水准测量教程

1、测量教程水准测量1水准测量原理水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来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。 设后视A尺读数为a ，前视B尺读数为b ，则A、B两点高差为 高差法： 视线高法： 2 水准仪的基本结构及其应满足的条件：为了照准标尺进行读数就必须有一个构成视准轴及可绕垂直轴旋转的望远镜；为使视准轴整平至水平位置，要有一个与望远镜相联系的水准器；为了整置水准器，需要有与水准器相联系的脚螺旋和其他部件。所以水准仪的基本部件为：望远镜，水准器，垂直轴和脚螺旋。这些部件所必需具备的基本条件为:a 视准轴与水准器轴平行b 水准器轴与竖轴正交c圆水准器轴

2、应平行于仪器的竖轴； d十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴； 3 水准测量的仪器和工具 水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为脚架，水准尺和尺垫。水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DS3和DSl0等四个等级。建筑工程测量广泛使用DS3级水准仪。因此，本章着重介绍这类仪器。 3.1、水准仪的结构 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，水准仪构成主要有望远镜、水准器及基座三部分。 3.11望远镜DS3水准仪望远镜主要由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板所组成。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，

3、竖直的一条称竖丝，横的一条称为中丝，是为了瞄准目标和谈取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，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，平板玻璃片装在分划板座上，分划板座固定在望远镜筒上。 十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴或视线。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。 对光凹透镜可使不同距离的目标均能成像在十字丝乎面上。再通过目镜，便可看清同时放大了的十字丝和目标影像。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。DS3级水准仅望远镜的放大率一般为28倍。 3.1.2

4、60;水准器：分为管水准器和圆水准器。 水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。有管水准器和圆水准器两种。管水准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指示竖轴是否竖直。 (1)管水准器又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡。由于气泡较轻，故恒处于管内最高位置。 水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点0，称为水准管零点。通过零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴。当水准管的气泡中点与水准管零点重合时，称为气泡居中；这时水准管轴工人处于水平位置。水准管圆弧2mm所对的圆心角称为水准管分划值。安装在DS3级

5、水准仪上的水准管，其分划值不大于202mm。 微倾式水准仪在水准管的上方安装一组符合棱镜，通过符合棱镜的反射作用，使气泡两端的像反映在望远镜旁的符合气泡观察窗中。若气泡两端的半像吻合时，就表示气泡居中。若气泡的半像错开，则表示气泡不居中，这时，应转动微倾螺旋，使气泡的半像吻合。 (2)圆水准器圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为水准器的零点。通过零点的球面法线为圆水准器轴线，当圆水准器气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。 (3)基座基座的作用是文承仪器的上部并

6、与三脚架连接。它主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。 3.2、水准尺和尺垫 a 水准尺是水准测量时使用的标尺。其质量好坏直接影响水准测量的精度。因此，水准尺需用不易变形且干燥的优质木材制成； 要求尺长稳定，分划准确。常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。三、四等水准测量。其长度有2m和3m两种，且两根尺为一对。尺的两面均有刻划，一面为红白相间称红面尺；另面为黑白相间，称黑面尺(也称主尺)，两面的刻划均为1cm，并在分米处注字。两根尺的黑面均由零开始；而红面，一根尺由4.687m开始至6.687m或7.687m，另一根由4.787m开始至6.787m或7.787m。 尺垫是在转

7、点处放置水准尺用的，它用生铁铸成，一般为三角形，中央有一突起的半球体，下方有三个支脚。用时将支脚牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。 3.3 水准尺应满足的基本要求：1 温度湿度变化时标尺的长度变化很小2 水准尺的分化间隔必须很准确，分化的系统误差和偶然误差都应该很小3 水准尺的尺面应该全长笔直，且不易发生弯曲变形；4 为了能将标尺垂直竖立，在标尺上应安装有足够精度的圆水准器5 为使尺长不应标尺底部磨损而改变，在标尺底部应安装坚固的金属板。通过实践证明，将控制方法应用到实际工作中后，没有出现过错误，达到了“多干事、动作快、效率好、省时间”的目的。4 水准

8、仪及水准测量过程中误差来源及校正方法4.1、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正(1) 检验：转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，将仪器绕竖轴旋转180°后，若气泡仍居中，则说明圆水准器轴平行于仪器竖轴。否则需要校正。(2) 校正：先稍松圆水准器底部中央的固紧螺丝，再拨动圆水准器的校正螺丝，使气泡返回偏离量的一半，然后转动脚螺旋使气泡居中。如此反复检校，直到圆水准器在任何位置时，气泡都在刻划圈内为止。最后旋紧固紧螺旋。4.2、十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验与校正(1) 检验：以十字丝横丝一端瞄准约20m处一细小目标点，转动水平微动螺旋，若横丝始终不离开目标点，则说明十字丝横丝垂直于仪器竖轴

9、。否则需要校正。(2) 校正：旋下十字丝分划板护罩，用小螺丝刀松开十字丝分划板的固定螺丝，微略转动十字丝分划板，使转动水平微动螺旋时横丝不离开目标点。如此反复检校，直至满足要求。最后将固定螺丝旋紧，并旋上护罩。4.3水准测量误差主要有仪器误差、观测误差和外界条件的影响。 4.3.1 视准轴平行于水准管轴的检验校正(i角误差)检验 在S1处安置水准仪，从仪器向两侧各量40米，定出等距离的A、B两点，打木桩或放置尺垫标志之。 1）在S1处用变动仪高法，测出A、B两点的高差。若两次测得的高差之差不超过3mm，则取其平均值hAB作为最后结果。由于距离相等，两轴不平行的误差h可在高差计算中自动消除，故h

10、值不受视准轴误差的影响。 2）安置仪器于B点附近的S2处，离B点约3米左右，精平后读得B点水准尺上的读数为b2，因仪器离B点很近，两轴不平行引起的读数误差可忽略不计。故根据b2和A、B两点的正确高差h算出A点尺上应有读数为 然后，瞄准A点水准尺，读出水平视线读数 ，如果 与 相等，说明两轴平行，否则存在I角，其值为 对于DS3级微倾水准仪，I值不得大于20。 校正 转动微倾螺旋使中丝对准A点尺上正确读数c2，此时视准轴处于水平位置，但管水准气泡必然偏离中心。用拨针拨动水准管一端的上、下两个校正螺丝，使气泡的两个半象符合。 4.3.2仪器误差之二是水准尺误差 主要包含尺长误差（尺子长度不准确）、

11、刻划误差（尺上的分划不均匀）和零点差（尺的零刻划位置不准确），对于较精密的水准测量，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。尺的零误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用（在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。 4.3.3观测误差之一是符合水准管气泡居中的误差 由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，主要是水准管分划值的大小。此外，读数误差与视线长度成正比。水准管居中误差一般认为是0.1·，根据公式m居=0

12、.1··S/，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20，视线长度S为75m，=206265，那么，m居=0.4mm。由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，此误差可以消除。 4.3.4观测误差之二是视差的影响 当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差。 4.3.5观测误差之三是水准尺的倾斜误差 水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不

13、易察觉。尺子倾斜总是使尺上读数增大。它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距地面的高度）有关。尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。 所产生的读数误差为a=a（1-cos）。当=3o，a=1.5m时，a=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m, 则a=2.33mm，。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。尺上有圆水准的应使气泡居中。必要时可用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺

14、的最大读数。最重要的是在转点位置。4.3.6外界条件和下沉的影响 用水平面代替水准面对高程的影响，可以用公式h=D2/（2R）表示，地球半径R=6371Km，当D=75m时，h=0.44cm；当D=100m时，h=0.08cm；当D=500m时，h=2cm；当D=1Km时，h=8cm；当D=2Km时，h=31cm；显然，以水平面代替水准面时高程所产生的误差要远大于测量高程的误差。所以，对于高程而言，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地球曲率对高程的影响。实测中采用中间法可消除。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲线，使读数减小，可以用公式h=D2/（2x7R）表示，视

15、线离地面越近，折射越大，因此，视线距离地面的角度不应小于0.3m，并且其影响也可用中间法消除或减弱。此外，应选择有利的时间，一日之中，上午10时至下午4时这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间，阴天、有微风的天气可全天观测。 仪器下沉是指在一测站上读的后视读数和前视读数之间仪器发生下沉，使得前视读数减小，算得的高差增大。为减弱其影响，当采用双面尺法或变更仪器高法时，第一次是读后视读数再读前视读数，而第二次则先读前视读数再读后视读数。即“后、前、前、后”的观测程序。这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。 水准尺下沉的

16、误差是指仪器在迁过程中，转点发生下沉，使迁站后的后视读数增大，算得的高差也增大。如果采取往返测，往测高差增大，返测高差减小，所以取往返高差的平均值，可以减弱水准尺下沉的影响。最有效的方法是应用尺垫，在转点的地方必须放置尺垫，并将其踩实，以防止水准尺在观测过程中下沉。 根据误差来源分析，严格执行上述控制误差的方法。就能够有效的把误差控制在精度要求内。 4.4结语 减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的步骤为代价。在测量中操作熟练，才能提高观测的速度，采取规范的办法，严格执行正确步骤，司仪与立尺互相配合，才能得到正确结果。 5 水准仪的使用 水准仪的使用包括仪器的安置、粗略整平、

17、瞄准水准尺、精平和读数等操作步骤。 5.1、安置水准仪 打开三脚架并使高度适中，目估使架头大致水平，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出水准仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。 5.2、粗略整平 粗平是借助圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅垂，从而视准轴粗略水平。在整平的过程中，气泡的移动方向与左手大拇指运动的方向致。 5.3、瞄准水准尺 首先进行目镜对光，即把望远镜对着明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。再松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜筒上的照门和准星瞄准水准尺，拧紧制动螺旋。然后从望远镜中观察；转动物镜对光螺旋进行对

18、光，使目标清晰，再转动微动螺旋，使竖丝对准水准尺。 当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标影像有相对运动，这种现象称为视差。产生视差的原因是目标成像的平面和十字丝平面不重合。由于视差的存在会影响到读数的正确性，必须加以消除。消除的方法是重新仔细地进行物镜对光，直到眼睛上下移动，读数不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。 5.4、精平与读数 眼睛通过位于目镜左方的符合气泡观察窗看水准管气泡，右手转动微倾螺旋，使气泡两端的像吻合，即表示水准仪的视准轴已精确水平。这时，即可用十字丝的中丝在尺上读数。现在的水准仪多采用倒像望远镜，因此读数时应从小往大，即从上往下读

19、。先估读毫米数，然后报出全部读数。 精平和读数虽是两项不同的操作步骤，但在水准测量的实施过程中，却把两项操作视为一个整体；即精平后再读数，读数后还要检查管水准气泡是否完全符合。只有这样，才能取得准确的读数。 6 水准测量的基本原则a 选择有利的观测时间。选择有利的观测时间，保证标尺在望远镜中的成像清晰，稳定。水准观测应在日出后半小时至正午前两小时和正午两小时半后至日落前半小时。气温突变，风力大于四级时，均不得进行观测。b 仪器前后视标尺至仪器的距离大致相等，视距差视线长度视线高度应满足规范规定这样可以消除或减弱与距离有关的误差影响如i角误差等c 相邻测站观测顺序应按“后前前后或前后后

20、前”进行，这样可以消除或减弱i角变化仪器垂直升降等与时间有关的误差影响。d 一个测段中的测站数应为偶数，以便消除标尺0点差的影响，另外有往测转为返测时两标尺应互换位置。e 三四等水准测量应根据”水准规范“的规定，采用往返测或单程双转点法观测f 水准测量中间歇时最好结束在固定点上，否则应选择两个可靠的点便于放置水准标尺在间歇后应对两个间歇点的高差进行检核，其结果应满足规范的要求。7 水准测量的限差要求项目等级视线长度前后视距差（m）前后视距累计差（m）视线高度（m）红黑面读数之差（mm）红黑面高差之差（mm）左右路线高差之差（mm）间歇点高差之差（mm）仪器类型视距（m）三等S1,S051002

21、.05.0三丝读数2.03.03.03.0S3 75四等S1,S051503.010.0三丝读数3.05.05.05.0S31008 水准测量外业工作 1、水准点（Bench Mark）及水准测量路线形式 为了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(Bench Mark)，简记为BM。水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。水准点有永久性和临时性两种。国家等级水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋到地面冻结线以下。在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀材料制成的半球状标志。有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙上水准点。

22、建筑工地上的永久性水准点一般用混凝土或钢筋混凝土制成，临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下，校顶钉以半球形铁钉。 埋设水准点后，应绘出水准点与附近固定建筑物或其它地物的关系图，在图上还要写明水准点的编号和高程，称为点之记，以便于日后寻找水准点位置之用。水准点编号前通常加BM字样，作为水准点的代号。水准测量路线形式主要有：闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。 2、水准测量的实施 当欲测的高程点距水准点较远或高差很大时，就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。为测A、B点高差，在AB线路上增加1、2、3、4、等中间点，将AB高差分成若干个水准测站。其中间

23、点仅起传递高程的作用，称为转点（Turning Point），简写为TP。转点无固定标志，无需算出高程。 三、四等水准测量记录表测自： 2010年 月 日时间 始： 时 分 天气：终： 时 分 成像： 第 页共 页测站测点后 尺上丝前 尺上 丝目 标标 尺 读 数K加黑减红高差中数备注下丝下 丝后 距前 距黑 面红 面视距d视距d后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前后前测量单位： 测量： 记录： 复核：显然，每安置一次仪器，便可测得一个高差，即 将各式相加，得 则B点的高程为 9、水准测量的检核 1计算检核 B点对A点的高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和

24、减去前视读数之和，因此，此式可用来作为计算的检核。但计算检核只能检查计算是否正确，不能检核观测和记录时是否产生错误。 2测站检核 B点的高程是根据A点的已知高程和转点之间的高差计算出来。若其中测错任何一个高差，B点高程就不会正确。因此，对每一站的高差，都必须采取措施进行检核测量。 1）变动仪器高法：同一测站用两次不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核。 2）双面尺法：仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。 3成果检核 测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。由于温度、风力、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等到外界条件

25、引起的误差，尺了倾斜和估读的误差，以及水准仪本身的误差等，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。 1）附合水准路线检核 2）闭合水准路线检核 3）支水准路线检核10 水准测量的内业 水准测量外业式作结束后，要检查手簿，再计算各点间的高差。经检核无误后，才能进行计算和调整高差闭合差。最后计算各点的高程。 一、附合水准路线闭合差的计算和调整 ,附合水准路线成果计算。 1高差闭合差的计算 高差闭合差可用来衡量测量成果的精度，三四等水准测量的高差闭合差容许值，规定为 等级检测已测测段高差的差（mm）路线测段区段往返测高差不符值（mm）左

26、右路线高差不符值（mm）符合路线闭合差或三四等环线闭合差（mm）平原山区三等±20R±12K±8K±12L±15L四等±30R±20K±14K±20L±25L注: 表中的R、L分别为测段、路线长度,以KM为单位,K为路线或区段、测段长度,以KM为单位. 表中”检测已测高差之差”的限查对单程检测和双程(往、返)检测均适用. 当一测段长度小于一公里时,按一公里计算.2闭合差的调整在同一条水准路线上，假设观测条件是相同的，可认为各站产生的误差机会是相同的，故闭合差的调整按与测站数（或距离）成正比反符号

27、分配的原则进行。 3高程计算 二、闭合水准路线闭合差的计算与调整 闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即 由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差 闭合水准路线高差闭合差的调整方法、容许值的计算，均与附合水准路线相同。第八节 微倾式水准仪的检验与校正 一、水准仪应满足的条件 根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出两点间高差。为此，水准仪应满足的几何条件是： 1）圆水准器轴LL应平行于仪器的竖轴VV； 2）十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴； 3）水准管轴LL平行于视准轴CC。 二、检验与校正 1圆水准轴平行于仪器竖轴的检验与校正检验 用脚螺旋使圆水

28、准器气泡居中，将仪器绕竖轴旋转180度，如果气泡不居中，表明圆水准轴不平行于竖轴，而离开零点弧长所对应的圆心角为两倍的。 校正 调整圆水准三个校正螺丝，使气泡向居中位置移动偏离量的一半。校正工作一般都难于一次完成，需反复进行直至仪器旋转到任何位置圆水准器气泡皆居中时为止。 2十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验与校正 检验 安置仪器后，先将横丝一端对准一个明显的点状目标M，固定制动螺旋，转动微动螺旋，如果标志点M不离开横丝，说明横丝垂直于竖轴，否则需要校正。 校正 用螺丝刀松开分划板座固定螺丝，转动分划板座，改正偏离量的一半。 九 水准测量的误差分析一、仪器误差 1仪器校正后的残余误差

29、I角校正残余误差，这种影响与距离成正比，只要观测时注意前、后视距离相等，可消除或减弱此项的影响。 2水准尺误差 由于水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等影响，水准尺必须经过检验才能使用。标尺的零点差可在一水准段中使测站为偶数的方法予以消除。 二、观测误差 1水准管气泡居中误差 设水准管分划值为，居中误差一般为±0.15，采用符合式水准器时，气泡居中精度可提高一倍，故居中误差为 2读数误差 在水准尺上估读毫米数的误差，与人眼的分辨能力、望远镜的放大倍率以及视线长度有关，通常按下式计算 3视差影响 当视差存在时，十字丝平面与水准尺影像不重合，若眼睛观察的位置不同，便读出不同的读数，因而也会

30、产生读数误差。 4水准尺倾斜影响 水准尺倾斜将使尺上读数增大。 三、外界条件的影响 1仪器下沉 由于仪器下沉，使视线降低，从而引起高差误差。采用“后、前、前、后”的观测程序，可减弱其影响。 2尺垫下沉 如果在转点发生尺垫下沉，将使下一站后视读数增大。采用往返观测，取平均值的方法可以减弱其影响。 3地球曲率及大气折光影响用水平视线代替大地水准面地尺上读数产生的误差为C，则 由于大气折光，视线并非是水平，而是一条曲线，曲线的曲率半径为地球半径的7倍，其折光量的大小对水准读数产生的影响为 折光影响与地球曲率影响之和为 如果前视水准尺和后视水准尺到测站的距离相等，则在前视读数和后视读数中含有相同的 。

31、这样在高差中就没有这误差的影响了。因此，放测站时要争取“前后视相等”接近地面的空气温度不均匀，所以空气的密度也不均匀。光线在密度不匀的介质中沿曲线传布。这称为“大气折光”。总体上说，白天近地面的空气温度高，密度低，弯曲的光线凹面向上；晚上近地面的空气温度低，密度高，弯曲的光线凹面向下。接近地面的温度梯度大大气折光的曲率大，由于空气的温度不同时刻不同的地方一直处于变动之中。所以很难描述折光的规律。对策是避免用接近地面的视线工作，尽量抬高视线，用前后视等距的方法进行水准测量除了规律性的大气折光以外，还有不规律的部分：白天近地面的空气受热膨胀而上升，较冷的空气下降补充。因此，这里的空气处于频繁的运动

32、之中，形成不规则的湍流。湍流会使视线抖动，从而增加读数误差。对策是夏天中午一般不做水准测量。在沙地，水泥地湍流强的地区，一般只在上午10点之前作水准测量。高精度的水准测量也只在上午10点之前进行。4，温度对仪器的影响温度会引起仪器的部件涨缩，从而可能引起视准轴的构件（物镜，十字丝和调焦镜）相对位置的变化，或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化。由于光学测量仪器是精密仪器，不大的位移量可能使轴线产生几秒偏差，从而使测量结果的误差增大。不均匀的温度对仪器的性能影响尤其大。例如从前方或后方日光照射水准管，就能使气泡“趋向太阳”-水准管轴的零位置改变了。温度的变化不仅引起大气折光的变化，而且当烈日照射

33、水准管时，由于水准管本身和管内液体温度升高，气泡向着温度高的方向移动，影响仪器水平，产生气泡居中误差，观测时应注意撑伞遮阳。精密水准测量的实施精密水准测量一般指国家一、二等水准测量，在各项工程的不同建设阶段的高程控制测量中，极少进行一等水准测量，故在工程测量技术规范中，将水准测量分为二、三、四等三个等级，其精度指标与国家水准测量的相应等级一致。 下面以二等水准测量为例来说明精密水准测量的实施。 一 精密水准测量作业的一般规定 在前一节中，分析了有关水准测量的各项主要误差的来源及其影响。根据各种误差的性质及其影响规律，水准规范中对精密水准测量的实施作出了各种相应的规定，目的在于尽可能消除或减弱各

34、种误差对观测成果的影响。 （ 1 ）观测前 30 分钟，应将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；观测时应用测伞遮蔽阳光；迁站时应罩以仪器罩。 （ 2 ）仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等，其差应小于规定的限值：二等水准测量中规定，一测站前、后视距差应小于 1.0m ，前、后视距累积差应小于 3m 。这样，可以消除或削弱与距离有关的各种误差对观测高差的影响，如 i角误差和垂直折光等影响。 （ 3 ）对气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记，随着气温变化，应随时调整置平零点的位置。对于自动安平水准仪的圆水准器，须严格置平。 （ 4 ）同一测站上观测时，不得两次调焦；转

35、动仪器的倾斜螺旋和测微螺旋，其最后旋转方向均应为旋进，以避免倾斜螺旋和测微器隙动差对观测成果的影响。 （ 5 ）在两相邻测站上，应按奇、偶数测站的观测程序进行观测，对于往测奇数测站按“后前前后”、偶数测站按“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。返测时，奇数测站与偶数测站的观测程序与往测时相反，即奇数测站由前视开始，偶数测站由后视开始。这样的观测程序可以消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差对观测高差的影响，如i角的变化和仪器的垂直位移等影响。 （ 6 ）在连续各测站上安置水准仪时，应使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，而第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。 （ 7 ）每一测段的往测与返测

36、，其测站数均应为偶数，由往测转向返测时，两水准标尺应互换位置，并应重新整置仪器。在水准路线上每一测段仪器测站安排成偶数，可以削减两水准标尺零点不等差等误差对观测高差的影响。 （ 8 ）每一测段的水准测量路线应进行往测和返测，这样，可以消除或减弱性质相同、正负号也相同的误差影响，如水准标尺垂直位移的误差影响。 （ 9 ）一个测段的水准测量路线的往测和返测应在不同的气象条件下进行，如分别在上午和下午观测。 （ 10) 使用补偿式自动安平水准仪观测的操作程序与水准器水准仪相同。观测前对圆水准器应严格检验与校正，观测时应严格使圆水准器气泡居中。 （ 11 ）水准测量的观测工作间歇时，最好能结束在固定的

37、水准点上，否则，应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置水准标尺的固定点，作为间歇点加以标记，间歇后，应对两个间歇点的高差进行检测，检测结果如符合限差要求（对于二等水准测量，规定检测间歇点高差之差应 1.Omm ），就可以从间歇点起测。若仅能选定一个固定点作为间歇点，则在间歇后应仔细检视，确认没有发生任何位移，方可由间歇点起测。 二 精密水准测量观测 1. 测站观测程序 往测时，奇数测站照准水准标尺分划的顺序为 后视标尺的基本分划； 前视标尺的基本分划； 前视标尺的辅助分划； 后视标尺的辅助分划； 往测时，偶数测站照准水准标尺分划的顺序为 前视标尺的基本分划； 后视标尺的基本分划； 后视标尺的辅

38、助分划； 前视标尺的辅助分划。 返测时，奇、偶数测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇数测站相同。 按光学测微法进行观测，以往测奇数测站为例，一测站的操作程序如下： （ 1 ）置平仪器。气泡式水准仪望远镜绕垂直轴旋转时，水准气泡两端影像的分离，不得超过 lcm ，对于自动安平水准仪，要求圆气泡位于指标圆环中央。 （ 2 ）将望远镜照准后视水准标尺，使符合水准气泡两端影像近于符合（双摆位自动安平水准仪应置于第 摆位）。随后用上、下丝分别照准标尺基本分划进行视距读数（如表 5-2 中的（ 1 ）和（ 2 ）。视距读取 4 位，第四位数由测微器直接读得。然后，使符合水准气泡两端影像精确符合，使用测微螺旋

39、用楔形平分线精确照准标尺的基本分划，并读取标尺基本分划和测微分划的读数（ 3 ）。测微分划读数取至测微器最小分划。 （ 3 ）旋转望远镜照准前视标尺，并使符合水准气泡两端影像精确符合（双摆位自动安平水准仪仍在第 摆位），用楔形平分线照准标尺基本分划，并读取标尺基本分划和测微分划的读数（ 4 ）。然后用上、下丝分别照准标尺基本分划进行视距读数（ 5 ）和（ 6 ）。 （ 4 ）用水平微动螺旋使望远镜照准前视标尺的辅助分划，并使符合气泡两端影像精确符合（双摆位自动安平水准仪置于第摆位），用楔形平分线精确照准并进行标尺辅助分划与测微分划读数（ 7 ）。 （ 5 ）旋转望远镜，照准后视标尺的辅助分划，

40、并使符合水准气泡两端影像精确符合（双摆位自动安平水准仪仍在第摆位），用楔形平分线精确照准并进行辅助分划与测微分划读数（ 8 ）。表 5-2 中第（ 1 ）至（ 8 ）栏是读数的记录部分，（ 9 ）至（ 18 ）栏是计算部分，现以往测奇数测站的观测程序为例，来说明计算内容与计算步骤。 视距部分的计算 （ 9 ） = （ 1 ） - （ 2 ） （ 10 ） = （ 5 ） - （ 6 ） （ 11 ） = （ 9 ） - （ 10 ） （ 12 ） = （ 11 ） + 前站（ 12 ） 高差部分的计算与检核 （ 14 ）（ 3 ） + K - （ 8 ） 式中 K 为基辅差（对于 N3 水准标

41、尺而言 K=3.0155m) （ 13 ） = （ 4 ） + K - （ 7 ） （ 15 ） = （ 3 ） - （ 4 ） （ 16 ） = （ 8 ） - （ 7 ） （ 17 ） = （ 14 ） - （ 13 ） = （ 15 ） - （ 16 ）检核 （ 18 ） = （ 15 ） + （ 16 ） 表 5-2 测自 至 19 年 月 日 时间 始 时 分 末 时 分 成 像 温度 云量 风向风速 天气 土质 太阳方向 测 站 编 号 后 尺 下丝 前 尺 下丝 方 尺 及 向 号 标尺读数 基 +K 减 辅 （一减二） 备考 上丝 上丝 后距 前距 基本分划 （一次） 辅助分划

42、 （二次） 视距差 （ 1 ） （ 5 ） 后 （ 3 ） （ 8 ） （ 14 ） （ 2 ） （ 6 ） 前 （ 4 ） （ 7 ） （ 13 ） （ 9 ） （ 10 ） 后 - 前 （ 15 ） （ 16 ） （ 17 ） （ 11 ） （ 12 ） （ 18 ） 后 前 后 - 前 以上即一测站全部操作与观测过程。一、二等精密水准测量外业计算尾数取位如表 5-3 规定。 表 5-3 项目 等级 往（返）测 距离总和 km 测段距离 中数 km 各测站高差 mm 往（返）测 高差总和 mm 测段高差 中数 mm 水准点高程 mm 一 二 0.01 0.01 0.1 0.1 0.01 0

43、.01 0.01 0.01 0.1 0.1 1 1 表 5-2 中的观测数据系用 N3 精密水准仪测得的，当用 S1 型或 Ni 004 精密水准仪进行观测时，由于与这种水准仪配套的水准标尺无辅助分划，故在记录表格中基本分划与辅助分划的记录栏内，分别记入第一次和第二次读数。 2. 水准测量限差（表 5-4) 表 5-4 若测段路线往返测高差不符值、附合路线和环线闭合差以及检测已测测段高差之差的限值如表 5-5 所示。 表 5-5 项目 等级 测段路线往返测 高差不符值 mm 附合路线闭合差 mm 环线闭合差 mm 检测已测测段高差之差 mm 一等 二等 若测段路线往返测不符值超限，应先就可靠程

44、度较小的往测或返测进行整测段重测；附合路线和环线闭合差超限，应就路线上可靠程度较小，往返测高差不符值较大或观测条件较差的某些测段进行重测，如重测后仍不符合限差，则需重测其他测段。 3. 水准测量的精度 水准测量的精度根据往返测的高差不符值来评定，因为往返测的高差不符值集中反映了水准测量各种误差的共同影响，这些误差对水准测量精度的影响，不论其性质和变化规律都是极其复杂的，其中有偶然误差的影响，也有系统误差的影响。 根据研究和分析可知，在短距离，如一个测段的往返测高差不符值中，偶然误差是得到反映的，虽然也不排除有系统误差的影响，但毕竟由于距离短，所以影响很微弱，因而从测段的往返高差不符值 来估计偶

45、然中误差，还是合理的。在长的水准线路中，例如一个闭合环，影响观测的，除偶然误差外，还有系统误差，而且这种系统误差，在很长的路线上，也表现有偶然性质。环形闭合差表现为真误差的性质，因而可以利用环形闭合差 来估计含有偶然误差和系统误差在内的全中误差，现行水准规范中所采用的计算水准测量精度的公式，就是以这种基本思想为基础而导得的。 由 个测段往返测的高差不符值 计算每公里单程高差的偶然中误差（相当于单位权观测中误差）的公式为 （ 5-5 ） 往返测高差平均值的每公里偶然中误差为 （ 5-6 ） 式中， 是各测段往返测的高差不符值，取 mm 为单位； R 是各测段的距离，取 km 为单位； 是测段的数

46、目。（ 5-6 ）式就是水准规范中规定用以计算往返测高差平均值的每公里偶然中误差的公式，这个公式是不严密的，因为在计算偶然误差时，完全没有顾及系统误差的影响。顾及系统误差的严密公式，形式比较复杂，计算也比较麻烦，而所得结果与（ 5-6 ）式所算得的结果相差甚微，所以（ 5-6 ）式可以认为是具有足够可靠性的。 按水准规范规定，一、二等水准路线须以测段往返高差不符值按（ 5-6 ）式计算每公里水准测量往返高差中数的偶然中误差 。当水准路线构成水准网的水准环超过 20 个时，还需按水准环闭合差 计算每公里水准测量高差中数的全中误差 。 计算每公里水准测量高差中数的全中误差的公式为 （ 5-7 ）

47、式中， 是水准环线经过正常水准面不平行改正后计算的水准环闭合差矩阵， 的转置矩阵 为 环的闭合差，以 mm 为单位； 为水准环的数目，协因数矩阵 中对角线元素为各环线的周长 ，非对角线元素，如果图形不相邻，则一律为零，如果图形相邻，则为相邻边长度（公里数）的负值。 每公里水准测量往返高差中数偶然中误差 和 表 5-6 等级 一等 mm 二等 mm 0.45 1.0 1.0 2.0 全中误差 的限值列于表 5-6 中。 偶然中误差 ，全中误差 超限时，应分析原因，重测有关测段或路线。 三、四等水准测量三、四等水准测量是新建项目开工复测必不可少工作之一，因现场计算繁琐，直接影响工作效率，特此编程序

48、交流学习LbI A:o->E:o->F:H->N:I->O:Norm 1:4787->U:4687->V:”D”?Q:”L”?W:”H”?S:”-1->4787,1->4687”?X< (o为零)LbI o:”A12B34C5J6X7Z8”?Z:Cls:Z<1 Or Z>8=>Goto o:Z=1=>Goto 1: Z=2=>Goto 2: Z=3=>Goto 3: Z=4=>Goto 4: Int(Z)=5=>Goto 7: Z=6=>Goto 8: Z=7=>Goto 9: Z

49、=8=>Goto A<LbI 1:”A1”?A:Cls:”A2”?B:o.1(A-B)->E:2->Z:Goto 5<LbI 2:Locate5,1,o.5(A+B:”A3”?H:H+U->Z:X=1=>H+V->Z:Cls:Locate5,1,Z:”A4”?J:H+U-J->N:X=1=>H+V-J->N:3->Z:Goto 6<LbI 3:”B1”?C:Cls:”B2”?D:o.1(C-D)->F:4->Z:Goto 5<LbI 4:Locate5,1,o.5(C+D:”B3”?I:I+V-&g

50、t;Z:X=1=>I+U->Z:Cls:Locate5,1,Z:”B4”?K:I+V-K->O:X=1=>I+U-K->O:5->Z:Goto 6<LbI 5:Cls:If Eo:Then”S1=“:Locate4,1,E:IfEnd:If Fo:Then E=o=>“:Locate9,1,”S2=“:Locate 12,1,F:IfEnd:If Eo And Fo:Then E-F->G:”D1=“:Locate 4,2,G: Locate 9,2,”D2=“:Locate 12,2,G+Q:IfEnd:Goto o<LbI 6:C

51、ls:H-I->L:J-K->M:L-M+1oo->P:X=1=>P-2oo->P: If NH: Then “A=“:Locate 3,1,N: If IO: Then “h1=“:Locate 4,2,L:IfEnd: IfEnd: If IO: Then H=N=>“: Locate 7,1”B=“:Locate 9,1,O: If HN: Then Locate 9,2,”h2=“:Locate 12,2,M:IfEnd:IfEnd: If HN And IO:Then Locate 13,1,”C=“:Locate 15,1,P:IfEnd:Got

52、o o<LbI 7:o.5(L+M)-5o)->R:X=1=>R+1oo->R:“A1=“:Locate 4,1,A:Locate 9,1,”B1=“:Locate12,1,C:”A2=“:Locate4,2,B:Locate9,2,”B2=“:Locate12,2,D:”S1=“:Locate 4,3,E:Locate 9,3,”S2=“:Locate 12,3,F:”D1=“:Locate 4,4,G: Locate 9,4,”D2=“:Locate 12,4,Q+GCls: “A3=“:Locate 4,1,H:Locate 9,1,”A4=“: Locate12

53、,1,J:”B3=“:Locate 4,2,I:Locate9,2,”B4=“:Locate12,2,K:”h1=“:Locate4,3,L:Locate9,3,”h2=“:Locate12,3,M:”kL=“:Locate 4,4,W+E+FCls: ”A=“:Locate3,1,N:Locate7,1, ”B=“: Locate 9,1,O:Locate 13,1,”C=“:Locate15,1,P:” WANG KE SONG”:”D1=”:Locate 4,1,G:Locate 9,1,”D2=”,Locate12,1,Q+G:”KL=”:Locate 4,2,W+E+F:”hh=”:

54、Locate 4,3,1Mr:”HH=“:Locate 4,4,1m(S+R:6->Z:Goto o<LbI 8:1->Z: -X->X:Q+G->Q:W+E+F->W:S+R->S:o->E:o->F:H->N:I->O:Goto o<LbI 9:”DUAN 1”?A:A+U->L:X=1=>A+V->L:Cls:Locate13,1,L:”DUAN 2”?B:Cls:Locate13,1,A+R:”CHANG 1”?C:B+R-1oo->L:X=1=>L+2oo->L:Cls:Loc

55、ate13,1,L:”CHANG 2”?D:o.5(C-A+D-B)+5o->M:X=1=>M-1oo->M:Cls:”h1=“:Locate4,1,R:”h2=“:Locate4,2,M:Locate 11,2,”hh=“:Locate 14,2,R-M:Goto o常用说明如下:测站 编号 后尺 上丝 前尺 上丝 方向 及 尺号 标 尺 读 数 K +黑 -红 高差 中数 备注 下丝 下丝 后视距 前视距 黑面 红面 视距差d d A1 B1 后尺 A3 A4 A hh A2 B2 前尺 B3 B4 B S1 S2 后-前 h1 h2 C D1 D2 累计距离 Kl 累计高差 HH 后尺 前尺 后-前 累计距离 累计高差 显示 输入 备注 D? 累计视距差(d) 起站为零 L? 累计距离(Kl) 起站为零 H? 累计高差(HH) 起站为零，毫米单位 -1->4787,1->4687 后视板尺 4787为1,4687为1 A12B34C5J6X7Z8 判断下步看部位：A(后视)B(前视)C(抄