第二章水準(zhǔn)測(cè)量

第二章水準(zhǔn)測(cè)量第一節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量原理第二節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的儀器和工具第三節(jié)水準(zhǔn)儀的使用第四節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)測(cè)方法第五節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的成果計(jì)算第六節(jié)微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)第七節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量誤差與注意事項(xiàng)第一節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量原理一、水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，測(cè)定地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)的高程和測(cè)得的高差，推算出未知點(diǎn)高程。ABabhABA、B兩點(diǎn)間高差hAB為：前進(jìn)方向A點(diǎn)為后視點(diǎn)，A點(diǎn)尺上的讀數(shù)a稱為后視讀數(shù)；B點(diǎn)為前視點(diǎn)，B點(diǎn)尺上的讀數(shù)b稱為前視讀數(shù)。高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。二、計(jì)算未知點(diǎn)高程1高差法ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB如果已知A點(diǎn)的高程HA，則B點(diǎn)的高程HB為：2視線高法ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHBHiB點(diǎn)高程也可以通過(guò)水準(zhǔn)儀的視線高程Hi來(lái)計(jì)算，即第二節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的儀器和工具水準(zhǔn)測(cè)量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具有水準(zhǔn)尺和尺墊。DS3主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器及基座三部分組成。一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造1望遠(yuǎn)鏡它主要由物鏡、目鏡、對(duì)光透鏡和十字絲分劃板組成。望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)精確瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)并對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)的。（1）十字絲分劃板十字絲分劃板是為了瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)用的。十字絲分劃板上絲下絲中絲豎絲（2）物鏡對(duì)光螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，可使對(duì)光透鏡前后移動(dòng)，從而使目標(biāo)影像清晰。十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線，稱為視準(zhǔn)軸CC。視準(zhǔn)軸的延長(zhǎng)線即為視線。當(dāng)視準(zhǔn)軸水平時(shí)，用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上截取讀數(shù)。（3）目鏡對(duì)光螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋，可使十字絲影像清晰。2水準(zhǔn)器（2）管水準(zhǔn)器（1）圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器內(nèi)壁是一個(gè)球面，球面中心刻有一個(gè)分劃圓圈，圓圈中心O，稱為圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)。（1）圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器用于粗略整平儀器。L′L′氣泡

過(guò)零點(diǎn)的球面法線L'L'，稱為圓水準(zhǔn)器軸。當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)器軸處于鉛垂位置。（2）管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器（亦稱水準(zhǔn)管）用于精確整平儀器。水準(zhǔn)管的內(nèi)壁為圓弧，水準(zhǔn)管兩端各刻有數(shù)條間隔為2mm的分劃線，這些分劃線的對(duì)稱中心O，稱為水準(zhǔn)管的零點(diǎn)。通過(guò)水準(zhǔn)管零點(diǎn)的圓弧切線LL，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，水準(zhǔn)管軸處于水平位置。為了提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度，采用符合水準(zhǔn)器?；淖饔檬侵С袃x器的上部，并通過(guò)連接螺旋與三腳架連接?；饕奢S座、腳螺旋、底板和三腳壓板構(gòu)成。3基座轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，可使圓水準(zhǔn)氣泡居中。

二、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介

1自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn)是沒(méi)有水準(zhǔn)管，而只有一個(gè)圓水準(zhǔn)器進(jìn)行粗略整平。當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中后，借助自動(dòng)補(bǔ)償器，視準(zhǔn)軸可在數(shù)秒內(nèi)自動(dòng)成水平狀態(tài)，從而讀出視線水平時(shí)的讀數(shù)。

2自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)，首先將圓水準(zhǔn)器氣泡居中，然后，瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，等待2～4s后，即可進(jìn)行讀數(shù)。遷站時(shí)，一定要將自動(dòng)補(bǔ)償器控制鈕鎖?。辉谑褂?、攜帶和運(yùn)輸中，嚴(yán)禁振動(dòng)，防止補(bǔ)償器失靈。

3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的優(yōu)點(diǎn)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀不僅操作簡(jiǎn)便，而且對(duì)于地面的微小震動(dòng)、風(fēng)力及三腳架不規(guī)則下沉導(dǎo)致的視線微小傾斜，能迅速自動(dòng)安平儀器，有效地減弱外界的影響，有利于提高觀測(cè)精度。二、水準(zhǔn)尺和尺墊1水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺有塔尺和雙面水準(zhǔn)尺兩種。（1）塔尺塔尺是一種逐節(jié)縮小的組合尺，其長(zhǎng)度為3～5m，有兩節(jié)或三節(jié)連接在一起，尺的底部為零點(diǎn)，尺面上黑白格相間，每格寬度為1cm，，在米和分米處有數(shù)字注記。（2）雙面水準(zhǔn)尺尺長(zhǎng)為3m，兩根尺為一對(duì)。尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺；另一面為紅白相間，稱為紅面尺。兩根尺的黑面尺尺底均從零開始，而紅面尺尺底，開始，開始。2尺墊尺墊由鑄鐵制成，其形狀一般為三角形，中央有一個(gè)突起的半球體，下部有三個(gè)尖腳。使用時(shí)將尖腳踩入地下，踏實(shí)，將水準(zhǔn)尺立于半球體的頂部。第三節(jié)水準(zhǔn)儀的使用微傾式水準(zhǔn)儀的基本操作程序?yàn)?安置儀器粗略整平瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺精確整平讀數(shù)一、安置儀器（2）打開三腳架并使其高度適中，用目估法使三腳架架頭大致水平。（3）打開儀器箱取出水準(zhǔn)儀，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀緊固地連接在三腳架架頭上。（1）選好安置位置。二、粗略整平通過(guò)調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。三、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋，使十字絲影像清晰。通過(guò)望遠(yuǎn)鏡筒上方的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，旋緊制動(dòng)螺旋。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，使水準(zhǔn)尺的成像清晰。1目鏡對(duì)光2初步瞄準(zhǔn)3物鏡調(diào)焦轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，使十字絲的豎絲瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺邊緣或中央。4精確瞄準(zhǔn)眼睛在目鏡端上下移動(dòng)，有時(shí)可看見十字絲的中絲與水準(zhǔn)尺影像之間相對(duì)移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫視差。5消除視差消除視差的方法是仔細(xì)地轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，直至視差消除。四、精確整平轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使氣泡兩端的影像嚴(yán)密吻合,此時(shí)水準(zhǔn)管氣泡居中，視線即為水平視線。五、讀數(shù)精確整平之后，應(yīng)立即用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。第四節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)測(cè)方法一、水準(zhǔn)點(diǎn)用水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)定的高程控制點(diǎn)，稱為水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)記為BMBenchMar。1水準(zhǔn)點(diǎn)的概念和作用水準(zhǔn)點(diǎn)是引測(cè)高程的依據(jù)。水準(zhǔn)點(diǎn)有永久性水準(zhǔn)點(diǎn)和臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)兩種。2水準(zhǔn)點(diǎn)種類（1）永久性水準(zhǔn)點(diǎn)（2）臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)路線是進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)量路線。二、水準(zhǔn)路線及成果檢核水準(zhǔn)路線基本布設(shè)形式有附合水準(zhǔn)路線、閉合水準(zhǔn)路線和支水準(zhǔn)路線。BM.ABM.Bh1h2h3h4CDE1附合水準(zhǔn)路線從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿各測(cè)待定高程點(diǎn)1、2、3進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，最后附合到另一已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMB上，這種水準(zhǔn)路線稱為附合水準(zhǔn)路線。（1）附合水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法從理論上講，附合水準(zhǔn)路線各測(cè)段高差代數(shù)和應(yīng)等于兩個(gè)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，即（2）成果檢核（1）閉合水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿各待測(cè)高程1、2、3、4進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，最后又回到原水準(zhǔn)點(diǎn)BMA，這種水準(zhǔn)路線稱為閉合水準(zhǔn)路線。BM.Ah1h2h3h4h512342閉合水準(zhǔn)路線從理論上講，閉合水準(zhǔn)路線各測(cè)段高差代數(shù)和應(yīng)等于零即（2）成果檢核

從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿待測(cè)高程點(diǎn)1進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，既不附合到其他已知水準(zhǔn)點(diǎn)，也不自行閉合，這種水準(zhǔn)路線稱為支水準(zhǔn)路線。支水準(zhǔn)路線要進(jìn)行往返測(cè)量，以進(jìn)行檢核。BM.A1hfhb3支水準(zhǔn)路線（1）支水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法從理論上講，支水準(zhǔn)路線往測(cè)高差與返測(cè)高差的代數(shù)和應(yīng)等于零,即（2）成果檢核三、水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHBAHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000mBM.ABhAB＝＋12.500mDAB＝50m當(dāng)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)距欲測(cè)定高程點(diǎn)較遠(yuǎn)或高差較大時(shí)，不能安置一次儀器即可測(cè)得兩點(diǎn)間的高差。這時(shí)需要在兩點(diǎn)間加設(shè)若干個(gè)立尺點(diǎn)，分段設(shè)站，連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。提出問(wèn)題：解決方法：加設(shè)的這些立尺點(diǎn)并不需要測(cè)定其高程，它們只起傳遞高程的作用，故稱之為轉(zhuǎn)點(diǎn)，用TP（TurningPoint）表示。前進(jìn)方向BMCBMABMBTP3TP1TP2TP3AHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000m已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA的高程HA＝，現(xiàn)欲測(cè)定C點(diǎn)的高程HC，由于A、C兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，需分段設(shè)站進(jìn)行測(cè)量，具體施測(cè)步驟如下。1觀測(cè)與記錄表2-1水準(zhǔn)測(cè)量手簿日期：2003年5月14日天氣：多云儀器：DS3水準(zhǔn)儀地點(diǎn)：校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地觀測(cè)：張鵬記錄：李翔測(cè)站測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)前視點(diǎn)后視點(diǎn)ⅠD=1000m大地水準(zhǔn)面前進(jìn)方向TP1測(cè)站測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)前進(jìn)方向D=1000m大地水準(zhǔn)面后視點(diǎn)TP1前視點(diǎn)后視讀數(shù)前視讀數(shù)2測(cè)站檢核（1）變動(dòng)儀器高法即測(cè)得第一次高差后，改變儀器高度（大于10cm），再測(cè)一次高差。兩次所測(cè)高差之差不超過(guò)容許值（例如等外水準(zhǔn)測(cè)量容許值為±6mm），則認(rèn)為符合要求。在同一個(gè)測(cè)站上用兩次不同的儀器高度，測(cè)得兩次高差進(jìn)行檢核。取其平均值作為該測(cè)站最后結(jié)果，否則須要重測(cè)。測(cè)站測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)前進(jìn)方向D=1000m大地水準(zhǔn)面TP1前進(jìn)方向D=1000m大地水準(zhǔn)面TP1TP2后視點(diǎn)前視點(diǎn)AHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000mTP.1ⅠTP.4TP.3h1ⅡTP.2進(jìn)行方向h22.3120.4502.4240.558A2.0141.2231.9011.1081.9550.7402.0770.866h32.4130.9012.2870.771h40.4180.5332.4672.350h5ⅢⅣⅤ測(cè)站測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)ⅠBM.A2.014+0.791+0.79232.1861.901TP.11.223+0.7931.108ⅡTP.12.312+1.862+1.8642.424TP.20.450+1.8660.558ⅢTP.22.077+1.211+1.2131.955TP.30.866+1.2150.740ⅣTP.32.413+1.512+1.5142.287TP.40.901+1.5160.771ⅤTP.40.418-1.932-1.9330.533BM.C2.350-1.9342.4673計(jì)算與計(jì)算檢核AC兩點(diǎn)的高差等于各測(cè)站的高差總和，即（1）計(jì)算則C點(diǎn)高程為：在本例題中：（2）計(jì)算檢核為了保證記錄表中數(shù)據(jù)的正確，應(yīng)對(duì)記錄表中計(jì)算的高差和高程進(jìn)行檢核。檢查內(nèi)容：

后視讀數(shù)總和減前視讀數(shù)總和的二分之一高差總和的二分之一平均高差總和C點(diǎn)高程與A點(diǎn)高程之差以上這四個(gè)數(shù)字應(yīng)相等。否則，計(jì)算有錯(cuò)。在本例題中：測(cè)站測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)ⅠBM.A2.014+0.791+0.79232.1861.901TP.11.223+0.7931.108ⅡTP.12.312+1.862+1.8642.424TP.20.450+1.8660.558ⅢTP.22.077+1.211+1.2131.955TP.30.866+1.2150.740ⅣTP.32.413+1.512+1.5142.287TP.40.901+1.5160.771ⅤTP.40.418－

1.932－

1.93335.6360.533BM.C2.350－

1.9342.467計(jì)算檢核∑18.33411.434+6.900+3.450∑a－∑b=18.334－11.434=+6.900(∑a－

∑b)/2=+3.450∑h=+6.900

∑(h/2)=+3.450HC－HA=+3.450第五節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的成果計(jì)算一、附合水準(zhǔn)路線的計(jì)算下圖是一附合水準(zhǔn)路線等外水準(zhǔn)測(cè)量示意圖，A、B為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，HA＝，HB＝，1、2、3為待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)。h1＝＋1.575mh2＝＋2.036mh3＝－1.742mh4＝＋1.446mn1＝8L1＝1.0kmn2＝12L2＝1.2kmn3＝14L3＝1.4kmn4＝16L4＝2.2kmBM.A123BM.B點(diǎn)號(hào)距離/km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注123456789∑輔助計(jì)算1填寫觀測(cè)數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)距離/km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注123456789∑輔助計(jì)算2計(jì)算高差閉合差根據(jù)附合水準(zhǔn)路線的測(cè)站數(shù)及路線長(zhǎng)度求出每公里測(cè)站數(shù)，以便確定采用平地或山地高差閉合差容許值的計(jì)算公式。在本例題中站/m＜16站/m故高差閉合差容許值采用平地公式計(jì)算。等外水準(zhǔn)測(cè)量平地高差閉合差容許值Whp的計(jì)算公式為點(diǎn)號(hào)距離/km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注123456789∑輔助計(jì)算3調(diào)整高差閉合差高差閉合差調(diào)整的原則和方法是：按與測(cè)站數(shù)或測(cè)段長(zhǎng)度成正比例的原則，將高差閉合差反號(hào)分配到各相應(yīng)測(cè)段的高差上，得改正后高差。即式中vi——第i測(cè)段的高差改正數(shù)，mm；、——水準(zhǔn)路線總測(cè)站數(shù)與總長(zhǎng)度；、——第測(cè)段的測(cè)站數(shù)與測(cè)段長(zhǎng)度。在本例中，各測(cè)段改正數(shù)為：計(jì)算檢核：將各測(cè)段高差改正數(shù)填入計(jì)算表第5欄內(nèi):點(diǎn)號(hào)距離/km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注123456789∑輔助計(jì)算4計(jì)算各測(cè)段改正后高差各測(cè)段改正后高差等于各測(cè)段觀測(cè)高差加上相應(yīng)的改正數(shù)，即式中——第i段的改正后高差，m。本例題中，各測(cè)段改正后高差為：計(jì)算檢核：將各測(cè)段改正后高差填入計(jì)算表第6欄內(nèi)。點(diǎn)號(hào)距離/km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注123456789∑輔助計(jì)算5計(jì)算待定點(diǎn)高程根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)A的高程和各測(cè)段改正后高差，即可依次推算出各待定點(diǎn)的高程，即最后推算出的B點(diǎn)高程應(yīng)與已知的B點(diǎn)高程相等，以此作為計(jì)算檢核。計(jì)算檢核：將推算出各待定點(diǎn)的高程填入計(jì)算表第7欄內(nèi)：點(diǎn)號(hào)距離/km測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注123456789∑輔助計(jì)算二、閉合水準(zhǔn)路線成果計(jì)算閉合水準(zhǔn)路線成果計(jì)算的步驟與附合水準(zhǔn)路線相同。右圖是一閉合水準(zhǔn)路線等外水準(zhǔn)測(cè)量示意圖，A為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，HA＝，1、2、3為待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)。BMA123n1=8站n2=12站n3=5站n4=10站h1=－h(huán)2=＋h3=＋h4=－1填寫觀測(cè)數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注13456789∑輔助計(jì)算2計(jì)算高差閉合差點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注13456789∑輔助計(jì)算3調(diào)整高差閉合差點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注13456789∑輔助計(jì)算4計(jì)算各測(cè)段改正后高差點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注13456789∑輔助計(jì)算5計(jì)算待定點(diǎn)高程點(diǎn)號(hào)測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號(hào)備注13456789∑輔助計(jì)算hf＝＋2.532mhb＝－2.520mBM.A1三、支水準(zhǔn)路線的計(jì)算A為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，，1點(diǎn)為待定高程的水