6高程控制測量

1、§5.1 國家高程基準(zhǔn) 布測全國統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，首先必須建立一個統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)面，所有水準(zhǔn)測量測定的高程都以這個面為零起算，也就是以高程基準(zhǔn)面作為零高程面。用精密水準(zhǔn)測量聯(lián)測到陸地上預(yù)先設(shè)置好的一個固定點(diǎn)，定出這個點(diǎn)的高程作為全國水準(zhǔn)測量的起算高程，這個固定點(diǎn)稱為水準(zhǔn)原點(diǎn)。5.1.1高程基準(zhǔn)面 高程基準(zhǔn)面就是地面點(diǎn)高程的統(tǒng)一起算面，由于大地水準(zhǔn)面所形成的體形大地體是與整個地球最為接近的體形，因此通常采用大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。 大地水準(zhǔn)面是假想海洋處于完全靜止的平衡狀態(tài)時的海水面延伸到大陸地面以下所形成的閉合曲面。事實(shí)上，海洋受著潮汐、風(fēng)力的影響，永遠(yuǎn)不會處于完全靜止的平衡狀態(tài)，

2、總是存在著不斷的升降運(yùn)動，但是可以在海洋近岸的一點(diǎn)處豎立水位標(biāo)尺，成年累月地觀測海水面的水位升降，根據(jù)長期觀測的結(jié)果可以求出該點(diǎn)處海洋水面的平均位置，人們假定大地水準(zhǔn)面就是通過這點(diǎn)處實(shí)測的平均海水面。 長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗(yàn)潮，進(jìn)行這項(xiàng)工作的場所稱為驗(yàn)潮站。 根據(jù)各地的驗(yàn)潮結(jié)果表明，不同地點(diǎn)平均海水面之間還存在著差異，因此，對于一個國家來說，只能根據(jù)一個驗(yàn)潮站所求得的平均海水面作為全國高程的統(tǒng)一起算面高程基準(zhǔn)面。 新中國成立后的1956年，我國根據(jù)基本驗(yàn)潮站應(yīng)具備的條件，認(rèn)為青島驗(yàn)潮站位置適中，地處我國海岸線的中部，而且青島驗(yàn)潮站所在港口是有代表性的規(guī)律性半日潮港，又避開了江河入海

3、口，外海海面開闊，無密集島嶼和淺灘，海底平坦，水深在l0m以上等有利條件，因此，在1957年確定青島驗(yàn)潮站為我國基本驗(yàn)潮站，驗(yàn)潮井建在地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的花崗石基巖上，以該站1950年至1956年7年間的潮汐資料推求的平均海水面作為我國的高程基準(zhǔn)面。以此高程基準(zhǔn)面作為我國統(tǒng)一起算面的高程系統(tǒng)名謂“1956年黃海高程系統(tǒng)”。 “1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程基準(zhǔn)面的確立，對統(tǒng)一全國高程有其重要的歷史意義，對國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)研究等方面都起了重要的作用。但從潮汐變化周期來看，確立“1956年黃海高程系統(tǒng)”的平均海水面所采用的驗(yàn)潮資料時間較短，還不到潮汐變化的一個周期（一個周期一般為18.61年），同時

4、又發(fā)現(xiàn)驗(yàn)潮資料中含有粗差，因此有必要重新確定新的國家高程基準(zhǔn)。 新的國家高程基準(zhǔn)面是根據(jù)青島驗(yàn)潮站19521979年19年間的驗(yàn)潮資料計算確定，根據(jù)這個高程基準(zhǔn)面作為全國高程的統(tǒng)一起算面，稱為“1985國家高程基準(zhǔn)”。 水準(zhǔn)原點(diǎn) 為了長期、牢固地表示出高程基準(zhǔn)面的位置，作為傳遞高程的起算點(diǎn)，必須建立穩(wěn)固的水準(zhǔn)原點(diǎn)，用精密水準(zhǔn)測量方法將它與驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行聯(lián)測，以高程基準(zhǔn)面為零推求水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程，以此高程作為全國各地推算高程的依據(jù)。在“1985國家高程基準(zhǔn)”系統(tǒng)中，我國水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260m。圖5-1 我國的水準(zhǔn)原點(diǎn)網(wǎng)建于青島附近，水準(zhǔn)原點(diǎn)的標(biāo)石構(gòu)造如圖5-1所示。 “1985國家高

5、程基準(zhǔn)”已經(jīng)國家批準(zhǔn)，并從1988年1月1日開始啟用，以后凡涉及高程基準(zhǔn)時，一律由原來的“1956年黃海高程系統(tǒng)”改用“1985國家高程基準(zhǔn)”。由于新布測的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)是以“1985國家高程基準(zhǔn)”起算的，因此，以后凡進(jìn)行各等級水準(zhǔn)測量、三角高程測量以及各種工程測量，盡可能與新布測的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測，也即使用國家一等水準(zhǔn)測量成果作為傳算高程的起算值，如不便于聯(lián)測時，可在“1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程值上改正一固定數(shù)值，而得到以“1985國家高程基準(zhǔn)”為準(zhǔn)的高程值。 必須指出，我國在解放前曾采用過以不同地點(diǎn)的平均海水面作為高程基準(zhǔn)面。由于高程基準(zhǔn)面的不統(tǒng)一，使高程比較混亂，因此在使用過去

6、舊有的高程資料時，應(yīng)弄清楚當(dāng)時采用的是以什么地點(diǎn)的平均海水面作為高程基準(zhǔn)面。§5.2 高程控制網(wǎng)的布設(shè) 國家高程控制測量 國家高程控制測量主要是用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布測。國家水準(zhǔn)網(wǎng)是全國范圍內(nèi)施測各種比例尺地形圖和各類工程建設(shè)的高程控制基礎(chǔ)，并為地球科學(xué)研究提供精確的高程資料，如研究地殼垂直形變的規(guī)律，各海洋平均海水面的高程變化，以及其他有關(guān)地質(zhì)和地貌的研究等。 國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)也是采用由高級到低級、從整體到局部逐級控制、逐級加密的原則。國家水準(zhǔn)網(wǎng)分4個等級布設(shè)，一、二等水準(zhǔn)測量路線是國家的精密高程控制網(wǎng)。一等水準(zhǔn)測量路線構(gòu)成的一等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也是研究

7、地殼和地面垂直運(yùn)動以及有關(guān)科學(xué)問題的主要依據(jù)，每隔1520年沿相同的路線重復(fù)觀測一次。構(gòu)成一等水準(zhǔn)網(wǎng)的環(huán)線周長根據(jù)不同地形的地區(qū)，一般在1 0002000km之間。在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)布設(shè)的二等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制的全面基礎(chǔ)，其環(huán)線周長根據(jù)不同地形的地區(qū)在500750km之間。一、二等水準(zhǔn)測量統(tǒng)稱為精密水準(zhǔn)測量。 我國一等水準(zhǔn)網(wǎng)由289條路線組成，其中284條路線構(gòu)成100個閉合環(huán)，共計埋設(shè)各類標(biāo)石近2萬余座。全國一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)略圖如圖5-2所示。圖5-2 二等水準(zhǔn)網(wǎng)在一等水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)。我國已有1 138條二等水準(zhǔn)測量路線，總長為13.7萬公里，構(gòu)成793個二等環(huán)。 三、四等水準(zhǔn)測量直接提供地

8、形測圖和各種工程建設(shè)所必須的高程控制點(diǎn)。三等水準(zhǔn)測量路線一般可根據(jù)需要在高級水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)加密，布設(shè)附合路線，并盡可能互相交叉，構(gòu)成閉合環(huán)。單獨(dú)的附合路線長度應(yīng)不超過200km；環(huán)線周長應(yīng)不超過300km。四等水準(zhǔn)測量路線一般以附合路線布設(shè)于高級水準(zhǔn)點(diǎn)之間，附合路線的長度應(yīng)不超過80km。 城市和工程建設(shè)高程控制測量 城市和工程建設(shè)高程控制網(wǎng)一般按水準(zhǔn)測量方法來建立。為了統(tǒng)一水準(zhǔn)測量規(guī)格，考慮到城市和工程建設(shè)的特點(diǎn)，城市測量和工程測量技術(shù)規(guī)范規(guī)定：水準(zhǔn)測量依次分為二、三、四等3個等級。首級高程控制網(wǎng)，一般要求布設(shè)成閉合環(huán)形，加密時可布設(shè)成附合路線和結(jié)點(diǎn)圖形。各等級水準(zhǔn)測量的精度和國家水準(zhǔn)測量相應(yīng)等級

9、的精度一致。 城市和工程建設(shè)水準(zhǔn)測量是各種大比例尺測圖、城市工程測量和城市地面沉降觀測的高程控制基礎(chǔ)，又是工程建設(shè)施工放樣和監(jiān)測工程建筑物垂直形變的依據(jù)。 水準(zhǔn)測量的實(shí)施，其工作程序是：水準(zhǔn)網(wǎng)的圖上設(shè)計、水準(zhǔn)點(diǎn)的選定、水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)、水準(zhǔn)測量觀測、平差計算和成果表的編制。水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)力求做到經(jīng)濟(jì)合理，因此，首先要對測區(qū)情況進(jìn)行調(diào)查研究，搜集和分析測區(qū)已有的水準(zhǔn)測量資料，從而擬定出比較合理的布設(shè)方案。如果測區(qū)的面積較大，則應(yīng)先在1：25 000 1：100 000比例尺的地形圖上進(jìn)行圖上設(shè)計。 圖上設(shè)計應(yīng)遵循以下各點(diǎn)： （1）水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量沿坡度小的道路布設(shè)，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避

10、免跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。 （2）水準(zhǔn)路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準(zhǔn)路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免電磁場對水準(zhǔn)測量的影響。 （3）布設(shè)首級高程控制網(wǎng)時，應(yīng)考慮到便于進(jìn)一步加密。 （4）水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)盡可能布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，個別情況下亦可布設(shè)成附合路線。水準(zhǔn)點(diǎn)間的距離：一般地區(qū)為24km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為12km。 （5）應(yīng)與國家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。 （6）注意測區(qū)已有水準(zhǔn)測量成果的利用。 根據(jù)上述要求，首先應(yīng)在圖上初步擬定水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案，再到實(shí)地選定水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)點(diǎn)位置。在實(shí)地選線和選點(diǎn)時，除了要考慮上述要求外，還應(yīng)注意使水準(zhǔn)路線避開土質(zhì)松軟

11、地段，確定水準(zhǔn)點(diǎn)位置時，應(yīng)考慮到水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后點(diǎn)位的穩(wěn)固安全，并能長期保存，便于施測。為此，水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)上最為可靠的地點(diǎn)，避免設(shè)置在水灘、沼澤、沙土、滑坡和地下水位高的地區(qū)；埋設(shè)在鐵路、公路近旁時，一般要求離鐵路的距離應(yīng)大于50m，離公路的距離應(yīng)大于20m，應(yīng)盡量避免埋設(shè)在交通繁忙的岔道口；墻上水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在永久性的大型建筑物上。 水準(zhǔn)點(diǎn)選定后，就可以進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)工作。我們知道，水準(zhǔn)點(diǎn)的高程就是指嵌設(shè)在水準(zhǔn)標(biāo)石上面的水準(zhǔn)標(biāo)志頂面相對于高程基準(zhǔn)面的高度，如果水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)質(zhì)量不好，容易產(chǎn)生垂直位移或傾斜，那么即使水準(zhǔn)測量觀測質(zhì)量再好，其最后成果也是不可靠的，因此務(wù)必十分重視水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)

12、質(zhì)量。 圖5-3 圖5-4 國家水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的制作材料、規(guī)格和埋設(shè)要求，在國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（以下簡稱水準(zhǔn)規(guī)范）中都有具體的規(guī)定和說明。關(guān)于工程測量中常用的普通水準(zhǔn)標(biāo)石是由柱石和盤石兩部分組成，如圖5-3所示，標(biāo)石可用混凝土澆制或用天然巖石制成。水準(zhǔn)標(biāo)石上面嵌設(shè)有銅材或不銹鋼金屬標(biāo)志，如圖5-4所示。 首級水準(zhǔn)路線上的結(jié)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)基本水準(zhǔn)標(biāo)石，基本水準(zhǔn)標(biāo)石及其埋設(shè)如圖5-5所示。 墻上水準(zhǔn)標(biāo)志如圖5-6所示，一般嵌設(shè)在地基已經(jīng)穩(wěn)固的永久性建筑物的基礎(chǔ)部分，水準(zhǔn)測量時，水準(zhǔn)標(biāo)尺安放在標(biāo)志的突出部分。圖5-5 圖5-6 埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石時，一定要將底部及周圍的泥土夯實(shí)，標(biāo)石埋設(shè)后，應(yīng)繪制點(diǎn)之記，并辦

13、理托管手續(xù)。§5.3 精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺 精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn) 對于精密水準(zhǔn)測量的精度而言，除一些外界因素的影響外，觀測儀器水準(zhǔn)儀在結(jié)構(gòu)上的精確性與可靠性是具有重要意義的。為此，對精密水準(zhǔn)儀必須具備的一些條件提出下列要求。 1.高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng) 為了在望遠(yuǎn)鏡中能獲得水準(zhǔn)標(biāo)尺上分劃線的清晰影像，望遠(yuǎn)鏡必須具有足夠的放大倍率和較大的物鏡孔徑。一般精密水準(zhǔn)儀的放大倍率應(yīng)大于40倍，物鏡的孔徑應(yīng)大于50mm。2.堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu) 儀器的結(jié)構(gòu)必須使視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸之間的聯(lián)系相對穩(wěn)定，不受外界條件的變化而改變它們之間的關(guān)系。一般精密水準(zhǔn)儀的主要構(gòu)件均用特殊的合金鋼制成，并在儀器上套有起隔熱

14、作用的防護(hù)罩。 3.高精度的測微器裝置 精密水準(zhǔn)儀必須有光學(xué)測微器裝置，借以精密測定小于水準(zhǔn)標(biāo)尺最小分劃線間格值的尾數(shù)，從而提高在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)精度。一般精密水準(zhǔn)儀的光學(xué)測微器可以讀到0.lmm，估讀到0.Olmm。 4.高靈敏的管水準(zhǔn)器 一般精密水準(zhǔn)儀的管水準(zhǔn)器的格值為10"/2mm。由于水準(zhǔn)器的靈敏度愈高，觀測時要使水準(zhǔn)器氣泡迅速置中也就愈困難，為此，在精密水準(zhǔn)儀上必須有傾斜螺旋（又稱微傾螺旋）的裝置，借以可以使視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸同時產(chǎn)生微量變化，從而使水準(zhǔn)氣泡較為容易地精確置中以達(dá)到視準(zhǔn)軸的精確整平。表5-1 我國水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目水準(zhǔn)儀系列型號S05S1S3S

15、10每公里往返平均高差中誤差望遠(yuǎn)鏡放大率望遠(yuǎn)鏡有效孔徑管狀水準(zhǔn)器格值測微器有效量測范圍測微器最小分格值0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm20/2mm自動安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償性能補(bǔ)償范圍安平精度安平時間不長于±8±0.12s±8±0.22s±8±0.52s±10±22s圖5-7 5.高性能的補(bǔ)償器裝置 對于自動安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償元件的質(zhì)量以及補(bǔ)償器裝置的精密度都可以影響補(bǔ)償器性能的可靠性。如果補(bǔ)償器不能給出正確

16、的補(bǔ)償量，或是補(bǔ)償不足，或是補(bǔ)償過量，都會影響精密水準(zhǔn)測量觀測成果的精度。 我國水準(zhǔn)儀系列按精度分類有S05型,S1型,S3型等。S是“水”字的漢語拼音第一個字母,S后面的數(shù)字表示每公里往返平均高差的偶然中誤差的毫米數(shù)。 我國水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)列于表5-1。 精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點(diǎn) 水準(zhǔn)標(biāo)尺是測定高差的長度標(biāo)準(zhǔn)，如果水準(zhǔn)標(biāo)尺的長度有誤差，則對精密水準(zhǔn)測量的觀測成果帶來系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響，為此，對精密水準(zhǔn)標(biāo)尺提出如下要求： （1）當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定，或僅有微小的變化。一般精密水準(zhǔn)尺的分劃是漆在因瓦合金帶上，因瓦合金帶則以一定的拉力引張在木質(zhì)尺身的

17、溝槽中，這樣因瓦合金帶的長度不會受木質(zhì)尺身伸縮變形影響。水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的數(shù)字是注記在因瓦合金帶兩旁的木質(zhì)尺身上，如圖5-7（a）、（b）所示。 （2）水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很小。水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差的大小主要決定于分劃刻度工藝的水平，當(dāng)前精密水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的偶然中誤差一般在8llm。由于精密水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的系統(tǒng)誤差可以通過水準(zhǔn)標(biāo)尺的平均每米真長加以改正，所以分劃的偶然誤差代表水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的綜合精度。 （3）水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上應(yīng)保證全長筆直，并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭等變形。一般精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的木質(zhì)尺身均應(yīng)以經(jīng)過特殊處理的優(yōu)質(zhì)木料制作。為了避免水準(zhǔn)標(biāo)尺在

18、使用中尺身底部磨損而改變尺身的長度，在水準(zhǔn)標(biāo)尺的底面必須釘有堅固耐磨的金屬底板。圖5-8 在精密水準(zhǔn)測量作業(yè)時，水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)豎立于特制的具有一定重量的尺墊或尺樁上。尺墊和尺樁的形狀如圖5-8所示。 （4）在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上應(yīng)附有圓水準(zhǔn)器裝置，作業(yè)時扶尺者借以使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持在垂直位置。在尺身上一般還應(yīng)有扶尺環(huán)的裝置，以便扶尺者使水準(zhǔn)標(biāo)尺穩(wěn)定在垂直位置。圖5-9 （5）為了提高對水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的照準(zhǔn)精度，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的形式和顏色與水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色相協(xié)調(diào)，一般精密水準(zhǔn)標(biāo)尺都為黑色線條分劃，如圖5-7所示，和淺黃色的尺面相配合，有利于觀測時對水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃精確照準(zhǔn)。 線條分劃精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的分格值有l(wèi)0mm

19、和5mm兩種。分格值為lOmm的精密水準(zhǔn)標(biāo)尺如圖5-7（a）所示，它有兩排分劃，尺面右邊一排分劃注記從0300cm，稱為基本分劃，左邊一排分劃注記從300600cm稱為輔助分劃，同一高度的基本分劃與輔助分劃讀數(shù)相差一個常數(shù)，稱為基輔差，通常又稱尺常數(shù)，水準(zhǔn)測量作業(yè)時可以用以檢查讀數(shù)的正確性。分格值為5mm的精密水準(zhǔn)尺如圖5-7（b）所示，它也有兩排分劃，但兩排分劃彼此錯開5mm ,所以實(shí)際上左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)分劃，也就是單數(shù)分劃和雙數(shù)分劃各占一排，而沒有輔助分劃。木質(zhì)尺面右邊注記的是米數(shù)，左邊注記的是分米數(shù)，整個注記從0.15.9m，實(shí)際分格值為5mm，分劃注記比實(shí)際數(shù)值大了一倍，所以

20、用這種水準(zhǔn)標(biāo)尺所測得的高差值必須除以2才是實(shí)際的高差值。 分格值為5mm的精密水準(zhǔn)標(biāo)尺，也有有一輔助分劃的。 與數(shù)字編碼水準(zhǔn)儀配套使用的條形碼水準(zhǔn)尺如圖5-9所示。通過數(shù)字編碼水準(zhǔn)儀的探測器來識別水準(zhǔn)尺上的條形碼，再經(jīng)過數(shù)字影像處理，給出水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，取代了在水準(zhǔn)尺上的目視讀數(shù)。5.3.3 Wild N3精密水準(zhǔn)儀圖5-10WildN3精密水準(zhǔn)儀的外形如圖5-10所示。望遠(yuǎn)鏡物鏡的有效孔徑為50mm，放大倍率為40倍，管狀水準(zhǔn)器格值為10"/2mm。N3精密水準(zhǔn)儀與分格值為l0mm的精密因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺配套使用，標(biāo)尺的基輔差為301.55cm。在望遠(yuǎn)鏡目鏡的左邊上下有兩個小目鏡（在圖5

21、-10中沒有表示出來），它們是符合氣泡觀察目鏡和測微器讀數(shù)目鏡，在3個不同的目鏡中所見到的影像如圖5-11所示。 轉(zhuǎn)動傾斜螺旋，使符合氣泡觀察目鏡的水準(zhǔn)氣泡兩端符合，則視線精確水平，此時可轉(zhuǎn)動測微螺旋使望遠(yuǎn)鏡目鏡中看到的楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的148分劃線，也就是使148分劃線平分楔角，再在測微器目鏡中讀出測微器讀數(shù)653(即6.53mm)，故水平視線在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為148.653cm。 1.N3精密水準(zhǔn)儀的傾料螺旋裝置 圖5-12所示是N3型精密水準(zhǔn)儀傾斜螺旋裝置及其作用示意圖。它是一種杠桿結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動傾斜螺旋時，通過著力點(diǎn)可以帶動支臂繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，使其對望遠(yuǎn)鏡的作用點(diǎn)產(chǎn)生微量升降，從而使

22、望遠(yuǎn)鏡繞轉(zhuǎn)軸作微量傾斜。由于望遠(yuǎn)鏡與水準(zhǔn)器是緊密相聯(lián)的，于是傾斜螺旋的旋轉(zhuǎn)就可以使水準(zhǔn)軸和視準(zhǔn)軸同時產(chǎn)生微量的變化，借以迅速而精確地將視準(zhǔn)軸整平。在傾斜螺旋上一般附有分劃盤，可借助于固定指標(biāo)進(jìn)行讀數(shù)，由傾斜螺旋所轉(zhuǎn)動的格數(shù)可以確定視線傾角的微小變化量，其轉(zhuǎn)動范圍約為7周。借助于這種裝置，可以測定視準(zhǔn)軸微傾的角度值，在進(jìn)行跨越障礙物的精密水準(zhǔn)測量時具有重要作用。圖5-11 圖5-12必須指出，由圖5-12可見儀器轉(zhuǎn)軸并不位于望遠(yuǎn)鏡的中心，而是位于靠近物鏡的一端。由圓水準(zhǔn)器整平儀器時，垂直軸并不能精確在垂直位置，可能偏離垂直位置較大。此時使用傾斜螺旋精確整平視準(zhǔn)軸時，將會引起視準(zhǔn)軸高度的變化，傾斜

23、螺旋轉(zhuǎn)動量愈大，視準(zhǔn)軸高度的變化也就愈大。如果前后視精確整平視準(zhǔn)軸時，傾斜螺旋的轉(zhuǎn)動量不等，就會在高差中帶來這種誤差的影響。因此，在實(shí)際作業(yè)中規(guī)定：只有在符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像的分離量小于lcm時（這時儀器的垂直軸基本上在垂直位置），才允許使用傾斜螺旋來進(jìn)行精確整平視準(zhǔn)軸。但有些儀器轉(zhuǎn)軸的裝置，位于過望遠(yuǎn)鏡中心的垂直幾何軸線上。 2.N3精密水準(zhǔn)儀的測微器裝置 圖5-13是N3精密水準(zhǔn)儀的光學(xué)測微器的測微工作原理示意圖。由圖可見，光學(xué)測微器由平行玻璃板、測微器分劃尺、傳動桿和測微螺旋等部件組成。平行玻璃板傳動桿與測微分劃尺相連。測微分劃尺上有100個分格，它與10mm相對應(yīng)，即每分格為0.lmm

24、，可估讀至0.Olmm。每10格有較長分劃線并注記數(shù)字，每兩長分劃線間的格值為lmm。當(dāng)平行玻璃板與水平視線正交時，測微分劃尺上初始讀數(shù)為5mm。轉(zhuǎn)動測微螺旋時，傳動桿就帶動平行玻璃板相對于物鏡作前俯后仰，并同時帶動測微分劃尺作相應(yīng)的移動。平行玻璃板相對于物鏡作前俯后仰，水平視線就會向上或向下作平行移動。若逆轉(zhuǎn)測微螺旋，使平行玻璃板前俯到測微分劃尺移至10mm處，則水平視線向下平移5mm，反之，順轉(zhuǎn)測微螺旋使平行玻璃板后仰到測微分劃尺移至Omm處，則水平視線向上平移5mm。圖5-13 在圖5-13中，當(dāng)平行玻璃板與水平視線正交時，水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)應(yīng)為在兩相鄰分劃148與149之間，此時測微分劃上

25、讀數(shù)為5mm，而不是0。轉(zhuǎn)動測微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平視線向下平移與就近的148分劃重合，這時測微分劃尺上的讀數(shù)為6.50mm,而水平視線的平移量應(yīng)為6.505mm，最后讀數(shù)為=148cm+6.50mm-5mm即 =148.650cm-5mm 由上述可知，每次讀數(shù)中應(yīng)減去常數(shù)（初始讀數(shù)) 5mm,但因在水準(zhǔn)測量中計算高差時能自動抵消這個常數(shù)，所以在水準(zhǔn)測量作業(yè)時，讀數(shù)、記錄、計算過程中都可以不考慮這個常數(shù)。但在單向讀數(shù)時就必須減去這個初始讀數(shù)。 測微器的平行玻璃板安置在物鏡前面的望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，如圖5-14所示。在平行玻璃板的前端，裝有一塊帶楔角的保護(hù)玻璃，實(shí)質(zhì)上是一個光楔罩，它一方面可以

26、防止塵土侵人望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，另一方面光楔的轉(zhuǎn)動可使視準(zhǔn)軸傾角作微小的變化，借以精確地校正視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸的平行性。 近期生產(chǎn)的新N3精密水準(zhǔn)儀如圖5-15所示。望遠(yuǎn)鏡物鏡的有效孔徑為52mm，并有一個放大倍率為40的準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，直立成像，能清晰地觀測到離物鏡0.3m處的水準(zhǔn)標(biāo)尺。圖5-14 圖5-15 光學(xué)平行玻璃板測微器可直接讀至0.lmm，估讀到0.Olmm。 校驗(yàn)性微傾螺旋裝置可以用來測量微小的垂直角和傾斜度的變化。 儀器備選附件有自動準(zhǔn)直目鏡、激光目鏡、目鏡照明燈和折角目鏡等，利用這些附件可進(jìn)一步擴(kuò)大儀器的應(yīng)用范圍，可用于精密高程控制測量、形變測量、沉陷監(jiān)測、工業(yè)應(yīng)用等。5.3.4 Zeis

27、s Ni 004精密水準(zhǔn)儀 Zeiss Ni 004精密水準(zhǔn)儀的外形如圖5-16所示。圖5-16 這種儀器的主要特點(diǎn)是對熱影響的感應(yīng)較小，即當(dāng)外界溫度變化時，水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸之間的交角的變化很小，這是因?yàn)橥h(yuǎn)鏡、管狀水準(zhǔn)器和平行玻璃板的傾斜設(shè)備等部件，都裝在一個附有絕熱層的金屬套筒內(nèi)，這樣就保證了水準(zhǔn)儀上這些部件的溫度迅速達(dá)到平衡。儀器物鏡的有效孔徑為56mm，望遠(yuǎn)鏡放大倍率為44倍，望遠(yuǎn)鏡目鏡視場內(nèi)有左右兩組楔形絲，如圖5-17所示，右邊一組楔形絲的交角較小，在視距較遠(yuǎn)時使用，左邊一組楔形絲的交角較大，在視距較近時使用，管狀水準(zhǔn)器格值為10/2mm。轉(zhuǎn)動測微螺旋可使水平視線在10mm范圍內(nèi)平移

28、，測微器的分劃鼓直接與測微螺旋相連（見圖5-17），通過放大鏡在測微鼓上進(jìn)行讀數(shù)，測微鼓上有100個分格，所以測微鼓最小格值為0.1mm。從望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中所看到的影像如圖5-17所示，視場下部是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像。Ni 004精密水準(zhǔn)儀與分格值為5mm的精密因瓦水準(zhǔn)尺配套使用。在圖5-17中，使用測微螺旋使楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上197分劃，在測微分劃鼓上的讀數(shù)為340，即3.40mm，水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為197.340cm。圖5-17 圖5-185.3.5 國產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀圖5-19 Sl型精密水準(zhǔn)儀是北京測繪儀器廠生產(chǎn)的，其外形如圖5-18所示。儀器物鏡的有效孔徑為50mm，望遠(yuǎn)鏡放

29、大倍率為40倍，管狀水準(zhǔn)器格值為10"/2mm。轉(zhuǎn)動測微螺旋可使水平視線在10mm范圍內(nèi)作平移，測微器分劃尺有100個分格，故測微器分劃尺最小格值為0.1mm。望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中所看到的影像如圖5-19所示，視場左邊是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像，測微器讀數(shù)顯微鏡在望遠(yuǎn)鏡目鏡的右下方。 國產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀與分格值為5mm的精密水準(zhǔn)標(biāo)尺配套使用。 在圖5-19中，使用測微螺旋使楔形絲夾準(zhǔn)198分劃，在測微器讀數(shù)顯微鏡中的讀數(shù)為150，即1.5Omm，水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為198.150cm。精密水準(zhǔn)測量的主要誤差來源及其影響 在進(jìn)行精密水準(zhǔn)測量時，會受到各種誤差的影響，在這一節(jié)中就幾種主要的誤

30、差進(jìn)行分析，并討論對精密水準(zhǔn)測量觀測成果的影響。 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸不平行的誤差 1.角的誤差影響 雖然經(jīng)過角的檢驗(yàn)校正，但要使兩軸完全保持平行是困難的，因此，當(dāng)水準(zhǔn)氣泡居中時，視準(zhǔn)軸仍不能保持水平，使水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)產(chǎn)生誤差，并且與視距成正比。圖5-20 圖5-20中，為前后視距，由于存在角，并假設(shè)角不變的情況下，在前后水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)誤差分別為 和，對高差的誤差影響為 （5-1）對于兩個水準(zhǔn)點(diǎn)之間一個測段的高差總和的誤差影響為 （5-2） 由此可見，在角保持不變的情況下，一個測站上的前后視距相等或一個測段的前后視距總和相等，則在觀測高差中由于角的誤差影響可以得到消除。但在實(shí)際作業(yè)中，要求前后視

31、距完全相等是困難的。下面討論前后視距不等差的容許值問題。 設(shè)，要求對高差的影響小到可以忽略不計的程度，如=0.lmm,那么前后視距之差的容許值可由（5-1）式算得，即為了顧及觀測時各種外界因素的影響，所以規(guī)定，二等水準(zhǔn)測量前后視距差應(yīng)1m。為了使各種誤差不致累積起來，還規(guī)定由測段第一個測站開始至每一測站前后視距累積差，對于二等水準(zhǔn)測量而言應(yīng)3m。 2.角誤差的影響當(dāng)儀器不存在角，則在儀器的垂直軸嚴(yán)格垂直時，交叉誤差并不影響在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)，因?yàn)閮x器在水平方向轉(zhuǎn)動時，視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸在垂直面上的投影仍保持互相平行，因此對水準(zhǔn)測量并無不利影響。但當(dāng)儀器的垂直軸傾斜時，如與視準(zhǔn)軸正交的方向傾斜一個角

32、度，那么這時視準(zhǔn)軸雖然仍在水平位置，但水準(zhǔn)軸兩端卻產(chǎn)生傾斜，從而水準(zhǔn)氣泡偏離居中位置，儀器在水平方向轉(zhuǎn)動時，水準(zhǔn)氣泡將移動，當(dāng)重新調(diào)整水準(zhǔn)氣泡居中進(jìn)行觀測時，視準(zhǔn)軸就會偏離水平位置而傾斜，顯然它將影響在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)。為了減少這種誤差對水準(zhǔn)測量成果的影響，應(yīng)對水準(zhǔn)儀上的圓水準(zhǔn)器進(jìn)行檢驗(yàn)與校正和對交叉誤差進(jìn)行檢驗(yàn)與校正。 3.溫度變化對角的影響 精密水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)管框架是同望遠(yuǎn)鏡筒固連的，為了使水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸的聯(lián)系比較穩(wěn)固，這些部件是采用因瓦合金鋼制造的，并把鏡筒和框架整體裝置在一個隔熱性能良好的套筒中，以防止由于溫度的變化，使儀器有關(guān)部件產(chǎn)生不同程度的膨脹或收縮，而引起角的變化。 但是當(dāng)溫度變

33、化時，完全避免角的變化是不可能的。例如儀器受熱的部位不同，對角的影響也顯著不同，當(dāng)太陽射向物鏡和目鏡端影響最大，旁射水準(zhǔn)管一側(cè)時，影響較小，旁射與水準(zhǔn)管相對的另一側(cè)時，影響最小。因此，溫度的變化對角的影響是極其復(fù)雜的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)儀器周圍的溫度均勻地每變化時，角將平均變化約為0.5"，有時甚至更大些，有時竟可達(dá)到1。 由于角受溫度變化的影響很復(fù)雜，因而對觀測高差的影響是難以用改變觀測程序的辦法來完全消除，而且，這種誤差影響在往返測不符值中也不能完全被發(fā)現(xiàn)，這就使高差中數(shù)受到系統(tǒng)性的誤差影響，因此，減弱這種誤差影響最有效的辦法是減少儀器受輻射熱的影響，如觀測時要打傘，避免日光直接照

34、射儀器，以減小角的復(fù)雜變化，同時，在觀測開始前應(yīng)將儀器預(yù)先從箱中取出，使儀器充分地與周圍空氣溫度一致。 如果我們認(rèn)為在觀測的較短時間段內(nèi)，由于受溫度的影響，角與時間成比例地均勻變化，則可以采取改變觀測程序的方法在一定程度上來消除或削弱這種誤差對觀測高差的影響。 兩相鄰測站、對于基本分劃如按下列、程序觀測，即 在測站上： 后視 前視 在測站上： 前視 后視則由圖5-21可知，對測站、觀測高差的影響分別為為視距，為每次讀數(shù)變化了的角。圖5-21 由于我們認(rèn)為在觀測的較短時間段內(nèi)，角與時間成比例地均勻變化，所以，由此可見，在測站、的觀測高差之和中就抵消了由于角變化的誤差影響，但是，由于角的變化不完全

35、按照與時間成比例地均勻變化，因此，嚴(yán)格地說，不一定完全相等，再說相鄰奇偶測站的視距也不一定相等，所以按上述程序進(jìn)行觀測，只能說基本上消除由于角變化的誤差影響。 根據(jù)同樣的道理，對于相鄰測站、輔助分劃的觀測程序應(yīng)為 在測站上： 前視 后視 在測站上： 后視 前視 綜上所述，在相鄰兩個測站上，對于基本分劃和輔助分劃的觀測程序可以歸納為奇數(shù)站的觀測程序 后（基）前（基）前（輔）后（輔）偶數(shù)站的觀測程序 前（基）后（基）后（輔）前（輔） 所以，將測段的測站數(shù)安排成偶數(shù)，對于削減由于角變化對觀測高差的誤差影響也是必要的。 水準(zhǔn)標(biāo)尺長度誤差的影響 1.水準(zhǔn)標(biāo)尺每米長度誤差的影響 在精密水準(zhǔn)測量作業(yè)中必須使

36、用經(jīng)過檢驗(yàn)的水準(zhǔn)標(biāo)尺。設(shè)為水準(zhǔn)標(biāo)尺每米間隔平均真長誤差，則對一個測站的觀測高差應(yīng)加的改正數(shù)為 （5-3）對于一個測段來說，應(yīng)加的改正數(shù)為 （5-4）式中為一個測段各測站觀測高差之和。 2.兩水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)差的影響 兩水準(zhǔn)標(biāo)尺的零點(diǎn)誤差不等，設(shè),水準(zhǔn)標(biāo)尺的零點(diǎn)誤差分別,它們都會在水準(zhǔn)標(biāo)尺上產(chǎn)生誤差。圖5-22 如圖5-22所示，在測站上顧及兩水準(zhǔn)標(biāo)尺的零點(diǎn)誤差對前后視水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)的影響，則測站的觀測高差為在測站上，顧及兩水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)誤差對前后視水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)的影響，則測站的觀測高差為則13點(diǎn)的高差，即I、測站所測高差之和為 由此可見，盡管兩水準(zhǔn)標(biāo)尺的零點(diǎn)誤差,但在兩相鄰測站的觀測高差之和中，抵消

37、了這種誤差的影響，故在實(shí)際水準(zhǔn)測量作業(yè)中各測段的測站數(shù)目應(yīng)安排成偶數(shù)，且在相鄰測站上使兩水準(zhǔn)標(biāo)尺輪流作為前視尺和后視尺。 儀器和水準(zhǔn)標(biāo)尺（尺臺或尺樁）垂直位移的影響 儀器和水準(zhǔn)標(biāo)尺在垂直方向位移所產(chǎn)生的誤差，是精密水準(zhǔn)測量系統(tǒng)誤差的重要來源。圖5-23 按圖5-23中的觀測程序，當(dāng)儀器的腳架隨時間而逐漸下沉?xí)r，在讀完后視基本分劃讀數(shù)轉(zhuǎn)向前視基本分劃讀數(shù)的時間內(nèi)，由于儀器的下沉，視線將有所下降，而使前視基本分劃讀數(shù)偏小。同理，由于儀器的下沉，后視輔助分劃讀數(shù)偏小，如果前視基本分劃和后視輔助分劃的讀數(shù)偏小的量相同，則采用“后前前后”的觀測程序所測得的基輔高差的平均值中，可以較好地消除這項(xiàng)誤差影響。

38、 水準(zhǔn)標(biāo)尺（尺臺或尺樁）的垂直位移，主要是發(fā)生在遷站的過程中，由原來的前視尺轉(zhuǎn)為后視尺而產(chǎn)生下沉，于是總使后視讀數(shù)偏大，使各測站的觀測高差都偏大，成為系統(tǒng)性的誤差影響。這種誤差影響在往返測高差的平均值中可以得到有效的抵償，所以水準(zhǔn)測量一般都要求進(jìn)行往返測。 在實(shí)際作業(yè)中，我們要盡量設(shè)法減少水準(zhǔn)標(biāo)尺的垂直位移，如立尺點(diǎn)要選在中等堅實(shí)的土壤上；水準(zhǔn)標(biāo)尺立于尺臺后至少要半分鐘后才進(jìn)行觀測，這樣可以減少其垂直位移量，從而減少其誤差影響。 有時儀器腳架和尺臺（或尺樁）也會發(fā)生上升現(xiàn)象，就是當(dāng)我們用力將腳架或尺臺壓入地下之后，在我們不再用力的情況下，土壤的反作用有時會使腳架或尺臺逐漸上升，如果水準(zhǔn)測量路線

39、沿著土壤性質(zhì)相同的路線敷設(shè)，而每次都有這種上升的現(xiàn)象發(fā)生，結(jié)果會產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響，根據(jù)研究，這種誤差可以達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值。 大氣垂直折光的影響 近地面大氣層的密度分布一般隨離開地面的高度而變化，也就是說，近地面大氣層的密度存在著梯度。因此，光線通過在不斷按梯度變化的大氣層時，會引起折射系數(shù)的不斷變化，導(dǎo)致視線成為一條各點(diǎn)具有不同曲率的曲線，在垂直方向產(chǎn)生彎曲，并且彎向密度較大的一方，這種現(xiàn)象叫做大氣垂直折光。 如果在地勢較為平坦的地區(qū)進(jìn)行水準(zhǔn)測量時，前后視距相等，則折光影響相同，使視線彎曲的程度也相同，因此，在觀測高差中就可以消除這種誤差影響。但是，由于越接近地面的大氣層，密度的梯度越大

40、，前后視線離地面的高度不同，視線所通過大氣層的密度也不同，折光影響也就不同，所以前后視線在垂直面內(nèi)的彎曲程度也不同。如水準(zhǔn)測量通過一個較長的坡度時，由于前視視線離地面的高度總是大于（或小于）后視視線離地面的高度，當(dāng)上坡時前視所受的折光影響比后視要大，視線彎曲凸向下方，這時，垂直折光對高差將產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)誤差影響。為了減弱垂直折光對觀測高差的影響，應(yīng)使前后視距盡量相等，并使視線離地面有足夠的高度，在坡度較大的水準(zhǔn)路線上進(jìn)行作業(yè)時應(yīng)適當(dāng)縮短視距。 大氣密度的變化還受到溫度等因素的影響。上午由于地面吸熱，使得地面上的大氣層離地面越高溫度越低；中午以后，由于地面逐漸散熱，地面溫度開始低于大氣的溫度。因此

41、，垂直折光的影響，還與一天內(nèi)的不同時間有關(guān)，在日出后半小時左右和日落前半小時左右這兩段時間內(nèi)，由于地表面的吸熱和散熱，使近地面的大氣密度和折光差變化迅速而無規(guī)律，故不宜進(jìn)行觀測；在中午一段時間內(nèi)，由于太陽強(qiáng)烈照射，使空氣對流劇烈，致使目標(biāo)成像不穩(wěn)定也不宜進(jìn)行觀測。為了減弱垂直折光對觀測高差的影響，水準(zhǔn)規(guī)范還規(guī)定每一測段的往測和返測應(yīng)分別在上午或下午，這樣在往返測觀測高差的平均值中可以減弱垂直折光的影響。折光影響是精密水準(zhǔn)測量一項(xiàng)主要的誤差來源，它的影響與觀測所處的氣象條件，水準(zhǔn)路線所處的地理位置和自然環(huán)境，觀測時間，視線長度，測站高差以及視線離地面的高度等諸多因素有關(guān)。雖然當(dāng)前已有一些試圖計算

42、折光改正數(shù)的公式，但精確的改正值還是難以測算。因此，在精密水準(zhǔn)測量作業(yè)時必須嚴(yán)格遵守水準(zhǔn)規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定。 電磁場對水準(zhǔn)測量的影響 在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中敷設(shè)大功率、超高壓輸電線，為的是使電能通過空中電線或地下電纜向遠(yuǎn)距離輸送。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)輸電線經(jīng)過的地帶所產(chǎn)生的電磁場，對光線，其中包括對水準(zhǔn)測量視準(zhǔn)線位置的正確性有系統(tǒng)性的影響，并與電流強(qiáng)度有關(guān)。輸電線所形成的電磁場對平行于電磁場和正交于電磁場的視準(zhǔn)線將有不同影響，因此，在設(shè)計高程控制網(wǎng)布設(shè)水準(zhǔn)路線時，必須考慮到通過大功率、超高壓輸電線附近的視線直線性所發(fā)生的重大變形。 近幾年來初步研究的結(jié)果表明，為了避免這種系統(tǒng)性的影響，在布設(shè)與輸電線平行的水準(zhǔn)

43、路線時，必須使水準(zhǔn)線路離輸電線50m以外，如果水準(zhǔn)線路與輸電線相交，則其交角應(yīng)為直角，并且應(yīng)將水準(zhǔn)儀嚴(yán)格地安置在輸電線的下方，標(biāo)尺點(diǎn)與輸電線成對稱布置，這樣，照準(zhǔn)后視和前視水準(zhǔn)標(biāo)尺的視準(zhǔn)線直線性的變形可以互相抵消。5.4.6 觀測誤差的影響 精密水準(zhǔn)測量的觀測誤差，主要有水準(zhǔn)器氣泡居中的誤差，照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上分劃的誤差和讀數(shù)誤差，這些誤差都是屬于偶然性質(zhì)的。由于精密水準(zhǔn)儀有傾斜螺旋和符合水準(zhǔn)器，并有光學(xué)測微器裝置，可以提高讀數(shù)精度，同時用楔形絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的分劃線，這樣可以減小照準(zhǔn)誤差，因此，這些誤差影響都可以有效地控制在很小的范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，這些誤差在每測站上由基輔分劃所得觀測高差

44、的平均值中的影響還不到0.lmm。§5.5 精密水準(zhǔn)測量的實(shí)施 精密水準(zhǔn)測量一般指國家一、二等水準(zhǔn)測量，在各項(xiàng)工程的不同建設(shè)階段的高程控制測量中，極少進(jìn)行一等水準(zhǔn)測量，故在工程測量技術(shù)規(guī)范中，將水準(zhǔn)測量分為二、三、四等三個等級，其精度指標(biāo)與國家水準(zhǔn)測量的相應(yīng)等級一致。 下面以二等水準(zhǔn)測量為例來說明精密水準(zhǔn)測量的實(shí)施。 精密水準(zhǔn)測量作業(yè)的一般規(guī)定 在前一節(jié)中，分析了有關(guān)水準(zhǔn)測量的各項(xiàng)主要誤差的來源及其影響。根據(jù)各種誤差的性質(zhì)及其影響規(guī)律，水準(zhǔn)規(guī)范中對精密水準(zhǔn)測量的實(shí)施作出了各種相應(yīng)的規(guī)定，目的在于盡可能消除或減弱各種誤差對觀測成果的影響。 （1）觀測前30分鐘，應(yīng)將儀器置于露天陰影處，

45、使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時應(yīng)用測傘遮蔽陽光；遷站時應(yīng)罩以儀器罩。 （2）儀器距前、后視水準(zhǔn)標(biāo)尺的距離應(yīng)盡量相等，其差應(yīng)小于規(guī)定的限值：二等水準(zhǔn)測量中規(guī)定，一測站前、后視距差應(yīng)小于1.0m，前、后視距累積差應(yīng)小于3m。這樣，可以消除或削弱與距離有關(guān)的各種誤差對觀測高差的影響，如角誤差和垂直折光等影響。 （3）對氣泡式水準(zhǔn)儀，觀測前應(yīng)測出傾斜螺旋的置平零點(diǎn)，并作標(biāo)記，隨著氣溫變化，應(yīng)隨時調(diào)整置平零點(diǎn)的位置。對于自動安平水準(zhǔn)儀的圓水準(zhǔn)器，須嚴(yán)格置平。 （4）同一測站上觀測時，不得兩次調(diào)焦；轉(zhuǎn)動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進(jìn)，以避免傾斜螺旋和測微器隙動差對觀測成果的影響。 （

46、5）在兩相鄰測站上，應(yīng)按奇、偶數(shù)測站的觀測程序進(jìn)行觀測，對于往測奇數(shù)測站按“后前前后”、偶數(shù)測站按“前后后前”的觀測程序在相鄰測站上交替進(jìn)行。返測時，奇數(shù)測站與偶數(shù)測站的觀測程序與往測時相反，即奇數(shù)測站由前視開始，偶數(shù)測站由后視開始。這樣的觀測程序可以消除或減弱與時間成比例均勻變化的誤差對觀測高差的影響，如角的變化和儀器的垂直位移等影響。 （6）在連續(xù)各測站上安置水準(zhǔn)儀時，應(yīng)使其中兩腳螺旋與水準(zhǔn)路線方向平行，而第三腳螺旋輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。 （7）每一測段的往測與返測，其測站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)，由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)互換位置，并應(yīng)重新整置儀器。在水準(zhǔn)路線上每一測段儀器測站安排成偶數(shù)

47、，可以削減兩水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)不等差等誤差對觀測高差的影響。 （8）每一測段的水準(zhǔn)測量路線應(yīng)進(jìn)行往測和返測，這樣，可以消除或減弱性質(zhì)相同、正負(fù)號也相同的誤差影響，如水準(zhǔn)標(biāo)尺垂直位移的誤差影響。 （9）一個測段的水準(zhǔn)測量路線的往測和返測應(yīng)在不同的氣象條件下進(jìn)行，如分別在上午和下午觀測。 （10)使用補(bǔ)償式自動安平水準(zhǔn)儀觀測的操作程序與水準(zhǔn)器水準(zhǔn)儀相同。觀測前對圓水準(zhǔn)器應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)與校正，觀測時應(yīng)嚴(yán)格使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。 （11）水準(zhǔn)測量的觀測工作間歇時，最好能結(jié)束在固定的水準(zhǔn)點(diǎn)上，否則，應(yīng)選擇兩個堅穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置水準(zhǔn)標(biāo)尺的固定點(diǎn)，作為間歇點(diǎn)加以標(biāo)記，間歇后，應(yīng)對兩個間歇點(diǎn)的高差進(jìn)行檢測，檢測

48、結(jié)果如符合限差要求（對于二等水準(zhǔn)測量，規(guī)定檢測間歇點(diǎn)高差之差應(yīng)1.Omm），就可以從間歇點(diǎn)起測。若僅能選定一個固定點(diǎn)作為間歇點(diǎn)，則在間歇后應(yīng)仔細(xì)檢視，確認(rèn)沒有發(fā)生任何位移，方可由間歇點(diǎn)起測。 精密水準(zhǔn)測量觀測 1.測站觀測程序 往測時，奇數(shù)測站照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的順序?yàn)?后視標(biāo)尺的基本分劃； 前視標(biāo)尺的基本分劃； 前視標(biāo)尺的輔助分劃； 后視標(biāo)尺的輔助分劃； 往測時，偶數(shù)測站照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的順序?yàn)?前視標(biāo)尺的基本分劃； 后視標(biāo)尺的基本分劃； 后視標(biāo)尺的輔助分劃； 前視標(biāo)尺的輔助分劃。 返測時，奇、偶數(shù)測站照準(zhǔn)標(biāo)尺的順序分別與往測偶、奇數(shù)測站相同。 按光學(xué)測微法進(jìn)行觀測，以往測奇數(shù)測站為例，一測站

49、的操作程序如下： （1）置平儀器。氣泡式水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡繞垂直軸旋轉(zhuǎn)時，水準(zhǔn)氣泡兩端影像的分離，不得超過lcm，對于自動安平水準(zhǔn)儀，要求圓氣泡位于指標(biāo)圓環(huán)中央。 （2）將望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)后視水準(zhǔn)標(biāo)尺，使符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像近于符合（雙擺位自動安平水準(zhǔn)儀應(yīng)置于第擺位）。隨后用上、下絲分別照準(zhǔn)標(biāo)尺基本分劃進(jìn)行視距讀數(shù)（如表5-2中的（1）和（2）。視距讀取4位，第四位數(shù)由測微器直接讀得。然后，使符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像精確符合，使用測微螺旋用楔形平分線精確照準(zhǔn)標(biāo)尺的基本分劃，并讀取標(biāo)尺基本分劃和測微分劃的讀數(shù)（3）。測微分劃讀數(shù)取至測微器最小分劃。 （3）旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)前視標(biāo)尺，并使符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像精確符合

50、（雙擺位自動安平水準(zhǔn)儀仍在第擺位），用楔形平分線照準(zhǔn)標(biāo)尺基本分劃，并讀取標(biāo)尺基本分劃和測微分劃的讀數(shù)（4）。然后用上、下絲分別照準(zhǔn)標(biāo)尺基本分劃進(jìn)行視距讀數(shù)（5）和（6）。 （4）用水平微動螺旋使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)前視標(biāo)尺的輔助分劃，并使符合氣泡兩端影像精確符合（雙擺位自動安平水準(zhǔn)儀置于第擺位），用楔形平分線精確照準(zhǔn)并進(jìn)行標(biāo)尺輔助分劃與測微分劃讀數(shù)（7）。 （5）旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)后視標(biāo)尺的輔助分劃，并使符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像精確符合（雙擺位自動安平水準(zhǔn)儀仍在第擺位），用楔形平分線精確照準(zhǔn)并進(jìn)行輔助分劃與測微分劃讀數(shù)（8）。表5-2中第（1）至（8）欄是讀數(shù)的記錄部分，（9）至（18）欄是計算部分，現(xiàn)以往測

51、奇數(shù)測站的觀測程序?yàn)槔?，來說明計算內(nèi)容與計算步驟。 視距部分的計算 （9）=（1）-（2） （10）=（5）-（6） （11）=（9）-（10） （12）=（11）+前站（12） 高差部分的計算與檢核 （14）（3）+ K -（8）式中K為基輔差（對于N3水準(zhǔn)標(biāo)尺而言K=3.0155m) （13）=（4）+ K -（7） （15）=（3）-（4） （16）=（8）-（7） （17）=（14）-（13）=（15）-（16）檢核（18）=（15）+（16）表5-2測自 至 19 年 月 日時間 始 時 分 末 時 分 成 像 溫度 云量 風(fēng)向風(fēng)速 天氣 土質(zhì) 太陽方向 測站編號后尺下絲前尺下絲方

52、尺及向 號標(biāo)尺讀數(shù)基+K減輔（一減二）備考上絲上絲后距前距基本分劃（一次）輔助分劃（二次）視距差（1）（5）后（3）（8）（14）（2）（6）前（4）（7）（13）（9）（10）后-前（15）（16）（17）（11）（12）（18）后前后-前 以上即一測站全部操作與觀測過程。一、二等精密水準(zhǔn)測量外業(yè)計算尾數(shù)取位如表5-3規(guī)定。表5-3項(xiàng)目等級往（返）測距離總和km測段距離中數(shù)km各測站高差mm往（返）測高差總和mm測段高差中數(shù)mm水準(zhǔn)點(diǎn)高程mm一二0.010.010.10.10.010.010.010.010.10.111 表5-2中的觀測數(shù)據(jù)系用N3精密水準(zhǔn)儀測得的，當(dāng)用S1型或Ni 004精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測時，由于與這種水準(zhǔn)儀配套的水準(zhǔn)標(biāo)尺無輔助分劃，故在記錄表格中基本分劃與輔助分劃的記錄欄內(nèi)，分別記入第一次和第二次讀數(shù)。 2.水準(zhǔn)測量限差（表5-4)表5-4 若測段路線往返測高差不符值、附合路線和環(huán)線閉合差以及檢測已測測段高差之差的限值如表5-5所示。表5-5項(xiàng)目等級測段路線往返測高差不符值mm附合路線閉合差mm環(huán)線閉合差mm檢測已測測段高差之差mm一等二等 若測段路線往返測不符值超限，應(yīng)先就可靠程度較小的往測或返測進(jìn)行整測段重測；附合路線和