第二章 水準(zhǔn)測量

定義：測定地面點(diǎn)高程的工作。水準(zhǔn)測量三角高程測量GPS測量氣壓高程測量高程測量

根據(jù)使用儀器和原理的不同，分為：§2.1水準(zhǔn)測量的原理§2.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺§2.3水準(zhǔn)測量的方法§2.4水準(zhǔn)測量成果的計算第二章水準(zhǔn)測量教學(xué)目標(biāo)：（1）理解水準(zhǔn)測量的原理

（2）掌握水準(zhǔn)儀各部件的名稱及作用

（3）掌握水準(zhǔn)儀的使用方法教學(xué)重點(diǎn)：（1）望遠(yuǎn)鏡的主要構(gòu)造及作用

（2）水準(zhǔn)儀的使用方法教學(xué)難點(diǎn)：（1）望遠(yuǎn)鏡的主要構(gòu)造及作用水準(zhǔn)測量是利用一條水平視線，借助水準(zhǔn)尺，測定地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)高程和測得的高差，推算出未知點(diǎn)高程。ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HA（已知）HB=？后視前視§2.1水準(zhǔn)測量的原理ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HA（已知）HB=？后視前視A、B兩點(diǎn)間高差hAB為：高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。A—后視點(diǎn)a—后視讀數(shù)B—前視點(diǎn)b—前視讀數(shù)hABABab前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB儀器高度計算未知點(diǎn)的高程高差法儀高法問題：

A、B兩點(diǎn)高差較大ABA、B兩點(diǎn)距離較遠(yuǎn)AB怎么解決？∑hAB大地水準(zhǔn)面HB=?ＨA轉(zhuǎn)點(diǎn)：臨時立尺的高程傳遞點(diǎn)。測站：每安置一次儀器稱為一個測站。二、連續(xù)水準(zhǔn)測量

hAB=∑h=h1+h2

+…

=(a1

－

b1)+(a2

－b2)+…=∑a－∑b一、微傾式水準(zhǔn)儀為水準(zhǔn)測量提供水平視線的儀器。常用的水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀DS05、DS1普通水準(zhǔn)儀DS3、DS10

D：大地測量S：水準(zhǔn)儀05、1、3：儀器能達(dá)到的每千米往返側(cè)高差中數(shù)的中誤差（mm）。

§2.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺一、微傾式水準(zhǔn)儀DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)器基座水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)目鏡微傾螺旋物鏡調(diào)焦螺旋物鏡水平微動螺旋水平制動螺旋腳螺旋準(zhǔn)星水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)一、微傾式水準(zhǔn)儀物鏡調(diào)焦透鏡目鏡視準(zhǔn)軸上絲下絲中絲豎絲十字絲分劃板望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡是精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)及提供一條水平視線的設(shè)備。它主要由:物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成。一、微傾式水準(zhǔn)儀定義：當(dāng)眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標(biāo)影像有相對運(yùn)動的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：目標(biāo)的成像平面與十字絲平面不重合。消除辦法：仔細(xì)進(jìn)行目鏡、物鏡調(diào)焦；讀數(shù)平視視差一、微傾式水準(zhǔn)儀圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)管水準(zhǔn)器利用液體受重力作用后氣泡居最高處的特性，使水準(zhǔn)器的一條特定的直線位于水平或豎直位置的一種裝置。水準(zhǔn)器又分為圓水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器。符合水準(zhǔn)器

在水準(zhǔn)管上裝有符合棱鏡系統(tǒng)，當(dāng)氣泡兩端影象符合一致時就表明氣泡已經(jīng)居中。氣泡不符合的程度正好是距完全符合位置的兩倍，可使氣泡居中的精度提高一倍。

水準(zhǔn)尺塔尺雙面尺水準(zhǔn)尺是與水準(zhǔn)儀配合進(jìn)行水準(zhǔn)測量的工具。二、水準(zhǔn)尺和尺墊二、水準(zhǔn)尺和尺墊

雙面尺：尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺（也稱主尺）；另一面為紅白相間，稱為紅面尺（也稱輔尺）。（1）尺面分劃為1cm，每10cm處（E字形刻劃的尖端）注有阿拉伯?dāng)?shù)字。（2）黑面主尺尺底刻劃為零，紅面尺尺底刻劃為一常數(shù)：4687mm或4787mm，稱為水準(zhǔn)尺的尺常數(shù)。使用水準(zhǔn)尺前一定要認(rèn)清刻畫特點(diǎn)。二、水準(zhǔn)尺和尺墊尺墊：標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，支撐水準(zhǔn)尺，由生鐵鑄成。一般為三角形板座，其下方有三個腳，可以踏入土中。尺墊上方有一突起的半球體，水準(zhǔn)尺立于半球頂面。立尺點(diǎn)三、水準(zhǔn)儀的使用安置水準(zhǔn)儀粗略整平瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺精平和讀數(shù)2.粗平

通過調(diào)整腳螺旋，將圓水準(zhǔn)氣泡居中，使儀器豎軸處于鉛垂位置，視線概略水平。左手拇指定律：氣泡移動方向與左手大拇指運(yùn)動的方向一致。3.瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺目的：使十字絲和目標(biāo)成像清晰。方法：①目鏡調(diào)焦（使十字絲清晰）②初步瞄準(zhǔn)（用瞄準(zhǔn)器對準(zhǔn)目標(biāo)）③物鏡調(diào)焦（使目標(biāo)成像清晰）④精確瞄準(zhǔn)（調(diào)微動螺旋使豎絲對準(zhǔn)目標(biāo)）注意：瞄準(zhǔn)時應(yīng)消除視差。調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲清晰瞄準(zhǔn)目標(biāo)，仔細(xì)調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋，使目標(biāo)清晰5.讀數(shù)用十字絲橫絲在水準(zhǔn)尺上按從小到大的方向讀數(shù)，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。如圖的讀數(shù)0.857m注意：讀數(shù)前必須精平，精平后立即讀數(shù)。5.讀數(shù)水準(zhǔn)儀使用小結(jié)一架設(shè)，二粗平，三瞄準(zhǔn)，微傾水準(zhǔn)儀，四讀尺，五記錄，高、角適宜架略平。圓盒氣泡居中心。三點(diǎn)一線調(diào)兩鏡。管泡吻合調(diào)微傾。橫絲截數(shù)尺立正。復(fù)念復(fù)視數(shù)記清。§2.3水準(zhǔn)測量的方法一、水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)：高程控制點(diǎn)稱水準(zhǔn)點(diǎn)(BM)。水準(zhǔn)測量通常是從水準(zhǔn)點(diǎn)引測其他點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)點(diǎn)有永久性和臨時性兩種。永久性水準(zhǔn)點(diǎn)一般用混凝土或鋼筋混凝土制成。臨時性的水準(zhǔn)點(diǎn)可用地面上突出的堅硬巖石或用大木樁打入地下，樁頂釘以半球形鐵釘。國家二等水準(zhǔn)點(diǎn)永久性水準(zhǔn)點(diǎn)墻上水準(zhǔn)點(diǎn)臨時水準(zhǔn)點(diǎn)建筑上使用的水準(zhǔn)點(diǎn)BMAB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.82201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進(jìn)方向1.1341.677TP1h1=-0.543二、水準(zhǔn)測量的實(shí)施（外業(yè)）

水準(zhǔn)測量手簿測站點(diǎn)號水準(zhǔn)尺讀數(shù)后視（a）前視（b）高差（m）高程（m）備注

ⅠBMATP11.1341.677-0.543

ⅡTP1TP21.4441.324+0.120

ⅢTP2TP31.8220.876+0.946

ⅣTP3TP41.8201.435+0.385

ⅤTP4B1.4221.304+0.118計算檢核Σ∑a－∑b＝50.0007.6426.6161.0261.02651.026兩立尺點(diǎn)間的距離約50-80m，最大不超過100m。水準(zhǔn)儀安置在離前視點(diǎn)和后視點(diǎn)距離大致相等處，目的是消除因水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行引起的誤差。先后視，后前視，將讀數(shù)記入記錄手簿。為保證高程傳遞的準(zhǔn)確性，在相鄰測站的觀測過程中，必須使轉(zhuǎn)點(diǎn)保持穩(wěn)定（高程不變）。進(jìn)行下一測站觀測時，前一站的前視尺不動作為下一站的后視尺。倒尺法的目的：消除尺分劃的零點(diǎn)誤差。注意事項(xiàng)：

1.計算檢核

目的：檢核條件：如果高差計算正確，那么

說明未知點(diǎn)的高程計算也是正確的。三、水準(zhǔn)測量的檢核檢核記錄手簿中高差和高程計算是否正確。

2.測站檢核

目的：（1）變動儀器高法

在同一測站上變動儀器高，兩次測出高差；等外水準(zhǔn)測量其差值|Δh|≤5mm，取其平均值作為最后結(jié)果。（2）雙面尺法

采用黑紅面的水準(zhǔn)尺，利用雙面尺的零點(diǎn)差檢核觀測質(zhì)量。若同一水準(zhǔn)尺紅面與黑面（加常數(shù)）之差，不超過3mm；且兩次高差之差，又未超過5mm，則取其平均值作為最后結(jié)果。檢核觀測、讀數(shù)和記錄時是否產(chǎn)生錯誤。（1）閉合水準(zhǔn)路線（2）附合水準(zhǔn)路線（3）支水準(zhǔn)路線3.成果檢核

目的：方法：

對整個水準(zhǔn)路線的成果進(jìn)行檢核，以保證測量資料滿足使用要求。

布設(shè)成有檢核條件的水準(zhǔn)路線，具體布設(shè)形式有如下圖形：水準(zhǔn)路線布設(shè)形式

1BMA

2

3

4h1h21.閉合水準(zhǔn)路線h3h4h5檢核條件：定義：從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始沿環(huán)線測定各測段的高差，最后回到原水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)路線。圖形：水準(zhǔn)路線布設(shè)形式檢核條件：定義：從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始沿環(huán)線測定各測段的高差，最后附合到另一個已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)路線。2.附合水準(zhǔn)路線BMABMB

1

2

3h1h2h3h4圖形：水準(zhǔn)路線布設(shè)形式檢核條件：定義：從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始沿環(huán)線測定各測段的高差，既不回到原來的水準(zhǔn)點(diǎn)上，也不附合到另一已知水準(zhǔn)點(diǎn)上的水準(zhǔn)路線。3.支水準(zhǔn)路線BMA

1

2h1h2h3h4高差閉合差定義：

觀測高差代數(shù)和與理論值之間的差值。

（1）閉合水準(zhǔn)路線（2）附合水準(zhǔn)路線（3）支水準(zhǔn)路線檢核條件：檢核條件：檢核條件：（2-7）（2-8）（2-10）（2-11）一、內(nèi)業(yè)工作進(jìn)行的工作步驟§2.4水準(zhǔn)測量成果的計算1.計算高差閉合差2.水準(zhǔn)測量容許閉合差普通水準(zhǔn)測量：

式中，fh容——高差閉合差限差，單位：mm；

L

——水準(zhǔn)路線長度，單位：km；

n

——測站數(shù)。3.高差閉合差的調(diào)整

調(diào)整原則：

按距離：

按測站數(shù)：

檢核：

將高差閉合差反號按與距離L或測站數(shù)n成正比原則，分配到各段高差上。4.計算各待定點(diǎn)高程

二、水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計算舉例

按圖根水準(zhǔn)測量施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果略圖。BMA和BMB為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，圖中箭頭表示水準(zhǔn)測量前進(jìn)方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點(diǎn)間的高差(以m為單位)，路線下方數(shù)字為該測段的長度(以km為單位)，試計算待定點(diǎn)1、2、3點(diǎn)的高程。第1步：計算高差閉合差第二步：計算限差故可進(jìn)行閉合差分配。例題解算第3步：計算每公里改正數(shù)

第4步：計算各段高差改正數(shù)故有：v1=v0×l1

注意：最終結(jié)果保留到毫米，四舍五入后，使以達(dá)到消高差閉合差的目的。所以：v1=-8mm

v2=-11mm

v3=-8mm

v4=-10mmv1=-8mmv2=-10mm或v3=-9mm

v4=-10mmv2=v0×l2=-5mm/km×2.1km=-10.5mm

v3=v0×l3=-5mm/km×1.7km=-8.5mm

v4=v0×l4=-5mm/km×2.0km=-10mm=-5mm/km×1.6km=-8mm故可得：H1=HA+h1改=45.286+2.323=47.609(m)

H2=H1+h2改=47.509+2.802=50.411(m)

H3=H2+h3改=50.311-2.252=48.159(m)

HB=H3+h4改=48.059+1.420=49.579(m)第5步：計算1、2、3各點(diǎn)的高程：故有：h1改=h1+v1h2改=h2+v2=2.813+（-11mm）=2.802m

h3改=h3+v3=-2.244+（-8mm）=-2.252m

h4改=h4+v4=1.430+（-10mm）=1.420m=2.331+（-8mm）=2.323m沒有管水準(zhǔn)器和微傾螺旋。使用時，只須將水準(zhǔn)儀上的圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，在十字絲的交點(diǎn)上讀得的便是視線水平的讀數(shù)。特點(diǎn)：

1.視準(zhǔn)軸自動安平，減少操作步驟，提高工作效率；

2.提高水準(zhǔn)測量精度。一、自動安平水準(zhǔn)儀型號：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10§2.5

精密水準(zhǔn)儀與自動安平水準(zhǔn)儀二、自動安平水準(zhǔn)儀的原理

重力安平：用一個重物與望遠(yuǎn)鏡筒連接，并能以某個點(diǎn)為軸一起旋轉(zhuǎn)，在結(jié)構(gòu)上做到重物由于重力作用靜止時，視線處于水平位置。

光學(xué)補(bǔ)償器安平：當(dāng)視準(zhǔn)軸雖已傾斜，通過物鏡光心的水平光線經(jīng)補(bǔ)償裝置后仍能通過十字絲交點(diǎn)。原理：（1）視線水平時尺上讀數(shù)為a，當(dāng)儀器粗平時，視線傾斜一個小角α，讀數(shù)為a′（2）在光路上加一個補(bǔ)償器，進(jìn)入到十字絲分劃板的光線全部偏轉(zhuǎn)β角光學(xué)補(bǔ)償器的原理只要α、β之間的關(guān)系滿足：

f·α＝d·β則偏轉(zhuǎn)β角的成像中水平視線的讀數(shù)a必然位于十字絲交點(diǎn)處。圖形：水準(zhǔn)儀讀數(shù)實(shí)例β＝

4αd＝f/4f·α＝d·β自動安平補(bǔ)償器滿足的條件：三、自動安平補(bǔ)償器圖形：水準(zhǔn)儀讀數(shù)實(shí)例數(shù)字水準(zhǔn)儀測量記錄與計算規(guī)則在測量手簿上書寫前，應(yīng)準(zhǔn)備好硬性鉛筆，同時熟悉表上各項(xiàng)內(nèi)容的填寫與計算方法。記錄觀測數(shù)據(jù)前，應(yīng)將表頭的儀器型號編號、日期、天氣、測站、觀測者及記錄者姓名等無一遺漏地填寫完全。測量記錄與計算規(guī)則觀測讀數(shù)后，記錄者應(yīng)隨即在測量手簿上的相應(yīng)欄內(nèi)填寫，并復(fù)誦回報以資檢核。不得另紙記錄事后轉(zhuǎn)抄。測量記錄與計算規(guī)則記錄時要求字體端正清晰，數(shù)位對齊、數(shù)字齊全。字腳靠近底線；表示精度或占位的“0”均不能省略。觀測數(shù)據(jù)的尾數(shù)不得更改，讀錯或記錯后必須重測重記。如：角度測量時，秒級數(shù)字出錯，應(yīng)重測該測回；水準(zhǔn)測量時毫米級數(shù)字出錯，應(yīng)重測該測站。測量記錄與計算規(guī)則觀測數(shù)據(jù)的前幾位若出錯時，應(yīng)用細(xì)橫線劃去錯誤的數(shù)字，并在原數(shù)字上方寫出正確的數(shù)字。注意不得涂改已記錄的數(shù)據(jù)，禁止連續(xù)更改數(shù)字。記錄數(shù)據(jù)修改后，都應(yīng)在備注欄內(nèi)寫明原因（記錯、測錯、超限）。測量記錄與計算規(guī)則每站觀測結(jié)束后，必須在現(xiàn)場完成規(guī)定的計算的檢核，確認(rèn)無誤后方可遷站。數(shù)據(jù)運(yùn)算應(yīng)根據(jù)所取位數(shù)，按“4舍6入，5前單進(jìn)雙舍的規(guī)則