、记录及测站计算。
2．高差闭合差的计算与调整。
技能要点：
1．四等水准测量的施测、计算。
教学步骤：
老师在现场通过仪器示范讲解——学生实践——老师分组指导——老师逐一检查实习效果并指导——总结
教具及教学手段：
水准仪、水准尺、尺垫；现场仪器示范讲解。
作业布置情况：
1．说明四等水准测量一测站的观测程序及限差要求。
2．计算整理实习报告。
3．整理外业观测成果，进行内业成果计算。
教学内容
板书或旁注
第二章水准测量
实训三、四：
四等水准测量
一、计划与设备
1．实训时数安排4时，实训小组由4－5人组成。
2．实训设备每组为水准仪一台，水准尺2根，尺垫2个，记录板1块。
3．任务一：
各组分别观测两根固定水准尺，用四等水准测量的方法测量两点之间的高差，熟练掌握四等水准测量一测站的观测、记录和计算。
（1学时）
任务二：
在实训场地选择一条闭合水准路线，中间设置三个坚固点A、B、C作为水准点，以A点为已知高程点假定高程为10.000m。
由A点出发，测定B、C点高程，并测回到A点，组成闭合水准路线。
计算闭合差及其允许值。
（3学时）
二、方法与步骤
任务一：
1．在实训场地上确定两个高程不相等的固定点1、2，安放两根水准尺。
2．在两尺中间架设水准仪，每测站观测程序为：
（1）后视黑面尺，长水准器气泡居中，读中、下、上丝读数。
（2）后视红面尺，长水准器气泡
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