第三章 水准测量§3.1 水准测量原理

高程测量

三角高程测量

水准高程测量

GP

S

高程测

量 液体静力水准测

量 气压高程测量

一、原理

利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点高程推算出未知点高程。

二、实质 确定地面两点间的高差 , 然后通过已知点的高程 , 求出未知点的高程

。三、方法 1 、高差法： 2 、仪器高法 ( 视线高法 ) ： b)(H

)(H

B

B

视HbaH

baHhH

A

AABA

§3.2 微倾水准仪及水准尺

一、水准仪分类及其用途

水准仪

精密水准仪

普通水准仪

DS05

DS1

DS3

DS10

≤0.5mm

≤1mm

≤3mm

≤10mm

国家一等水准测量及地震监测

国家二等水准测量及其他精密水准测量

国家三、四等水准测量及一般工程水准测量

一般工程水准测量

二、水准仪部件及其用途

水准仪

部件名称 作用

望远镜 瞄准目标并提供一条读数的视线

水准器 指示仪器竖轴是否垂直和视准轴是否水平的装置

基座 支撑仪器上部并连接脚架

1 、望远镜

A

B

C α

M

N

m

na

b

b'

a'

α βco

f 物 f 目

望远镜成像原理图

望远镜结构图

十字丝分划板

中丝

竖丝

上丝

下丝

视距丝

2、 水准器

1)、 圆水准器 作用：指示仪器竖轴是否竖直。 圆水准器轴：连接零点与球面球 心的直线

2) 、管水准器 作用：指示视准轴是否水平。 管水准器轴：过零点与圆弧 纵向相切的切线。

3) 、符合水准器 作用：提高水准管气泡的居中 精度。

2mm

气泡

胶合面

.

OL L'

(a) (b)

气泡居中

气泡不居中

4 、 水准尺

1 ）、 分类① 材料：木质尺、铟钢尺；②构造样式：直尺、折叠尺、塔尺；③注记：双面尺、单面尺。

3 、基座支撑仪器上部并连接脚架。它主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。

2 ）、 三四等水准测量区格式水准尺①特点：基本刻划 1cm ；黑红面注记；黑红面读数之差为 4687/47

87 mm ；成对使用。

00

01

02

03

19

18

47

48

49

50

66

65

00

01

02

03

19

18

48

49

50

51

67

66

5 、尺垫 在转点或松软地面处放置水准尺，以标定临时点的位置。它用生铁铸成，一般为三角形，中央有一突起的半球体，下方有三个支脚。用时将支脚牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。

§ 3.3 常规水准仪的使用

精平读数

安置水准仪

粗平

瞄准

一、安置水准仪 打开三脚架并使高度适中，目估使架头大致水平，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出水准仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。二、粗平 借助圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅垂，从而视准轴粗略水平。在整平的过程中，气泡的移动方向与左手大拇指运动的方向 —致。

三、瞄准

1 、目镜对光，即把望远镜对着明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。再松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜筒上的照门和

准星瞄准水准尺，拧紧制动螺旋。然后从 望远镜中观察；转动物镜对

光螺旋进行对光，使目标清晰，再转动微动螺旋，使竖丝对准水准尺。

2 、当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标影像有相对运动，这种现象称为视差。 产生视差的原因是目标成像的平面和十字丝平面不重合。由于视差的存在会影响到读数的正确性，必须加以消除。消除的方法是重新仔细地进行物镜对光，直到眼睛上下移动，读数不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。

三、精平读数

1 、在读取水准标尺上数字之 前，应利用微倾螺旋使管水准气泡居中，以保证视线精确水平 （自动安平水准仪 省去了这一步骤）。由于气泡运动的惯性作用，因此转动微倾螺旋的速度不宜过快，特别是在符合水准器的两 端气泡 影像将要对齐时更应注意。只有在气泡已 经稳定且又居中的情况下才能起到精平仪器的目的。2 、在仪器精平后方可在水准尺上 进行读数。为了保证读数的准确 无误，并提高读数的速度，则可以首先看好尺上的大数，然后再将全部数据报出。普通水准测量 只读四位数字，即米、分米、厘米及毫米，并以毫米为单位。

§ 3.4 激光水准仪及数字水准仪

一、激光水准仪

二、数字水准仪

§ 3.5 水准路线测量

一、基本概念

1 、水准点 （ Bench Mark ）：用水准测量方法 建立的高程控制点，记 B

M ；2 、转点：水准测量过程中用于临时安置水准尺的地面点，用于 传递高程。二、水准路线测量形式

1 、 附合水准 路线：从某一高级水准点出 发，并沿各待定高程点进行水准测量， 最后附合到另一高级水准点而构成的水准 路线。2 、闭合水准 路线：从某一高级水准点出 发，并沿各待定高程点进行水准测量， 最后再闭合到原水准点上 所组成的环形路线。3 、支水准 路线：从某一高级水准点出 发，并沿各待定高程点进行水准测量，但其路线既不附合又不闭合。

Ⅱ1

Ⅱ4

(a)

(c)Ⅱ3 (b)

Ⅱ5Ⅱ6

Ⅱ7Ⅱ8

(d)

Ⅱ9

Ⅱ10(e)

4 、水准 网：由多条单一水准 路线相互连接构成的网状路线。

三、水准路线测量方法

当欲测的高程点距水准点 较远或高差很大时，就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。为测 A、 B点高差，在 AB线路上增加 1、 2、 3、 4等转点。首先在离已知水准点 A 适当距离处 ( 一般不超过 100m)选择转点 1 ，安放尺垫，在 A 、 1 两点上分别竖立水准尺，在两点大致等距处安置水准仪，整平后瞄准后视点 A ，精平后读出后视读数为 a1 ；再瞄准前视点 1 ，精平后读出前视读数为 b1 ，其高差计算如下，此为一个测站的观测，并记录观测数据填入水准测量手 簿。第一测站结束后，可通知后尺向前移动，同时将仪器迁至第二测站。此时，第一测站的前视变为第二测站的后视。同第一测站一样进行第二测站的工作。依次沿水准 路线逐站进行观测直至终点。

国家高程基准面

过 A点水准面h1

a1

a2

an

b1

b2

bn

A

B

h2

hn

hAB

HBHA

四、水准路线测量记录

测站编号

后尺

上丝前尺

上丝

方向及尺号

标准读数

K+ 黑 - 红 高差中数 备考下丝 下丝

后距 前距黑面 红面视距差 d

（ 1） （ 5） 后 （ 3） （ 8） （ 10）（ 2） （ 6） 前 （ 4） （ 7） （ 9）（ 12） （ 13） 后 -前 （ 16） （ 17） （ 11）（ 14） （ 15）

11 571 0739 后 A 1 384 6 171 01 197 0363 前 1 0551 5 239 -1374 376 后 -前 +0833 +0932 +1 +0832.5-0.2 -0.2

22 121 2 196 后 1 1 934 6 171 01 747 1 821 前 2 2 008 5 239 -1374 375 后 -前 -0074 +0932 +1 -0074.5-0.1 -0.3

31 914 2 055 后 2 1 726 6 513 01 539 1 678 前 3 1 866 6 554 -1375 377 后 -前 -0140 -0041 +1 -0140.5

-0.2 -0.3

41 965 2 141 后 3 1 832 6 519 01 700 1 874 前 4 2 007 6 793 +1265 267 后 -前 -0175 -0274 -1 -0140.5-0.2 -0.7

50089 0124 后 4 0054 4 842 -10020 0050 前 B 0087 4 775 -169 74 后 -前 -0033 +0067 0 -0033.0-0.5 -1.2

测自 A 至 B 2001年 8月 2日 时刻始 09 时 00 分 天气：晴 末 11 时 30 分 成像：清晰

d

1 、三四等水准路线测量记录

2 、等外水准路线测量记录

测站 点号水准尺读数 高差

h高程H 备注

后视 前视

1A 1 347 446.215

转点 1 1 631 -0 284

2转点 1 0 306

转点 2 2 624 -2 318

3转点 2 0 830

转点 3 1 516 -0 686

4转点 3 1 528

转点 4 0 504 +1 024

5转点 4 2 368

B 0 694 +1 674 445.625

测自 A至 B 2006 年 5 月 16 日 观测 薛山成 记录 冯丽丽

五、三四等水准路线测量要求

1 、读数顺序（后前前后或黑黑红红）； ①照准后视标尺的黑面，读取视距丝和中丝读数； ②照准前视标尺的黑面，读取视距丝和中丝读数； ③照准前视标尺的红面，读取中丝读数； ④ 照准后视标尺的红面，读取中丝读数。2 、测段为偶数测站；3 、限差要求

等级 仪器类型

标准视线长度 /

m

前后视距差 /m

前后视距差累计 /m

黑红面读数差 /mm

黑红面所测高差之差

/mm

检测间歇点高差之差 /

mm

三等四等

DS3DS3

6580

3.05.0

6.010.0

2.03.0

3.05.0

3.05.0

六、检核

1 、测站高差检核

2 、测站视距检核

3 、测段检核

4 、路线检核

100

47874687

红红黑黑

黑红

黑红

－－或

baba

kkbb

kaa

中下上

中下上

bbb

aaa

2

2

1000

0100

，当为奇数测站时当为偶数测站时为

或＝红红黑黑babahh iAB

闭合路线

附和路线

0

i

ABi

h

HHh

六、附合水准路线内业计算

1 、高差闭合差计算

2 、高差改正数计算

3 、高差改正计算

4 、高程计算

度为各测段的水准路线长或

为各测段的测站数

iii

i

iii

i

DDD

fv

nnn

fv

*

*

)( ABi HHhf

iii vhh ˆ

iii hHH ˆ1

§ 3.6 水准测量误差分析

一、水准仪主要轴线及其关系

1 、视准轴： 物镜光心与十字丝分化板中心连线 CC 。2 、管水准轴：过零点与圆弧纵向相切的切线 LL 。3 、竖轴：仪器旋转轴 VV 。4 、圆水准器轴：连接零点与球面球心的直线 L’L’ 。

关系 作用CC LL∥ 提供水平视线 ( 主条件）VV L’L’∥ 粗平仪器VV⊥横丝 方便读数

二、误差分析

误差类型 误差 来源 消弱方法

仪器误差

i 角误差视准轴与管水准轴 不平行在竖直面内投影所形成的夹角

前后视距相等

水准尺刻划 误差 刻划不准确、尺 长变化及标尺弯曲 检验加改正

水准尺零点差 水准尺零点 偏差 偶数测站数

观测误差

管水准器气泡居中误差

气泡 不居中带来的视准轴不水平 所引起的误差 仔细使气泡居中

调焦误差 同一测站调焦引起的视准轴变化带来的误差 一测站不进行二次调焦

估读误差 mm 位的估读误差 多次读数、限制视距长度

水准标尺 倾斜误差

水准尺 若竖立不直引起的误差 确保水准尺竖直 （安装圆水准器）

外界条件误差

球气差 大气折光和地球 曲率引起的误差 前后视距相等

水准仪及水准尺升台误差

水准仪及水准尺 升台造成水平视线 变化引起的误差 采用后前前后的顺序观测

天气引起的误差 风力、 温度等引起的误差 选择合适的天气

§ 3.7 水准仪的检验与校正

一、水准仪应满足的轴线条件

二、水准仪的检验与校正

1. 圆水准器的检验与校正

原理：水准仪竖轴平行圆水准器轴。

检验：安置仪器后，用脚螺旋调节圆水准

气泡居中。旋转照准部 180°后，如气泡

仍居中，则满足；否则需校正。

校正：用脚螺旋校正偏离长度的一半，再

用圆水准器下面的三个校正螺丝校正另一

半。反复检验与校正。

2.十字丝分划板的检验与校正

原理：水准仪竖轴垂直十字丝横丝。

检验：用十字丝横丝对准一个点状目标，水平制动螺旋制动后，

用微动螺旋使十字丝横丝左右移动，若点偏离，则需校正。

校正：打开目镜端护盖，松固定螺丝后，旋转十字丝分划板到正

确位置。反复检验与校正。

3. 水准管的检验与校正原理：管水准轴平行视准轴。检验：在比较平坦地方选定适当距离的两个点 A、 B，安置水准仪于 A、 B两点的中间，使前后视距相等，测量 A、 B两点间的正确高差 h ，然后将水准仪安置于两点中的任一点附近，因前后视距不等，必将在测得的高差 h ＇中含有 i角的影响。若 i>20”，则需校正。

校正：根据近尺读数和正确高差计算远尺正确读数，用微倾螺旋使远尺为正确读数后，此时水准管气泡偏离中心位置，调节水准管校正螺丝使气泡居中。

BA SS

hhi