水准测量理论知识与实践操作

高程的基本常识
水准测量基本原理
前进方向
后视 前视
a
A
HA（已知）
b B hAB
HB=？
大地水准面
H B H A hAB H A a b
注意： 高差的符号有正有负。当高差为正值时，表示前视点 B高
于后视点A；当高差为负时，表示前视点B低于后视点A。
高程的基本常识
水准测量基本原理
准基面，即零高程面。中国水准原点建立在青岛验潮站附近，
并构成原点网。用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平 均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的 起算高程。
高程的基本常识
1956年黄海高程系、1985年国家高程基准
高程的基本常识
吴淞高程系统
光绪三十二年（1906 年）利用1871~1900 年黄浦江潮水位资 料，以最低水位值确定为“吴淞海关零点” 。这是我国境内确立的 第一个零高程面。民国十年（1921 年）埋设“张华浜基点”，作
v1
fh 17 n1 12 4 mm 54 ni
fh 17 v2 n2 18 6mm 54 ni fh 17 v3 n3 13 4 mm 54 ni v4 fh 17 n4 11 3mm 54 ni
ni — 第i段测站数； li — 第i段路线长。
常用的水准线路及规范指标
l
fh
li
改正数为整数；（有效位数与
已知数据一致） 改正数的和与闭合差大小相等 符号相反。
水准路线平差
HA=56.345 HB=59.069
h1=+2.785
h2= -4.369
h3= +1.980
h4= +2.345
0.8 1.3
59.126
3
4 Σ
2
11
54
59.069
+2.724
辅助计算
fh＝+17mm
n=54
Fh容=±24mm
常用的水准线路及规范指标
水准网平差
常用的水准线路及规范指标
水准网平差
以未知点高程值作为未知参数，以高差作为观测值，以 观测路线长度的倒数作为观测值的权，采用间接平差模型进行 平差计算。
常用的水准线路及规范指标
4 水准仪的检验和校正 5 误差分析和注意事项 6 精密水准仪、数字水准仪的使用
水准测量工具
水准仪
三 角 架 尺 垫
水 准 尺
水准仪的使用和线路布设
水准仪的分类
按精度分：即每公里往返测 量高差中数的中误差。
1 微倾式水准仪
DS05 DS1 DS3 DS10
自动安平水准仪
2
改用镇江Y.R.C.B.M308′号标作为起算点，称为“资用吴淞高
程”。1959 年长委出版《长江流域二、三、四等水准成果表》 后，虽然成果表已采用1956 年黄海高程，但在实际工作中仍 与“资用吴淞高程”并用。
高程的基本常识
吴淞高程系统
长委在2002---2003 年对长江中下游二等水准复测后， 为解决长江上中游距离下游镇江308′点很远的问题，根据长 期水准观测资料和水准点地质情况，又选择了一组（7 个） 点位稳定的水准点作为长江中下游干流二等水准复测成果平
左手拇指规则：“ 左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就 是气泡移动的方向” 。
水准仪的使用和线路布设
水准仪的使用
3、瞄准
调目镜 （十字丝）
粗略瞄准 （准星） 调焦 精确瞄准 （微动螺旋）
水准仪的使用和线路布设
水准仪的使用
4、精平：使长水准管气泡居中
微倾螺旋
A、每次读中丝读数前都要精平 B、读数时从小数往大数读，并估读至毫米。必须读出四个 数字 C、读数完毕后应再检查一下水准管气泡是否仍然居中。
您不需要自己去改正他在仪器内部他会自动改正测量数据精密水准仪数字水准仪的使用配置仪器设置1单位2显示小数位3自动关机时2语言3日期和时间格式精密水准仪数字水准仪的使用配置仪器设置1仪器记录数据当记录时记录数据的那些选项测量原始数据rm或者计算数据rmc附加属性点号自动增加步长点号自动增加步长精密水准仪数字水准仪的使用测量水准线路测量1新建线路2继续已有线路3从项目中选取线设置线路名精密水准仪数字水准仪的使用测量水准线路测量选取测量模式bfbffbbbffbfbfabfabffbabbffabfbf带a为奇偶站交换前后尺起始水准点名和高程精密水准仪数字水准仪的使用测量水准线路测量现在可以开始测量了读尺子先后信息和测站数测量结果
A B
HA
H A
HB
HB
绝对高程 相对高程
H A, HB H A, HB
假定水准面 大地水准面
高差 hAB H B H A H B H A
高程的基本常识
大地水准面
假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形 成一个封闭曲面，这个封闭曲面称为水准面。水准面是受地 球重力影响形成的重力等位面，由于水准面的高度可变，因 此符合该定义的水准 面有无数个，其中与
高程的基本常识
吴淞高程系统
1951~1955年水准联测发现张华浜基点下沉严重，而从
1924年起宁（南京）镇（镇江）测段往返观测四次的较差不 超过4 mm，证明镇江308′基点稳定；在全国统一高程没有建 立之前，长委对20 世纪50 年代在长江中下游地区施测的精密 水准成果进行了整体平差，于1956 年正式公布长江流域统一
《水准测量理论知识与实践操作》
朱前维 2015年4月
目 录
3
1 高程的基本常识 2 水准仪的使用
常用的水准线路及规范指标
4 水准仪的检验和校正 5 误差分析和注意事项 6 精密水准仪、数字水准仪的使用
高
程
指的是某点沿铅垂线方向到绝
对基面的距离，称绝对高程。某点
沿铅垂线方向到某假定水准基面的 距离，称假定高程。
规范相关规定
测站观测限差
常用的水准线路及规范指标
规范相关规定
往返测高差不符值与环线闭合差的限差
常用的水准线路及规范指标
水准路线平差
例：一条附合水准路线的野外观测数据如下
HA=56.345 HB=59.069
h1=+2.785
h2= -4.369
h3= +1.980
h4= +2.345
fh＝Σh－（ HB－HA ）＝2.741－(59.069－56.345)=+0.017m
然后将三脚架踩实，使仪器稳定。
水准仪的使用和线路布设
水准仪的使用
2、粗略整平：用双手同时向内或向外(即以相反方向)旋转脚 螺旋，使一个升高、一个降低。当气泡未居中而处于a处；同 时按图上箭头所示向内旋转1、2两个脚螺旋，使气泡由a移动 到b处；再转动脚螺旋3，使气泡居中。这项工作要反复进行， 直至仪器旋转到任何方向，气泡都居中为止。
各测站所得高差：
h1 a1 b1 h2 a2 b2 …… hn an bn
hAB h (a1 b1 ) (a2 b2 ) (an bn ) a b
H B H A h
高程的基本常识
目 录
3
1 高程的基本常识 2 水准仪的使用
L
轴CC 。
V L′
水准仪的检验和校正
圆水准器的检校
检验方法：
转动三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，然后将望远
镜旋转180°，如果仍然居中，说明满足此条件。如果 气泡偏离中央位置，则需校正。
水准仪的检验和校正
圆水准器的检校
校正方法：
1、拧脚螺旋，使气泡向圆水准器中心移动偏距的一半； 2、用校正针拨圆水准器底下的三个校正螺丝，气泡符
目 录
3
1 高程的基本常识 2 水准仪的使用
常用的水准线路及规范指标
4 水准仪的检验和校正 5 误差分析和注意事项 6 精密水准仪、数字水准仪的使用
水准仪应满足的几何条件
V L′
圆水准器轴L′L′应平行于仪 器的竖轴VV；
C C L
十字丝的中丝应垂直于仪 器的竖轴VV； 水准管轴LL 应平行于视准
3
精密水准仪
电子水准仪
4
按性能分：即水准仪的基本特
征或基本功能。
水准仪的使用和线路布设
微倾式水准仪的构造
物镜调焦螺旋 望远镜 目镜
水准器 微倾螺旋 基 脚螺旋 座
准星
物镜
水平微 动螺旋 水平制 动螺旋
水准仪的使用和线路布设
水准仪的使用
安置
粗平
瞄准
精平
读数
水准仪的使用和线路布设
水准仪的使用
1、先固定脚架两条腿，用另外一条大致调整水平，
水准仪的使用和线路布设
水准仪的读数
精平后，十字丝的横 丝在水准标尺上读数
正像尺子读数；黑面1608， 红面6295，相差 4687
倒像尺子读数；黑面0216， 红面4903，相差 4687
水准仪的使用和线路布设
水准测量记录
视距部分
高差部分
1571 1197 374 -2
739 363 376 -2
其平差的一般步骤如下： 1.根据平差问题选定未知参数； 2.根据观测值与未知参数之间的函数关系建立误差 方程式，若误差方程是非线性方程，还要引入参数近似 值，将误差方程线性化； 3.由误差方程组成法方程； 4.解算法方程，求取未知参数； 5.精度评定。
常用的水准线路及规范指标
水准网平差
常用的水准线路及规范指标
平均海水面相吻合的
水准面称为大地水准 面。大地水准面是惟 一的。
高程的基本常识
高程基准
是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据， 它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。
水准基面
通常理论上采用大地水准面。实际上确定水准基面则是 取验潮站长期观测结果计算出来的平均海面。我国以青岛港 验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为中国的水
为吴淞高程起算点；次年（1922 年）又在佘山埋设基岩点，并从
张华浜基点引测，从此建立了地区“吴淞高程系统” 1922~1936 年间，依据美国海岸及大地测量局规程（1922
年）和自订施测方法（1927 年起），先后5 次对长江、太湖地区
进行精密水准测量，积累了大量资料。1922 年扬子江技术委员会 第一次从张华浜基点引测至湖口（计827 km）后，即确定在长江 流域采用吴淞高程起算点。
差的高程起算点，新称为“资用吴淞（2003 年）基准”，并
将长期使用这些起算点。
高程的基本常识
高程测量
确定点地面高程的方法有：
水准测量
三角高程测量
气压高程测量
GPS高程测量
水准测量
是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺， 直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的
高差，推算出未知点高程。
Fh 12 L mm 12 4.1mm 24 mm
wk.baidu.com
L : 水准路线长度，以 km计。
常用的水准线路及规范指标
水准路线平差
改正数(v)：由于存在误差，所以 对高差进行改正，即进行改正数的 计算。
fh vi ni n vi
计算原则：反符号、按比例
注 意：
n — 总测站数； l — 路线总长；
2、成果检核（水准路线）
附和水准路线： 理论：Σh＝ H终－H起 实际： Σh≠H终－H起 高程闭合差： fh＝Σh－（ H终－H起 ）
闭合水准路线： 理论：Σh＝ 0； 实际： Σh≠0 高程闭合差： fh＝Σh
支水准路线： 理论：Σh往＝－ Σh返 实际： Σh往≠ － Σh返 高程闭合差：fh＝Σh往＋ Σh返 （往返测量） fh＝Σh1－ Σh2 （并行测量）
常用的水准线路及规范指标
高程闭合差计算
fh h
A 4
1 2 3
A
1
2
3
B
A
f h h ( H终 H 起 )
1
2
3
4
f h h往＋ h返
常用的水准线路及规范指标
规范相关规定
常用的水准线路及规范指标
规范相关规定
常用的水准线路及规范指标
规范相关规定
常用的水准线路及规范指标
水准路线
3、支水准路线：从一个已知高程的水准点出发，沿
各高程待定的水准点进行水准测量，其路线既不闭合
也不附和，称支水准路线。
A
1
2
3
4
（往返测量，往测高差与返测高差的总和绝对值相等， 符号相反。可以通过往返测量来检核）
常用的水准线路及规范指标
水准测量的检核
1、计算检核： Σh＝ Σa－Σb＝HB－HA
fh＝Σh－（ HB－HA ） =+0.017m
常用的水准线路及规范指标
水准路线平差 高程计算（列表）
测段 编号 1 2 点名 A 1 距离 测站 数 12 18 13 实测 高差 +2.785 -4.369 +1.980 +2.345 +2.741 改正 数 -4 -6 -4 -3 -17 改正后 高差 +2.781 -4.375 54.751 1.1 3 0.7 B 3.9 +1.976 56.727 +2.342 高程 56.345 备注
1384 551 +833
6171 5239 932
0 -1 +1 +832.5
水准仪的使用和线路布设
目 录
3
1 高程的基本常识 2 水准仪的使用
常用的水准线路及规范指标
4 水准仪的检验和校正 5 误差分析和注意事项 6 精密水准仪、数字水准仪的使用
水准路线
在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称水准路线。 1、闭合水准路线：从某一已知高程的 水准点出发，经过若干待定的水准点1、 2、3、4进行水准测量，最后仍回到原
1
A
2 4 3
常用的水准线路及规范指标
水准点，称闭合水准路线。
（各相邻点间高差的总和理论为零， 可以作为观测正确性的检核）
水准路线
2、附和水准路线：从一已知高程的水准点出发，沿各
高程待定的水准点进行水准测量，最后附和到另一个已
知高程的水准点。
A
1
2
3
B
（高差总和理论等于两端已知点间的高差）
常用的水准线路及规范指标