水準(zhǔn)儀與高程測量

3.1.1

水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量原理：利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，讀取豎立于兩個(gè)點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，通過計(jì)算求出地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)的高程計(jì)算出待定點(diǎn)的高程。

待定點(diǎn)高程求解步驟：1、計(jì)算A、B兩點(diǎn)間高差：2、根據(jù)A點(diǎn)高程計(jì)算B點(diǎn)高程：3.1水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測量1高差法a--后視讀數(shù)b--前視讀數(shù)視線高:Hi=HA+a=HB+b則hAB=HB-HA=a-b大地水準(zhǔn)面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平視線水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺ab前進(jìn)方向2視線高法視線高：A點(diǎn)的高程加上后視讀數(shù)等于水準(zhǔn)儀的視線高程,簡稱視線高,

設(shè)為,即。視線高法：利用視線高計(jì)算待定水準(zhǔn)點(diǎn)B高程的方法。

1、原理：

2、適用條件：特別適用于根 據(jù)一個(gè)后視點(diǎn)的高程同時(shí)測 定多個(gè)前視點(diǎn)的高程的工作。

3、測定高程的步驟

視線高法測定高程的步驟架設(shè)一次水準(zhǔn)儀測多個(gè)前視點(diǎn)，…，點(diǎn)的高程：

1）將水準(zhǔn)儀架設(shè)在適當(dāng)?shù)奈恢?，?duì)準(zhǔn)后視點(diǎn)A，讀取中絲讀數(shù)；2）根據(jù)A點(diǎn)高程計(jì)算出視線高；3）用水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)豎立在，，…，點(diǎn)上的 水準(zhǔn)尺，并分別讀取讀數(shù)為，，…，

；4）計(jì)算點(diǎn)，，…，的高程：

3

轉(zhuǎn)點(diǎn)及測站條件：在水準(zhǔn)測量工作中,若已知水準(zhǔn)點(diǎn)到待定水準(zhǔn)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)或高差較大,僅安置一次儀器無法測得兩點(diǎn)之間的高差。轉(zhuǎn)點(diǎn)與測站求解待定水準(zhǔn)點(diǎn)高程

轉(zhuǎn)點(diǎn)與測站

設(shè)已知點(diǎn)A的高程為，要定B點(diǎn)的高程，必須在A、B兩點(diǎn)之間連續(xù)設(shè)置若干個(gè)測站。進(jìn)行觀測時(shí)，每安置一次儀器觀測兩點(diǎn)間的高差，稱為一個(gè)測站；作為傳遞高程的臨時(shí)立尺點(diǎn)1，2，…，n－1稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)（TP）。

求解待定水準(zhǔn)點(diǎn)高程1)、計(jì)算各測站高差2)、計(jì)算A、B兩點(diǎn)間的高差3)、計(jì)算待定點(diǎn)B的高程二、連續(xù)水準(zhǔn)測量轉(zhuǎn)點(diǎn)

P1、P2、P3，起傳遞高程的作用，必須保持穩(wěn)定不動(dòng)。3.1.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺D和S分別為“大地測量”和“水準(zhǔn)儀”漢語拼音的第一個(gè)字母；字母后數(shù)字05，1，3，10指用該類型水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量時(shí)每千米往、返測高差中數(shù)的偶然中誤差值，分別不超過±0.5mm，±1mm，±3mm，±10mm；DS05、DS1為精密水準(zhǔn)儀，主要用于國家一、二等精密水準(zhǔn)測量和精密工程測量，DS3主要用于國家三、四等水準(zhǔn)測量和常規(guī)工程測量，建筑工程測量中常用的是DS3型水準(zhǔn)儀，簡稱S3型水準(zhǔn)儀。

望遠(yuǎn)鏡物鏡目鏡十字絲水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器基座水準(zhǔn)儀的基本部件（1）.望遠(yuǎn)鏡定義：構(gòu)成水平視線、瞄準(zhǔn)目標(biāo)并對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)的主要部件。分類：根據(jù)在目鏡端觀察到的物體成像情況，望遠(yuǎn)鏡可分為：正像望遠(yuǎn)鏡倒像望遠(yuǎn)鏡

（微傾式水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡多采用內(nèi)對(duì)光式的倒像望遠(yuǎn)鏡

）倒像望遠(yuǎn)鏡

組成：物鏡、物鏡調(diào)焦鏡、十字絲分劃板、目鏡等。

視準(zhǔn)軸：

1、定義：物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線稱為望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸；

2、作用：視準(zhǔn)軸是瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)的依據(jù)。

成像原理

十字絲分劃板十字絲分劃板：是一塊圓形平板玻璃，上面刻有相互正交的十字絲；十字絲組成及其功能：

1、縱絲（也叫豎絲）用來照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺；

2、橫絲（又叫中絲）的中間來讀取讀數(shù)；

3、視距絲：與橫絲平行而等距的上下兩根短細(xì)線，用于測量距離。實(shí)用技巧：調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋，可使十字絲分劃板成像清晰。（2）.水準(zhǔn)器定義：用來判斷望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸是否水平及儀器數(shù)豎是否豎直的裝置。分類：

a、管水準(zhǔn)器；b、圓水準(zhǔn)器

（3）.基座組成：軸座、底板、三角壓板及三個(gè)腳螺旋。作用：

1、支撐儀器；

2、連接儀器與三腳架。實(shí)用技巧：由轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)腳螺旋可使水準(zhǔn)器氣泡居中。

水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺分為黑面與紅面，黑紅面的零點(diǎn)差為4687或4787；尺墊：放置在轉(zhuǎn)點(diǎn)處，防止在觀測過程中水準(zhǔn)尺下沉和移位

水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件主要條件：水準(zhǔn)管軸LL∥視準(zhǔn)軸CC視準(zhǔn)軸位置不因調(diào)焦而變動(dòng)次要條件：圓水準(zhǔn)軸L’L’∥豎軸VV橫絲⊥VVCCLLVVL'L'2.3水準(zhǔn)儀使用方法儀器安放整平

對(duì)光照準(zhǔn)消除視差照準(zhǔn)讀數(shù)三角架腳螺旋目、物鏡對(duì)光螺旋腳架張開角度勿太大或太小不可對(duì)準(zhǔn)太陽水平微調(diào)螺旋刻度大小正、倒像注意：如何辨別及消除視差？

四、水準(zhǔn)儀的使用步驟：安置、粗平、瞄準(zhǔn)、精平、讀數(shù)1、粗平（調(diào)節(jié)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，儀器豎軸大致鉛垂）

a123b312c312規(guī)律：氣泡移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。2、瞄準(zhǔn)先調(diào)十字絲清晰，用粗瞄器粗瞄，儀器制動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)焦螺旋至目標(biāo)成像清晰消除視差，再用微動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使豎絲對(duì)準(zhǔn)尺中間稍偏一點(diǎn)。3、精平

調(diào)節(jié)微傾螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡成像拋物線符合，視線水平（每次讀中絲讀數(shù)前都應(yīng)進(jìn)行精平）水準(zhǔn)尺讀數(shù)方法：2.375m3.1.3水準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)路線1、水準(zhǔn)點(diǎn)的含義2、水準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)要求3、標(biāo)石的埋設(shè)類型4、點(diǎn)之記（一）水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)的含義：

為了統(tǒng)一全國高程系統(tǒng)和滿足科學(xué)研究、各種比例尺測圖和工程建設(shè)的需要，測繪部門在全國各地埋設(shè)了許多固定的測量標(biāo)志，并用水準(zhǔn)測量的方法測定了它們的高程，這些標(biāo)志稱為水準(zhǔn)點(diǎn)，一般用BM(BenchMark)表示。水準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)要求：

1)、國家等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)：須按要求設(shè)置永久性固定標(biāo)志；

2)、等外水準(zhǔn)點(diǎn)：可在地面上打人木樁，或在堅(jiān)硬的巖石、建筑物上設(shè)置固定標(biāo)志，并用紅色油漆標(biāo)注記號(hào)和編號(hào)。標(biāo)石的埋設(shè)類型：四類水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石：

基巖水準(zhǔn)標(biāo)石、基本水準(zhǔn)標(biāo)石、普通水準(zhǔn)標(biāo)石、墻角水準(zhǔn)標(biāo)志。點(diǎn)之記： 定義：水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)后，為便于以后使用時(shí)查找，需繪制說明點(diǎn)位的平面圖，稱為點(diǎn)之記。

圖4-17所示為水準(zhǔn)點(diǎn)BM1點(diǎn)之記的示例。

2水準(zhǔn)路線含義：水準(zhǔn)測量施測時(shí)所經(jīng)過的路線，稱為水準(zhǔn)路線。布設(shè)要求：水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量沿公路、大道等平坦地面布設(shè)，以保證測量精度。水準(zhǔn)路線上兩相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)之間稱為一個(gè)測段。

布設(shè)形式：

1、單一水準(zhǔn)路線

2、水準(zhǔn)網(wǎng)

單一水準(zhǔn)路線名稱路線定義觀測要求路線簡圖附合路線從一個(gè)已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)BM1出發(fā)，沿各待測高程的點(diǎn)1、2進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后附合到另一個(gè)已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)BM2上的水準(zhǔn)路線。單程觀測。閉合路線從一個(gè)已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)BM3出發(fā)，沿環(huán)線上各待測高程的點(diǎn)1、2、3進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后仍回到原己知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)BM3上的水準(zhǔn)路線。單程觀測。支路線從一已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)BM4出發(fā)，沿各待測高程的點(diǎn)1、2進(jìn)行水準(zhǔn)測量，既不附合到另一高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)上，也不自行閉合的水準(zhǔn)路線。往返觀測或單程雙線觀測。水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求3.1.4水準(zhǔn)測量記錄與成果計(jì)算水準(zhǔn)測量觀測程序：

從一個(gè)已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，一般要用連續(xù)水準(zhǔn)測量的方法，才能測量并計(jì)算出待定水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。具體工作步驟：

1水準(zhǔn)測量的具體工作步驟、記錄、計(jì)算：

1)、在己知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)上立水準(zhǔn)標(biāo)尺，作為后視尺。

2)、在路線的前進(jìn)方向上的適當(dāng)位置放置尺墊，在尺墊上豎立水準(zhǔn)標(biāo)尺作為后視尺。

3)、把水準(zhǔn)儀安置在到兩水準(zhǔn)尺間的距離大致相等的地方，儀器到水準(zhǔn)尺的最大視距不大于150m。使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。

4)、照準(zhǔn)后視標(biāo)尺并消除視差后，用微傾螺旋調(diào)節(jié)管水準(zhǔn)氣泡并使其精確居中，用上、中、下三絲讀取后視讀數(shù)，并記入手簿，見表3-3。

5)、照準(zhǔn)前視標(biāo)尺后使水準(zhǔn)管氣泡居中，用上、中、下三絲讀取前視讀數(shù)，并記入手簿，見表3-3

，比較前后視距差（一半不大于5m）。

6)、將儀器按前進(jìn)方向遷至第二站，此時(shí)，第一站的前視尺不動(dòng)，變成第二站的后視尺，第一站的后視尺移至前面適當(dāng)位置成為第二站的前視尺，按第一站相同的觀測程序進(jìn)行第二站測量。

7)、順序沿水準(zhǔn)路線的前進(jìn)方向觀測、記錄，直至終點(diǎn)。2水準(zhǔn)測量的檢核方法

（1）計(jì)算檢核主要檢核每站高差計(jì)算中的錯(cuò)誤。（2）測站檢核

儀器高法、雙面尺法。（3）成果檢核

測量結(jié)果與理論值的比較，一般用高差閉合差來反映。高差閉合差計(jì)算高差閉合差調(diào)整計(jì)算改正后高差高程計(jì)算3五等水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計(jì)算（1）高差閉合差——閉合水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線的高差閉合差：由于路線起閉于同一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，因此，高差總和的理論值應(yīng)等于零，但因測量誤差的存在使得實(shí)測高差的總和往往不等于零，其差值稱為閉合水準(zhǔn)路線的高差閉合差。閉合差的計(jì)算：

高差閉合差計(jì)算（2）高差閉合差——附合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線的高差閉合差：附合水準(zhǔn)路線是由一個(gè)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)測量到另一個(gè)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，各段測得的高差總和應(yīng)等于兩水準(zhǔn)點(diǎn)的高程之差。但由于測量誤差的影響，使得實(shí)測高差總和與其理論值之間有一個(gè)差值，即附合水準(zhǔn)路線的高差閉合差。閉合差的計(jì)算：（3）高差閉合差——支水準(zhǔn)路線支水準(zhǔn)路線的高差閉合差：通過往返觀測，得到往返高差的總和 和，理論上應(yīng)大小相等，符號(hào)相反，但由于測量誤差的影響，兩者之間產(chǎn)生一個(gè)差值，這個(gè)差值稱為支水準(zhǔn)路線差閉合差。閉合差的計(jì)算：高差閉合差調(diào)整

當(dāng)高差閉合差在允許值范圍之內(nèi)時(shí)，可調(diào)整閉合差。 附合水準(zhǔn)路線或閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差分配的原則是將閉合差按距離或測站數(shù)成正比例反號(hào)改正到各測段的觀測高差上。 高差改正數(shù)計(jì)算公式為：或 高差改正數(shù)的總和應(yīng)與高差閉合差大小相等，符號(hào)相反，即，用該式可以檢核上述改正數(shù)計(jì)算的正確性。計(jì)算改正后高差1)、閉合（或附合）水準(zhǔn)路線： 將各段高差觀測值加上相應(yīng)的高差改正數(shù)，求出各段改正之后的高差值，即:

2)、支水準(zhǔn)路線： 對(duì)于支水準(zhǔn)路線，當(dāng)其閉合差符合要求時(shí)，可按下式計(jì)算各測段的平均高差：計(jì)算高程 方法：

1)、對(duì)于附合或閉合水準(zhǔn)路線，需根據(jù)改正后的高差，由起點(diǎn)高程逐一推算出其他各點(diǎn)的高程；

2)、對(duì)于支水準(zhǔn)路線，需根據(jù)各測段往、返兩次高差平均值，由起點(diǎn)高程逐一推算其他各點(diǎn)的高程。 注意：對(duì)于附合或閉合水準(zhǔn)路線而言，最后一個(gè)已知點(diǎn)的推算高程應(yīng)等于它的已知高程，以此檢查計(jì)算是否正確。3.1.5水準(zhǔn)測量注意事項(xiàng)1觀測2扶尺3記錄3.1.7電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)

電子水準(zhǔn)儀是以自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測器（CCD），并采用條碼標(biāo)尺和圖像處理電子系統(tǒng)而構(gòu)成的光電測量一體化的高科技產(chǎn)品。采用普通標(biāo)尺時(shí)，又可像一般自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣使用。 與傳統(tǒng)儀器相比，電子水準(zhǔn)儀具有以下特點(diǎn)：

1)、讀數(shù)客觀；

2)、精度高；

3)、速度快；

4)、效率高；

5)、儀器菜單功能豐富，內(nèi)置功能強(qiáng)、操作界面友好，有各種信息提示，大大 方便了實(shí)際操作。3.1.7電子水準(zhǔn)儀的基本原理

電子水準(zhǔn)儀又稱數(shù)字水準(zhǔn)儀，它是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。當(dāng)前電子水準(zhǔn)儀采用原理不同的三種自動(dòng)電子讀數(shù)方法。

1)、幾何法（德國蔡司DiNi12/12T/22）

2)、相關(guān)法（瑞士徠卡NA3002/3003/DNA03）

3)、相位法（日本拓普康DL-101C/102C/103）。 由于各廠家采用條碼標(biāo)尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。目前照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需人工目視進(jìn)行。人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡分劃板上，供目鏡觀測，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成像在光電傳感器(又稱探測器)上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。五、五等水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)點(diǎn)：采用水準(zhǔn)測量方法測得的高程控制點(diǎn)用BM表示。分為永久性水準(zhǔn)點(diǎn)和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)路線：從一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)到另一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)所經(jīng)過的水準(zhǔn)測量路徑稱為水準(zhǔn)路線。水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式一般有閉合水準(zhǔn)路線、附和水準(zhǔn)路線、支水準(zhǔn)路線等。水準(zhǔn)測量工作施測包括：水準(zhǔn)路線的設(shè)計(jì)、水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的埋設(shè)、水準(zhǔn)測量外業(yè)觀測數(shù)據(jù)采集、水準(zhǔn)內(nèi)業(yè)處理等過程?！煳宓人疁?zhǔn)測量外業(yè)施測

一、水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求等級(jí)水準(zhǔn)儀型號(hào)后前視距差K+黑-紅mm紅、黑面所測高差之差mm視線長度m檢測間歇點(diǎn)高差之差mmdm∑dm三DS3≤3≤6≤2≤3≤65≥3.0四DS3≤5≤10≤3≤5≤80≥5.0五DS3大致相等——≤100—二、五等水準(zhǔn)測量的主要步驟將水準(zhǔn)尺立于高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)上，作為后視A；在施測路線前進(jìn)方向上合適的位置（如TP1）作為前視點(diǎn)，放置尺墊，在A與TP1之間放置水準(zhǔn)儀I，其中I距離A與TP1的距離大致相等；以上稱為第一測站，采用水準(zhǔn)測量的方法讀取前后視讀數(shù)，計(jì)算高差，視距等記錄于手簿；將TP1作為下一測站的后視點(diǎn)，重復(fù)前面步驟，尋找TP2作為第二測站的前視點(diǎn)，將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄于手簿中；按照相同的方法和操作程序，完成整條水準(zhǔn)路線的數(shù)據(jù)采集工作。檢查水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺符合要求方可使用每次讀數(shù)前后均應(yīng)檢查水準(zhǔn)管氣泡是否居中前后視距要大致相等，視線距離不超過75m為宜相鄰站轉(zhuǎn)站過程中，轉(zhuǎn)點(diǎn)尺位嚴(yán)格保持不動(dòng)；讀數(shù)時(shí)，記錄員要復(fù)述，以便核對(duì)每條水準(zhǔn)路線測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)，以消除兩根水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)差。三、五等水準(zhǔn)測量注意事項(xiàng)測站數(shù)為偶數(shù)消除水準(zhǔn)尺零點(diǎn)誤差標(biāo)尺的零點(diǎn)差可用一測段中使測站為偶數(shù)的方法予以消除。計(jì)算檢核測站檢核（單站檢核）儀器高法、雙面尺法成果檢核（整條路線檢核）高差閉合差（三種不同水準(zhǔn)路線的高差閉合差P37）四、五等水準(zhǔn)測量檢核方法測站檢核方法1、兩次儀器高法2、雙面尺法a2a1b2b1測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)mm高差mm平均值mm后視前視1A1240a11393a2B2045b1-0805h′-0804h12196b2-0803h″AB高差閉合差計(jì)算（注意布設(shè)形式）；高差閉合差調(diào)整（與測站成正比反號(hào)分配或者與測段長度成正比反號(hào)分配）；計(jì)算各待定點(diǎn)的高程；內(nèi)業(yè)計(jì)算實(shí)例P38五、五等水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計(jì)算高程測設(shè)什么叫高程測設(shè)？高程測設(shè)的任務(wù)是什么？高程測設(shè)的幾種方法？實(shí)習(xí)一水準(zhǔn)儀的認(rèn)識(shí)一、實(shí)習(xí)內(nèi)容1、了解水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造，各部件名稱和作用2、學(xué)會(huì)水準(zhǔn)儀的使用（安置、粗平、瞄準(zhǔn)、精平）；3、練習(xí)讀數(shù)（