二等水准测量教学提纲

二等水准测量
沉降观测(二等水准测量)实训
一、目的
1、通过一条水准环线的施测，掌握二等精密水准测量的观测和记
录，使所学知识得到一次实际的应用。

２、熟悉精密水准测量的作业组织和一般作业规程。

二、要求
１、熟悉D S1型水准仪的构造及使用方法,铟瓦尺的读数方法及掌握测量过程中的技术要领;
２、掌握计算环线闭和差。

三、仪器及工具
D S1型精密水准仪一台，铟瓦水准尺一对，尺垫一副，扶杆四根，50m皮尺一把，记录板一块，自备铅笔，小刀和记录手薄。

1、精密水准仪的构造
精密水准仪主要用于国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中，例如建筑物沉降观测，大型精密设备安装等测量工作。

精密水准仪的构造与D S3水准仪基本相同，也是由望远镜、水准器和基座三部分组成。

其不同之点是：水准管分划值较小，一般为
10"/2m m；望远镜放大率较大，一般不小于40倍；望远镜的亮度好，仪器结构稳定，受温度的变化影响小等。

为了提高读数精度，精密水准仪设有光学测微器，如
所示是其工作原理示意图，它由平行玻璃板、传动杆、测微轮和测微尺等部件组成。

平行玻璃板装置在望远镜物镜前，其旋转轴与平行玻璃板的两个平面相平行，并与望远镜的视准轴成正交。

平行玻璃板通过传动杆与测微尺相连。

测微尺上有100个分格，它与水准尺上一个分格（1c m或5m m）相对应，所以测微时能直接读到0.1m m（或
0.05m m）。

当平行玻璃板与视线正交时，视线将不受平行玻璃板的影响，对准水准尺上B处，读数为146（c m）+a。

转动测微带动传动杆，使平行玻璃板绕旋转轴俯仰一个小角，这时视线不再与平行玻璃板面垂直，而受平等玻璃板折射的影响，使得视线上下平移。

当视线下移对准水准尺上146c m分划时，从测微分划尺上可读出a 的数值。

如所示是我国北京测绘仪器厂生产的D S1级水准仪，光学测微器最小读数为0.05m m。

2、精密水准尺的构造
精密水准仪必须配有精密水准尺。

这种水准尺一般都是在木质尺身的槽内，引张一根因瓦合金带。

在带上标有刻划，数字注在木尺上。

精密水准尺的分划值有1c m如图（a）和0.5c m如图（b）两种,D S1级水准仪配套用的精密水准尺，为0.5c m分划，该尺只有基本分划而无辅助分划。

左面一排分划为奇数值，右面一排分划为偶数值；右边注记为米数，左边注记为分米数。

小三角形表示半分米处，长三角形表示分米的起始线。

厘米分划的实际间隔为5m m，尺面值为实际长度的两倍；所以，用此水准尺观测高差时，须除以2才是实际高差值。

四、精密水准仪的使用方法
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。

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。

三、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。

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。

四、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。

精密水准仪的操作方法与一般水准仪基本相同，不同之处是用光学测微器测出不足一个分格的数值。

即在仪器精确整平（用微倾螺旋使目镜视场左面的符合水准气泡半像吻合）后，十字丝横丝往往不恰好对准水准尺上某一整分划线，这时就要转动测微轮使视线上、下平行移动使十字丝的楔形丝正好夹住一个整分划线，如
所示，被夹住的分划线读数为1.97m。

视线在对准整分划过程中平移的距离显示在目镜右下方的测微尺读数窗内，读数为1.50m m。

所以水准尺的全读数为1.97+0.0015=1.9715m，而其实际读数是全读数除以2，即0.98575m。

五、观测时间及气象条件
水准观测应在标尺分化线成像清析而稳定时进行。

下列情况下不应进行观测：
a)日出后及日落前30m i n内；
b)太阳中天前后各约2h内（可根据地区、季节及气候情况，适
当增减，最短间歇时间不短于2h）；
c)标尺分划线影像剧烈跳动时；
d)气温突变时；
e)风力过大而使标尺及仪器不能稳定时。

六、实习步骤
１、人员组成
精密水准观测组由6－7人组成，具体分工是：观测一人，记录一人，扶尺二人，量距二人。

２、限差及作业规定
（１）、视线高度不得低于0.5m，视线长度一般取不大于50m，前后视距差应小于1m。

测段距离累积差小于3m。

（２）、一测段的测站数布置成偶数，仪器和前后标尺应尽量在一条直线上。

（３）、观测时要注意消除视差，气泡严格居中，各种螺旋均应旋进方向终止。

（４）、视距读至1m m，基辅分划读至0.1m m，基辅高差之差≤
0.6m m。

（５）、上丝与下丝的平均值与中丝基本分划之差，对于0.5c m刻划标尺应≤1.5m m，对于1.0c m刻划标尺应≤3.0m m。

（６）、各项记录正确整齐，清晰，严禁涂改。

原始读数的米、分米值有错时，可以整齐地划去，现场更正，但厘米及其以下读数一律不得更改，如有读错记错，必须重测，严禁涂改。

（７）、每一站上的记录、计算待检查全部合格后才可迁站。

（８）、测完一闭合环计算环线闭合差，其值应小于±４√Ｌm m，Ｌ为环线长度，以公里为单位。

３、观测程序
精密水准测量中采用如下的观测程序：
往测奇数站的观测程序为：后前前后
往测偶数站的观测程序为：前后后前
返测奇数站的观测程序为：前后后前
返测偶数站的观测程序为：后前前后
在一个测站上的观测步骤（以往测奇数站为例）为：
（１）、首先将仪器粗略整平。

首先，将三脚架放置平稳，尽量使三脚架的承台水平，测站在松软土质条件下的，应用脚将三脚架的三个脚踩入泥土中，使其平稳，其次，将仪器置于三脚架承台上，用固定螺母固定，使其不能移动，第三，粗平，将粗平水准管的其中一个与水准仪基座的一边保持平行，调节水准管与基座齐平一边的两个脚螺旋，使水准管气泡居中，然后，调节另一个脚螺旋，使另一侧的粗平水准管气泡居中，最后，转动照准部，检验两个粗平水准管气泡是否居中，不居中继续调节，若居中则进行下步操作；
（２）、瞄准。

望远镜对准后视水准标尺，转动倾斜螺旋使符合水准气泡两端影像分离不得大于3m m，用上、下视距丝平分水准标尺的相应基本分划读取视距。

读数时标尺分划的位数和测微器的第一位数共四个数字要连贯出。

（３）、接着转动倾斜螺旋使气泡影像精密符合，并转动测微螺旋使楔形丝照准基本分划，读分划线三位数和测微器三位数。

（４）、旋转望远镜照准前视水准尺，使气泡精密居中，用楔形丝照准基本分划并读数，然后按下、上丝视距丝读取视距。

（５）、用楔形丝对准辅助分划进行读数。

（６）、再转向后视标尺，转动倾斜螺旋使气泡影像精密符合，进行辅助分划的读数。

至此一个测站的观测工作结束。

以上为奇
数的后－前－前－后观测程序，偶数站的观测程序为前－后－后－前。

4、间歇与检测
（1）观测间歇时，最好在水准点上结束。

否则，应在最后一站选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定点，作为间歇点。

如无固定点可选择，则间歇前应对最后两测站的转点尺桩（用尺台作为转点尺承时，可用带三个带帽钉的木桩）做妥善安置，作为间歇点。

（2）间歇后应对间歇点进行检测，比较任意两尺承点间歇前后所测高差，若符合限差要求，即可由此起测，若超过限差，可变动仪器高度再测一次，如仍超过限差，应从上一水准点起测。

（3）检测成果应在计算手簿中保留，但计算高差时不采用。

七、外业计算
水准测量外业计算的项目：
a）外业手簿的计算；
b）外业高差和概略高程表的编算；
c）每千米水准测量偶然中误差的计算；
d）附合路线与环线闭合差的计算；
e）每千米水准测量全中误差的计算。

1、外业高差和概略高程表的编算
（略）
2、偶然中误差的计算
在测量时，即使排除了产生系统误差的因素（实际上不可能也没有必要绝对排除），进行了精心的观测，仍然会存在一定的误差，这类由于偶然的或不确定的因素所造成的每一次测量值的无规则变化（涨落），叫做偶然误差，或随机误差。

由于实践和理论证明，观测误差服从正态分布，为了衡量误差分布的密集或离散的程度，对一系列带有偶然误差的观测值，运用概率统计的方法来消除他们之间的不均值，求出未知量的最可靠值，评定测量成果的精度和质量，测量上就引入了统计学中的标准差，把它称为中误差，测角、测边和测高差都有中误差，但只有高程才有全中误差。

每千米水准测量偶然中误差M△按下列计算式计算：
M△=±√[△△/R]/4*N
式中
△----测段往返测高差不符值,单位为毫米(m m);
R-----测段长度,单位为千米(k m)
N-----测段数
3、全中误差的计算
根据环线闭合差和相应环的水准路线周长而计算的中误差，也称水准测量每千米距离的高差中数的全中误差。

每千米水准测量全中误差M w按下列计算式计算：
M w=±√[W W/F]/N
式中
W---经过各项改正后的水准环闭合差，单位为毫米(m m);
F----水准环线周长单位为千米(k m)
N-----水准环数
4、平差的计算
每测完一个闭合水准路线后，会累计产生一个误差，计算该误差是否在误差允许范围内后，如果不满足，应重新测量这一闭合水准线路，如果误差在允许范围内，则需要将误差平均到每个测站上，即平差。

二等水准测量允许误差采用下列公式计算
f允=４√Ｌ------L为闭合水准线路长度，单位K M 平差采用下列公式计算
N i=-F实*L i/L
N i为第i站平差数, F实为闭合水准路线实际误差数, L i为第i站长度,L为闭合水准路线总长度。

八、注意事项
１、观测前30m i n，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致；
2、在连续各测站上安置水准仪三脚架时，应使其中两脚与水准
路线的方向平行，而第三脚轮换置于测量方向的左侧和右侧；
3、除路线转弯外，每一测站上仪器与前后标尺的三个位置应尽
量在一条直线上；
4、不应为了增加标尺读数而将尺桩（台）安置在壕坑中；
5、在观测中，不允许为通过限差规定而凑数，以免成果失去真
实性；
6、记录员除了记录和计算外，还必须检查观测条件是否合乎规
定，限差是否满足要求，否则应及时通知观测员重测。

记录员必须牢记观测程序，注意不要记录错误。

字迹要整齐清晰，不得涂改，更不允许描字和就字改字。

在一个测站上应等计算和检查完毕，确信无误后才可搬站；
7、扶尺员在观测之前必须将标尺立直扶稳。

严禁双手脱开标
尺，以防摔坏标尺的事故发生；
8、量距要保证通视，前、后视距相等和一定的视线高度，并尽
量使仪器和前后标尺在一直线上。

九、上交资料
１、观测手薄
２、环线闭合差计算成果
3、沉陷观测报告
二等水准测量实训材
料。