第四章水准测量和水准仪

水准测量：利用水准仪测定两点之间的高度差， 是高程测量中精度最高的一种方法。
§4-1.水准测量原理
一、水准测量原理
水准测量是测出两点间的高差。即在两个点上分别竖立 水准尺，利用水准测量的仪器提供的一条水平视线，瞄 准并在水准尺上读数，从而求得两点间的高差。
hAB a b
0 a b B高于A hAB ＝0 a b 同高
整平方法：1、先两个后一个的原则。 2、气泡移动的方向与左手大拇指的切线方向一致。
粗平的两种方法
脚螺旋法 三角架法
3
3
3
1
2
a
1
2
b
1
2
c
3.瞄准水准尺：首先转动目镜调焦螺旋使十字丝清晰， 转动望远镜瞄准水准尺，再转动物镜调焦螺旋使目标 清晰。注意消除视差！
什么是视差？ 产生的原因？如何消除？
第四章 水准测量
第四章 水准测量
主要内容：水准测量原理、水准仪的构造及使用、 水准测量的施测方法及成果整理、仪器 的检验与校正。
主要目的：了解水准测量原理、测量仪器与测量工 具，掌握地面点位高程测量过程。
重点内容：水准测量原理、施测方法、成果计算。 测定地面点高程的工作称为高程测量。
地面点的高程测量－－测量工作三大任务之一。
在计算高差hAB时，一定要注意hAB的下标： hAB表示A点至B
点的高差。
前进方向
a HA+a
A
HA
大地水准面
b B
hAB
HB
图2.1
例1：图中已知A点高程HA=452.623m，后视读数 a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。
解：B点对于A点高差：
hAB=1.571－0.685=0.886m B点高程为：HB＝452.623＋0.886＝453.509m
13 14
15 16
读数：
0.730
1.350 1.406
1.517 1.600 1.687
1.272 1.237 1.203
1.140 1.100
§4-3 水准测量的实施及成果整理
一、水准点及水准路线 1.水准点
(1)定义：用水准测量的方法建立的高程控制点。 (2)表示：BM12 AB (3)设置：永久性；临时性 使用方便，便于保存。
水准管的分划值L ：相邻两分划线间弧长(2mm)所对的圆心
角
2mm
R
水准管的分划值 与灵敏度的关系
气泡居中：气泡零点与水准管零点重合。
0点 2mm
L
L

R
2
o
R
206265
常采用符合水准管系统
微倾螺旋
——目的是提高水
准管气泡居中的精度
尚未符合 符合气泡符合
目前，普通工程测量中最常用的水准仪是： DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）
目镜
物镜调焦螺旋 准星
微倾螺旋
物镜
脚螺旋
左右微 动螺旋
水平制 动螺旋
一、 DS3微倾式水准仪的构造 作用：为测量高差提供一条水平视线
组成：望远镜、水准器、基座
望远镜
基座
水准器
1.望远镜 （1）组成：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、
1.422 1.304
h3=+0.946 1.820 1.435
BMB
h2=+0.1201.822 0.876
1.134 1.6771.444 1.324
ZD4
BMA
ZD3
ZD2 ZD1
前进方向
普通水准测量记录表
测 标尺读数（m） 点 后 视 前视
高差
+
–
A 1.851
ZD1 1.425 1.268 ZD2 0.863 0.672 ZD3 1.219 1.581
B
0.346
0.583 0.753
0.873
0.718
高程 （m） 50.000 50.583 51.336 50.618 51.491
Σ 5.358 3.867 2.209 0.718
计
∑a–∑b=5.358 – 3.867=1.491
算
∑h=2.209 – 0.718=1.491
检 HB – HA=51.491 – 50.000=1.491 核 HB – HA=∑h=∑a – ∑b (计算无误)
D
E

转点：如果两点A、B之间的距离较远，或高差较大
时仅安置一次仪器不能测得A、B的高差，需加设若干 临时的立尺点，作为传递高程的过渡点。
测站：每安置一次仪器称为一个测站。
1 C

3
4
2

D
E

hAB (a1 b1) (a2 b2 ) (a3 b3)
4
44
(a4 b4 ) (a b) a b
四等水准测量观测方法
前进方向
上丝 中丝 下丝
A
上丝 中中丝丝 下丝
B
播 返 放 回
四等水准测量观测方法
后 下丝 2前、下水丝准方手簿水的准尺记读录数
测站 点 尺 上丝 尺 上丝 编号 号 后视距 前视距
表面为具有一定半径的圆弧。（80—100m)一端封闭，
一端开口，内装满质轻易流动的液体（酒精或氯化锂）
然后加热，排除部分液体，将开口封闭，待冷却后即形
成水准管的气泡。
LS

C
水准管的零点：在水准管上刻有2mm的分划线，分划 线与中间的S点成对称，S点称为零。
S
水准管的水准轴：过零点S与圆弧相切的切线LL
备注 HA=50.000m
三、水准测量的检核方法
1．计算检核
a b h HB H A h
计算检核只能检查计算是否正确，并不能检核观测 和 记录时是否产生错误。
2．测站检核
变动仪器高法：是在同一个测站上用两次不同的仪器 高度，测得两次高差以相互比较进行检核。
双面尺法：是仪器的高度不变，而立在前视点和后视 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。
3.基座
基座通过连接螺旋与三脚架相连。
基座用于支承水准仪上部，水准
V
仪旋转轴插入基座轴套可自由旋转。
基座上的三个脚螺旋用于调节圆水准
气泡。
基座
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仪器竖轴VV：就是水准仪的旋转轴。
三脚架 V
二、水准尺和尺垫
水准尺有双面尺和塔尺两种
标准水准尺为一对双面尺， 其中: A尺和B尺黑面0－3m; A尺红面4.687－7.687m, B尺红面4.787－ 7.787m。
连接S与球面的球心O的直线 称为圆水准器的水准轴。
S
O
当气泡位于圆内中央位置 时，圆水准器的水准轴即 成竖直，切于零点的平面 也就成水平了。圆水准器 的灵敏度较低，常用于粗 略整平。
L L
2mm
（2）管水准器：用来指示视准轴是否水平
水准管轴LL：过水准管零点所作圆弧面的切线。
水准管：水准管的管子用玻璃制成，其纵剖面方向的内
物镜对光螺旋、目镜对光螺旋 （2）作用: 瞄准目标，提供水平视线。
视准轴CC：物镜光心 与十字丝交点的连线。
C
C
2.水准器
（1）圆水准器：用于仪器粗平 （2）管水准器：用于仪器精平
特性：气泡始终向高处移动。
（1）圆水准器：用来指示仪 器竖轴是否竖直
圆水准器是将一圆柱形的玻 璃盒子装嵌在金属筐内，盒 内部是装满酒精或氯华锂后 加热密封的。盒顶面的内壁 磨成圆球形，顶面的中央划 一小圆，其圆心S即为圆水 准器的零点。
0 a b B低于A
后视尺
A
水平视线
Hi
HA
前进方向 大地水准面
前视尺
bB hab HB
如图，已知HA，求HB？
水平视线 后视尺

A HA
前进方向 大地水准面
前视尺
bB
hAB HB
（1）高差法：根据水准仪提供的水平视线在A点水准尺上读数 为a（后视读数），B点水准尺上读数为b（前视读数），则 HB=HA+ hAB =HA+(a-b)
当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目 标像有相对运动，这种现象称为视差。
4.精平 在每次读数之前，都应注视符合水准气泡观测窗，转
动微倾螺旋使水准管气泡居中。
微倾螺旋
5.读数
仪器精确整平后，即可用十字丝横丝（即中丝）在水准尺 上读数。
1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫 米估读，一般读数为4位，如1.662m。
尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转 点位置。
三、水准仪的使用 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。
二、 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。
变仪器高法步骤
A. 在两立尺点(可能是水准点，也可能是转点)上立水 准尺。并在距两立尺点距离相等处安置水准仪，进行粗平 工作； B. 照准后视尺，精平，读后视尺读数a，记入读数； C. 照准前视尺，精平，读前视尺读数b，记入读数； D. 高差计算：hAB＝a-b。 E. 变动仪器高(升幅或降幅大于10cm)，粗平后重复 (B)～(D)步。每站两次仪器高测得的高差互差不大于 ±6mm时，取其均值作该站测量的结果；大于6mm时称作超 限，应重测。
解：先计算出视线高程 Hi=HA+a=423.518＋1.563＝425.081m 各待定点高程分别为： H1＝Hi－b1＝425.081－0.953＝424.128m H2＝Hi－b2＝425.081－1.152＝23.929m H3＝Hi－b3＝425.081－1.328＝23.753m
高差法和视线高法的测量原理是相同的，区 别在于计算高程时次序上的不同。在安置一 次仪器需求出几个点的高程时，视线高法比 高差法方便。
1
11
§ 4-2.水准测量仪器和工具
水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水 准尺和尺垫。
水准仪按其精度划分为四个等级： 精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10 下标的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差 中数的中误差n毫米，即精度）。
水准仪按其构造可分为三种： 微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪。
永久点
临时点
2.水准路线
在两水准点之间进行水准测量所经过的路线称为水准 路线。
水准路线的布设形式：闭合水准路线、附合水准路线、 支水准路线。
闭合水准路线
1
2
BM.A
支水准路线
1
3
BM.A
4
附合水准路线
3
BM.A
2
1
2 BM.B
二、水准测量的实施
普通水准测量施测方法
h1=-0.543
h5=+0.118 h4=+0.385
+0.120 +0.116 +0.118
双面尺法 红面的起始读数则分别为4.687m和4.787m。
测站观测程序 ：后黑（上、下、中）、前黑（上、下、 中）、前红（中）、后红（中） A. 瞄准后视点水准尺黑面—精平—读数； B. 瞄准前视点水准尺黑面—精平—读数； C. 瞄准前视点水准尺红面—精平—读数； D. 瞄准后视点水准尺红面—精平—读数。 对于等外水准测量，黑红面读数之差不超过4mm,黑红 面高差之差不超过6mm（在红面上所测高差上加或减 100mm）。
水平视线
后视尺

Hi A HA
前进方向 大地水准面
前视尺
bB
hAB HB
（2）视线高法：B点高程也可以通过水准仪视线高程Hi
（也称为仪器高程）来计算。
即Hi=HA+a
则 HB =(HA+a)-b=Hi-b
例2：已知HA=423.518m，要测出相邻1、2、3点的高程。先测得A 点后视读数a=1.563m，接着在各待定点上立尺，分别测得读数 b1=0.953m，b2=1.152，b3=1.328m。
a
A HA
前进方向
大地水准面
b
B
hAB
HB=HA+hAB
水准测量记录（两次仪器高法）
测站 点号 水准尺读数
后尺 前尺
1 A 1134
1011
TP.1
1677
1554
2 TP.1 1444
1624
TP.2
1324
1508
高 差 平 均 高 改正后 高 程
(h) 差
高差 （H）
10.000
-0.543 -0.543 -0.543
二、水准测量方法
当两个水准点相距较远或高差较大时，若只安置 一次仪器，就不能测出这两点间的高差。为此，就需 要连续多次安置仪器以测出相邻两点间的高差，最后 取各个高差的代数和，得到起、终两点的高差。
a2
b2
a1
b1
a3
b3 a4
b4
2
1
TP1
A
TP2 3
B
4
TP3
转点、测站
1 C

3
4
2

2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故仪器若成倒像， 从上往下读；若成正像，即从下往上读。
每次读数时水准仪的视线必须是严格水平的。但视准轴是 否水平，是根据水准管气泡是否居中来判定的，所以水准仪应 首先满足“水准管轴平行于视准轴”这个必要条件。
注意：读数前必须精平， 精平后立即读数。
结果为：1.464m 估读位禁止改正