水准测量原理及方法
水准仪测量原理及操作方法步骤
水准仪测量原理及操作方法步骤以水准仪测量原理及操作方法步骤为标题，写一篇文章。
水准仪是一种用于测量地面高程差的仪器，广泛应用于建筑、道路施工以及地形测量等领域。
本文将介绍水准仪的测量原理及操作方法步骤。
一、水准仪的测量原理水准仪的测量原理基于光学的水平线性质，利用水平线的反射和折射特性来进行测量。
水准仪的主要部件包括望远镜、测量杆、水平仪和基准面等。
测量过程中，通过调整水准仪的望远镜和水平仪，使其保持水平状态，然后观测测量杆上的刻度值，就可以得到地面的高程差。
二、水准仪的操作方法步骤1. 设置基准点：在进行水准测量之前，首先需要确定一个基准点，作为测量的参考点。
基准点的选择应该是稳定、平整且不易移动的地面。
2. 放置水准仪：将水准仪放置在基准点附近的平坦地面上，并调整其脚底螺丝，使其保持水平状态。
在调整水准仪的过程中，可以使用水平仪来辅助调整。
3. 校准水准仪：在放置水准仪后，需要进行校准操作，以确保测量的准确性。
校准操作包括调整望远镜的焦距、调整水平仪的准确度以及校正仪器的误差。
4. 观测测量杆：在进行测量之前，需要将测量杆放置在待测点上，并确保测量杆垂直于地面。
然后，通过望远镜观测测量杆上的刻度值，并记录下来。
5. 移动水准仪：当观测完一个测点后，需要将水准仪移动到下一个测点。
在移动水准仪时，需要小心操作，以保持仪器的稳定和水平状态。
6. 计算高程差：测量完所有的测点后，需要根据观测到的刻度值计算出各个测点之间的高程差。
计算方法可以根据实际情况选择合适的数学公式进行计算。
7. 分析结果：根据计算得到的高程差数据，可以进行进一步的分析和处理。
通过对高程差数据的分析，可以了解地面的高程变化情况，为后续的工程施工和规划提供参考。
总结：水准仪是一种常用的测量仪器，可以精确测量地面的高程差。
使用水准仪进行测量时，需要注意仪器的放置和校准，以及测量杆的垂直度。
通过观测测量杆上的刻度值，可以计算出各个测点之间的高程差。
第四单元 水准测量原理及方法
普通水准测量记录表
测 点 A 标尺读数（m） 后 前视 视 1.851 1.268 0.672 0.718 ZD3 1.219 B Σ 计 算 检 核 5.358 1.581 0.346 3.867 2.209 0.718 0.873 50.618 51.491 0.583 0.753 ZD2 0.863 51.336 高 + 差 – 高 程 （m） 50.000 50.583 备 注 HA=50.000m
第二单元
水准测量原理及方法
一、水准测量原理 二、水准仪与水准尺 三、水准仪的技术操作 四、普通水准测量 五、四等水准测量
一、水准测量原理
水准测量的基本测法是：在下图中，已知 A点的高 程为HA，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差 hAB。则Ｂ点的高程HB就可用下式计算求得： HB=HA+hAB hAB = 后视读数–前视读数
有时安置一次仪器须测算出较多点的高程，可 先求出水准仪的视线高程，然后再分别计算各点高 程，从图中可以看出：
视线高Hi=HBiblioteka + aHB=Hi- b
Ｂ点高程
要测算地面上两点间的高差，所依 据的就是一条水平视线，如果视线不水 平，上述公式不成立。因此，视线必须 水平，是水准测量中要牢牢记住的操作 要领。
12 11 10
13 14 15
16
1.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋； 7.底板；8.三角压板； 9.脚螺旋；10.弹簧帽； 11.望远镜；12.物镜；13.管水准器； 14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座
自动安平水准仪的构造示意图
自动安平水准仪与普通光学水准仪大致相同，但由于采用了摩擦制动技 术，所以在构造上没有制动螺旋；另一方面仪器采用了自动补偿，这使得仪器 能够使视准轴实现自动水平。使用时为了确保自动补偿器能够起到补偿作用， 整平圆水准气气泡之后，在读数之前只要按一下掀钮，若标尺影像上下稍微摆 动，最后十字丝横丝恢复原来位置，则补偿器处于正常工作状态，视线水平， 就可以读数了，因此大大提高了观测速度和观测精度。
水准测量原理及方法
D后- D前= D末 D总= D后+ D前
（五）成果计算
高差闭合差：（单一水准路线）
h中
闭合
fh测
h中 （H终 H始） 附合
h中往
h中返
支
fh允
12
4
Lmm 、 20 n mm 、 6
L mm n mm
（1）检验：用脚螺旋整平仪器， 转动仪器180°，若气泡居中， 不需要校正，否则，需要校正。
（2）校正：用校针拨动圆水准管 校正螺丝，使气泡向中间移动 偏离量的一半，再用脚螺旋整 平仪器，反复1、2、两步，直 到条件满足为止。
V
L′
L′ V V L′
V L′
护盖
2、 十字丝横丝⊥VV的检校
方法和步骤：
(平坦区） （山区）
要求：fh测 fh允 ※ fh测的调整同§2-5
测 点号 后 下 前 下 方 水准尺读数
K+ 高差 备
站
尺
尺
向
黑- 中数 注
上
上尺
D后
D前
号
黑面 m
红面 m
红 (m) mm
△D ∑△D
BM1 1426 1 ～ 0995
ZD1 43.1
+0.1
0.774 0.326 43.0 +0.1
CHAPTER 2 水 准 测 量
水准测量 三角高程测量 高程测量的方法 气压高程测量 GPS高程测量
§2-1 水准测量原理 利用仪器提供水平视线，
前进方向
测定地面上两点间的高差， 推算待测点的高程
a 水平视线
b
A
水准测量原理演示图
水准测量原理演示图
水准测量的原理就是利用一条水平视线来比较点位的高低来测量两点间的高差，按公式推算点的高程。
水准测量
操作过程
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。
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。
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。
这是才可以读数。
水准仪使用方法和原理
仪器 安放整平
脚架张开 角度勿太 大或太小
目、物镜 对光螺旋
对光照准 消除视差
不可对准 太阳
水平微调 螺旋
照准读数
刻度大小 正、倒像
注意：怎样辨别及消除视差？
用脚螺旋整平仪器
视差存在旳根本原因： 目旳像和十字丝
分划板不重叠！！！
水准尺读数措施：
2.375m
2.4 水准测量旳实施
1. 水准点及其选择 水准测量必须要有已知水准点（即其高程已 知旳点，用BM表达，如BM0、BM1等）
4. 常用水准仪旳等级划分及主要用途
5. 水准仪旳主要构造构成
主要为三部分：
（1）望远镜 （2）水准器 （3）基座
其中望远镜为主要构成部分。下图为WILD NAK-0X型 水准仪（由北京测绘仪器厂组装）
目镜对光螺旋
准星 物镜对光螺旋
物镜
目镜
水平微调螺旋 脚螺旋
6. 望远镜构成及其成像原理 望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个 主要部分构成。 成像原理：目旳经过物镜和对光凹透镜旳作用， 在镜筒内造成倒立、缩小旳实像，经过调整对光 凹透镜，就能够使像清楚地成在十字丝平面上。 （望远镜旳放大倍数）
光心旳连线 （水准仪四条轴线
之一）
• 竖轴：望远镜底部与基座相连旳
轴旳中心线。 （水准仪四条轴
线之一）
视距丝
7. 水准器
（1）水准器旳用途： 衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂旳标志。
（2）水准器种类：水准盒及水准管 水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平
（3）水准盒轴线：水准盒顶面中心（水准盒零点） 旳球面法线（水准仪四条主要轴线之一）
（2）测量成果校核
1）计算校核：检验计算成果有无错误：高差计 算成果；采用公式是否正确等。
水准测量方法原理
⼀、⽔准测量原理测定地⾯点⾼程的测量⼯作，称为⾼程测量，根据仪器不同分为⽔准测量，三⾓⾼程测量，⽓压⾼程测量。
⽔准测量原理是利⽤⽔准仪提供⼀条⽔平线，借助竖⽴在地⾯点的⽔准尺，直接测定地⾯上各点间的⾼差，然⽽根据其中⼀点的已知⾼程，推算其他各点的⾼程。
⼆、⽔准仪和⽔准尺⽔准测量所⽤的仪器有：⽔准仪，⽔准尺和尺垫三种。
DS３型微倾⽔准仪由望远镜，⽔准器和基座等部件构成。
⽔准尺有双⾯⽔准尺和塔尺两种。
尺垫⽤于⽔准测量中竖⽴⽔准尺和标志转点。
使⽤微倾⽔准仪的基本*作程序为：安置仪器、粗略整平(简称粗平)、调焦和照准、精确整平(简称精平)和读数。
三、⽔准测量⽅法为了统⼀全国的⾼程系统、满⾜各种⽐例尺测图、各项⼯程建设以及科学研究的需要，在全国各点埋设了许多固定的⾼程标志，称为⽔准点，常⽤“BM”表⽰。
⽔准点有永久性和临时性两种。
⽔准测量通常是从某⼀已知⾼程的⽔准点开始，引测其他点的⾼程。
在⼀般的⼯程测量中，⽔准路线主要有三种形式：闭合⽔准路线，附合⽔准路线，⽀线⽔准路线。
⽔准测量的⽅法和记录。
⽔准测量的测站检核⽅法有变动仪⾼法和双⾯尺法。
四、⽔准测量成果计算计算⽔准测量成果计算时，要先检查野外观测⼿簿，计算各点间⾼差，经检核⽆误，则根据野外观测⾼差计算⾼差闭合差。
若闭合差符合规定的精度要求，则调整闭合差，最后计算各点的⾼程。
五、微倾⽔准仪的检验与校正微倾⽔准仪有四条轴线，轴线应满⾜的条件：园⽔准器轴∥仪器竖轴、⼗字丝横丝⊥仪器竖轴、⽔准管轴平⾏于视准轴。
五、⽔准测量误差及其消减⽅法⽔准测量误差包括：仪器误差、⽔准尺误差、⽔准管⽓泡居中误差、读数误差、视差影响、⽔准尺倾斜误差、仪器和尺垫下沉、地球曲率和⼤⽓折光的影响、温度的影响等。
六、精密⽔准仪和⽔准尺精密⽔准仪是能够提供⽔平视线和精确照准读数的⽔准仪。
主要⽤于国家⼀、⼆等⽔准测量和⾼精度的⼯程测量中。
如国产DS１型精密⽔准仪。
七、⾃动安平⽔准仪和激光扫平仪⾃动安平⽔准仪不⽤⽔准管和微倾螺旋，⽽是在望远镜中设置⼀个补偿装置进⾏⽔平调整。
简述水准测量原理
简述水准测量原理水准测量是一种地面测量方法，主要用于测量地面高程差异，以确定地面的高低起伏，为土建工程、道路工程等提供重要的测量数据。
本文将从水准测量的原理、仪器和方法等方面进行简述。
一、水准测量的原理水准测量的原理基于重力场的作用，即重力场沿着垂直方向产生的等势面是水平面。
在水准测量中，使用水准仪测量不同位置的水平面高度差，从而确定地面的高低起伏。
二、水准测量的仪器水准仪是进行水准测量的主要仪器，它包括三角架、水平仪、望远镜和测量杆等部件。
其中，三角架用于支撑水准仪，水平仪用于确定水准仪的水平状态，望远镜用于观测目标点的高度，测量杆用于测量目标点的高度。
三、水准测量的方法水准测量主要分为两种方法：直接水准测量和间接水准测量。
1.直接水准测量直接水准测量是指直接观测目标点的高度差，从而确定地面高程差异的方法。
直接水准测量通常采用双面读数法，即分别在起点和终点测量目标点的高度，并记录两次读数，然后取平均值作为目标点的高度值。
2.间接水准测量间接水准测量是指通过已知高程点的高度值，计算目标点的高度差异的方法。
间接水准测量通常采用三角高程法或水准回线法。
（1）三角高程法三角高程法是指在已知高程点之间设置一个三角形，通过三角形内角的测量和三角形边长的计算，确定目标点的高度差异。
三角高程法适用于地形较为平坦的区域。
（2）水准回线法水准回线法是指在已知高程点之间设置一条水准回线，通过测量水准回线上的高度差异，确定目标点的高度差异。
水准回线法适用于地形较为复杂的区域。
四、水准测量的注意事项在进行水准测量时，需要注意以下几点：1.水准仪的水平状态必须保持稳定，以确保测量结果的准确性。
2.测量过程中应注意照明条件，以确保目标点的清晰度和测量精度。
3.测量前应检查测量杆的刻度是否清晰，以确保测量结果的准确性。
4.在进行间接水准测量时，应注意三角形或水准回线的设置，以确保测量结果的准确性。
五、结论水准测量是一种重要的地面测量方法，可以用于测量地面高程差异，为土建工程、道路工程等提供重要的测量数据。
水准测量原理与方法
国际化标准制定
积极参与国际水准测量标准的制 定，推动水准测量技术的国际交 流与合作。
持续创新与发展
鼓励技术创新和人才培养，推动 水准测量技术的持续发展，满足 社会经济发展的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
采用光学测微器读取测量数据，精度较高，但速 度较慢，且需要经验丰富的操作员。
自动安平水准仪
利用自动安平补偿器确保测量精度，操作简便， 适合一般工程测量。
水准仪的构造
望远镜
用于瞄准水准标尺，具有调焦功能。
读数系统
包括光学测微器和读数设备，用于读取水准标尺上的测量数据。
基座
保证水准仪的稳定性和测量精度。
技术创新与改进
新型传感器技术
研发更精确、稳定、耐用的传感器，提高水准测量的 可靠性和精度。
数据处理与分析技术
利用机器学习、深度学习等技术，提高数据处理和分 析的自动化程度，挖掘更多有价值的信息。
通信与传输技术
提升数据传输速度和稳定性，实现实时传输和远程监 控。
展望未来发展前景
广泛应用领域
水准测量技术在城市规划、土地 调查、资源开发、环境保护等领 域具有广泛应用前景。
脚螺旋
调节水准仪的水平和垂直方向。
水准仪的使用方法
粗平
调节脚螺旋，使水准仪大致水 平。
读数
根据读数系统读取水准标尺上 的测量数据，并进行记录。
安置仪器
选择合适的位置，将水准仪安 置在三脚架上，并确保稳定。
瞄准水准标尺
使用望远镜瞄准水准标尺，根 据光线条件调焦，使标尺清晰。
转移仪器
完成一个点的测量后，需要将 水准仪转移到下一个点，重复 以上步骤。
06 水准测量的未来发展与展 望
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视线，若A始终在横丝
上移动，则条件成立，
不需要校正，否则，需
要校正。
（3）校正
(a)
(b)
3、LL∥CC的检校
a
b
a2正
（1）准备场地
hAB
在平坦地上标定A、B，约为80m，
C为AB 的中点。
（（（234b检）））2读查在计测数：算BhA附Ba正2近正= 约，a13a-bm2正1 处= h，AB测正+得b2a2（, 5转数→使）动为用长校微:拨水正a倾针准2正螺拨管= 旋动气hAB校泡→正+使正居b2A螺中尺丝→读，反
圆水准器
分划值：=2mRm " ; 4'、8'、15'
L0
管水准器作分用划：值衡：量视准2mR轴m是否"; 水 20平 "、30"、精60平"
L0
二、水准尺和尺垫
安 置 仪 器
直尺
1、水准尺 折尺 塔尺
尺底起始刻划：
步
骤
概
瞄
略 准
整 水
平 准
尺
精 平 与 读 数
黑面：0m
红面：4.687m or 4.787m
b3a4
4
TP3
b4 B
hAB=h= a- b HB= HA+ hAB
测站 测点
1
A
TP1 2 TP1
TP2 3 TP2
TP3 4 TP3
TP4 5 TP4
B 计算校核
后视 读数 1467
前视 读数
高差 (m) 0.343
1385 1869
1124 1674
-0.289 0.926
1425
0943
2、先黑：
①读后视尺黑面：下、上、中（a黑）
先 黑
②读前视尺黑面：下、上、中（b黑）
后 3、后红：
红 ①读前视尺红面：中（b红）
②读后视尺红面：中（a红）
※ 将上述读数分别对应填入记录手簿
(三) 计算与校核
1、视距部分： D后=（下丝-上丝）×100 ≤65m、80m D前=（下丝-上丝）×100 ≤65m、80m
排
实
球
验
场
室
待测点
§2-8 微倾式水准仪的检验与校正
一、水准仪的一般检查
二、水准仪应满足的条件 1、L′L′∥VV 2、十字丝横丝⊥VV 3、LL∥CC →主条件
三、检验与校正
1、L′L′∥VV的检校
方法和步骤：
（1）检验：用脚螺旋整平仪器， 转动仪器180°，若气泡居中， 不需要校正，否则，需要校正。
L
二、 三四等水准测量
（一） 三、四等水准测量技术要求
项
高差闭合差的限 视线 视线高
目使
差（mm)
长度
度
用 附合、 往返测 （m)
等 级
仪 闭合路 器线
三
DS3
20 L
3 、测站成果： h中12h黑（h红0.100)
≤65
三丝能 读数
四
DS3
12 K
3 、测站成果： h中12h黑（h红0.100)
后1 1211 5998 0 前2 0586 5273 0
+0.625 +0.725 0
+0.6250
K1 4.787 K2 4.687
ZD1 1812 2 ～ 1296
ZD2 51.6
0570 0052 51.8
后2 1554 6241 0 前1 0311 5097 +1
+1.243 +1.144 -1
左右微 动螺旋
水平制 动螺旋
1、基 座
2、望远镜 ① 组成：由物镜、对光透镜 十字丝分划板 和目镜等部分组成。
② 视准轴（CC）：十字丝交点与望远 镜物镜光心的连线
③ 十字丝作用：瞄准目标时的读数基准线。
④ 望远镜的作用: 瞄准远方的目标
⑤
性能指标： 放大率
像
实物
f物 f目
3、水 准 器
作用：衡量竖轴是否竖直粗平
备注
已知
已知
fh=2.741-(59.030-56.345)=+0.047m
fh 12 nmm
实验一、二 1、内容：①水准仪的认识和使用
②闭合水准路线测量 2、要求： （1）每人独立观测完成一条水准路线，
设待测点1~2个，测站总数n≥4 （2）
已知点 HBMi=10m
N
3、仪器安排 1台/4人；水准尺一付； 尺垫一付；记录板一只
计算高程的方法：
高差法 ：hAB =a-b ; HB=HA+hAB 视线高程法 ： HI= HA+a
HB=HI -b
§2-2 水准测量的仪器和工具
水准仪按精度分 精密水准仪 DS05 DS1 普通水准仪 DS3 DS10
一、DS3型水准仪的构造
望远镜
水准器 基座
目镜
物镜调焦螺旋
准星
微倾螺旋
物镜
脚螺旋
2、尺垫：三角形、半圆形；铸铁制造 作用：标志转点位，防止土质下沉
§2-3 水准仪的使用
调目镜，看清十字丝 用照门、准星，初找目标 对光、精瞄 检查、消除视差
§2-4 水准测量的外业
一、水准点、转点的概念
1、水准点（Bench Mark）：已知高程点 作用：统一全国的高程系统 满足各种测量需要
h1
１、闭合水准路线
高差闭合差：
A
ƒh= h测≤fh允 ２、附合水准路线
h5
4 h4 3
ƒh= h测-（H终-H始)≤fh允
2 A
1
３、支水准路线
A
ƒh= h往+ h返≤fh允
1
1 h2 2
h3 B
3
2
调 整 的 前 提 条 件 ： fh fh允； 否 则 重 测
精度要求：fh允 =
调
整
abh 引测其它点的高程
种类：永久性 临时性
2、转点（TPi /ZDi)：传递高程的过渡点 作用：传递高程
（无固定点位，无须计算其高程）
二、水准测量的实施
a2
a1
b1
b2 a3
A
1 TP1 2
TP2 3
第 1 站： h1=a1-b1 第 2 站： h2=a2-b2
第 3 站： h3=a3-b3 第 4 站： h4=a4-b4
CHAPTER 2 水 准 测 量
水准测量 三角高程测量 高程测量的方法 气压高程测量 GPS高程测量
§2-1 水准测量原理 利用仪器提供水平视线，
前进方向
测定地面上两点间的高差， 推算待测点的高程
a 水平视线
b
A
HI
HA
平均海水面
B hAB
HB?
A：后视点， a：后视读数； B：前视点， b：前视读数。
的高程系统。(Ⅰ~Ⅳ） 分为：①1956黄海高程系
②1985国家高程基准 关系：H85=H56-0.029m
0.1829m 0.0289m
江苏境内各新旧高程系统 的关系 1985年国家高程基准 1956年黄海高程系
废黄河零点
吴淞零点
国家一等水准网
沿地质构造稳定和 坡度平缓的交通线 布满全国，构成网 状。路线全长为 93 000多公里，有 100个闭合环，环 长为800～1500公 里
≤80
三丝能 读数
注：1. L为水准路线长度，以km计
前后 视距 离差 （m)
≤2
≤3
2. K为路线或测段长度，以km计
前后 视距 离累 积差 （m)
≤5
表6-11
黑红 黑红 面读 面所 数差 测高 （mm) 差之
差 （mm)
2
3
≤10
3
5
双面尺法
（二）观测方法
观测顺序：“先黑后红”
1、安置仪器
“后后前前”
fh允；否则重测。
计算点的 高程
第i测段的正确高差：hi正
12（hi往hi返）
第i待测点的高程：Hi Hi1hi正
第i待测点的高程：Hi=Hi-1+hi正
支 水 准 路 线
fh允125488mm， fhfh允
例题 A
点 测站 号数
1
hi 测 （m)
2
改正数 (m)
A 12
1 18 2
13 3
11 B ∑ 54
0.213
1212
1367
-0.365
1732
7513 - 6685 = 0.828
高程 (m) 27.354
28.182
备注 已知
三、水准测量的检核
（一）测站校核 １、变仪器高法 (两次成果之差≤5mm) ２、双面尺法
（二）计算校核
4 0 1 2
L mm n mm
（三）成果校核（路线校核）
△a=|a2-a2正|≤5mm，
不需校正，否则校正。
复几次，直至条件满足为 止。
实验三： 1、内容：水准仪的检校 2、要求：按序检查仪器应满足的几何条件 3、仪器安排： 1台/2人；水准尺一付； 尺垫一付；记录板一只；皮尺一把
§2-9 水准测量误差分析
一、误差来源： （1）仪器不够完善 （2）观测者感觉的限制 （3）外界条件的变化 二、误差分析 1、仪器误差：
+1.2435
-0.2 -0.1
¨ ¨¨ ¨¨ ¨¨
¨¨ ¨¨ ¨¨ ¨¨
每 ∑：169.5 169.6
页 校
∑：△D末=-0.1m
核 ∑：D总=339.1m
29.291 - 24.935 = +2.1780×2 ∑h黑+ ∑h红=+4.356