水準測量的方法及其實施

1、水準測量的方法及其實施水準測量原理水準測量的基本測法是：在圖 2-1 中，已知 A 點的高程為 H ，AABH 就可用下式計算求得：BBAAB差h 2-1所示，AB在 B 兩點上豎立水準尺，兩點之間安置圖 2-1 水準測量原理示意圖即水準儀，設水準儀的水平視線截在尺上的位置分別為M，過AABABh = a- bABb而 B 點稱為前視點，其讀數(shù) b 為前視讀數(shù)。即h = 后視讀數(shù)-前視讀數(shù)AB視線高H=H +aiA（）(2-4）點高程H =H b-Bi因此，視線必須水平，是水準測量中要牢牢記住的操作要領。水準儀和水準尺一、微傾式水準儀的構造如圖 2-2 螺旋，所以稱微傾式水準儀。1望遠鏡望遠鏡

2、由物鏡、目鏡和十字絲三個主要部分組成，它的主要作用是能使我們看清遠處的目標，并提供一條照準讀數(shù)值用的視線。轉動的螺旋固定在望遠鏡筒上，十字絲的上下兩條短線稱為視距絲，的連線稱為視準軸。水準器水準器的作用是把望遠鏡的視準軸安置到水平位置。水準器有管水準器和圓水準器兩種形式。圓水準器是一個玻璃圓盒，圓盒內裝有化學液體，加熱密封時留有氣泡而成。圓水準器內表面是圓球面，中央畫一小圓，其圓心稱為圓水準器軸處于鉛垂位置，儀器達到基本水平狀態(tài)。封時留有氣泡而成，如圖 2-6 所示。水準管內壁圓弧中心為水準管零點，過零點與內壁圓弧相切的直管軸處于水平位置，也就是水準儀的視準軸處于水平位置。管上方裝有一組符合棱

3、鏡組，如圖 2-7a)所示。氣泡兩端的半影像經(jīng)過折反射之后，反映在望遠鏡旁的觀測窗內。3基座座內，由基座承托整個儀器，儀器用連接螺旋與三腳架連接。二、水 準 尺水準尺是與水準儀配合進行水準測量的工具。水準尺分為直尺、折尺和塔尺，如圖 2-8a)所示。雙面水準尺的分劃，一面是黑白相間4687mm或 4787mm。使用水準尺前一定要認清刻劃特點。尺墊是供支承水準尺和傳遞高程所用的工具。水準儀的技術操作在水準儀的使用過程中，應首先打開三腳架，把架頭大致水平，高度適中，踏實腳架尖后，將水準儀安放在架頭上并擰緊中心螺旋。水準儀的技術操作按以下四個步驟進行：粗平照準精平讀數(shù)。一、粗平 2-10b)復進行，

4、直至在任何位置水準氣泡均位于分劃圓圈內為止。在操作熟練后，不必將氣泡的移動分解為兩步，視氣泡的具體位置而轉動任兩個腳螺旋直接使氣泡居中。二、照準表明存在著視差。有視差就會影響照準和讀數(shù)精度，如圖 2-11a)b)所示。消除視差的方法是仔細且反復交替地調節(jié)目鏡和物鏡對光螺旋，使十字絲和目標影像共平面，且同時都十分清晰，三、精平做法是：慢慢轉動微傾螺旋，使觀察窗中符合水準氣泡的影象符合。有慣性，在轉動微傾螺旋時要慢、穩(wěn)、輕、速度不宜太快。垂的，當望遠境由一個目標（后視）轉瞄另一日標（前視）時，氣泡才能讀數(shù)。四、讀數(shù)圖 2-12 所示。讀數(shù)前要認清水準尺的刻畫特征，呈像要清晰穩(wěn)定。為了保證讀數(shù)的準確

5、性，讀數(shù)時要按由小到大的方向，先估讀 mm數(shù)，再讀出dmcm數(shù)。讀數(shù)前務必檢查符合水準氣泡影像是否和發(fā)生漏零現(xiàn)象。普通水準測量實施一、水準點和水準路線水準點是測區(qū)的高程控制點，一般縮寫為“ ”符號表示。水準路線依據(jù)工程的性質和測區(qū)的情況，可布設成以下幾種形式：1.閉合水準路線。如圖 2-13a)所示，是從一已知水準點 BM 出發(fā)，經(jīng)過測量各測A BM 的環(huán)形路線。A2.附合水準路線。如圖 2-13b)所示，是從一已知水準點 BM 出發(fā)，經(jīng)過測量各測A BMB的路線。3.支水準路線。如圖 2-13c)所示；是從一已知水準點 BM 出發(fā)，沿線往測其它1各點高程到終點 2點返測到 BM 1但必須是往

6、返施測的路線。圖 2-13 水準路線圖311(2)將水準儀粗平后，先瞄準后視尺，消除視差。精平后讀取后1(3)平轉望遠鏡照準前視尺，精平后，讀取前視讀數(shù)值 b ，并記1(4)將儀器搬遷到第站，把第站的后視尺移到第站的轉點ZD 上，把原第站前視變成第站的后視。2(5)按(2)、(3)步驟測出第站的后、前視讀數(shù)值 a 、b ，并記入22(6)重復上述步驟測至終點 B為止。(2-6)iii111A1h a -bH =H +h2222nnnBZDnnBA121計算校核ABBAH - h(2-10)BA2測站校核f =12 mmh容f =40 mmLh容h終始h（2-14）h往返hhhh1按測站數(shù)調整高

7、差閉合差ifiini數(shù)1+2.775-4.385ABM150BMBBMA2fhBMB34.74396BM+1.98 -0.012.694+1.969+2.335+2.69401Bn50f=ihi17ifihiL某一測段的長度。i測段 測 段編 點 數(shù)號+2.774-4.383+1.968+2.335+2.694ABh(HBMBB,MAM3fii-0.010BLMB針旋轉望遠鏡，看豎軸轉動是否靈活、均勻；微動螺旋是否可靠；瞄斑、灰塵、油跡；腳螺旋或微傾螺旋均勻升降時，圓水準器及管水準動架頭時，不應有松動現(xiàn)象。根據(jù)水準測量原理，微傾式水準儀各軸線間應具備的幾何關系是：圓水準器軸應平行于儀器豎軸(L

8、 L VV ，十字絲 的橫絲應垂直于儀器豎軸；水準管軸應平行于儀器視準軸 (LLCC)，如圖2-16所示，其檢驗與校正的具體做法如下： )一、圓水準器的檢驗與校正居中時，儀器的豎軸應處于鉛垂狀態(tài)。180。如果氣泡仍居中，說明兩軸平行；如果氣泡偏移了零點，說明兩軸不平行，需校正。校正方法：撥動圓水準器的校正螺絲使氣泡中點退回距零點偏離量的一半，如圖 2-18 所示。然后轉動腳螺旋使氣泡居中。檢驗和校于刻劃圈內為止。二、十字絲橫絲的檢驗與校正絲應水平。絲橫絲垂直于豎軸，如圖 2-19a)所示。如果該點離開橫絲，說明橫絲不水平，需要校正，如圖 2-19b)所示。校正方法：用螺絲刀松開十字絲環(huán)的三個固

9、定螺絲，再轉動十字三、管水準器的檢驗與校正視準軸應處于水平狀態(tài)。檢驗方法：首先在平坦地面上選擇相距 100m 左右的 A 點和 B點，在兩點放上尺墊或打入木樁，并豎立水準尺，如圖 2-20 所示。然后將水準儀器安置在 A B 兩點的中間位置 C、準管軸不平行于視準軸，視線在尺上的讀數(shù)分別為 a 和 b ，由于視11線的傾斜而產(chǎn)生的讀數(shù)誤差均為，則兩點間的高差 h 為：ABh a -bAB11由圖 2-20可知：a a,11a bh ) -b)= -ABABAB22AB(2-17)22AB用望遠鏡照準 A 點的水準尺，轉動微傾螺旋將橫絲對準 ，22即氣泡影像不符合，如圖 2-21 所示。這時首先

10、用撥針松開水準管左管上、下校正螺絲，撥動時應先松后緊，以免損壞螺絲，直到氣泡影像符合為止。量時，一般要求前、后視距離基本相等。第六節(jié) 自動安平水準儀用水準儀進行水準測量的關鍵操作是用水準管氣泡居中來獲得氣泡居中后，借助一種“補償器”的特別裝置，使視線自動處于水平數(shù)值，提高水準測量的精度。檢查讀數(shù)。其中粗平、瞄準、讀數(shù)方法和微傾式水準儀相同，具體操作參閱本章第三節(jié)即可。檢查就是按動自動安平水準儀目鏡下方的補償控制按鈕，查看平的情況下，按動一次按鈕，如果目標影響在視場中晃動，說明“補償器”工作正常，視線便可自動調整到水平位置。自動安平水準儀的檢驗與校正與微傾式水準儀相同。三、四等水準測量一每一站的

11、觀測順序后視水準尺黑面，使圓水準器氣泡居中，讀取下、上絲讀數(shù)，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)。前視水準尺黑面，讀取下、上絲讀數(shù)，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)。前視水準尺紅面，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)；后視水準尺紅面，轉動微頓螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)。這樣的觀測順序簡稱為“后一前一前一后。其優(yōu)點是可以大后一后一前一前。二測站計算與檢核(1)視距計算前、后視距差，三等水準測量，不得超過3m，四等水準測量，不得超過5m。 前、后視距累積差，三等水準測量，不得超過6m，四等水準測量，不得超過10m。(2)同一水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)的

12、檢核同一水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)之差，應等于該尺紅、黑面的常數(shù)差K(4.687或4.787)， 三等水準測量，不得超過2mdR，四等水準溯量，不得超過3a3m。(3)計算黑面、紅面的高差三等水準測量，不得超過3mm，四等水準測量，不得超過5mm。式內0.100位。(4)計算平均高差三. 四等水準測量限差及 四等水準測量觀測手簿5成果計算計算方法與本書第二章所介紹的方法相同。這里順便介紹一下圖根水準測量的用途及技術要求。圖根水準測量是用于測定圖根點的高程及作工程水準測量用的，其精度低于四等水準測量，故又稱為等外水準測量。其觀測方法及記錄計算，參閱本書第二章。第八節(jié) 水準測量的誤差分析一、儀器誤差1

13、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，故居中誤差為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，通常按下式計算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

14、差。4水準尺傾斜影響水準尺傾斜將使尺上讀數(shù)增大。三、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影響用水平視線代替大地水準面地尺上讀數(shù)產(chǎn)生的誤差為 C，則半徑為地球半徑的 7 倍，其折光量的大小對水準讀數(shù)產(chǎn)生的影響為折光影響與地球曲率影響之和為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

15、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，用前后視等距的方法進行水準測量除了規(guī)律性的大氣折光以外，還有不規(guī)律的部分：白天近地面的空氣受熱膨脹而上升，較冷的空氣下降補充。因此，這里的從而增加讀數(shù)誤差。對策是夏天中午一般不做水準測量。在沙地，水泥地湍流強的地區(qū)，一般只在上午 10

16、 點之前作水準測量。高精度的水準測量也只在上午 10 點之前進行。4，溫度對儀器的影響溫度會引起儀器的部件漲縮，從而可能引起視準軸的構件（物鏡，十字絲和調焦鏡）相對位置的變化，或者引起視準軸相對與水準管軸位置的變化。由于光學測量儀器是精密儀器，不大的位移量可能使軸線產(chǎn)生幾秒偏差，從而使測量結果的誤差增大。不均勻的溫度對儀器的性能影響尤其大。例如從前方或后方日光照射水準管，就能使氣泡“趨向太陽” -水準管軸的零位置改變了。由于水準管本身和管內液體溫度升高，氣泡向著溫度高的方向移動，影響儀器水平，產(chǎn)生氣泡居中誤差，觀測時應注意撐傘遮陽.四、注意事項(1)水準測量過程中應盡量用目估或步測保持前、后視距基本相當觀測時間，限制視線長度和高度來減少折光的影響。(2)儀器腳架要踩牢，觀測速度要快，以減少儀器下沉。(3)估數(shù)要準確，讀數(shù)時要仔細對光，消除視差，必須使水準管氣泡居中，讀完以后，再檢查氣泡是否居中。(4)檢查塔尺相接處是否嚴密，消除尺底泥土。扶尺者