水準測量作業(yè)指導書

1、中鐵三局廣州分公司工程管理部水準測量作業(yè)指導書編制： 審核： 批準： 批準日期：2011年09月 發(fā)布日期：2011年09月中鐵三局集團有限公司廣州分公司目 錄一、水準測量原理1二、水準測量外業(yè)工作1（一）、水準點及水準測量路線形式1（二）、水準測量的實施1（三）、水準等級:5（四）、水準測量的檢核5三、水準測量的內(nèi)業(yè)7（一）、附合水準路線閉合差的計算和調(diào)整及成果計算7（二）、閉合水準路線閉合差的計算與調(diào)整7（三）、水準測量的精度8四、水準測量的誤差9（一）、儀器誤差9（二）、觀測誤差10五、外界條件的影響10六、水準測量時應注意的事項11一、水準測量原理水準測量是用水準儀和水準尺測定地面上兩

2、點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數(shù)推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發(fā)，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程。由于不同高程的水準面不平行，沿不同路線測得的兩點間高差將有差異，所以在整理國家水準測量成果時，須按所采用的正常高系統(tǒng)加以必要的改正，以求得正確的高程。二、水準測量外業(yè)工作（一）、水準點及水準測量路線形式為了統(tǒng)一全國的高程系統(tǒng)和滿足各種測量的需要，測繪部門在全國各地埋設并測定了很多高程點，這些點稱為水準點(Bench Mark)，簡記為BM。水準測量通常是從水準點引測其它點的高程。水準點有永久性和臨時性兩種。國家等級水準點一般用石

3、料或鋼筋混凝土制成，深埋到地面凍結線以下。在標石的頂面設有用不銹鋼或其它不易銹蝕材料制成的半球狀標志。有些水準點也可設置在穩(wěn)定的墻腳上，稱為墻上水準點。 建筑工地上的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，校頂釘以半球形鐵釘。 埋設水準點后，應繪出水準點與附近固定建筑物或其它地物的關系圖，在圖上還要寫明水準點的編號和高程，稱為點之記，以便于日后尋找水準點位置之用。水準點編號前通常加BM字樣，作為水準點的代號。 水準測量路線形式主要有：閉合水準路線、附合水準路線和支水準路線。 （1）、閉合水準路線從某一已知水準點BMI開始，沿各高程待定

4、的水準點1、2、3、4進行水準測量，最后仍回到原水準點BMI，稱為閉合水準路線。（2）、附合水準路線從某一已知水準點BMI出發(fā)，沿各高程待定的水準點1、2、3進行水準測量，最后附合到另一個已知高程的水準點BMII上，稱為附合水準路線。（3）、支水準路線從某一已知水準點BMI出發(fā)，沿各高程待定的水準點1、2進行水準測量，其路線既不閉合又不附合，稱為支水準路線。（二）、水準測量的實施1、當欲測的高程點距水準點較遠或高差很大時，就需要連續(xù)多次安置儀器采用以測出兩點的高差，一般采用后-前-前-后的方法進行測量，進行二等水準測量時，。為測A、B點高差，在AB線路上增加1、2、3、4、等中間點，將AB高差

5、分成若干個水準測站。其中間點僅起傳遞高程的作用，稱為轉點（Turning Point），簡寫為TP。轉點無固定標志，無需算出高程。顯然，每安置一次儀器，便可測得一個高差。如圖所示：2、水準測量的一般規(guī)定 （1）觀測前30分鐘，應將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時應用測傘遮蔽陽光；遷站時應罩以儀器罩。 （2）儀器距前、后視水準標尺的距離應盡量相等，其差應小于規(guī)定的限值：二等水準測量中規(guī)定，一測站前、后視距差應小于1.0m，前、后視距累積差應小于3m。這樣，可以消除或削弱與距離有關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）對氣泡式水準儀，觀測前應測出傾斜螺旋

6、的置平零點，并作標記，隨著氣溫變化，應隨時調(diào)整置平零點的位置。對于自動安平水準儀的圓水準器，須嚴格置平。 （4）同一測站上觀測時，不得兩次調(diào)焦；轉動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋，其最后旋轉方向均應為旋進，以避免傾斜螺旋和測微器隙動差對觀測成果的影響。 （5）在兩相鄰測站上，應按奇、偶數(shù)測站的觀測程序進行觀測，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

7、連續(xù)各測站上安置水準儀時，應使其中兩腳螺旋與水準路線方向平行，而第三腳螺旋輪換置于路線方向的左側與右側。 （7）每一測段的往測與返測，其測站數(shù)均應為偶數(shù)，由往測轉向返測時，兩水準標尺應互換位置，并應重新整置儀器。在水準路線上每一測段儀器測站安排成偶數(shù)，可以削減兩水準標尺零點不等差等誤差對觀測高差的影響。 （8）每一測段的水準測量路線應進行往測和返測，這樣，可以消除或減弱性質(zhì)相同、正負號也相同的誤差影響，如水準標尺垂直位移的誤差影響。 （9）一個測段的水準測量路線的往測和返測應在不同的氣象條件下進行，如分別在上午和下午觀測。 （10)使用補償式自動安平水準儀觀測的操作程序與水準器水準儀相同。觀測

8、前對圓水準器應嚴格檢驗與校正，觀測時應嚴格使圓水準器氣泡居中。 （11）水準測量的觀測工作間歇時，最好能結束在固定的水準點上，否則，應選擇兩個堅穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置水準標尺的固定點，作為間歇點加以標記，間歇后，應對兩個間歇點的高差進行檢測，檢測結果如符合限差要求（對于二等水準測量，規(guī)定檢測間歇點高差之差應1.Omm），就可以從間歇點起測。若僅能選定一個固定點作為間歇點，則在間歇后應仔細檢視，確認沒有發(fā)生任何位移，方可由間歇點起測。3、水準測量的觀測方法 測站觀測程序 往測時，奇數(shù)測站照準水準標尺分劃的順序為 后視標尺的基本分劃； 前視標尺的基本分劃； 前視標尺的輔助分劃； 后視標尺的輔助

9、分劃； 往測時，偶數(shù)測站照準水準標尺分劃的順序為 前視標尺的基本分劃； 后視標尺的基本分劃； 后視標尺的輔助分劃； 前視標尺的輔助分劃。 返測時，奇、偶數(shù)測站照準標尺的順序分別與往測偶、奇數(shù)測站相同。 按光學測微法進行觀測，以往測奇數(shù)測站為例，一測站的操作程序如下： （1）置平儀器。氣泡式水準儀望遠鏡繞垂直軸旋轉時，水準氣泡兩端影像的分離，不得超過lcm，對于自動安平水準儀，要求圓氣泡位于指標圓環(huán)中央。 （2）將望遠鏡照準后視水準標尺，使符合水準氣泡兩端影像近于符合（雙擺位自動安平水準儀應置于第擺位）。隨后用上、下絲分別照準標尺基本分劃進行視距讀數(shù)（如表5-2中的（1）和（2）。視距讀取4位，

10、第四位數(shù)由測微器直接讀得。然后，使符合水準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標尺的基本分劃，并讀取標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）旋轉望遠鏡照準前視標尺，并使符合水準氣泡兩端影像精確符合（雙擺位自動安平水準儀仍在第擺位），用楔形平分線照準標尺基本分劃，并讀取標尺基本分劃和測微分劃的讀數(shù)（4）。然后用上、下絲分別照準標尺基本分劃進行視距讀數(shù)（5）和（6）。 （4）用水平微動螺旋使望遠鏡照準前視標尺的輔助分劃，并使符合氣泡兩端影像精確符合（雙擺位自動安平水準儀置于第擺位），用楔形平分線精確照準并進行標尺輔助分劃與測微分劃讀數(shù)（7）。

11、（5）旋轉望遠鏡，照準后視標尺的輔助分劃，并使符合水準氣泡兩端影像精確符合（雙擺位自動安平水準儀仍在第擺位），用楔形平分線精確照準并進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)以往測奇數(shù)測站的觀測程序為例，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水準標尺而言K=3.0155m) （13）=（4）+ K -（7） （15）=（3）-（4）

12、（16）=（8）-（7） （17）=（14）-（13）=（15）-（16）檢核：（18）=（15）+（16）表1：水準測量觀測手簿測自 至 19 年 月 日時間 始 時 分 末 時 分 成 像 溫度 云量 風向風速 天氣 土質(zhì) 太陽方向 測站編號后尺下絲前尺下絲方 尺及向 號標尺讀數(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（三）、水準等級:水準等級分為六級，一、二、三、四、五、圖根（等外）。1、一等水準網(wǎng)是國家高

13、程控制網(wǎng)的骨干。二等水準網(wǎng)布設于一等水準環(huán)內(nèi)，是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎。三、四等水準網(wǎng)為國家高程控制網(wǎng)的進一步加密。建立國家高程控制網(wǎng)，采用精密水準測量的方法。2、城市首級高程等級：二等42%；三等42%；四等16%。3、各級公路及構造物的水準測量等級應按規(guī)范要求選定。（四）、水準測量的檢核1、計算檢核 B點對A點的高差等于各轉點之間高差的代數(shù)和，也等于后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和，因此，此式可用來作為計算的檢核。但計算檢核只能檢查計算是否正確，不能檢核觀測和記錄時是否產(chǎn)生錯誤。 2、測站檢核 B點的高程是根據(jù)A點的已知高程和轉點之間的高差計算出來。若其中測錯任何一個高差，B點高程就不會正確

14、。因此，對每一站的高差，都必須采取措施進行檢核測量。 （1）變動儀器高法：同一測站用兩次不同的儀器高度，測得兩次高差以相互比較進行檢核。 （2）雙面尺法：儀器高度不變，立在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數(shù)，測得兩次高差，相互進行檢核。 3、成果檢核 測站檢核只能檢核一個測站上是否存在錯誤或誤差超限。由于溫度、風力、大氣折光、尺墊下沉和儀器下沉等到外界條件引起的誤差，尺了傾斜和估讀的誤差，以及水準儀本身的誤差等，雖然在一個測站上反映不很明顯，但隨著測站數(shù)的增多使誤差積累，有時也會超過規(guī)定的限差。 （1）附合水準路線檢核各段高差的代數(shù)和（h測）理論值應等于零：h理= HA -

15、 HA =0如果不等于零，便產(chǎn)生閉合差，fh= HA - HA =h測，其值不應超高容允許值：fh fh容（2）閉合水準路線檢核 各段的高差代數(shù)和理論值應等于兩端已知水準點間的高差：h理= HA -HB =h測如果不相等，兩者之差稱為高程閉合差，fh=h測-h理，其值不應超高容許值：fh fh容。（3）支水準路線檢核 往返高差的代數(shù)和理論值應為零（往測高差總和與返測高差總和絕對值應相等而符號相反）：h往+h返=0如果不等于零，便產(chǎn)生閉合差，fh=h往+h返，其值不應超高容許值：fh fh容。水準測量容許值符合表3水準測量的限差要求的規(guī)定三、水準測量的內(nèi)業(yè)水準測量外業(yè)式作結束后，要檢查手簿，再計

16、算各點間的高差。經(jīng)檢核無誤后，才能進行計算和調(diào)整高差閉合差。最后計算各點的高程。 （一）、附合水準路線閉合差的計算和調(diào)整及成果計算1、高差閉合差的計算 高差閉合差可用來衡量測量成果的精度，等外水準測量的高差閉合差容許值。 2、閉合差的調(diào)整 在同一條水準路線上，假設觀測條件是相同的，可認為各站產(chǎn)生的誤差機會是相同的，故閉合差的調(diào)整按與測站數(shù)（或距離）成正比反符號分配的原則進行。 3、高程計算 根據(jù)檢核過的改正后高差，由起始點A開始，逐點推算出各點的高程。（二）、閉合水準路線閉合差的計算與調(diào)整 1、閉合水準路線各段高差的代數(shù)和應等于零，即 由于存在著測量誤差，必然產(chǎn)生高差閉合差，閉合水準路線高差閉

17、合差的調(diào)整方法、容許值的計算，均與附合水準路線相同。 對于DS3級微傾水準儀，I值不得大于20。 校正 轉動微傾螺旋使中絲對準A點尺上正確讀數(shù)c2，此時視準軸處于水平位置，但管水準氣泡必然偏離中心。用撥針撥動水準管一端的上、下兩個校正螺絲，使氣泡的兩個半象符合。2、水準測量的相關規(guī)范要求：表2 水準測量主要技術要求：等級儀器類型視線長度前后視距差任一測站上前后視距差積累視線高度（下絲讀數(shù)）一等DSZ05，DS05300.51.50.5二等DS1,DS0550130.3三等DS37525三絲能讀數(shù)DS1,DS0510025三絲能讀數(shù)四等DS3100310三絲能讀數(shù)DS1,DS05150310三絲

18、能讀數(shù)表3 水準測量的限差要求水準測量限差要求（mm）等級測段、區(qū)段、路線往返測不符值附和路線閉合差或環(huán)閉合差檢測已測測段高差只差平原山區(qū)平原山區(qū)一等±1.8K-±2F±3R二等±4K±0.8n±4L±4F±6R三等±12K±2.4n±12L±15L±20R四等±20K±4n±20L±25L±30R五等±30K±20K±30L±40R注：K-測段、區(qū)段或路線長度，kmL-附和路

19、線長度，kmF-環(huán)線長度，kmR-檢測測段長度，km（三）、水準測量的精度水準測量的精度根據(jù)往返測的高差不符值來評定，因為往返測的高差不符值集中反映了水準測量各種誤差的共同影響，這些誤差對水準測量精度的影響，不論其性質(zhì)和變化規(guī)律都是極其復雜的，其中有偶然誤差的影響，也有系統(tǒng)誤差的影響。 根據(jù)研究和分析可知，在短距離，如一個測段的往返測高差不符值中，偶然誤差是得到反映的，雖然也不排除有系統(tǒng)誤差的影響，但畢竟由于距離短，所以影響很微弱，因而從測段的往返高差不符值來估計偶然中誤差，還是合理的。在長的水準線路中，例如一個閉合環(huán)，影響觀測的，除偶然誤差外，還有系統(tǒng)誤差，而且這種系統(tǒng)誤差，在很長的路線上，

20、也表現(xiàn)有偶然性質(zhì)。環(huán)形閉合差表現(xiàn)為真誤差的性質(zhì)，因而可以利用環(huán)形閉合差來估計含有偶然誤差和系統(tǒng)誤差在內(nèi)的全中誤差，現(xiàn)行水準規(guī)范中所采用的計算水準測量精度的公式，就是以這種基本思想為基礎而導得的。 由個測段往返測的高差不符值計算每公里單程高差的偶然中誤差（相當于單位權觀測中誤差）的公式為 （3-1）往返測高差平均值的每公里偶然中誤差為 （3-2）式中，是各測段往返測的高差不符值，取mm為單位；R是各測段的距離，取km為單位；是測段的數(shù)目。（3-2）式就是水準規(guī)范中規(guī)定用以計算往返測高差平均值的每公里偶然中誤差的公式，這個公式是不嚴密的，因為在計算偶然誤差時，完全沒有顧及系統(tǒng)誤差的影響。顧及系統(tǒng)誤

21、差的嚴密公式，形式比較復雜，計算也比較麻煩，而所得結果與（3-2）式所算得的結果相差甚微，所以（3-2）式可以認為是具有足夠可靠性的。 按水準規(guī)范規(guī)定，一、二等水準路線須以測段往返高差不符值按（3-2）式計算每公里水準測量往返高差中數(shù)的偶然中誤差。當水準路線構成水準網(wǎng)的水準環(huán)超過20個時，還需按水準環(huán)閉合差計算每公里水準測量高差中數(shù)的全中誤差。 計算每公里水準測量高差中數(shù)的全中誤差的公式為 （3-3）式中，是水準環(huán)線經(jīng)過正常水準面不平行改正后計算的水準環(huán)閉合差矩陣，的轉置矩陣為環(huán)的閉合差，以mm為單位；為水準環(huán)的數(shù)目，協(xié)因數(shù)矩陣中對角線元素為各環(huán)線的周長，非對角線元素，如果圖形不相鄰，則一律為

22、零，如果圖形相鄰，則為相鄰邊長度（公里數(shù)）的負值。每公里水準測量往返高差中數(shù)偶然中誤差和 表4等級一等mm二等mm0.451.01.02.0全中誤差的限值列于表4中。偶然中誤差，全中誤差超限時，應分析原因，重測有關測段或路線。四、水準測量的誤差 （一）、儀器誤差 1、儀器校正后的殘余誤差 I角校正殘余誤差，這種影響與距離成正比，只要觀測時注意前、后視距離相等，可消除或減弱此項的影響。 2、水準尺誤差 由于水準尺刻劃不準確，尺長變化、彎曲等影響，水準尺必須經(jīng)過檢驗才能使用。標尺的零點差可在一水準段中使測站為偶數(shù)的方法予以消除。 （二）、觀測誤差 1、水準管氣泡居中誤差 設水準管分劃值為，居中誤差

23、一般為±0.15，采用符合式水準器時，氣泡居中精度可提高一倍。 2、讀數(shù)誤差 在水準尺上估讀毫米數(shù)的誤差，與人眼的分辨能力、望遠鏡的放大倍率以及視線長度有關。 3、視差影響 當視差存在時，十字絲平面與水準尺影像不重合，若眼睛觀察的位置不同，便讀出不同的讀數(shù)，因而也會產(chǎn)生讀數(shù)誤差。 4、水準尺傾斜影響 水準尺傾斜將使尺上讀數(shù)增大。 五、外界條件的影響 1、儀器下沉 由于儀器下沉，使視線降低，從而引起高差誤差。采用“后、前、前、后”的觀測程序，可減弱其影響。 2、尺墊下沉 如果在轉點發(fā)生尺墊下沉，將使下一站后視讀數(shù)增大。采用往返觀測，取平均值的方法可以減弱其影響。 3、地球曲率及大氣折光

24、影響 由于大氣折光，視線并非是水平，而是一條曲線，曲線的曲率半徑為地球半徑的7倍。 如果前視水準尺和后視水準尺到測站的距離相等，則在前視讀數(shù)和后視讀數(shù)中含有相同的 。這樣在高差中就沒有這誤差的影響了。因此，放測站時要爭取“前后視相等” 接近地面的空氣溫度不均勻，所以空氣的密度也不均勻。光線在密度不勻的介質(zhì)中沿曲線傳布。這稱為“大氣折光”?？傮w上說，白天近地面的空氣溫度高，密度低，彎曲的光線凹面向上；晚上近地面的空氣溫度低，密度高，彎曲的光線凹面向下。接近地面的溫度梯度大大氣折光的曲率大，由于空氣的溫度不同時刻不同的地方一直處于變動之中。所以很難描述折光的規(guī)律。對策是避免用接近地面的視線工作，盡量抬高視線，用前后