華南農(nóng)業(yè)大學(xué)《測量學(xué)》第二章水準(zhǔn)測量

第二章水準(zhǔn)測量主講：于紅波主要內(nèi)容：水準(zhǔn)測量原理、水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及使用、水準(zhǔn)測量的施測方法及成果整理主要目的：使學(xué)生了解水準(zhǔn)測量原理、測量儀器與測量工具，掌握地面點位高程測量過程。重點內(nèi)容：水準(zhǔn)測量原理、施測方法、成果計算。

§2.1水準(zhǔn)測量原理測定地面點高程的工作，稱為高程測量(heightmeasurement)。高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同，可以分為水準(zhǔn)測量(leveling)、三角高程測量(trigonometricleveling)、GPS高程測量(GPSleveling)和氣壓高程測量(airpressureleveling)。水準(zhǔn)測量是目前精度較高的一種高程測量方法第一節(jié)水準(zhǔn)測量原理原理：利用水準(zhǔn)儀(level)提供的水平視線(horizontalsight)，配合水準(zhǔn)尺(levelingstaff)，測定地面兩點的高差，然后根據(jù)一已知點高程推算未知點高程。§2.1水準(zhǔn)測量原理一、高差測量高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)

h=a-b=hAB高差有正負(fù)之分在計算高差hAB時，一定要注意hAB的下標(biāo)：hAB表示A點至B點的高差。二、高程計算HB=HA+h=HA+a-b……高差法

=（HA+a）-b=Hi-b………視線高法§2.2水準(zhǔn)測量儀器、工具及使用水準(zhǔn)測量所用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具有水準(zhǔn)尺和尺墊(staffplate)。一、水準(zhǔn)儀1、水準(zhǔn)儀分類通過調(diào)整水準(zhǔn)儀使管水準(zhǔn)氣泡居中獲得水平視線的水準(zhǔn)儀稱為微傾式水準(zhǔn)儀(titlelevel)；分DS05、DS1、DS3，DS10,下標(biāo)“05”、“1”、“3”及“10”等數(shù)字表示該類儀器的精度，每公里往返測高差中數(shù)的中誤差。通過補(bǔ)償器獲得水平視線讀數(shù)的水準(zhǔn)儀稱為自動安平水準(zhǔn)儀(compensatorlevel)。2、微傾水準(zhǔn)儀的構(gòu)造水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡(telescope)、水準(zhǔn)器(bubble)和基座(tribrach)組成。（1）望遠(yuǎn)鏡

根據(jù)在目鏡端觀察到的物體成像情況，望遠(yuǎn)鏡可以分為正像望遠(yuǎn)鏡和倒像望遠(yuǎn)鏡。

十字絲分劃板：

在一直徑為約10mm的光學(xué)玻璃圓片上刻出三根橫絲和一根垂直于橫絲的縱絲；

中間的長橫絲稱為中絲，用于讀取水準(zhǔn)尺上分劃的讀數(shù)；

上、下兩根較短的橫絲稱為上絲和下絲，上、下絲總稱為視距絲，用來測定水準(zhǔn)儀至水準(zhǔn)尺的距離。用視距絲測量出的距離稱為視距(stadia)。

望遠(yuǎn)鏡物鏡光心與十字絲交點的連線稱為望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸(collimationaxisoftelescope)，用CC表示?！?.2水準(zhǔn)測量儀器、工具及使用

觀測者的眼睛在目鏡端上、下微微移動時，目標(biāo)像與十字絲沒有相對移動，如果目標(biāo)像與十字絲分劃板平面不重合，觀測者的眼睛在目鏡端上、下微微移動時，目標(biāo)像與十字絲之間就會有相對移動，這種現(xiàn)象稱為視差(parallax)。

消除視差的方法：用手暫時遮住物鏡(或?qū)⑼h(yuǎn)鏡對準(zhǔn)天空)，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲十分清晰；移去遮物鏡的手(或瞄準(zhǔn)標(biāo)尺)，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋使目標(biāo)像十分清晰?！?.2水準(zhǔn)測量儀器、工具及使用2

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十字絲環(huán)校正螺絲十字絲環(huán)校正螺絲2)水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器用于置平儀器。水準(zhǔn)器有管水準(zhǔn)器(bubbletube)和圓水準(zhǔn)器(circularbubble)兩種。

①管水準(zhǔn)器（水準(zhǔn)管）

a：水準(zhǔn)管軸——過水準(zhǔn)管圓弧零點的切線

b：水準(zhǔn)管分劃值——2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角。分劃值越大，水準(zhǔn)管靈敏度越低；反之，越高。

圓水準(zhǔn)器分劃值8/2mm用于儀器粗平管水準(zhǔn)器分劃值20/2mm用于儀器精平

符合氣泡符合尚未符合§2.2水準(zhǔn)測量儀器、工具及使用②圓水準(zhǔn)器

圓水準(zhǔn)器由玻璃圓柱管制成，其頂面內(nèi)壁是磨成一定半徑R的球面，中央刻有小圓圈，其圓心O是圓水準(zhǔn)器的零點；

過零0點的球面法線為圓水準(zhǔn)器軸(circularbubbleaxis)；

當(dāng)圓水準(zhǔn)氣泡居中時，

圓水準(zhǔn)器軸處于豎直位置；

圓水準(zhǔn)器用于粗略整平儀器。

③基基座基座主主要由由軸座座、腳腳螺旋旋、底底板和和三角角壓板板構(gòu)成成。二、水水準(zhǔn)尺尺和尺尺墊水準(zhǔn)尺尺一般般用優(yōu)優(yōu)質(zhì)木木材或或玻璃璃鋼制制成，，長度度從2m~5m不等等。水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺分分為直直尺、、塔尺尺和折折尺，，其中中直尺尺又分分單面面分劃劃和雙雙面分分劃兩兩種。。雙雙面尺尺的黑黑面均均由零零開始始分劃劃和注注記。。紅紅面的的分劃劃和注注記，，一把把尺由由4.687m開始始分劃劃和注注記，，另一一把尺尺由4.787m開開始分分劃和和注記記，兩兩把尺尺紅面面注記記的零零點差差為0.1m。。尺尺墊墊是在在轉(zhuǎn)點點處放放置水水準(zhǔn)尺尺用的的?！?.2水水準(zhǔn)測測量儀儀器、、工具具及使使用三、DS3微傾式式水準(zhǔn)準(zhǔn)儀的的使用用水準(zhǔn)測測量的的操作作步驟驟：安安置儀儀器→→粗平平→瞄瞄準(zhǔn)水水準(zhǔn)尺尺→精精平→→讀數(shù)數(shù)。1）安安置儀儀器要求使使三腳腳架的的架頭頭面大大致水水平，，并將將三腳腳架的的三個個腳尖尖踩入入土中中，使使腳架架穩(wěn)定定。然然后從從儀器器箱內(nèi)內(nèi)取出出水準(zhǔn)準(zhǔn)儀，，放在在三腳腳架的的架頭頭面，，并立立即用用中心心螺旋旋旋入入儀器器基座座的螺螺孔內(nèi)內(nèi)，以以防止止儀器器從三三腳架架頭上上摔下下來。。2)粗粗平平粗平即即粗略略整平平儀器器。旋旋轉(zhuǎn)腳腳螺旋旋使圓圓水準(zhǔn)準(zhǔn)氣泡泡居中中，儀儀器的的豎軸軸大致致鉛垂垂，使使望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡的的視準(zhǔn)準(zhǔn)軸大大致水水平。。旋轉(zhuǎn)腳腳螺旋旋方向向與圓圓水準(zhǔn)準(zhǔn)氣泡泡移動動方向向的規(guī)規(guī)律是是：用用左手手旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)腳螺螺旋，，則左左手大大拇指指移動動方向向即為為水準(zhǔn)準(zhǔn)氣泡泡移動動方向向；用用右手手旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)腳螺螺旋，，則右右手食食指移移動方方向即即為水水準(zhǔn)氣氣泡移移動方方向。?！白笫质执竽茨粗阜ǚā贝执制剑海簹馀菀埔苿拥牡姆较蛳蚺c左手手大拇拇指轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動腳腳螺旋旋的方方向一一致。。3)瞄瞄準(zhǔn)準(zhǔn)水準(zhǔn)準(zhǔn)尺先目鏡鏡對光光：旋旋轉(zhuǎn)目目鏡調(diào)調(diào)焦螺螺旋，，使十十字絲絲清晰晰；松松開制制動螺螺旋，，轉(zhuǎn)動動望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡，，用望望遠(yuǎn)鏡鏡上的的準(zhǔn)星星和照照門瞄瞄準(zhǔn)水水準(zhǔn)尺尺，擰擰緊制制動螺螺旋；；旋旋轉(zhuǎn)物物鏡調(diào)調(diào)焦螺螺旋，，使目目標(biāo)清清晰，，再旋旋轉(zhuǎn)微微動螺螺旋，，使豎豎絲對對準(zhǔn)水水準(zhǔn)尺尺。4)精精平平從目鏡鏡左邊邊的附附合氣氣泡觀觀察窗窗中察察看兩兩個氣氣泡影影像是是否吻吻合，，如不不吻合合，再再慢慢慢旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)微傾傾螺旋旋直至至完全全吻合合為止止。5)讀讀數(shù)數(shù)儀器精精平后后，應(yīng)應(yīng)立即即用十十字絲絲的橫橫絲在在水準(zhǔn)準(zhǔn)標(biāo)尺尺上讀讀數(shù)。?！?.2水水準(zhǔn)測測量儀儀器、、工具具及使使用

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bc62531478§2.2水水準(zhǔn)測測量儀儀器、、工具具及使使用基本工工作（（單站站）安置——粗平平—瞄瞄準(zhǔn)——精平平—讀讀數(shù)（1））選定定測站站：土質(zhì)堅堅實、、通視視良好好、少受震震動、、易于于安置置（2））安置置儀器器：在兩尺尺之間間將儀儀器牢牢固地連接接在三三腳架架上（3））粗略略整平平：如圖所所示轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動腳腳螺旋旋使圓水準(zhǔn)準(zhǔn)氣泡泡居中中。（4））目標(biāo)標(biāo)瞄準(zhǔn)準(zhǔn)（后后—前前）：：1.目目鏡對對光2.粗粗略瞄瞄準(zhǔn)3.物物鏡對對光4.消消除視視差（5））精確確整平平（6））讀取取讀數(shù)數(shù)（后后—前前）：自小到到大，，估估讀到到毫米米符合氣泡符合尚未符合

abc§2.3普普通水水準(zhǔn)測測量為統(tǒng)一一全國國的高高程系系統(tǒng)和和滿足足各種種測量量的需需要，，測繪繪部門門在全全國各各地埋埋設(shè)并并測定定了很很多高高程點點。水準(zhǔn)點點：用水準(zhǔn)準(zhǔn)測量量的方方法測測定的的高程程控制制點稱稱為水水準(zhǔn)點點（BenchMark，，通常?？s寫寫為“BM”。水準(zhǔn)測測量：：從某一一已知知高程程的水水準(zhǔn)點點開始始，經(jīng)經(jīng)過一一定的的水準(zhǔn)準(zhǔn)路線線，測測定各各待定定點的的高程程。點之記：：水準(zhǔn)點應(yīng)應(yīng)進(jìn)行編編號，并并繪出水水準(zhǔn)點與與附近固固定建筑筑物或其其它明顯顯地物關(guān)關(guān)系的點點位草圖圖，作為為水準(zhǔn)測測量的成成果一并并保存。?！?.3普普通水準(zhǔn)準(zhǔn)測量轉(zhuǎn)點：如果兩點點間高差差較大或或相距較較遠(yuǎn)，僅僅安置一一次儀器器不能測測得它們們的高差差，這時時需要加加設(shè)若干干個臨時時的立尺尺點，作作為傳遞遞高程的的臨時點點。連續(xù)水準(zhǔn)準(zhǔn)測量：：依次連續(xù)續(xù)地在兩兩個立尺尺點中間間安置水水準(zhǔn)儀來來測定相相鄰各點點間高差差，最后后取各個個測站高高差的代代數(shù)和，，即求得得兩點間間的高差差值?！?.3普普通水準(zhǔn)準(zhǔn)測量欲求hAB，在A點至B點水準(zhǔn)路路線上增增設(shè)n-1個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)點，安安置n次水準(zhǔn)儀儀，依次次連續(xù)地地測定相相鄰兩點點間高差差h1～hn，即h1=a1-b1h2=a2-b2hn=an-bn則hAB=h1+h2+····+hn=∑h=∑a-∑bHB=HA+hAB=HA+（∑a-∑b）hAB§2.3普普通水準(zhǔn)準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量量的校核核方法和和閉合差差的調(diào)整整一、水準(zhǔn)準(zhǔn)測量的的校核方方法㈠測站校校核1、雙面面尺法⑴同一根根尺紅、、黑面讀讀數(shù)之差差為４.687或4.787（m)。誤差≤±±3mm⑵一對尺尺:黑黑、紅面面算得的的高差應(yīng)應(yīng)相等。。h黑＝a黑－b黑h紅＝a紅－b紅±0.1mh黑－h(huán)紅≤±6mm2.改變儀儀器高法法在每個測測站上觀觀測一次次高差后后，再原原地重新新安置儀儀器（升升高或降降低10cm以以上），，再測一一次高差差。hAB－h(huán)AB′≤6mm§2.3普普通水準(zhǔn)準(zhǔn)測量（二）路路線校核核在水準(zhǔn)點點之間進(jìn)進(jìn)行水準(zhǔn)準(zhǔn)測量所所經(jīng)過的的路線，，稱為水水準(zhǔn)路線線。水準(zhǔn)路線線一般布布設(shè)為附附合水準(zhǔn)準(zhǔn)路線、、閉合水水準(zhǔn)路線線和支水水準(zhǔn)路線線。3.支水準(zhǔn)路線BM.A121BM.A2341.閉合水準(zhǔn)路線2.附合水準(zhǔn)路線BM.ABM.B123§2.3普普通水準(zhǔn)準(zhǔn)測量3.支水準(zhǔn)路線BM.A121BM.A2341.閉合水準(zhǔn)路線2.附合水準(zhǔn)路線BM.ABM.B123§2.3普普通水準(zhǔn)準(zhǔn)測量一、水準(zhǔn)準(zhǔn)測量的的校核方方法：測測站測核核和路線線校核1、測站校核核：a、雙面面尺法：：一般黑黑、紅面面高差誤誤差≦6mmb、改變變儀器高高法：兩兩次高差差誤差在在普通水水準(zhǔn)測量中≦6mm2、、路線線校校核核：a、、附附合合水水準(zhǔn)準(zhǔn)路路線線：：h測=h理b、、閉閉合合水水準(zhǔn)準(zhǔn)路路線線：：∑h理=0c、、支支水水準(zhǔn)準(zhǔn)路路線線：：|∑h往|=|∑∑h返|高差差閉閉合合差差容容許許值值：：普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量△h容=±±12mm△h容=±±40mm二、、高高差差閉閉合合差差調(diào)調(diào)整整:1.按按比比例例分分配配改改正正值值;2.改改正正值值符符號號與與閉閉合合差差符符號號相相反反對于于閉閉合合或或附附合合水水準(zhǔn)準(zhǔn)路路線線，，按按與與路路線線長長度度L或按按路路線線測測站站數(shù)數(shù)n成正正比比的的原原則則，，將將高高差差閉閉合合差差反反其其符符號號進(jìn)進(jìn)行行分分配配。。§2.3普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量原則則：：將將閉閉合合差差按按測測段段的的長長度度或或測測站站數(shù)數(shù)成成正正比比反反符符號號進(jìn)進(jìn)行行分分配配改正正值值δδi=－－（（fh／∑∑ＬＬ））××Li或δδi=－－（（fh／∑∑n））××ni§2.3普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量§2.3普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量點號L(km)hi(m)v(m)h(m)H(m)BM.A0.60+1.331-0.002+1.3296.54317.8722.00+1.813-0.008+1.80529.6771.60-1.424-0.007-1.43138.2462.05+1.340-0.008+1.332BM.B9.578Σ6.25+3.060-0.025+3.035§2.3普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量§2.3普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量誤誤差差包包括括儀儀器器誤誤差差、、觀觀測測誤誤差差和和外外界界環(huán)環(huán)境境的的影影響響三三個個方方面面。。(1)儀儀器器誤誤差差1)儀儀器器校校正正后后的的殘殘余余誤誤差差：：視視準(zhǔn)準(zhǔn)軸軸不不平平行行水水準(zhǔn)準(zhǔn)軸軸誤誤差差（（i角誤誤差差或或視視線線傾傾斜斜誤誤差差））。。i角引引起起的的水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺讀讀數(shù)數(shù)誤誤差差與與儀儀器器至至標(biāo)標(biāo)尺尺的的距距離離成成正正比比，，只只要要觀觀測測時時注注意意使使前、、后后視視距距相相等等，便便可可消消除除或或減減弱弱角角誤誤差差的的影影響響。。2)水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺誤誤差差：：由由于于水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺分分劃劃不不準(zhǔn)準(zhǔn)確確、、尺尺長長變變化化、、尺尺彎彎曲曲等等原原因因而而引引起起的的水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺分分劃劃誤誤差差會會影影響響水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量的的精精度度，，因因此此須須檢檢驗驗水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺上上米米間間隔隔平平均均真真長長與與名名義義長長之之差差。。規(guī)范范規(guī)規(guī)定定，，對對于于區(qū)區(qū)格格式式木木質(zhì)質(zhì)標(biāo)標(biāo)尺尺不不應(yīng)應(yīng)大大于于0.5mm，，否否則則，，應(yīng)應(yīng)在在所所測測高高差差中中進(jìn)進(jìn)行行米米真真長長改改正正。。至至于于一一對對水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺的的零零點點差差，，可可在在一一水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測段段的的觀觀測測中中安安排排偶偶數(shù)數(shù)個個測測站站予予以以消消除除。。(2)觀觀測測誤誤差差管水水準(zhǔn)準(zhǔn)氣氣泡泡居居中中誤誤差差：：§2.3普普通通水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量2)讀讀數(shù)數(shù)誤誤差差：：讀讀數(shù)數(shù)誤誤差差與與望望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡鏡的的放放大大倍倍數(shù)數(shù)和和視視距距長長有有關(guān)關(guān)。。視視距距愈愈長長，，讀讀數(shù)數(shù)誤誤差差愈愈大大。。因因此此，，規(guī)規(guī)范范規(guī)規(guī)定定，，使使用用DS3水水準(zhǔn)準(zhǔn)儀儀進(jìn)進(jìn)行行四四等等水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量時時，，視視距距應(yīng)應(yīng)小小于于等等于于80m。。3)水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺傾傾斜斜：：讀讀數(shù)數(shù)時時水水準(zhǔn)準(zhǔn)尺尺必必須須豎豎直直。。4)瞄瞄準(zhǔn)準(zhǔn)誤誤差差：：(3)外外界環(huán)環(huán)境的的影響響1)儀儀器器下沉沉和尺尺墊下下沉：：采用用“后后—前前—前前—后后”的的觀測測順序序可以以削弱弱儀器器下沉沉的影影響，，采用用往返返觀測測取觀觀測高高差的的中數(shù)數(shù)可以以削弱弱尺墊墊下沉沉的影影響。。2)地