高程测量与水准仪原理及使用方法1Word文件下载.docx

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这种尺子称为水准尺，所用的仪器称为水准仪。

图2-1水准测量原理2．仪高法由式2-3可以写为如图2-2所示，即H是仪器水平视线的高程，常称为仪器高程或视线高程。

仪高法是，计算一次仪高，就可以测算出几个前视点的高程。

即放置一次仪器，可以测出数个前视点的高程。

综上所述，高差法和仪高法都是利用水准仪提供的水平视线测定地面点高程。

必须注意①前视与后视的概念一定要清楚，不能误解为往前看或往后看所得的水准尺读数。

h是有正负的，计算高程时，高差应连其符号一并运算。

在书写意h的下标，ABh是表示B点相对于A点的高差；

h的绝对值相等，但符号相反。

baHHABH）（（2-4）biHB上式中i②两点间高差ABABh时，注hBAh则表示是A点相对于B点的高差。

AB与BA图2-2仪高法水准测量第二节水准仪使用水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。

水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DS3和DSl0等四个等级。

工程测量广泛使用DS3级水准仪，因此，本章着重介绍这类仪器。

一、水准仪的结构根据水准测量的原理，水准仪的主要作用是提供一条水平视线，并能照准水准尺进行读数。

因此，水准仪构成主要有望远镜、水准器及基座三部分。

如图2-3所示。

图2-3DS3微倾式水准仪及其构造第三节水准仪的使用一、水准仪的基本操作程序水准仪的基本操作程序包括安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精平和读数等操作步骤。

分述如下：

1．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。

2．粗略整平粗平是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。

如图2-12所示。

图2-12粗略整平过程图2-13视差现象3．瞄准水准尺首先进行目镜对光，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。

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。

4．精平与读数眼睛通过位于目镜左方的符合气泡观察窗看水准管气泡，右手转动微倾螺旋，使气泡两端的像吻合，即表示水准仪的视准轴已精确水平。

这时，即可用十字丝的中丝在尺上读数。

现在的水准仪多采用倒像望远镜，因此读数时应从小往大，即从上往下读。

先估读毫米数，然后报出全部读数。

精平和读数虽是两项不同的操作步骤，但在水准测量的实施过程中，却把两项操作视为一个整体；

即精平后再读数，读数后还要检查管水准气泡是否完全符合。

只有这样，才能取得准确的读数。

图2-14视窗中水准尺读数第四节水准测量的方法一、水准测量路线1．水准路线在一系列水准点间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线，形式主要有闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。

是为了避免在测量成果中存在错误，保证测量成果能达到一定精度要求。

布设时要根据测区的实际情况和作业要求，布设成某种形式的水准路线。

1）闭合水准路线图2-17水准路线形式如图2-17又回到原出发水准点，这种形成环形的路线，称为闭合水准路线。

2）附合水准路线如图2-16）（b所示，从水准点BM出发，沿各待定高程点1、2、3进行水准测量，最后BM。

这种在两个已知水准点之间布设的路线，称为附合水准路线。

3）支水准路线如图2-16）（c所示，从水准点ABM出发，沿各待定高程点1、2进行水准测量。

这种从一）（a所示，从水准点ABM出发，沿各待定高程点1、2、3进行水准测量，最后A又符合到另一个水准点B个已知水准点出发，而另一端为未知点的路线，即不自行闭和，也不符合到其它水准点上，称为支水准路线。

二、水准测量的实施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。

（一）高差法如图2-18所示，已知A点的高程AH=43.150m，欲测B点高程2、3、4、等中间点，将AB高差分成若干个水准测站。

其中间点仅起传递高程的作用，称为转点（TurningPoint），简写为TP。

转点无固定标志，无需算出高程。

每安置一次仪器，便可测得一个高差，即11ah22ahBH，在AB线路上增加1、1bb2nnnbah将各式相加，得bah则B点的高程为hHHAB（2-5）图2-18高差法连续水准测量观测、记录与计算见表2-1。

表2-1高差法水准测量手簿测点后视读数（m）前视读数（m）高差（m）高程（m）备注ABM1.52543.1500.6281TP1.3930.89743.7780.1322TP1.4321.26143.910－0.0833TP0.8341.51543.827－0.523B1.37543.304已知水准点184.5后030.5前计算校核154.0前后154.0h154.0始终HH计算无误

（二）仪高法仪高法测高程的施测与高差法基本相同。

如图2-18所示，在相邻两测站之间有了中间点1、2、3与4、5，它们是待测的高程点，而不是转点。

在测站Ⅰ，除了读出数，还要读出中间点1、2、3的读数；

在测站Ⅱ，要读出点4、5的读数。

1TP点上的前视读1TP点上的后视读数，以及读出中间仪高法的计算方法与高差法不同，须先计算仪器视线高程程。

记录与计算见表2-2相应栏。

为了减少高程传递误差，观测时应先观测转点，后观测中间点。

iH，再推算前视点和中间点高图2-19仪高法连续水准测量表2-2仪高法水准测量手簿前视读数（m）转点测站测点后视读数（m）视线高（m）中间点高程（m）备注1BM123TP45B1.63022.96521.3351.5851.3121.40521.38021.65321.56010.51522.1701.31021.6551.0500.93521.12021.23520.438ⅠⅡ1.732计算检核145.2后897.0后前042.3前（不包括中间点）897.0335.21438.20H始终H三、水准测量的检核1．计算检核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，因此，此式可用来作为计算的检核。

但计算检核只能检查计算是否正确，不能检核观测和记录时是否产生错误。

2．测站检核B点的高程是根据A点的已知高程和转点之间的高差计算出来。

若其中测错任何一个高差，B点高程就不会正确。

因此，对每一站的高差，都必须采取措施进行检核测量。

1）双仪器高法同一测站用两次不同的仪器高度（两次不同的仪器高度相差10cm以上），测得两次高差以相互比较进行检核。

两次所测高差之差对于等外水准测量容许值为mm5。

超出此限差，必须重测，在此限差内，可取两次所测高差之差的平均值作为该站的观测高差。

2）双面尺法仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。

两次所测高差之差的限差同双仪器高法。

3．成果检核mm6，对于四等水准测量容许值为测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。

由于温度、风力、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等到外界条件引起的误差，尺子倾斜和估读的误差，以及水准仪本身的误差等，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。

因此为了正确评定一条水准路线的测量成果精度，应进行整个水准路线的成果检核。

成果检核的方法，因水准路线布设形式的不同，主要有1）闭合水准路线检核理论上闭合水准路线各段实测高差代数和值应等于零，即2）符合水准路线检核0理h。

理论上附合水准路线各段实测高差代数和值应等于两端已知高程的差值，即h始终理HH。

3）支水准路线检核支水准路线本身没有检核条件，通常是用往、返水准路线测量方法进行路线检核。

理论上往测高差与返测高差应大小相等，方向相反，即上述三种路线成果检核的具体计算方法在下节水准测量的内业计算中详述。

返往hh。

第五节水准测量的内业水准测量外业工作结束后，要检查手簿，再计算各点间的高差。

经检核无误后，才能进行计算和调整高差闭合差。

最后计算各点的高程。

否则应查找原因予以纠正，必要时应返工重测。

下面将根据水准路线布设的不同形式，举例说明计算的方法、步骤。

一、闭合水准路线成果计算如图2-20所示，闭合水准路线ABM、1、2、3、4，各段观测数据及起点高程均注于图中，现以该闭合水准路线为例，将成果计算的步骤介绍如下，并将计算结果列入表2-3中。

图2-20闭合水准测量表2-3闭合水准路线成果计算距离（km）（m）BM11.1+3.241测量编号测点实测高差高差改正数（m）改正后高差（m）高程（m）备注A27.0150.005+3.246130.26120.7－0.6800.003－0.677229.58430.9－2.8800.004－2.876326.70840.8－0.1550.004－0.151426.55751.3+0.4520.006+0.458ABM27.0154.8－0.022+0.0220已知与已知高程相符辅助计算022m.0测hfh87mmmm4.840mmL40容hfhf＜容hf精度合格

（一）高差闭合差闭合水准路线各段高差的代数和理论上应等于零，即0理h由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差测hfh（2-6）

（二）高差闭合差容许值高差闭合差可用来衡量测量成果的精度，等外水准测量的高差闭合差容许值规定为平地容=40LmmL为水准路线长度以公里计山地容n12mmn为测站数本例中，由于，容hhff，则精度合格，可进行高差闭合差的调整。

（三）闭合差的调整hfhf=在同一条水准路线上，假设观测条件是相同的，可认为各站产生的误差机会是相同的，故闭合差的调整按与测站数（或距离）成正比反符号分配的原则进行即）Dnfvhi（高差闭合差的调整原则是1．调整数的符号与高差闭合差2．调整数值的大小是按测段长度或测站数成正比例的分配；

3．调整数最小单位为0.001m。

（四）高程计算各测段实测高差加上相应的改正数，便得到改正后的高差。

以上计算过程，见表2-3中。

二、附合水准路线成果计算

（一）高差闭合差的计算（hHhfhf符号相反；

）ABH

（二）高差闭合差容许值同闭合水准路线（三）闭合差的调整同闭合水准路线（四）高程计算同闭合水准路线图2-21符合水准测量表2-4符合水准路线成果计算距离（m）（m）BM11120+0.534A2200－0.166B3490+0.193C4370+0.234D5410+1.028BM2测量编号测点实测高差高差改正数（m）改正后高差（m）高程（m）备注47.040－0.0020.53247.572－0.004－0.17047.402－0.010+0.18347.585－0.0080.22647.811－0.0091.01948.83015901.823－0.0331.790已知高程相符辅助计算0.033m790.1823.1HH）（始终理理测hhhfh50mmmm1.5940mmL40容hfhf＜容hf精度合格三、支线水准路线成果计算

（一）高差闭合差如图2-22所示，已知水准点A的高程为45.396m，往、返测站各为15站，图中箭头表h示水准测量往返测方向。

理论上往测高差往与返测高差返h应大小相等，方向相反。

图2-22支线水准测量由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差，即返往hhfh本例中返往hhfh=1.332+（-1.350）=-0.018m。

（二）高差闭合差容许值容hf=n12=1215=46mm由于，（三）改正后高差计算容hhff，则精度合格，可进行高差闭合差的调整。

支水准路线，取各测段往测和返测高差绝对值的平均值即为改正后高差，其符号以往测高差符号为准。

即：

改hA.341m121.350.33212）（1返往hh（四）计算待定点高程46.737m1.341.93645）（1A1改AhHH注意：

支水准路线在计算闭合差容许值时，路线总长度L或测站总数n只按单程计算。

第六节微倾式水准仪的检验与校正一、水准仪应满足的条件根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出两点间高差。

因此，水准仪应满足的几何条件是：

1．圆水准器轴LL应平行于仪器的竖轴VV；

2．十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴；

3．水准管轴LL平行于视准轴CC。

图2-23水准仪主要轴线二、检验与校正1．圆水准轴平行于仪器竖轴的检验与校正检验如图2-24所示，用脚螺旋使圆水准器气泡居中，将仪器绕竖轴旋转180，如果气泡不居中，表明圆水准轴不平行于竖轴，而离开零点弧长所对应的圆心角为两倍的。

校正调整圆水准三个校正螺丝，使气泡向居中位置移动偏离量的一半。

校正工作一般都难于一次完成，需反复进行直至仪器旋转到任何位置圆水准器气泡皆居中时为止。

如图2-25所示图2-24圆水准器的检验与校正图2-25圆水准器的校正螺钉2．十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验与校正检验安置仪器后，先将横丝一端对准一个明显的点状目标P，固定制动螺旋，转动微动螺旋，如果标志点P不离开横丝，说明横丝垂直于竖轴，否则需要校正，如图2-26所示。

校正如图2-27所示，用螺丝刀松开分划板座固定螺丝，转动分划板座，改正偏离量的一半。

图2-26十字丝横丝的检验图2-27十字丝的校正装置3．视准轴平行于水准管轴的检验校正检验如图2-28所示，在C处安置水准仪，从仪器向两侧各量40米，定出等距离的A、B两点，打木桩或放置尺垫标志之。

1）在C处用变动仪高法，测出A、B两点的高差。

若两次测得的高差之差不超过3mm，h作为最后结果。

由于距离相等，两轴不平行的误差h消除，故h值不受视准轴误差的影响。

2）安置仪器于A点附近的A处，离A点约3米左右，精平后读得A点水准尺上的读数则取其平均值AB可在高差计算中自动为的正确高差h算出B点尺上应有读数为2a，因仪器离A点很近，两轴不平行引起的读数误差可忽略不计。

故根据2a和A、B两点ABhab22然后，瞄准B点水准尺，读出水平视线读数则存在i角，其值为2b，如果2b与2b相等，说明两轴平行，否DiABh对于3DS级微倾水准仪，i值不得大于20。

校正转动微倾螺旋使中丝对准A点尺上正确读数应b，此时视准轴处于水平位置，但管水准气泡必然偏离中心。

用拨针拨动水准管一端的上、下两个校正螺丝，使气泡的两个半象符合。

如图2-29所示。

图2-28管水准器轴的检验图2-29管水准器轴的校正