水准测量原理与方法

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，因而视线 高法在地形测量和施工测 量中被广泛采用。
2.2 水准仪的基本结构及其使 用
一、水准仪的初步认识
普通水准仪
自动安平水准仪
电子水准准仪
二、水准仪的基本部件 水准仪是指能够提供水平视线的仪器，主要由望远
上式表明待定点高程测量实际上为两相邻点之间的 高差测量。高程测量的实质就是高差测量。
当根据一个已知高程的后视点，同时测定多个未知点 高程时，可利用仪器的视线高程 H i 计算：
Hi HA a HB Hi b
视线高法 利用视线高测未知点高程示意图
视线高法
←b1
1 a
←b2
BM
2
←b3 3
例1：
双面尺的一面用黑白相间刻画，称为黑面尺或主尺， 另一面用红白相间刻画称为红面尺或副尺。
黑面尺起始读数为零，红面尺的起始读数分别为 4.687m和4.787m。双面尺必须成对使用。
直尺、折尺和和塔尺
2、尺垫
当两个水准点之间距离较远或高差较大，直接测定 两点高差有困难时，应在中间设立若干个中间点（转 点），以传递高差。尺垫的作用是在转点处放置水准尺， 踩入土中，可防止水准尺下沉。
安置一台能提供水平视线的水准仪，在A、B两点上分
别竖立带刻划的水准尺，根据水准仪的水平视线，在A
点尺上读数，记为 a
为 b 。如下图
，在B点尺上读数，记
hAB H B H A a b
水准测量沿点A到点B方向进行。如果A点为已知高
程点，则在 A点的水准尺读数 a 称为后视读数， B点
为欲求高程的点，B点的水准尺读数 b 称为前视读数。 高差 等于后视读数减去前视读数。即有：hAB
尺垫
水准仪器使用
水准仪的安置
安置方法
打开三脚架并使高度适中， 目估使架头大致水平，脚架伸 缩螺旋拧紧适度。架腿安置稳 固。
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。
水准仪器使用
仪器粗平
粗平方法：（左手法则）
气泡未居中而位于a 处，则先按图上箭头所指的方向用两手同时 相对转动脚螺旋①和②，气泡将沿①和②连线方向移动，使气泡移到 b的位置。
2.1 水准测量原理
水准测量是测定地面点高程的主要方法之 一，是使用水准仪和水准尺，根据水平视线测 定两点之间的高差，从而由已知点的高程推求 未知点的高程。
一、水准测量原理
水准测量是利用水准仪提供一条水平视线并借
助水准尺，测定两点间的高差，由已知点高程推算未
知点的高程。
欲测定A、B两点间的高差 hAB ，可在A、B两点间
b B
hAB
HB
例2：
已知A点高程HA=423.518m，要
测出某水平场地待定点1、2、3的 高程。
标尺 a
b1
b2
b3
读数 1.563 0.953 1.152 1.328
视线高程 Hi=HA+a=23.518＋1.563＝25.081m
各待定点高程分别为：
H1＝Hi－b1＝25.081－0.953＝24.128m H2＝Hi－b2＝25.081－1.152＝23.929m H3＝Hi－b3＝25.081－1.328＝23.753m
望远镜成像原理示意图
水准器及其灵敏度
水准器：用来指示视准轴是否水平的装 置。分圆水准器和管水准器两种。
圆水准器：安装在基座上，供粗略整平 用；管水准器安装在望远镜旁，用于精确整 平视准轴。
圆水准器
圆水准器是个玻璃 容器，上面有同心圆的 刻划。上盖的内表面是 圆球形，同心圆圆心处 的曲率半径就是圆水准 器的轴。“气泡居中” 即水准器的轴垂直 。
镜、水准器和基座三部分组成。水准测量所使用的仪器 为水准仪、工具有水准尺和尺垫。
目前我国水准仪有4个系列，即DS05，DS1，DS3， DS10。其中：D—大地测量； S—水准仪；3—仪器所能 达到精度，即每千米水准测量的误差，以毫米计（05代 表0.5mm，1代表1mm）。
水准仪各部件示意图
望远镜
用于瞄准目标并在水准尺上读数。主要由物镜、十 字丝分划板、调焦透镜和目镜四等主要部分组成。
物镜和对光透镜的作用：使物体在十字丝平面 上成像。
十字丝的作用：照准尺子和读数。竖向的称为 竖丝，横向的长丝称为横丝（中丝）。横丝上下的两 条对称的短丝称为视距丝，用于测量距离。
十字丝交点与物镜光心的连线称为视准轴。
然后单独转动脚螺旋③，气泡将沿①和②连线垂线方向移动， 使气泡居中。如有偏差可重复进行。 原则：气泡移动的方向始终和左手大拇指移动的方向一致。
水准仪器使用
管水准器
管水准气泡居中表示水准仪视线水平
为提高目估水准管气泡居中精度，微倾式水准仪的 水准管上方安装有复合棱镜系统。如果气泡不居中，气 泡的两个半边影象不重合。
四、自动安平水准仪
• 自动安平水准仪： • 利用水准管整平仪器费时费力，目前多采用补
偿器代替复合棱镜系统，取消水准管。使用时 只需用圆水准器粗略整平，补偿器可使仪器视 线精确水平。
高差计算公式 hAB a b
高差 hAB的符号有正有负。当高差为正时，
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。
计算高差 hAB 时，一定要用后视读
数减去前视读数，次序不能颠倒。
根据A点高程和所测的A、B两点间的高差，可求得B点 的高程：
HB HA hAB HA (a b)
已知点A的高程为HA=52.623m，后视读数 a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。
根据高程测量原理：
hAB = a －b =1.571－0.685
=0.886 m
B点高程为：
HB =HA+ hAB = 52.623＋0.886
= 53.509 m
a HA+a
A
HA
前进方向
大地水准面 图2.1
自动安平水准仪
五、水准尺和尺垫
1、普通水准尺： 普通水准尺折按其构造不同可分为，折尺，塔尺，
直尺等几种。 普通水准尺按尺面来分有单面尺，双面尺。
2、精密水准尺 用于高精度的水准测量。精密水准尺的分划是漆在
铟瓦合金带上。
水准尺
水准尺是水准测量的标尺。地面水准测量常用的水 准尺有直尺和塔尺两种。
尺上刻画一般1cm或5mm一格。塔尺多用于地形测量， 双面尺多用于三、四等水准测量。