第二章水準測量

第二章水準測量第一節(jié)水準測量原理第二節(jié)水準測量的儀器和工具第三節(jié)水準儀的使用第四節(jié)水準測量的實測方法第五節(jié)水準測量的成果計算第六節(jié)微傾式水準儀的檢驗第七節(jié)水準測量誤差與注意事項第一節(jié)水準測量原理一、水準測量原理水準測量是利用水準儀提供的水平視線，測定地面上兩點間的高差，然后根據已知點的高程和測得的高差，推算出未知點高程。ABabhABA、B兩點間高差hAB為：前進方向A點為后視點，A點尺上的讀數a稱為后視讀數；B點為前視點，B點尺上的讀數b稱為前視讀數。高差等于后視讀數減去前視讀數。二、計算未知點高程1高差法ABabhAB前進方向大地水準面HAHBHB如果已知A點的高程HA，則B點的高程HB為：2視線高法ABabhAB前進方向大地水準面HAHBHBHiB點高程也可以通過水準儀的視線高程Hi來計算，即第二節(jié)水準測量的儀器和工具水準測量所使用的儀器為水準儀，工具有水準尺和尺墊。DS3主要由望遠鏡、水準器及基座三部分組成。一、DS3微傾式水準儀的構造1望遠鏡它主要由物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板組成。望遠鏡是用來精確瞄準遠處目標并對水準尺進行讀數的。（1）十字絲分劃板十字絲分劃板是為了瞄準目標和讀數用的。十字絲分劃板上絲下絲中絲豎絲（2）物鏡對光螺旋轉動物鏡對光螺旋，可使對光透鏡前后移動，從而使目標影像清晰。十字絲交點與物鏡光心的連線，稱為視準軸CC。視準軸的延長線即為視線。當視準軸水平時，用十字絲的中絲在水準尺上截取讀數。（3）目鏡對光螺旋轉動目鏡對光螺旋，可使十字絲影像清晰。2水準器（2）管水準器（1）圓水準器圓水準器內壁是一個球面，球面中心刻有一個分劃圓圈，圓圈中心O，稱為圓水準器零點。（1）圓水準器圓水準器用于粗略整平儀器。L′L′氣泡

過零點的球面法線L'L'，稱為圓水準器軸。當圓水準器氣泡居中時，圓水準器軸處于鉛垂位置。（2）管水準器管水準器（亦稱水準管）用于精確整平儀器。水準管的內壁為圓弧，水準管兩端各刻有數條間隔為2mm的分劃線，這些分劃線的對稱中心O，稱為水準管的零點。通過水準管零點的圓弧切線LL，稱為水準管軸。當水準管氣泡居中時，水準管軸處于水平位置。為了提高水準管氣泡居中的精度，采用符合水準器?；淖饔檬侵С袃x器的上部，并通過連接螺旋與三腳架連接。基座主要由軸座、腳螺旋、底板和三腳壓板構成。3基座轉動腳螺旋，可使圓水準氣泡居中。

二、自動安平水準儀簡介

1自動安平水準儀的構造特點自動安平水準儀的構造特點是沒有水準管，而只有一個圓水準器進行粗略整平。當圓水準器氣泡居中后，借助自動補償器，視準軸可在數秒內自動成水平狀態(tài)，從而讀出視線水平時的讀數。

2自動安平水準儀的使用使用自動安平水準儀時，首先將圓水準器氣泡居中，然后，瞄準水準尺，等待2～4s后，即可進行讀數。遷站時，一定要將自動補償器控制鈕鎖?。辉谑褂?、攜帶和運輸中，嚴禁振動，防止補償器失靈。

3自動安平水準儀的優(yōu)點自動安平水準儀不僅操作簡便，而且對于地面的微小震動、風力及三腳架不規(guī)則下沉導致的視線微小傾斜，能迅速自動安平儀器，有效地減弱外界的影響，有利于提高觀測精度。二、水準尺和尺墊1水準尺水準尺有塔尺和雙面水準尺兩種。（1）塔尺塔尺是一種逐節(jié)縮小的組合尺，其長度為3～5m，有兩節(jié)或三節(jié)連接在一起，尺的底部為零點，尺面上黑白格相間，每格寬度為1cm，，在米和分米處有數字注記。（2）雙面水準尺尺長為3m，兩根尺為一對。尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺；另一面為紅白相間，稱為紅面尺。兩根尺的黑面尺尺底均從零開始，而紅面尺尺底，開始，開始。2尺墊尺墊由鑄鐵制成，其形狀一般為三角形，中央有一個突起的半球體，下部有三個尖腳。使用時將尖腳踩入地下，踏實，將水準尺立于半球體的頂部。第三節(jié)水準儀的使用微傾式水準儀的基本操作程序為:安置儀器粗略整平瞄準水準尺精確整平讀數一、安置儀器（2）打開三腳架并使其高度適中，用目估法使三腳架架頭大致水平。（3）打開儀器箱取出水準儀，用連接螺旋將水準儀緊固地連接在三腳架架頭上。（1）選好安置位置。二、粗略整平通過調節(jié)腳螺旋使圓水準器氣泡居中。三、瞄準水準尺轉動目鏡對光螺旋，使十字絲影像清晰。通過望遠鏡筒上方的照門和準星瞄準水準尺，旋緊制動螺旋。轉動物鏡對光螺旋，使水準尺的成像清晰。1目鏡對光2初步瞄準3物鏡調焦轉動微動螺旋，使十字絲的豎絲瞄準水準尺邊緣或中央。4精確瞄準眼睛在目鏡端上下移動，有時可看見十字絲的中絲與水準尺影像之間相對移動，這種現象叫視差。5消除視差消除視差的方法是仔細地轉動物鏡對光螺旋，直至視差消除。四、精確整平轉動微傾螺旋，使氣泡兩端的影像嚴密吻合,此時水準管氣泡居中，視線即為水平視線。五、讀數精確整平之后，應立即用十字絲的中絲在水準尺上讀數。第四節(jié)水準測量的實測方法一、水準點用水準測量的方法測定的高程控制點，稱為水準點。水準點記為BMBenchMar。1水準點的概念和作用水準點是引測高程的依據。水準點有永久性水準點和臨時性水準點兩種。2水準點種類（1）永久性水準點（2）臨時性水準點水準路線是進行水準測量的測量路線。二、水準路線及成果檢核水準路線基本布設形式有附合水準路線、閉合水準路線和支水準路線。BM.ABM.Bh1h2h3h4CDE1附合水準路線從已知水準點BMA出發(fā)，沿各測待定高程點1、2、3進行水準測量，最后附合到另一已知水準點BMB上，這種水準路線稱為附合水準路線。（1）附合水準路線的布設方法從理論上講，附合水準路線各測段高差代數和應等于兩個已知高程的水準點之間的高差，即（2）成果檢核（1）閉合水準路線的布設方法從已知水準點BMA出發(fā)，沿各待測高程1、2、3、4進行水準測量，最后又回到原水準點BMA，這種水準路線稱為閉合水準路線。BM.Ah1h2h3h4h512342閉合水準路線從理論上講，閉合水準路線各測段高差代數和應等于零即（2）成果檢核

從已知水準點BMA出發(fā)，沿待測高程點1進行水準測量，既不附合到其他已知水準點，也不自行閉合，這種水準路線稱為支水準路線。支水準路線要進行往返測量，以進行檢核。BM.A1hfhb3支水準路線（1）支水準路線的布設方法從理論上講，支水準路線往測高差與返測高差的代數和應等于零,即（2）成果檢核三、水準測量的施測方法ABabhAB前進方向大地水準面HAHBHBAHACHChAC大地水準面D＝1000mBM.ABhAB＝＋12.500mDAB＝50m當已知高程的水準點距欲測定高程點較遠或高差較大時，不能安置一次儀器即可測得兩點間的高差。這時需要在兩點間加設若干個立尺點，分段設站，連續(xù)進行觀測。提出問題：解決方法：加設的這些立尺點并不需要測定其高程，它們只起傳遞高程的作用，故稱之為轉點，用TP（TurningPoint）表示。前進方向BMCBMABMBTP3TP1TP2TP3AHACHChAC大地水準面D＝1000m已知水準點BMA的高程HA＝，現欲測定C點的高程HC，由于A、C兩點相距較遠，需分段設站進行測量，具體施測步驟如下。1觀測與記錄表2-1水準測量手簿日期：2003年5月14日天氣：多云儀器：DS3水準儀地點：校內實訓基地觀測：張鵬記錄：李翔測站測點水準尺讀數/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數前視讀數前視點后視點ⅠD=1000m大地水準面前進方向TP1測站測點水準尺讀數/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數前視讀數前進方向D=1000m大地水準面后視點TP1前視點后視讀數前視讀數2測站檢核（1）變動儀器高法即測得第一次高差后，改變儀器高度（大于10cm），再測一次高差。兩次所測高差之差不超過容許值（例如等外水準測量容許值為±6mm），則認為符合要求。在同一個測站上用兩次不同的儀器高度，測得兩次高差進行檢核。取其平均值作為該測站最后結果，否則須要重測。測站測點水準尺讀數/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數前視讀數前進方向D=1000m大地水準面TP1前進方向D=1000m大地水準面TP1TP2后視點前視點AHACHChAC大地水準面D＝1000mTP.1ⅠTP.4TP.3h1ⅡTP.2進行方向h22.3120.4502.4240.558A2.0141.2231.9011.1081.9550.7402.0770.866h32.4130.9012.2870.771h40.4180.5332.4672.350h5ⅢⅣⅤ測站測點水準尺讀數/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數前視讀數ⅠBM.A2.014+0.791+0.79232.1861.901TP.11.223+0.7931.108ⅡTP.12.312+1.862+1.8642.424TP.20.450+1.8660.558ⅢTP.22.077+1.211+1.2131.955TP.30.866+1.2150.740ⅣTP.32.413+1.512+1.5142.287TP.40.901+1.5160.771ⅤTP.40.418-1.932-1.9330.533BM.C2.350-1.9342.4673計算與計算檢核AC兩點的高差等于各測站的高差總和，即（1）計算則C點高程為：在本例題中：（2）計算檢核為了保證記錄表中數據的正確，應對記錄表中計算的高差和高程進行檢核。檢查內容：

后視讀數總和減前視讀數總和的二分之一高差總和的二分之一平均高差總和C點高程與A點高程之差以上這四個數字應相等。否則，計算有錯。在本例題中：測站測點水準尺讀數/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數前視讀數ⅠBM.A2.014+0.791+0.79232.1861.901TP.11.223+0.7931.108ⅡTP.12.312+1.862+1.8642.424TP.20.450+1.8660.558ⅢTP.22.077+1.211+1.2131.955TP.30.866+1.2150.740ⅣTP.32.413+1.512+1.5142.287TP.40.901+1.5160.771ⅤTP.40.418－

1.932－

1.93335.6360.533BM.C2.350－

1.9342.467計算檢核∑18.33411.434+6.900+3.450∑a－∑b=18.334－11.434=+6.900(∑a－

∑b)/2=+3.450∑h=+6.900

∑(h/2)=+3.450HC－HA=+3.450第五節(jié)水準測量的成果計算一、附合水準路線的計算下圖是一附合水準路線等外水準測量示意圖，A、B為已知高程的水準點，HA＝，HB＝，1、2、3為待定高程的水準點。h1＝＋1.575mh2＝＋2.036mh3＝－1.742mh4＝＋1.446mn1＝8L1＝1.0kmn2＝12L2＝1.2kmn3＝14L3＝1.4kmn4＝16L4＝2.2kmBM.A123BM.B點號距離/km測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注123456789∑輔助計算1填寫觀測數據和已知數據點號距離/km測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注123456789∑輔助計算2計算高差閉合差根據附合水準路線的測站數及路線長度求出每公里測站數，以便確定采用平地或山地高差閉合差容許值的計算公式。在本例題中站/m＜16站/m故高差閉合差容許值采用平地公式計算。等外水準測量平地高差閉合差容許值Whp的計算公式為點號距離/km測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注123456789∑輔助計算3調整高差閉合差高差閉合差調整的原則和方法是：按與測站數或測段長度成正比例的原則，將高差閉合差反號分配到各相應測段的高差上，得改正后高差。即式中vi——第i測段的高差改正數，mm；、——水準路線總測站數與總長度；、——第測段的測站數與測段長度。在本例中，各測段改正數為：計算檢核：將各測段高差改正數填入計算表第5欄內:點號距離/km測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注123456789∑輔助計算4計算各測段改正后高差各測段改正后高差等于各測段觀測高差加上相應的改正數，即式中——第i段的改正后高差，m。本例題中，各測段改正后高差為：計算檢核：將各測段改正后高差填入計算表第6欄內。點號距離/km測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注123456789∑輔助計算5計算待定點高程根據已知水準點A的高程和各測段改正后高差，即可依次推算出各待定點的高程，即最后推算出的B點高程應與已知的B點高程相等，以此作為計算檢核。計算檢核：將推算出各待定點的高程填入計算表第7欄內：點號距離/km測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注123456789∑輔助計算二、閉合水準路線成果計算閉合水準路線成果計算的步驟與附合水準路線相同。右圖是一閉合水準路線等外水準測量示意圖，A為已知高程的水準點，HA＝，1、2、3為待定高程的水準點。BMA123n1=8站n2=12站n3=5站n4=10站h1=－h(huán)2=＋h3=＋h4=－1填寫觀測數據和已知數據點號測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注13456789∑輔助計算2計算高差閉合差點號測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注13456789∑輔助計算3調整高差閉合差點號測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注13456789∑輔助計算4計算各測段改正后高差點號測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注13456789∑輔助計算5計算待定點高程點號測站數實測高差/m改正數/mm改正后高差/m高程/m點號備注13456789∑輔助計算hf＝＋2.532mhb＝－2.520mBM.A1三、支水準路線的計算A為已知高程的水準點，，1點為待定高程的水