土木工程水准测量高程要点图文解读

第二章水准测量高程测量概念（HeightMeasurement）

根据已知点高程，测定该点与未知点的高差，然后计算出未知点的高程的方法。高程测量的方法分类1、水准测量(leveling)2、三角高程测量(trigonometricleveling)3、气压高程测量(airpressureleveling)4、GPS测量。(GPSleveling)

水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。

三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。高程基准面:通常采用大地水准面即平均海水面作为高程基准面。“1956黄海高程系”:解放后我国采用青岛验潮站1950～1956年观测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面。----72.289m:水准原点作为全国高程测量的基准点。“1985国家高程基准”:1952～1979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面。------72.260m。高程控制点称水准点——BM(BenchMark)。标石水准点、墙脚水准点、简易标志水准点。§2.1水准测量的原理

水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。

水准尺、水准仪

高程：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，当该地面点在大地水准面之上时取正值，反之取负值。高差具有方向性，其值可正可负。A——后视点a——后视读数B——前视点b——前视读数1、A、B两点间高差2.B点的高程3.视线高程大地水准面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平视线水准尺水准尺ab前进方向§2.2水准仪和水准尺微倾式水准仪自动安平水准仪数字(电子)水准仪我国的水准仪系列标准分为：DS05、DS1、DS3和DS20水准尺：尺垫：一、DS3微倾式水准仪的构造在一般水准测量中使用较广的DS3型微倾式水准仪由下列三个主要部分组成：

望远镜它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数。

水准器用于指示仪器或视线是否处于水平位置。

基座用于置平仪器，它支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转动。1.望远镜十字丝分划板视准轴——视线十字丝分划板视准轴——视线2.水准器(1)管水准器又称水准管用于精平(2)圆水准器圆水准器的分划划值，是顶盖球球面上2mm弧长所对应的圆圆心角值，水准准仪上圆水准器器的角值为8′至15′(R=0.46～0.86m)。用于粗平特性：气泡始终终向高处移动。。二、水准尺(levelingstaff)与尺垫(staffplate)主要有单面尺、、双面尺和塔尺尺1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端端）注有阿拉伯伯数字。2、双面尺的红面面尺底刻划：一一把为4687mm，另一把为4787mm。尺垫(staffplate)放在转点上，以以防水准尺下沉沉。三、DS3微倾式水准仪的的使用操作程序：粗平—瞄准—精平—读数1.安置水准仪首先打开三脚架架，安置三脚架架要求高度适当当、架头大致水水平并牢固稳妥妥，在山坡上应应使三脚架的两两脚在坡下一脚脚在坡上。然后后把水准仪用中中心连接螺旋连连接到三脚架上上，取水准仪时时必须握住仪器器的坚固部位，，并确认已牢固固地连结在三脚脚架上之后才可可放手。2.仪器的粗略整平平-----圆水准气泡居中中左手拇指法则，，或右手食指法法则：(1)先旋转两个脚螺螺旋，然后旋转转第三个脚螺旋旋；(2)旋转两个脚螺旋旋时必须作相对对地转动，即旋旋转方向应相反反。(3)气泡移动的方向向始终和左手大大拇指移动的方方向一致。图形：粗平的操操作方法示意图图

a123b312c312规律：气泡移动方向与与左手大拇指运动的方向一致致。3.照准目目标准星瞄瞄准目镜调调焦、、物镜镜调焦焦使十字字丝竖竖丝照照准水水准尺尺视差：当观测测时把把眼睛睛稍作作上下下移动动，如如果尺尺像与与十字字丝有有相对对的移移动，，即读读数有有改变变，这这一现现象叫叫视差差。其其原因因是尺尺像没没有落落在十十字丝丝平面面上。。消除除视差差的方方法是是先调调目镜镜调调调焦螺螺旋使使十字字丝清清晰，，然后后一面面调节节物镜镜调焦焦螺旋旋一面面仔细细观察察，直直到不不再出出现尺尺像和和十字字丝有有相对对移动动为止止，即即尺像像与十十字丝丝在同同一平平面上上。4.视线的的精确确整平平粗平→→精精平平每次读读数前前都需需要重重新使使气泡泡符合合5.读数用十字丝中中间的横丝丝读取水准准尺的读数数。从尺上上可直接读读出米、分分米和厘米米数，并估估读出毫米米数，所以以每个读数数必须有四四位数。图形：水准准仪读数实实例水准仪读数数实例625214780721

bc

a1.扶尺目的将将水准尺立立于测点上上，并处于于铅垂线位位置。操作扶扶尺员应站站在尺后，，双手握住住把手，两两臂紧贴身身躯，借助助尺上水准准器将尺铅铅直立在测测点上。五、扶尺和和搬站2.搬站目的将将仪器顺利利、安全地地转移到下下一测站。。操作严严禁将仪器器扛在肩上上搬站，防防止发生仪仪器事故。。§2.3水准测量的的实施一、水准点点(BenchMark)通过水准测测量方法获获得其高程程的高程控控制点，称称为水准点点，一般用用BM表示。有永永久性和临临时性两种种。水准点示意意图二、水准路路线(levelingline)1．闭合水准准路线(closedlevelingline)由已知点BM——已知点BM

1BM

2

3

4前进方向2．附合水准准路线(annexedlevelingline)由已知点BM1———另一已知点点BM2BM1BM2

1

2

3前进方向3．支水准路路线(spurlevelingline)由已知点BM——某一待定水水准点2。BM

1

2前进方向三、水准测测量的实施施（外业））

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.5431若A、B两点间布设设一些过渡渡点（转点点）TP1、TP2、TP3…，将其分为为n段，则用水水准仪分别别测得各段段高差为h1，h2…hn;2水准仪安置置在离前、、后视距离离大致相等等之处。3为及时发现现错误，通通常采用““两次仪器器高法”或或“双面面尺法”。。两次仪器高高法：高差差之差h-h5mmhAB=h1+h2++hn=(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn)=a-b当两点相距距较远或高高差太大时时，则可分分段连续进进行，从图图中可得：：测站:架设仪器的的点位转点：转点点起传递高高程的作用用。

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前进方向1.1341.677TP1h1=-0.5434水准测量实实施与记录录对照图123BMATP1TP1TP2TP2TP3113416771444132418220876-0.543+0.120+0.946水准测量外外业的操作作演示四、水准测测量成果的的检核(一)测站检核1.两次仪器高高法2.双面尺法同一测站，，不同仪器器高。△H>10cm△h高差之差≯≯6mm同一测站，，同一仪器器高。检核：△h同一点≯3mm△h≯≯5mm(二)计算检核[h]=[a]-[b](三)水准路线的的检核1.附合水准路路线附合水准路路线的高程闭合差差为：高程闭合差差的大小在在一定程度度上反映了了测量成果果的质量。。2.闭合水准路路线3.水准支线理论上有：：一般水准测测量的容许许高程闭合合差为：铁路线路水水准测量的的容许高程程闭合差则则为：五、水准测量成成果整理步步骤（一）、计计算高差闭闭合差(closingerror)公式：故对于闭合合水准路线线，有：对于附合水水准路线，，有：（二）分配配高差闭合合差1、计算高差差闭合差的的容许值（（tolerance）对于普通水水准测量：：式中，fh容——高差闭合差差限差，单单位：mm；L——水准路线长长度，单位位：km；n——测站数。判断：≤？2、分配原则则按与距离L或测站数n成正比原则则，将高差差闭合差反反号分配到到各段高差差上。或（三）计算算各待定点点高程用改正后的的高差和已已知点的高高程，来计计算各待定定点的高程程。改正后的高高差：待定点的高高程（递推公式式）：六.水准测量成成果整理实实例【例】如图按图根根水准测量量施测某附附合水准路路线观测成成果略图。。BM-A和BM-B为已知高程程的水准点点，图中箭箭头表示水水准测量前前进方向，，路线下方方的数字为为测得的两两点间的高高差(以m为单位)，n为测站数，，试计算待待定点1、2、3点的高程。。1342首先：将检检查无误的的野外观测测成果（即即各测段的的测站数ni和高差值hi）以及已知数数据填入计计算表；A123B734620+4.363+1.263-3.121+2.413+4.918第一步：高高差闭合差差的计算fh=+24mm第二步：高高差闭合差差的调整-8-5-4-7-24第三步步：待待定点点高程程的计计算根据改改正后后的高高差hi，由起始始点A开始，，逐点点推算算出各各点的的高程程，列列入表表中。。如：H1=HA+h1=58.012+4.355=62.367m+1.256-3.126+4.894+2.409+4.35562.90661.65064.77662.36758.012各测段段实测测高差差加改改正数数，得得改正正后的的高差差hi§2.5水准仪仪的检检验和和校正正一、水水准仪仪轴线线应满满足的的几何何关系系水准管管轴LL∥视准轴轴CC圆水准准轴L’L’∥∥竖轴VV横丝要要水平平（即即：⊥VV）CCLLVVL'L'水准仪仪轴线线的的的几何何关系系操演演示二.水准仪仪的检检验与与校正正（一））圆水水准器器的检检验与与校正正1、检验验：气泡居居中后后，再再将仪仪器绕绕竖轴轴旋转转180°，看气气泡是是否居居中。。2、校正正：用三个个脚螺螺旋使使气泡泡向中中央移移动一一半,再用三三个““校正正螺旋旋”，，使气气泡居居中。。圆水准准器的的检验验和校校正的的原理理圆水准准器检检校的的操作作演示示（二））十字字丝横横丝的的检验验与校校正1、检验验：整平后后，用用横丝丝的一一端对对准一一固定定点P，转动微微动螺螺旋，，看P点是否否沿着着横丝丝移动动。2、校正正：旋下目目镜处处十字字丝环环外罩罩，转转动左左右2个“校校正螺螺丝””。十字丝丝横丝丝检校校的操操作演演示（三））水准准管轴轴∥视准轴轴（i角）的的检校校1、检验验：（1）平坦坦地上上选A、B两点，，约100m。（2）在中点点C架仪器器，读读取a1、b1（3）在距距B点约2—3m处架仪仪，读读取a2、b2，得h2=a2-b2。若h2≠≠h1,则水准准管轴轴不平平行视视准轴轴。①h1无误差②b2的误差可忽略不计。说明：对S3水准仪，若i>20"，需校正。

（4）按下式，可计算出i角：原因？2、校正正校正水水准管管旋转微微倾螺螺旋，，使十十字丝丝横丝丝对准准(a2’=h1+b2)，拨动水水准管管“校校正螺螺丝””，使使水准准管气气泡居居中。。水准管管检校校的操操作演演示§2.5水准测测量的的误差差及其其消减减方法法一、仪仪器误误差(一)视准轴轴与水水准管管轴不不平行行引起起的误误差(二)调焦引引起的的误差差(三)水准尺尺的误误差二、观观测误误差(一)气泡居居中误误差(二)估读水水准尺尺分划划的误误差(三)扶水准准尺不不直的的误差差三、外外界环环境的的影响响(一)仪器下下沉和和水准准尺下下沉的的误差差1.仪器下下沉的的误差差2.水准尺尺下沉沉的误误差(二)地球曲曲率和和大气气折光光的误误差1.地球曲曲率引引起的的误差差2.大气折折光引引起的的误差差(三)气候的的影响响§2.6三、四四等水水准测测量(levelingsurveying)一、三三、四四等水水准测测量要要求（一））适用用：平平坦地地区的的高程程控制制测量量。（二））精度度技术术要求求：

表一：三、四等水准测量测站技术要求

等级视线长度(m)前、后视距离差(m)前、后视距离累积差(m)红、黑面读数差(mm)红、黑面高差之差(mm)三等

≤65≤3≤6≤2≤3四等

≤80≤5≤10≤3≤5表二：：三、、四等等水准准测量量主要技术要要求等级每每公里里高附附合路路水水准仪仪往往返返测高高附附合路路线或或差中误误差线线长度度级级别别差差不符符值环环线线闭合合差(mm)(km)(mm)(mm)三等645S1或S312R±12L或4n四等1015S1或S320R±±20L或6n注：R为测段段的长长度；；L为附合合路线线的长长度，，均以