工程测量学习笔记1水准测量

工程测量学习笔记1 水准测量
第三章水准测量
※内容概述:
水准测量是利用水准仪提供的水平视线来直接测定地面上各点间的高差，
然后根据其中一点的高程推算出其他各点的高程。

水准测量所用仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。

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。

水准测量包括路线的选择、实施、检核及内业计算等。

※教学目的:
了解水准测量的原理，熟练掌握水准仪及施测步骤。

并通过实习能够进行
简单的水准测量。

※内容详述:
地面点的位置是用平面坐标和高程来确定的。

测量地面上各点高程的工作，称为高程测量。

高程测量可分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量三类。

§3.1水准测量原理
水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，测定地面两点间的高差，
这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。

图3-1水准测量原理
如图所示，欲测定A、B两点间的高差h，可在A、B两点上分别竖立带有
刻划的水准尺，并在A、B两点之间安置一台能提供一条水平视线的水准仪。

根据水准仪的水平视线，设后视A尺读数为a，前视B尺读数为b，则A、B两点
高
hAB
=a-b
如果水准测量是由A到B进行的，如图中的箭头所示，由于A点为已知高程点，故A点尺上读数a称为后视读数;B点为欲求高程的点，则B点尺上读数b为前视读数。

高差等于后视读数减去前视读数。

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。

所以计算高差时，一定要用后视读数减去前视读数，次序不能颠倒。

有了高差，就可根据A点高程求得B点高程，即:
高差法:
高程测量的实质就是测量高差。

另外还可通过仪器的视线高Hi
计算B点的高程，即:
视线高法:
HB
=(HA
+a)-b
§3.2水准仪器及其使用
水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。

如图:
图3-2水准仪
图3-3DS3微倾式水准仪
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。

1.望远镜
DS3水准仪望远镜主要由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板所组成。

物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长线，竖直的一条称竖丝，横的一条称为中丝，是为了瞄准目标和谈取读数用的。

在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测定距离的，称为视距丝。

十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片装在分划板座上，分划板座固定在望远镜筒上。

图3-4望远镜构造
十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴或视线。

水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。

对光凹透镜可使不同距离的目标均能成像在十字丝平面上。

再通过目镜，便可看清同时放大了的十字丝和目标影像。

从望远镜内所看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比，称为望远镜的放大率。

DS3级水准仅望远镜的放大率一般为28倍。

2.水准器:分为管水准器和圆水准器。

水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。

有管水准器和圆水准器两种。

管水准器用来指示视准轴是否水平;圆水准器用来指示竖轴是否竖直。

(1)管水准器又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡。

由于气泡较轻，故恒处于管内最高位置。

水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点0，称为水准管零点。

通过零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴。

当水准管的气泡中点与水
准管零点重合时，称为气泡居中;这时水准管轴处于水平位置。

水准管圆弧2mm
所对的圆心角称为水准管分划值。

安装在DS3级水准仪上的水准管，其分划值
不大于20"/2mm。

微倾式水准仪在水准管的上方安装一组符合棱镜，通过符合棱镜的反射作用，使气泡两端的像反映在望远镜旁的符合气泡观察窗中。

若气泡两端的半像
吻合时，就表示气泡居中。

若气泡的半像错开，则表示气泡不居中，这时，应
转动微倾螺旋，使气泡的半像吻合。

图3-5水准管
(2)圆水准器
圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为水准器的零点。

通过零点的球面法线为圆水准器轴线，当圆水准器气泡居中时，该轴线处
于竖直位置。

当气泡不居中时，气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，
称为圆水准器的分划值，由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。

图3-6圆水准器
(3)基座
基座的作用是稳固仪器的上部并与三脚架连接。

它主要由轴座、脚螺旋、
底板和三角压板构成。

二、水准尺和尺垫
水准尺是水准测量时使用的标尺。

其质量好坏直接影响水准测量的精度。

因此，水准尺需用不易变形且干燥的优质木材制成;要求尺长稳定，分划准确。

常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。

塔尺多用于等外水准测量，其长度有2m和
5m两种，用两节或三节套接在一起。

尺的底部为零点，尺上黑白格相间，每格
宽度为1cm，有的为0.5cm，每一米和分米处均有注记。

双面水准尺多用于三、四等水准测量。

其长度有2m和3m两种，且两根尺为一对。

尺的两面均有刻划，
一面为红白相间称红面尺;另-面为黑白相间，称黑面尺(也称主尺)，两面的刻
划均为1cm，并在分米处注字。

两根尺的黑面均由零开始;而红面，一根尺由
4.687m开始至6.687m或7.687m，另一根由4.787m开始至6.787m或7.787m。

图3-7水准尺
尺垫是在转点处放置水准尺用的，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。

图3-8尺垫
水准仪的使用包括仪器的安置、粗略整平、瞄准水准尺、精平和读数等操
作步骤。

1、安置水准仪
打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入
土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上。

2、粗略整平(粗平)
粗略整平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中。

先将圆水准器放在
适当位置，然后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。

在整平的过程中，
须记住左手拇指规则:"左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向"，不可盲目地转动脚螺旋。

图3-9圆水准气泡整平
3、瞄准水准尺
(1)在瞄准水准尺之前，先进行目镜对光。

把望远镜对着明亮的背景(如白
墙或天空等)，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。

(2)动螺旋，转动望远镜，利用望远镜筒上的缺口和准星，瞄准水准尺，然后再拧紧制动螺旋。

(3)转动物镜对光螺旋进行对光，使尺子的影像看得十分清晰，并转动微动螺旋，使尺子的像靠近十字丝竖丝的一侧，以便于读数。