水准测量的方法及其实施

1、水准测量的方法及其实施水准测量原理水准测量的基本测法是：在图 2-1 中，已知 A 点的高程为 H ，AABH 就可用下式计算求得：BBAAB差h 2-1所示，AB在 B 两点上竖立水准尺，两点之间安置图 2-1 水准测量原理示意图即水准仪，设水准仪的水平视线截在尺上的位置分别为M，过AABABh = a- bABb而 B 点称为前视点，其读数 b 为前视读数。即h = 后视读数-前视读数AB视线高H=H +aiA（）(2-4）点高程H =H b-Bi因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。水准仪和水准尺一、微倾式水准仪的构造如图 2-2 螺旋，所以称微倾式水准仪。1望远镜望远镜

2、由物镜、目镜和十字丝三个主要部分组成，它的主要作用是能使我们看清远处的目标，并提供一条照准读数值用的视线。转动的螺旋固定在望远镜筒上，十字丝的上下两条短线称为视距丝，的连线称为视准轴。水准器水准器的作用是把望远镜的视准轴安置到水平位置。水准器有管水准器和圆水准器两种形式。圆水准器是一个玻璃圆盒，圆盒内装有化学液体，加热密封时留有气泡而成。圆水准器内表面是圆球面，中央画一小圆，其圆心称为圆水准器轴处于铅垂位置，仪器达到基本水平状态。封时留有气泡而成，如图 2-6 所示。水准管内壁圆弧中心为水准管零点，过零点与内壁圆弧相切的直管轴处于水平位置，也就是水准仪的视准轴处于水平位置。管上方装有一组符合棱

3、镜组，如图 2-7a)所示。气泡两端的半影像经过折反射之后，反映在望远镜旁的观测窗内。3基座座内，由基座承托整个仪器，仪器用连接螺旋与三脚架连接。二、水 准 尺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，如图 2-8a)所示。双面水准尺的分划，一面是黑白相间4687mm或 4787mm。使用水准尺前一定要认清刻划特点。尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。水准仪的技术操作在水准仪的使用过程中，应首先打开三脚架，把架头大致水平，高度适中，踏实脚架尖后，将水准仪安放在架头上并拧紧中心螺旋。水准仪的技术操作按以下四个步骤进行：粗平照准精平读数。一、粗平 2-10b)复进行，

4、直至在任何位置水准气泡均位于分划圆圈内为止。在操作熟练后，不必将气泡的移动分解为两步，视气泡的具体位置而转动任两个脚螺旋直接使气泡居中。二、照准表明存在着视差。有视差就会影响照准和读数精度，如图 2-11a)b)所示。消除视差的方法是仔细且反复交替地调节目镜和物镜对光螺旋，使十字丝和目标影像共平面，且同时都十分清晰，三、精平做法是：慢慢转动微倾螺旋，使观察窗中符合水准气泡的影象符合。有惯性，在转动微倾螺旋时要慢、稳、轻、速度不宜太快。垂的，当望远境由一个目标（后视）转瞄另一日标（前视）时，气泡才能读数。四、读数图 2-12 所示。读数前要认清水准尺的刻画特征，呈像要清晰稳定。为了保证读数的准确

5、性，读数时要按由小到大的方向，先估读 mm数，再读出dmcm数。读数前务必检查符合水准气泡影像是否和发生漏零现象。普通水准测量实施一、水准点和水准路线水准点是测区的高程控制点，一般缩写为“ ”符号表示。水准路线依据工程的性质和测区的情况，可布设成以下几种形式：1.闭合水准路线。如图 2-13a)所示，是从一已知水准点 BM 出发，经过测量各测A BM 的环形路线。A2.附合水准路线。如图 2-13b)所示，是从一已知水准点 BM 出发，经过测量各测A BMB的路线。3.支水准路线。如图 2-13c)所示；是从一已知水准点 BM 出发，沿线往测其它1各点高程到终点 2点返测到 BM 1但必须是往

6、返施测的路线。图 2-13 水准路线图311(2)将水准仪粗平后，先瞄准后视尺，消除视差。精平后读取后1(3)平转望远镜照准前视尺，精平后，读取前视读数值 b ，并记1(4)将仪器搬迁到第站，把第站的后视尺移到第站的转点ZD 上，把原第站前视变成第站的后视。2(5)按(2)、(3)步骤测出第站的后、前视读数值 a 、b ，并记入22(6)重复上述步骤测至终点 B为止。(2-6)iii111A1h a -bH =H +h2222nnnBZDnnBA121计算校核ABBAH - h(2-10)BA2测站校核f =12 mmh容f =40 mmLh容h终始h（2-14）h往返hhhh1按测站数调整高

7、差闭合差ifiini数1+2.775-4.385ABM150BMBBMA2fhBMB34.74396BM+1.98 -0.012.694+1.969+2.335+2.69401Bn50f=ihi17ifihiL某一测段的长度。i测段 测 段编 点 数号+2.774-4.383+1.968+2.335+2.694ABh(HBMBB,MAM3fii-0.010BLMB针旋转望远镜，看竖轴转动是否灵活、均匀；微动螺旋是否可靠；瞄斑、灰尘、油迹；脚螺旋或微倾螺旋均匀升降时，圆水准器及管水准动架头时，不应有松动现象。根据水准测量原理，微倾式水准仪各轴线间应具备的几何关系是：圆水准器轴应平行于仪器竖轴(L

8、 L VV ，十字丝 的横丝应垂直于仪器竖轴；水准管轴应平行于仪器视准轴 (LLCC)，如图2-16所示，其检验与校正的具体做法如下： )一、圆水准器的检验与校正居中时，仪器的竖轴应处于铅垂状态。180。如果气泡仍居中，说明两轴平行；如果气泡偏移了零点，说明两轴不平行，需校正。校正方法：拨动圆水准器的校正螺丝使气泡中点退回距零点偏离量的一半，如图 2-18 所示。然后转动脚螺旋使气泡居中。检验和校于刻划圈内为止。二、十字丝横丝的检验与校正丝应水平。丝横丝垂直于竖轴，如图 2-19a)所示。如果该点离开横丝，说明横丝不水平，需要校正，如图 2-19b)所示。校正方法：用螺丝刀松开十字丝环的三个固

9、定螺丝，再转动十字三、管水准器的检验与校正视准轴应处于水平状态。检验方法：首先在平坦地面上选择相距 100m 左右的 A 点和 B点，在两点放上尺垫或打入木桩，并竖立水准尺，如图 2-20 所示。然后将水准仪器安置在 A B 两点的中间位置 C、准管轴不平行于视准轴，视线在尺上的读数分别为 a 和 b ，由于视11线的倾斜而产生的读数误差均为，则两点间的高差 h 为：ABh a -bAB11由图 2-20可知：a a,11a bh ) -b)= -ABABAB22AB(2-17)22AB用望远镜照准 A 点的水准尺，转动微倾螺旋将横丝对准 ，22即气泡影像不符合，如图 2-21 所示。这时首先

10、用拨针松开水准管左管上、下校正螺丝，拨动时应先松后紧，以免损坏螺丝，直到气泡影像符合为止。量时，一般要求前、后视距离基本相等。第六节 自动安平水准仪用水准仪进行水准测量的关键操作是用水准管气泡居中来获得气泡居中后，借助一种“补偿器”的特别装置，使视线自动处于水平数值，提高水准测量的精度。检查读数。其中粗平、瞄准、读数方法和微倾式水准仪相同，具体操作参阅本章第三节即可。检查就是按动自动安平水准仪目镜下方的补偿控制按钮，查看平的情况下，按动一次按钮，如果目标影响在视场中晃动，说明“补偿器”工作正常，视线便可自动调整到水平位置。自动安平水准仪的检验与校正与微倾式水准仪相同。三、四等水准测量一每一站的

11、观测顺序后视水准尺黑面，使圆水准器气泡居中，读取下、上丝读数，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。前视水准尺黑面，读取下、上丝读数，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。前视水准尺红面，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数；后视水准尺红面，转动微顿螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。这样的观测顺序简称为“后一前一前一后。其优点是可以大后一后一前一前。二测站计算与检核(1)视距计算前、后视距差，三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。 前、后视距累积差，三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。(2)同一水准尺红、黑面中丝读数的

12、检核同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)， 三等水准测量，不得超过2mdR，四等水准溯量，不得超过3a3m。(3)计算黑面、红面的高差三等水准测量，不得超过3mm，四等水准测量，不得超过5mm。式内0.100位。(4)计算平均高差三. 四等水准测量限差及 四等水准测量观测手簿5成果计算计算方法与本书第二章所介绍的方法相同。这里顺便介绍一下图根水准测量的用途及技术要求。图根水准测量是用于测定图根点的高程及作工程水准测量用的，其精度低于四等水准测量，故又称为等外水准测量。其观测方法及记录计算，参阅本书第二章。第八节 水准测量的误差分析一、仪器误差1

13、仪器校正后的残余误差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，因而也会产生读数误

14、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 。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

15、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

16、 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。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.四、注意事项(1)水准测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相当观测时间，限制视线长度和高度来减少折光的影响。(2)仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉。(3)估数要准确，读数时要仔细对光，消除视差，必须使水准管气泡居中，读完以后，再检查气泡是否居中。(4)检查塔尺相接处是否严密，消除尺底泥土。扶尺者