第二章水準(zhǔn)測量

第二章水準(zhǔn)測量第一節(jié)水準(zhǔn)測量原理第二節(jié)水準(zhǔn)測量的儀器和工具第三節(jié)水準(zhǔn)儀的使用第四節(jié)水準(zhǔn)測量的實(shí)測方法第五節(jié)水準(zhǔn)測量的成果計算第六節(jié)微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)第七節(jié)水準(zhǔn)測量誤差與注意事項(xiàng)第一節(jié)水準(zhǔn)測量原理一、水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，測定地面上兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)的高程和測得的高差，推算出未知點(diǎn)高程。ABabhABA、B兩點(diǎn)間高差hAB為：前進(jìn)方向A點(diǎn)為后視點(diǎn)，A點(diǎn)尺上的讀數(shù)a稱為后視讀數(shù)；B點(diǎn)為前視點(diǎn)，B點(diǎn)尺上的讀數(shù)b稱為前視讀數(shù)。高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。二、計算未知點(diǎn)高程1高差法ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHB如果已知A點(diǎn)的高程HA，則B點(diǎn)的高程HB為：2視線高法ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHBHiB點(diǎn)高程也可以通過水準(zhǔn)儀的視線高程Hi來計算，即第二節(jié)水準(zhǔn)測量的儀器和工具水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具有水準(zhǔn)尺和尺墊。DS3主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器及基座三部分組成。一、DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造1望遠(yuǎn)鏡它主要由物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板組成。望遠(yuǎn)鏡是用來精確瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)并對水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)的。（1）十字絲分劃板十字絲分劃板是為了瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)用的。十字絲分劃板上絲下絲中絲豎絲（2）物鏡對光螺旋轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，可使對光透鏡前后移動，從而使目標(biāo)影像清晰。十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線，稱為視準(zhǔn)軸CC。視準(zhǔn)軸的延長線即為視線。當(dāng)視準(zhǔn)軸水平時，用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上截取讀數(shù)。（3）目鏡對光螺旋轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，可使十字絲影像清晰。2水準(zhǔn)器（2）管水準(zhǔn)器（1）圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器內(nèi)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(zhǔn)器零點(diǎn)。（1）圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器用于粗略整平儀器。L′L′氣泡

過零點(diǎn)的球面法線L'L'，稱為圓水準(zhǔn)器軸。當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時，圓水準(zhǔn)器軸處于鉛垂位置。（2）管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器（亦稱水準(zhǔn)管）用于精確整平儀器。水準(zhǔn)管的內(nèi)壁為圓弧，水準(zhǔn)管兩端各刻有數(shù)條間隔為2mm的分劃線，這些分劃線的對稱中心O，稱為水準(zhǔn)管的零點(diǎn)。通過水準(zhǔn)管零點(diǎn)的圓弧切線LL，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時，水準(zhǔn)管軸處于水平位置。為了提高水準(zhǔn)管氣泡居中的精度，采用符合水準(zhǔn)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?；饕奢S座、腳螺旋、底板和三腳壓板構(gòu)成。3基座轉(zhuǎn)動腳螺旋，可使圓水準(zhǔn)氣泡居中。

二、自動安平水準(zhǔn)儀簡介

1自動安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn)自動安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn)是沒有水準(zhǔn)管，而只有一個圓水準(zhǔn)器進(jìn)行粗略整平。當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中后，借助自動補(bǔ)償器，視準(zhǔn)軸可在數(shù)秒內(nèi)自動成水平狀態(tài)，從而讀出視線水平時的讀數(shù)。

2自動安平水準(zhǔn)儀的使用使用自動安平水準(zhǔn)儀時，首先將圓水準(zhǔn)器氣泡居中，然后，瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，等待2～4s后，即可進(jìn)行讀數(shù)。遷站時，一定要將自動補(bǔ)償器控制鈕鎖住；在使用、攜帶和運(yùn)輸中，嚴(yán)禁振動，防止補(bǔ)償器失靈。

3自動安平水準(zhǔn)儀的優(yōu)點(diǎn)自動安平水準(zhǔn)儀不僅操作簡便，而且對于地面的微小震動、風(fēng)力及三腳架不規(guī)則下沉導(dǎo)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(zhǔn)尺和尺墊1水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺有塔尺和雙面水準(zhǔn)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(diǎn)，尺面上黑白格相間，每格寬度為1cm，，在米和分米處有數(shù)字注記。（2）雙面水準(zhǔn)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(shí)，將水準(zhǔn)尺立于半球體的頂部。第三節(jié)水準(zhǔn)儀的使用微傾式水準(zhǔn)儀的基本操作程序?yàn)?安置儀器粗略整平瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺精確整平讀數(shù)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(zhǔn)儀，用連接螺旋將水準(zhǔn)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(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。三、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲影像清晰。通過望遠(yuǎn)鏡筒上方的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，旋緊制動螺旋。轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準(zhǔn)尺的成像清晰。1目鏡對光2初步瞄準(zhǔn)3物鏡調(diào)焦轉(zhuǎn)動微動螺旋，使十字絲的豎絲瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺邊緣或中央。4精確瞄準(zhǔn)眼睛在目鏡端上下移動，有時可看見十字絲的中絲與水準(zhǔn)尺影像之間相對移動，這種現(xiàn)象叫視差。5消除視差消除視差的方法是仔細(xì)地轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，直至視差消除。四、精確整平轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使氣泡兩端的影像嚴(yán)密吻合,此時水準(zhǔn)管氣泡居中，視線即為水平視線。五、讀數(shù)精確整平之后，應(yīng)立即用十字絲的中絲在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。第四節(jié)水準(zhǔn)測量的實(shí)測方法一、水準(zhǔn)點(diǎn)用水準(zhǔn)測量的方法測定的高程控制點(diǎn)，稱為水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)記為BMBenchMar。1水準(zhǔn)點(diǎn)的概念和作用水準(zhǔn)點(diǎn)是引測高程的依據(jù)。水準(zhǔn)點(diǎn)有永久性水準(zhǔn)點(diǎn)和臨時性水準(zhǔn)點(diǎn)兩種。2水準(zhǔn)點(diǎn)種類（1）永久性水準(zhǔn)點(diǎn)（2）臨時性水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)路線是進(jìn)行水準(zhǔn)測量的測量路線。二、水準(zhǔn)路線及成果檢核水準(zhǔn)路線基本布設(shè)形式有附合水準(zhǔn)路線、閉合水準(zhǔn)路線和支水準(zhǔn)路線。BM.ABM.Bh1h2h3h4CDE1附合水準(zhǔn)路線從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿各測待定高程點(diǎn)1、2、3進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后附合到另一已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMB上，這種水準(zhǔn)路線稱為附合水準(zhǔn)路線。（1）附合水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法從理論上講，附合水準(zhǔn)路線各測段高差代數(shù)和應(yīng)等于兩個已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，即（2）成果檢核（1）閉合水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿各待測高程1、2、3、4進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后又回到原水準(zhǔn)點(diǎn)BMA，這種水準(zhǔn)路線稱為閉合水準(zhǔn)路線。BM.Ah1h2h3h4h512342閉合水準(zhǔn)路線從理論上講，閉合水準(zhǔn)路線各測段高差代數(shù)和應(yīng)等于零即（2）成果檢核

從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿待測高程點(diǎn)1進(jìn)行水準(zhǔn)測量，既不附合到其他已知水準(zhǔn)點(diǎn)，也不自行閉合，這種水準(zhǔn)路線稱為支水準(zhǔn)路線。支水準(zhǔn)路線要進(jìn)行往返測量，以進(jìn)行檢核。BM.A1hfhb3支水準(zhǔn)路線（1）支水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法從理論上講，支水準(zhǔn)路線往測高差與返測高差的代數(shù)和應(yīng)等于零,即（2）成果檢核三、水準(zhǔn)測量的施測方法ABabhAB前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面HAHBHBAHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000mBM.ABhAB＝＋12.500mDAB＝50m當(dāng)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)距欲測定高程點(diǎn)較遠(yuǎn)或高差較大時，不能安置一次儀器即可測得兩點(diǎn)間的高差。這時需要在兩點(diǎn)間加設(shè)若干個立尺點(diǎn)，分段設(shè)站，連續(xù)進(jìn)行觀測。提出問題：解決方法：加設(shè)的這些立尺點(diǎn)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(zhuǎn)點(diǎn)，用TP（TurningPoint）表示。前進(jìn)方向BMCBMABMBTP3TP1TP2TP3AHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000m已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA的高程HA＝，現(xiàn)欲測定C點(diǎn)的高程HC，由于A、C兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，需分段設(shè)站進(jìn)行測量，具體施測步驟如下。1觀測與記錄表2-1水準(zhǔn)測量手簿日期：2003年5月14日天氣：多云儀器：DS3水準(zhǔn)儀地點(diǎn)：校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地觀測：張鵬記錄：李翔測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)前視點(diǎn)后視點(diǎn)ⅠD=1000m大地水準(zhǔn)面前進(jìn)方向TP1測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)前進(jìn)方向D=1000m大地水準(zhǔn)面后視點(diǎn)TP1前視點(diǎn)后視讀數(shù)前視讀數(shù)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(zhǔn)測量容許值為±6mm），則認(rèn)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(jìn)行檢核。取其平均值作為該測站最后結(jié)果，否則須要重測。測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)前進(jìn)方向D=1000m大地水準(zhǔn)面TP1前進(jìn)方向D=1000m大地水準(zhǔn)面TP1TP2后視點(diǎn)前視點(diǎn)AHACHChAC大地水準(zhǔn)面D＝1000mTP.1ⅠTP.4TP.3h1ⅡTP.2進(jìn)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(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)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(diǎn)的高差等于各測站的高差總和，即（1）計算則C點(diǎn)高程為：在本例題中：（2）計算檢核為了保證記錄表中數(shù)據(jù)的正確，應(yīng)對記錄表中計算的高差和高程進(jìn)行檢核。檢查內(nèi)容：

后視讀數(shù)總和減前視讀數(shù)總和的二分之一高差總和的二分之一平均高差總和C點(diǎn)高程與A點(diǎn)高程之差以上這四個數(shù)字應(yīng)相等。否則，計算有錯。在本例題中：測站測點(diǎn)水準(zhǔn)尺讀數(shù)/m高差/m平均高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)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(zhǔn)測量的成果計算一、附合水準(zhǔn)路線的計算下圖是一附合水準(zhǔn)路線等外水準(zhǔn)測量示意圖，A、B為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，HA＝，HB＝，1、2、3為待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)。h1＝＋1.575mh2＝＋2.036mh3＝－1.742mh4＝＋1.446mn1＝8L1＝1.0kmn2＝12L2＝1.2kmn3＝14L3＝1.4kmn4＝16L4＝2.2kmBM.A123BM.B點(diǎn)號距離/km測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注123456789∑輔助計算1填寫觀測數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)點(diǎn)號距離/km測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注123456789∑輔助計算2計算高差閉合差根據(jù)附合水準(zhǔn)路線的測站數(shù)及路線長度求出每公里測站數(shù)，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(zhǔn)測量平地高差閉合差容許值Whp的計算公式為點(diǎn)號距離/km測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注123456789∑輔助計算3調(diào)整高差閉合差高差閉合差調(diào)整的原則和方法是：按與測站數(shù)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(yīng)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(shù)，mm；、——水準(zhǔn)路線總測站數(shù)與總長度；、——第測段的測站數(shù)與測段長度。在本例中，各測段改正數(shù)為：計算檢核：將各測段高差改正數(shù)填入計算表第5欄內(nèi):點(diǎn)號距離/km測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)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(yīng)的改正數(shù)，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(nèi)。點(diǎn)號距離/km測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注123456789∑輔助計算5計算待定點(diǎn)高程根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)A的高程和各測段改正后高差，即可依次推算出各待定點(diǎn)的高程，即最后推算出的B點(diǎn)高程應(yīng)與已知的B點(diǎn)高程相等，以此作為計算檢核。計算檢核：將推算出各待定點(diǎn)的高程填入計算表第7欄內(nèi)：點(diǎn)號距離/km測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注123456789∑輔助計算二、閉合水準(zhǔn)路線成果計算閉合水準(zhǔn)路線成果計算的步驟與附合水準(zhǔn)路線相同。右圖是一閉合水準(zhǔn)路線等外水準(zhǔn)測量示意圖，A為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，HA＝，1、2、3為待定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)。BMA123n1=8站n2=12站n3=5站n4=10站h1=－h(huán)2=＋h3=＋h4=－1填寫觀測數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)點(diǎn)號測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注13456789∑輔助計算2計算高差閉合差點(diǎn)號測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注13456789∑輔助計算3調(diào)整高差閉合差點(diǎn)號測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注13456789∑輔助計算4計算各測段改正后高差點(diǎn)號測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注13456789∑輔助計算5計算待定點(diǎn)高程點(diǎn)號測站數(shù)實(shí)測高差/m改正數(shù)/mm改正后高差/m高程/m點(diǎn)號備注13456789∑輔助計算hf＝＋2.532mhb＝－2.520mBM.A1三、支水準(zhǔn)路線的計算A為已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，，1點(diǎn)為待定高程的水