第二章 水準測量

定義：測定地面點高程的工作。水準測量三角高程測量GPS測量氣壓高程測量高程測量

根據(jù)使用儀器和原理的不同，分為：§2.1水準測量的原理§2.2水準儀和水準尺§2.3水準測量的方法§2.4水準測量成果的計算第二章水準測量教學目標：（1）理解水準測量的原理

（2）掌握水準儀各部件的名稱及作用

（3）掌握水準儀的使用方法教學重點：（1）望遠鏡的主要構(gòu)造及作用

（2）水準儀的使用方法教學難點：（1）望遠鏡的主要構(gòu)造及作用水準測量是利用一條水平視線，借助水準尺，測定地面上兩點間的高差，然后根據(jù)已知點高程和測得的高差，推算出未知點高程。ABabhAB前進方向大地水準面HA（已知）HB=？后視前視§2.1水準測量的原理ABabhAB前進方向大地水準面HA（已知）HB=？后視前視A、B兩點間高差hAB為：高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。A—后視點a—后視讀數(shù)B—前視點b—前視讀數(shù)hABABab前進方向大地水準面HAHBHB儀器高度計算未知點的高程高差法儀高法問題：

A、B兩點高差較大ABA、B兩點距離較遠AB怎么解決？∑hAB大地水準面HB=?ＨA轉(zhuǎn)點：臨時立尺的高程傳遞點。測站：每安置一次儀器稱為一個測站。二、連續(xù)水準測量

hAB=∑h=h1+h2

+…

=(a1

－

b1)+(a2

－b2)+…=∑a－∑b一、微傾式水準儀為水準測量提供水平視線的儀器。常用的水準儀精密水準儀DS05、DS1普通水準儀DS3、DS10

D：大地測量S：水準儀05、1、3：儀器能達到的每千米往返側(cè)高差中數(shù)的中誤差（mm）。

§2.2水準儀和水準尺一、微傾式水準儀DS3型水準儀望遠鏡水準器基座水準儀的結(jié)構(gòu)目鏡微傾螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡水平微動螺旋水平制動螺旋腳螺旋準星水準儀的結(jié)構(gòu)一、微傾式水準儀物鏡調(diào)焦透鏡目鏡視準軸上絲下絲中絲豎絲十字絲分劃板望遠鏡望遠鏡是精確瞄準目標及提供一條水平視線的設(shè)備。它主要由:物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成。一、微傾式水準儀定義：當眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標影像有相對運動的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：目標的成像平面與十字絲平面不重合。消除辦法：仔細進行目鏡、物鏡調(diào)焦；讀數(shù)平視視差一、微傾式水準儀圓水準器水準管水準器利用液體受重力作用后氣泡居最高處的特性，使水準器的一條特定的直線位于水平或豎直位置的一種裝置。水準器又分為圓水準器和管水準器。符合水準器

在水準管上裝有符合棱鏡系統(tǒng)，當氣泡兩端影象符合一致時就表明氣泡已經(jīng)居中。氣泡不符合的程度正好是距完全符合位置的兩倍，可使氣泡居中的精度提高一倍。

水準尺塔尺雙面尺水準尺是與水準儀配合進行水準測量的工具。二、水準尺和尺墊二、水準尺和尺墊

雙面尺：尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺（也稱主尺）；另一面為紅白相間，稱為紅面尺（也稱輔尺）。（1）尺面分劃為1cm，每10cm處（E字形刻劃的尖端）注有阿拉伯數(shù)字。（2）黑面主尺尺底刻劃為零，紅面尺尺底刻劃為一常數(shù)：4687mm或4787mm，稱為水準尺的尺常數(shù)。使用水準尺前一定要認清刻畫特點。二、水準尺和尺墊尺墊：標志轉(zhuǎn)點位置，支撐水準尺，由生鐵鑄成。一般為三角形板座，其下方有三個腳，可以踏入土中。尺墊上方有一突起的半球體，水準尺立于半球頂面。立尺點三、水準儀的使用安置水準儀粗略整平瞄準水準尺精平和讀數(shù)2.粗平

通過調(diào)整腳螺旋，將圓水準氣泡居中，使儀器豎軸處于鉛垂位置，視線概略水平。左手拇指定律：氣泡移動方向與左手大拇指運動的方向一致。3.瞄準水準尺目的：使十字絲和目標成像清晰。方法：①目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰）②初步瞄準（用瞄準器對準目標）③物鏡調(diào)焦（使目標成像清晰）④精確瞄準（調(diào)微動螺旋使豎絲對準目標）注意：瞄準時應(yīng)消除視差。調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲清晰瞄準目標，仔細調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋，使目標清晰5.讀數(shù)用十字絲橫絲在水準尺上按從小到大的方向讀數(shù)，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。如圖的讀數(shù)0.857m注意：讀數(shù)前必須精平，精平后立即讀數(shù)。5.讀數(shù)水準儀使用小結(jié)一架設(shè)，二粗平，三瞄準，微傾水準儀，四讀尺，五記錄，高、角適宜架略平。圓盒氣泡居中心。三點一線調(diào)兩鏡。管泡吻合調(diào)微傾。橫絲截數(shù)尺立正。復(fù)念復(fù)視數(shù)記清?！?.3水準測量的方法一、水準點水準點：高程控制點稱水準點(BM)。水準測量通常是從水準點引測其他點的高程。水準點有永久性和臨時性兩種。永久性水準點一般用混凝土或鋼筋混凝土制成。臨時性的水準點可用地面上突出的堅硬巖石或用大木樁打入地下，樁頂釘以半球形鐵釘。國家二等水準點永久性水準點墻上水準點臨時水準點建筑上使用的水準點BMAB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.82201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.543二、水準測量的實施（外業(yè)）

水準測量手簿測站點號水準尺讀數(shù)后視（a）前視（b）高差（m）高程（m）備注

ⅠBMATP11.1341.677-0.543

ⅡTP1TP21.4441.324+0.120

ⅢTP2TP31.8220.876+0.946

ⅣTP3TP41.8201.435+0.385

ⅤTP4B1.4221.304+0.118計算檢核Σ∑a－∑b＝50.0007.6426.6161.0261.02651.026兩立尺點間的距離約50-80m，最大不超過100m。水準儀安置在離前視點和后視點距離大致相等處，目的是消除因水準管軸與視準軸不平行引起的誤差。先后視，后前視，將讀數(shù)記入記錄手簿。為保證高程傳遞的準確性，在相鄰測站的觀測過程中，必須使轉(zhuǎn)點保持穩(wěn)定（高程不變）。進行下一測站觀測時，前一站的前視尺不動作為下一站的后視尺。倒尺法的目的：消除尺分劃的零點誤差。注意事項：

1.計算檢核

目的：檢核條件：如果高差計算正確，那么

說明未知點的高程計算也是正確的。三、水準測量的檢核檢核記錄手簿中高差和高程計算是否正確。

2.測站檢核

目的：（1）變動儀器高法

在同一測站上變動儀器高，兩次測出高差；等外水準測量其差值|Δh|≤5mm，取其平均值作為最后結(jié)果。（2）雙面尺法

采用黑紅面的水準尺，利用雙面尺的零點差檢核觀測質(zhì)量。若同一水準尺紅面與黑面（加常數(shù)）之差，不超過3mm；且兩次高差之差，又未超過5mm，則取其平均值作為最后結(jié)果。檢核觀測、讀數(shù)和記錄時是否產(chǎn)生錯誤。（1）閉合水準路線（2）附合水準路線（3）支水準路線3.成果檢核

目的：方法：

對整個水準路線的成果進行檢核，以保證測量資料滿足使用要求。

布設(shè)成有檢核條件的水準路線，具體布設(shè)形式有如下圖形：水準路線布設(shè)形式

1BMA

2

3

4h1h21.閉合水準路線h3h4h5檢核條件：定義：從一已知高程的水準點開始沿環(huán)線測定各測段的高差，最后回到原水準點的水準路線。圖形：水準路線布設(shè)形式檢核條件：定義：從一已知高程的水準點開始沿環(huán)線測定各測段的高差，最后附合到另一個已知高程的水準點的水準路線。2.附合水準路線BMABMB

1

2

3h1h2h3h4圖形：水準路線布設(shè)形式檢核條件：定義：從一已知高程的水準點開始沿環(huán)線測定各測段的高差，既不回到原來的水準點上，也不附合到另一已知水準點上的水準路線。3.支水準路線BMA

1

2h1h2h3h4高差閉合差定義：

觀測高差代數(shù)和與理論值之間的差值。

（1）閉合水準路線（2）附合水準路線（3）支水準路線檢核條件：檢核條件：檢核條件：（2-7）（2-8）（2-10）（2-11）一、內(nèi)業(yè)工作進行的工作步驟§2.4水準測量成果的計算1.計算高差閉合差2.水準測量容許閉合差普通水準測量：

式中，fh容——高差閉合差限差，單位：mm；

L

——水準路線長度，單位：km；

n

——測站數(shù)。3.高差閉合差的調(diào)整

調(diào)整原則：

按距離：

按測站數(shù)：

檢核：

將高差閉合差反號按與距離L或測站數(shù)n成正比原則，分配到各段高差上。4.計算各待定點高程

二、水準測量內(nèi)業(yè)計算舉例

按圖根水準測量施測某附合水準路線觀測成果略圖。BMA和BMB為已知高程的水準點，圖中箭頭表示水準測量前進方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點間的高差(以m為單位)，路線下方數(shù)字為該測段的長度(以km為單位)，試計算待定點1、2、3點的高程。第1步：計算高差閉合差第二步：計算限差故可進行閉合差分配。例題解算第3步：計算每公里改正數(shù)

第4步：計算各段高差改正數(shù)故有：v1=v0×l1

注意：最終結(jié)果保留到毫米，四舍五入后，使以達到消高差閉合差的目的。所以：v1=-8mm

v2=-11mm

v3=-8mm

v4=-10mmv1=-8mmv2=-10mm或v3=-9mm

v4=-10mmv2=v0×l2=-5mm/km×2.1km=-10.5mm

v3=v0×l3=-5mm/km×1.7km=-8.5mm

v4=v0×l4=-5mm/km×2.0km=-10mm=-5mm/km×1.6km=-8mm故可得：H1=HA+h1改=45.286+2.323=47.609(m)

H2=H1+h2改=47.509+2.802=50.411(m)

H3=H2+h3改=50.311-2.252=48.159(m)

HB=H3+h4改=48.059+1.420=49.579(m)第5步：計算1、2、3各點的高程：故有：h1改=h1+v1h2改=h2+v2=2.813+（-11mm）=2.802m

h3改=h3+v3=-2.244+（-8mm）=-2.252m

h4改=h4+v4=1.430+（-10mm）=1.420m=2.331+（-8mm）=2.323m沒有管水準器和微傾螺旋。使用時，只須將水準儀上的圓水準器的氣泡居中，在十字絲的交點上讀得的便是視線水平的讀數(shù)。特點：

1.視準軸自動安平，減少操作步驟，提高工作效率；

2.提高水準測量精度。一、自動安平水準儀型號：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10§2.5

精密水準儀與自動安平水準儀二、自動安平水準儀的原理

重力安平：用一個重物與望遠鏡筒連接，并能以某個點為軸一起旋轉(zhuǎn)，在結(jié)構(gòu)上做到重物由于重力作用靜止時，視線處于水平位置。

光學補償器安平：當視準軸雖已傾斜，通過物鏡光心的水平光線經(jīng)補償裝置后仍能通過十字絲交點。原理：（1）視線水平時尺上讀數(shù)為a，當儀器粗平時，視線傾斜一個小角α，讀數(shù)為a′（2）在光路上加一個補償器，進入到十字絲分劃板的光線全部偏轉(zhuǎn)β角光學補償器的原理只要α、β之間的關(guān)系滿足：

f·α＝d·β則偏轉(zhuǎn)β角的成像中水平視線的讀數(shù)a必然位于十字絲交點處。圖形：水準儀讀數(shù)實例β＝

4αd＝f/4f·α＝d·β自動安平補償器滿足的條件：三、自動安平補償器圖形：水準儀讀數(shù)實例數(shù)字水準儀測量記錄與計算規(guī)則在測量手簿上書寫前，應(yīng)準備好硬性鉛筆，同時熟悉表上各項內(nèi)容的填寫與計算方法。記錄觀測數(shù)據(jù)前，應(yīng)將表頭的儀器型號編號、日期、天氣、測站、觀測者及記錄者姓名等無一遺漏地填寫完全。測量記錄與計算規(guī)則觀測讀數(shù)后，記錄者應(yīng)隨即在測量手簿上的相應(yīng)欄內(nèi)填寫，并復(fù)誦回報以資檢核。不得另紙記錄事后轉(zhuǎn)抄。測量記錄與計算規(guī)則記錄時要求字體端正清晰，數(shù)位對齊、數(shù)字齊全。字腳靠近底線；表示精度或占位的“0”均不能省略。觀測數(shù)據(jù)的尾數(shù)不得更改，讀錯或記錯后必須重測重記。如：角度測量時，秒級數(shù)字出錯，應(yīng)重測該測回；水準測量時毫米級數(shù)字出錯，應(yīng)重測該測站。測量記錄與計算規(guī)則觀測數(shù)據(jù)的前幾位若出錯時，應(yīng)用細橫線劃去錯誤的數(shù)字，并在原數(shù)字上方寫出正確的數(shù)字。注意不得涂改已記錄的數(shù)據(jù)，禁止連續(xù)更改數(shù)字。記錄數(shù)據(jù)修改后，都應(yīng)在備注欄內(nèi)寫明原因（記錯、測錯、超限）。測量記錄與計算規(guī)則每站觀測結(jié)束后，必須在現(xiàn)場完成規(guī)定的計算的檢核，確認無誤后方可遷站。數(shù)據(jù)運算應(yīng)根據(jù)所取位數(shù)，按“4舍6入，5前單進雙舍的規(guī)則