地形测量：项目三 水准测量

项目三水准测量任务1水准测量知识准备任务2水准测量仪器及使用任务3普通水准测量实施任务4四等水准测量的实施任务5水准仪及水准尺的检校任务6水准测量误差来源及分析任务一水准测量知识准备1.1高程测量的方法水准测量、三角高程测量、GPS高程测量、气压高程测量1.2高程基准与水准点1956黄海高程系72.289米、1985国家高程基准72.260米1.水准点：利用水准测量方法测定高程的控制点称为水准点。一般用BM表示。2.水准测量等级分：一、二、三、四等、图根水准测量水准点标志：永久性、临时性水准点点之记四

等

水

准

点

点

之

记

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。1.3水准测量原理aHHAi+=bHHiB-=视线高法当a>b时，hAB

为正，B高于A当a<b时，hAB

为负，B低于A观测时，每安置一次仪器观测两点间的高差，称为一个测站；作为传递高程的临时立尺点1、2、……n-1称为转点。

1.4水准测量的方法各测站的高差为：h1=a1-b1h2=a2-b2

.

.

hn=an-bn因此A、B两点间的高差为：hAB=h1+h2+……hn=Σh或写成：hAB=(a1-b1)+(a2-b2)+……(an-bn)=Σa-Σb1.5水准路线的布设水准路线是水准测量施测时所经过的路线。水准路线的布设形式：附合水准路线闭合水准路线支水准路线（1）附合水准路线：从一已知高级水准点出发，沿各待测高程的水准点进行水准测量，最后附合到另一已知高级水准点上，所构成的水准路线称为附合水准路线。

（2）闭合水准路线：从一已知高级水准点出发，沿各待测高程的水准点进行水准测量，最后仍回到原已知高级水准点上，所构成的环形路线称为闭合水准路线。

（3）支水准路线：从一个高级水准点出发，沿各待测高程的水准点进行水准测量，最后既不回到原已知高级水准点上，也不附合到另一已知高级水准点的路线，称为支水准路线。

（4）水准网：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。

任务2水准测量的仪器及使用水准仪的等级

DS05、DS1、DS3、DS10、DS20

D—大地测量仪器

S—水准仪

数字—

表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的偶然中误差（mm）。工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为±3mm/km。目镜水准管目镜圆水准器校正螺钉微动螺旋制动螺旋对光螺旋物镜准星缺口水准管圆水准器三脚架脚螺旋2.1DS3型水准仪主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。微倾螺旋用来瞄准远处的水准尺进行读数；

由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为25-30倍。视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。（1）望远镜：视差产生的原因消除视差的方法：反复调节目镜调焦螺旋和物镜调焦螺旋，直至视差消除。（2）水准器①圆水准器作用：粗略整平②管水准器管水准器的作用：精确整平，使视准轴处于水平位置。（3）基座轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架组成

轴座脚螺旋连接板1.水准尺:主要有单面尺、双面尺和塔尺。特点：

(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。2.尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。2.2水准尺和附件一、水准仪的使用操作程序：安置仪器-粗平—瞄准—精平—读数1.安置仪器高度适中、架头大致水平，固定仪器。2.3水准仪的技术操作2.粗平

调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

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。规律：

气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

a123b312c3123、瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：①初步瞄准（用准星对准目标）②目镜调焦（使十字丝清晰）③物镜调焦（使目标成像清晰）④精确瞄准（使纵丝对准目标）注意：瞄准时应消除视差。4、精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。

5、读数

用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数0.859m注意：读数前必须精平，精平后立即读数。二、使用水准仪应注意的事项1.搬运中仪器箱的检查。2.取仪器时注意放置位置。3.拧紧螺旋，作业中不许离人。4.制动后不得用力转动仪器。5.避免仪器曝晒和雨淋。6.迁站时拿仪器的方法。7.装箱时松开制动，且勿硬挤压。任务三普通水准测量实施3.1作业流程

水准测量包括拟定水准测量线路、选点埋石、观测、计算等工作。任务三普通水准测量实施3.2技术要求等外水准测量的主要技术要求±40±12等级路线长度/km水准仪水准尺视线长度/m观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测符合或环线平地/mm山地/mm等外≤5DS3单面150往返各次往一次3.3观测程序1．将水准尺立于已知高程的水准点上。2．将水准仪安置于水准路线的适当位置，在路线的前进方向上的适当位置放置尺垫。3．将仪器概略整平，照准后视标尺，消除视差，水准管气泡居中，用中丝读取后视读数，并记入手薄。4．调转水准仪，照准前视标尺，消除视差，使水准管气泡居中，用中丝读取前视读数，并记入手薄。5．将仪器迁至第二站，此时，第一站的前视尺不动，变成第二站的后视尺，第一站的后视尺移至前面适当位置成为第二站的前视尺，按第一站相同的观测程序进行第二站测量。6．顺序沿水准路线前进方向观测完毕。例：注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定。ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074ⅠⅡⅣⅢHA=123.446mHB大地水准面前进方向测站点号

水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注ⅣⅢⅡⅠATP1TP1TP2TP2TP3TP3B2.142

1.258+0.884

0.928

1.235-0.307

1.664

1.431+0.233

1.672

2.074-0.402计算检核Σ6.4065.998测站点号

水准尺读数后视（a）前视（b）高差（m）高程（m）备注

∑a－∑b＝0.4080.4080.408123.446123.854水准测量记录手簿已知

水准测量应注意的事项1．在已知高程点和待测高程点上不能放尺垫，直接放在标石或木桩上。2．仪器到前后水准尺的距离要大致相等，可步量确定。3．水准尺要扶直，不能前后左右倾斜。4．观测员迁站前，后视点的尺垫不能动。5．原始读数不得涂改，读错或记错的数据应划去，再将正确数据写在上方，并在相应的备注栏内注明原因，记录簿要干净、整齐。（一）高差闭合差及其允许值的计算闭合差：观测值与理论值之差。用fh表示，即fh=∑h测

-∑h理限差：《规范》规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。普通水准测量限差要求：

平地：fh允≤±40（mm）

L—水准路线的长度，单位km。

山地：fh允≤±12（mm）

n—水准路线的测站数。要求：fh≤fh允

3.4水准测量成果计算

不同形式水准路线fh的计算

附和水准路线：

fh

=∑h测-∑h理=∑h测-（H终

–H始）

闭合水准路线：

fh=∑h测-∑h理=∑h测

支水准路线：

fh=∑h往+∑h返

（二）高差闭合差的调整和高程计算1.分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并以反号改正到各相应的高差上，得改正后高差。按距离：按测站数：用该式检核计算的正确性。高差改正数的总和应与高差闭合差大小相等，符号相反，即：2.计算改正后高差3.计算高程

将各段高差观测值加上相应的高差改正数，求出各段改正后的高差，即：

根据改正后的高差，由起点高程逐一推算出其他各点的高程。例题1：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：前进方向AB123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

m123456789Σ1234A123B1.08+1.5751.212+2.0361.414-1.7422.216+1.4465.850+3.315辅助计算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420+3.24765.37666.93968.96167.20368.623已知已知AB1231、计算闭合差：2、检核：故其精度符合要求。3、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。按距离：按测站数：以第1测段为例，测段改正数为：检核：4、计算改正后高差检核：以第1测段为例，改正后的高差为：5、计算高程如：检核：否则说明高程计算有误。例题2：闭合水准路线

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。4、计算改正后高差：

5、计算各测点高程：例题3：支水准路线11、计算闭合差：2、检核：，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）4、计算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)An=16站任务四四等水准测量4.1四等水准测量的技术要求4.2四等水准测量观测程序和记录计算4.3四等水准测量施测时的注意事项4.4四等水准测量的高程计算4.5四等水准测量的应用举例四等水准测量的工作内容1.拟定水准路线2.选点3.埋石4.观测和记录5.高程计算四等水准测量的适用范围

四等水准测量主要用于国家高程控制网的加密和小区域地形图测绘及工程建设的首级高程控制。四等水准测量的仪器和工具四等水准测量的仪器：DS3型水准仪四等水准测量的工具：双面水准标尺双面水准标尺4.1四等水准测量的技术要求水准测量主要技术要求等级路线长度（km）水准仪型号

水准尺观测次数往返较差（闭合差）每千米高差中误差与已知点连测附合或闭合平地(mm)山地(mm)四等≤16DS3双面往返各一次往一次10mm水准观测主要技术要求等级最长视线前后视距差前后视距累积差视线高度红黑面读数差红黑高差之差四等＜100m≤3m≤10m三丝能读数≤3mm≤5mm1.在测站上安置水准仪，粗略整平后，将望远镜照准后视标尺黑面，用微倾螺旋使水准管气泡居中，读取下、上和中丝读数，分别记入手簿中的（1）、（2）、（3）的位置；2.照准后视标尺红面，读取中丝读数，记入手簿中（4）的位置；一、测站上的观测程序4.2观测和记录3.照准前视标尺黑面，使水准管气泡居中，读取下、上和中丝读数，分别记入手簿中的（5）、（6）、（7）的位置；4.照准前视标尺红面，读取中丝读数，记入手簿中（8）的位置。

以上观测程序即：后-后-前-前测站编号点号后尺前尺下丝上丝下丝上丝后视距前视距视距差d(m)Σd(m)方向及尺号水准尺读数（m）黑面红面K+黑-红平均高差（m）备注K1=4.787K2=4.687四等水准测量记录（1）（5）（2）（6）（9）（10）（11）（12）后前后-前（3）（7）（4）（8）（15）（16）（13）（14）（17）（18）121.6911.35533.6-0.31.9371.41552.2-0.21.1370.79833.9-0.32.1131.58952.4-0.5

后

前后-前

后

前后-前1.5230.968+0.5556.3095.655+0.6541.6761.851-0.1756.3646.637-0.273+10+1+0.5545-1+1-2-0.1740BM1TP1TP1TP2(mm)1.视距部分后视距离（9）=[下丝读数（1）-上丝读数（2）]×100

前视距离（10）=[下丝读数（5）-上丝读数（6）]×100视距差（11）=后视距离（9）-前视距离（10）累积视距离（12）=

本站视距差（11）+上站累积视距差（12）4.3测站上的记录计算2.高差部分后视标尺黑红面读数差（13）=K1+黑面中丝读数（3）

-红面中丝读数（4）前视标尺黑红面读数差（14）=K2+黑面中丝读数（7）

-红面中丝读数（8）K1——后视标尺尺常数，K2——前视标尺尺常数黑、红面读数差的计算以“mm”为单位。黑面高差（15）=后视黑面中丝读数（3）

-前视黑面中丝读数（7）红面高差（16）=后视红面中丝读数（4）

-前视红面中丝读数（7）黑红面高差之差（17）=

（15）-[（16）±0.1]=（13）-（14）高差中数（18）=[（15）+（16）±0.1]/2高差中数以“m”为单位，取四位小数。测站编号点号后尺前尺下丝上丝下丝上丝后视距前视距视距差d(m)Σd(m)方向及尺号水准尺读数（m）黑面红面K+黑-红平均高差（m）备注K1=4.687K2=4.787四等水准测量记录（1）（5）（2）（6）（9）（10）（11）（12）后前后-前（3）（7）（4）（8）（15）（16）（13）（14）（17）（18）121.7431.31542.80.00.6250.06256.3-1.11.1130.68542.80.01.0340.46057.4-1.1后1前2后-前后2前1后-前1.5290.899+0.6306.2145.686+0.5280.3660.747-0.3815.1515.434-0.283+20+2+0.6290+20+2-0.3820BM1TP1TP1TP2测量数据见图举例三、四等水准测量施测时的注意事项1.已知水准点未知水准点上不能放尺垫；2.转点上必须放尺垫，尺垫必须踏实，以防止尺垫下沉产生误差；3.仪器架腿必须踏实，以减少仪器下沉误差；4.测段的测站数必须为偶数站，以消除标尺零点差的影响；5.水准尺必须成对使用，以保证观测数据的有效校核；6.记录计算数据不能用橡皮涂改，以保证原始数据真实可靠；7.必须随测、随记、随算，满足限差要求后才能迁站；8.仪器迁站前，后视标尺的尺垫不能碰动；9.每次读数前，水准管气泡必须居中，视差必须清除；10.测段或水准路线观测完毕后，应及时进行校核计算，并判断高差闭合差是否超限；11.除路线转弯处，前后视标尺与仪器应尽量成一条直线；12.迁站时应将仪器连同架腿抱在怀里，不能扛在肩上(如图)；13.观测时水准尺必须扶直，不能左右倾斜，更不能前后倾斜。4.4四等水准测量的高程计算1.高程计算的方法（1）绘制水准路线高程计算略图（2）在计算表中填写水准点的点号、观测数据、已知数据（起算数据）（3）计算高差闭合差及其允许值，并判断是否满足限差要求（4）进行高差闭合差调整，计算改正后高差（5）根据已知点高程和改正后高差推算待定点高程2.四等水准测量高程计算举例点名距离（km）观测高差（m）改正数（m）改正后高差（m）高程（m）备注

计算及检核2.23.14.09.3+2.616-0.718+3.512+5.410-0.009-0.040-0.018-0.013+2.607-0.731+3.494+5.37070.00072.60771.87675.370Ⅲ21Ⅳ01Ⅳ02Ⅲ22HⅢ21=70.000mHⅢ22=75.370m黄河水院地形图测绘首级高程控制网略图BM01HY01BM02BM03BM04HY01为已知二等水准点“后-后-前-前”观测法后视尺前视尺下丝读数1.743上丝读数1.315中丝读数1.529中丝读数6.214下丝读数1.113上丝读数0.685中丝读数0.899中丝读数5.686三、四等水准测量施测时的注意事项四等水准测量数据4.5工作间歇

每天作业结束或因故需临时中断作业时，应尽量在水准点上结束；否则，应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定地物（如桥墩，墓碑等）作为间歇点；间歇后应进行检测，检测结果与间歇前的高差互差不超过5mm时即可起测。一、水准仪应满足的几何条件

主要轴线：视准轴CC水准管轴LL

仪器竖轴VV圆水准器轴

几何关系：圆水准器轴//仪器竖轴

水准管轴//视准轴十字丝横丝竖轴视准轴水准管轴支点微倾螺旋任务5水准仪的检验、校正

二、水准仪的检验和校正1.圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴//仪器竖轴检验：①用脚螺旋使圆水准器气泡居中；②望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。校正：①用脚螺旋调气泡偏离值的一半；②用圆水准器的校正螺旋再调一半。校正：①用脚螺旋调气泡偏离值的一半；②用圆水准器的校正螺旋再调一半。

目的：使十字丝横丝竖轴检验：①精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点M；②水平微动，M点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：①松开十字丝的固定螺旋；②微微转动十字丝环座，至M点轨迹与横丝重合；③拧紧十字丝的固定螺旋。2.十字丝横丝的检校和校正

目的：使水准管轴//视准轴。

检验：（1）在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水准仪于中点C，用变动仪器高法测定两点之间的高差,若两次高差之差≤3mm，则取其平均值为A、B两点的正确高差hAB

i角—

视准轴与水准管轴之间的夹角；采用前后视距相等可以消除。ABiia1b1CΔΔ3.水准管轴的检验与校正（2）仪器搬A点附近3米处，测得高差hAB

′=a2－b2；若hAB

′

=hAB，则水准管轴//视准轴；

若不等，则存在i角。当hAB-hAB′≥+3~5mm,或当时则需要校正。

i角计算方法：式中：DAB为AB两点之间的距离

b2b2应ABiiia1a2b1C2ΔΔΔhAB（3）校正①转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。②调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。任务6水准测量的误差来源及注意事项仪器误差观测误差外界条件的影响1.仪器误差仪器校正不完善的误差

例如残留i角误差，测量时使仪器的前后视距相等，即可消除这项误差。实际工作中要求前后视距差和累计差尽量的小。调焦误差

当前后视距相等时，转向时就不需调焦或只需做少量调焦，即可减小该误差.水准标尺零点不等的误差水准尺由于长期使用,其底部受到磨损，产生零点误差。两根标尺的零点误差之差，称为一对标尺的零点差。在两个测站的观测高差之和中，这种误差的影响就抵消了。所以，水准路线的每个测段应尽量安排成偶数站（四等以上必须为偶数站），以减小一对标尺零点差的影响。2.观测误差整平误差一般认为,利用符合水准器整平仪器的误差约为（为水准管分划值，即水准管上2mm间隔的