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1、水准测量的方法及其实施 水准测量原理 水准测量的基本测法是：在图2-1中，已知A点的高程为HA，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差hAB。，则点的高程HB就可用下式计算求得：HB=HA+hAB (2-1)图2-1 水准测量原理示意图用水准测量方法测定高差hAB。的原理如图2-1所示，在A、B两点上竖立水准尺，并在A、B两点之间安置架可以得到水平视线的仪器即水准仪，设水准仪的水平视线截在尺上的位置分别为M、N，过A点作一水平线与过B点的竖线相交于C。因为BC的高度就是A、B两点之间的高差hAB。，所以由矩形MACH就可以得到计算hAB的式： hAB = a - b (2-2) 测量时，a、
2、b的值是用水准仪瞄准水准尺时直接读取的读数值。因为A点为已知高程的点，通常称为后视点，其读数a为后视读数，而B点称为前视点，其读数b为前视读数。即hAB = 后视读数-前视读数 视线高 Hi=HA+a （2-3）点高程 HB=Hi-b (2-4） 综上所述要测算地面上两点间的高差或点的高程，所依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立，测算将发生错误。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。水准仪和水准尺一、微倾式水准仪的构造 如图2-2所示，微倾式水准仪主要由望远镜、水准器和基座组成。水准仪的望远镜能绕仪器竖轴在水平方向转动，为了能精确地提供水平视线，在仪器构造上安
3、置了一个能使望远镜上下作微小运动的微倾螺旋，所以称微倾式水准仪。 1望远镜望远镜由物镜、目镜和十字丝三个主要部分组成，它的主要作用是能使我们看清远处的目标，并提供一条照准读数值用的视线。 十字丝是在玻璃片上刻线后，装在十字丝环上，用三个或四个可转动的螺旋固定在望远镜筒上，十字丝的上下两条短线称为视距丝，上面的短线称上丝，下面的短线称下丝。由上丝和下丝在标尺上的读数可求得仪器到标尺间的距离。十字丝横丝与竖丝的交点与物镜光心的连线称为视准轴。2水准器水准器的作用是把望远镜的视准轴安置到水平位置。水准器有管水准器和圆水准器两种形式。圆水准器是一个玻璃圆盒，圆盒内装有化学液体，加热密封时留有气泡而成。
4、 圆水准器内表面是圆球面，中央画一小圆，其圆心称为圆水准器的零点，过此零点的法线称为圆水准器轴。当气泡中心与零点重合时，即为气泡居中。此时，圆水准轴线位于铅垂位置。也就是说水准仪竖轴处于铅垂位置，仪器达到基本水平状态。 管水准器简称水准管，它是把玻璃管纵向内壁磨成曲率半径很大的圆弧面，管壁上有刻划线，管内装有酒精与乙醚的混合液，加热密封时留有气泡而成，如图2-6所示。水准管内壁圆弧中心为水准管零点，过零点与内壁圆弧相切的直线称为水准管轴。当气泡两端与零点对称时称气泡居中，这时的水准管轴处于水平位置，也就是水准仪的视准轴处于水平位置。 符合式水准器，它是提高管水准器置平精度的一种装置。在水准管上
5、方装有一组符合棱镜组，如图2-7a)所示。气泡两端的半影像经过折反射之后，反映在望远镜旁的观测窗内。 3基座 基座主要由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入座内，由基座承托整个仪器，仪器用连接螺旋与三脚架连接。二、水 准 尺水准尺是与水准仪配合进行水准测量的工具。水准尺分为直尺、折尺和塔尺，如图2-8a)所示。双面水准尺的分划，一面是黑白相间的称黑色面（主尺），黑面分划尺底为零，另一面是红白相间的称红色面（辅助尺），红面刻划尺底为一常数：4687mm或4787mm。使用水准尺前一定要认清刻划特点。 尺垫是供支承水准尺和传递高程所用的工具。 水准仪的技术操作 在水准仪的使用过程中，应首
6、先打开三脚架，把架头大致水平，高度适中，踏实脚架尖后，将水准仪安放在架头上并拧紧中心螺旋。水准仪的技术操作按以下四个步骤进行：粗平照准精平读数。一、粗 平 粗平就是通过调整脚螺旋，将圆水准气泡居中，使仪器竖轴处于铅垂位置，视线概略水平。具体做法是：用两手同时以相对方向分别转动任意两个脚螺旋，此时气泡移动的方向和左手大拇指旋转方向相同，然后再转动第三个脚螺旋使气泡居中，如图2-10b)所示。如此反复进行，直至在任何位置水准气泡均位于分划圆圈内为止。在操作熟练后，不必将气泡的移动分解为两步，视气泡的具体位置而转动任两个脚螺旋直接使气泡居中。二、照 准 照准就是用望远镜照准水准尺，清晰地看清目标和十
7、字丝。当眼睛靠近目镜上下微微晃动时，物像随着眼睛的晃动也上下移动，这就表明存在着视差。有视差就会影响照准和读数精度，如图2-11a)b)所示。消除视差的方法是仔细且反复交替地调节目镜和物镜对光螺旋，使十字丝和目标影像共平面，且同时都十分清晰，三、精 平 精平就是转动微倾螺旋将水准管气泡居中，使视线精确水平，其做法是：慢慢转动微倾螺旋，使观察窗中符合水准气泡的影象符合。左侧影像移动的方向与右手大拇指转动方向相同。由于气泡影像移动有惯性，在转动微倾螺旋时要慢、稳、轻、速度不宜太快。 必须指出的是：具有微倾螺旋的水准仪粗平后，竖轴不是严格铅垂的，当望远境由一个目标（后视）转瞄另一日标（前视）时，气泡
8、不一定完全符合，还必须注意重新再精平，直到水准管气泡完全符合，才能读数。四、读 数 读数就是在视线水平时，用望远镜十字丝的横丝在尺上读数，如图2-12所示。读数前要认清水准尺的刻画特征，呈像要清晰稳定。为了保证读数的准确性，读数时要按由小到大的方向，先估读mm数，再读出m、dm、cm数。读数前务必检查符合水准气泡影像是否符合好，以保证在水平视线上读取数值。还要特别注意不要错读单位和发生漏零现象。 普通水准测量实施一、水准点和水准路线 水准点是测区的高程控制点，一般缩写为“BM”，用“”符号表示。 水准路线依据工程的性质和测区的情况，可布设成以下几种形式：1.闭合水准路线。如图2-13a)所示，
9、是从一已知水准点BMA出发，经过测量各测段的高差，求得沿线其它各点高程，最后又闭合到BMA的环形路线。2.附合水准路线。如图2-13b)所示，是从一已知水准点BMA出发，经过测量各测段的高差，求得沿线其它各点高程，最后附合到另一已知水准点BMB的路线。3.支水准路线。如图2-13c)所示；是从一已知水准点BM1出发，沿线往测其它各点高程到终点2，又从2点返测到BM1，其路线既不闭合又不附合，但必须是往返施测的路线。图2-13 水准路线图二、施 测 方 法 普通水准测量通常用经检校后的DS3型水准仪施测。水准尺采用塔尺或单面只，测量时水准仪应置于两水准尺中间，使前、后视的距离尽可能相等。具体施测
10、方法如下： (1)如图2-14，置水准仪于距已知后视高程点A一定距离的处，并选择好前视转点ZD1，将水准尺置于A点和ZD1点上。 (2)将水准仪粗平后，先瞄准后视尺，消除视差。精平后读取后视读数值a1，并记入五等水准测量记录表中，见表2-3。 (3)平转望远镜照准前视尺，精平后，读取前视读数值b1，并记入五等水准测量记录表中。至此便完成了普通水准测量一个测站的观测任务。 (4)将仪器搬迁到第站，把第站的后视尺移到第站的转点ZD2上，把原第站前视变成第站的后视。 (5)按(2)、(3)步骤测出第站的后、前视读数值a2、b2，并记入五等水准测量记录表中。 (6)重复上述步骤测至终点B为止。点高程的
11、计算是先计算出各站高差：hi = ai - bi (i=1,2,3n) (2-6)再用点的已知高程推算各转点的高程，最后求得点的高程。即： h1=a1-b1 HZD1=HA+h1h2=a2-b2 HZD2=HZD1+h2 hn=an-bn HB=HZDn+hn 将上列左边求和得： h=a-b=hAB (2-7) 从上列右边可知： HB=HA+h (2-8)需要指出的是，在水准测量中，高程是依次由ZD1、ZD2等点传递过来的，这些传递高程的点称为转点。转点既有前视读数又有后视读数，转点的选择将影响到水准测量的观测精度，因此转点要选在坚实、凸起、明显的位置，在一般土地上应放置尺垫。三、校 核 方
12、法 1计算校核 由公式(2-7)看出，B点对A点的高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和的差值，即：hAB=h=a-b (2-9) 经上式校核无误后，说明高差计算是正确的。 按照各站观测高差和A点已知高程，推算出各转点的高程，最后求得终点B的高程。终点B的高程HB减去起点A的高程HA应等于各站高差的代数和，即： HB-HAh (2-10) 经上式校核无误后，说明各转点高程的计算是正确的。 2测站校核 水准测量连续性很强，一个测站的误差或错误对整个水准测量成果都有影响。为了保证各个测站观测成果的正确性，可采用以下方法进行校核。 变更仪器高法：在一个测站上用不同的仪器高度测出两次高差。测得第一次高差后，改变仪器高度(至少10cm)，然后再测一次高差。当两次所测高差之差不大干35mm则认为观测值符合要求，取其平均值作为最后结果。若大于35mm则需要重测。 双面尺法：本法是仪器高度不变，而用水准尺的红面和黑面高差进行校核。红、黑面高差之差也不能大于35mm。 3成果校核 测量成果由于测量误差的影响，使得水准路线的实测高差值与应有值不相符，其差值称为高差闭合差，若高差闭合差在允许误差范围之内时，认为外业观测成果合格；若超过允许误差范围时，应查明原因进行重测，直到符合要求为止。一般等外水准测量的高差容许闭合差为： 平原微丘区 fh容=12mm山岭重丘区
