水准测量原理

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基本原理

水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。

1.高差法

 如图所示，若已知A点的高程AH，欲测定B点的高程BH。在A、B两点上竖立两根尺子，并在A、B两点之间安置一架可以得到水平视线的仪器。

假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A尺（后视）读数为a，B尺（前视）读数为b ，

则A、B两点之间的高程差（简称高差ABh）为H_AB=a-b

 于是B点的高程BH为        H_B=H_A+h_AB              H_B=H_A+h_AB=H_A+a-b

这种利用高差计算待测点高程的方法，称高差法。这种尺子称为水准尺，所用的仪器称为水准仪

2．仪高法

由式H_B=H_A+h_AB 可以写为H_B=(H_A+a)-b

如图所示，即H_B=H_i-b

上式中iH是仪器水平视线的高程，常称为仪器高程或视线高程。仪高法是，计算一次仪高，就可以测算出几个前视点的高程。即放置一次仪器，可以测出数个前视点的高程。 综上所述，高差法和仪高法都是利用水准仪提供的水平视线测定地面点高程。

必须注意

 ①前视与后视的概念一定要清楚，不能误解为往前看或往后看所得的水准尺读数。 

②两点间高差ABh是有正负的，计算高程时，高差应连其符号一并运算。在书写ABh时，注意h的下标，ABh是表示B点相对于A点的高差；BAh则表示是A点相对于B点的高差。ABh与BAh的绝对值相等，但符号相反。

水准仪和水准尺

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水准仪 (level)

由望远镜、水准器和基座三部分组成。

1、望远镜 (telescope) ——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。

2、水准器 (bubble) 有两种：

　　圆水准器 (circular bubble) ——精度低，用于粗略整平；水准管 (bubble tube) ——精度高，用于精平。

　　特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。

3、基座 (tribrach)

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水准尺 (leveling staff)

1、尺面分划为 1cm ，每 10cm 处（ E 字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。

2、双面尺的红面尺底刻划。

3、尺垫 (staff plate)。放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。

水准仪的使用

►➀-粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

1、方法：对向转动脚螺旋 1 、 2 ——使气泡移至 1 、 2 方向的中间——转动脚螺旋 3 ，使气泡居中。

2、规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

►➁-瞄准

1、方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。

2、视差

概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。

产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。

消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。

►➂-精平

1、方法：如图所示微倾式水准仪 (tilt level) ，调节微倾螺旋，使水准管气泡成像抛物线符合。

2、说明：若使用自动安平水准仪（ compensator level ），仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。

►➃-读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

1、方法：从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。

2、规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。

水准仪的检验与校正

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圆水准器的检验与校正

1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转 180 °，看气泡是否居中。

2、校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半 , 再用拨针拨动三个“校正螺旋”，使气泡居中。

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十字丝横丝的检验与校正

1、检验：整平后，用横丝的一端对准一固定点 P ，转动微动螺旋，看 P 点是否沿着横丝移动。

2、校正：旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右 2 个“校正螺丝”。

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水准管轴平行于视准轴（ i 角）的检验与校正

1、检验：

（1）平坦地上选 A 、 B 两点，约 50m 。

（2）在中点 C 架仪，读取 a 1 、 b 1 ，得 h 1 =a 1 -b 1。

（3）在距 B 点约 2 — 3m 处架仪，读取 a 2 、 b 2 ，得 h 2 =a 2 -b 2。

（4）若 h 2 ≠ h 1 , 则水准管轴不平行于视准轴，有 i 角。

因为① h1 为正确高差② b2 的误差可忽略不计，故有：

对于 S 3 水准仪，若 i 角大于20n 时，需校正。

2、校正方法有二种：

（1）校正水准管

旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准 (a 2 ' =h 1 +b 2 ) ，拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。

（2）校正十字丝——可用于自动安平水准仪

保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准 a 2 ' 。

 自动安平水准仪简介

1、原理——与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。

2、使用——粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。

3、检校——与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。

 精密水准仪简介

1、精密水准仪 —— 提供精确的水平视线和精确读数。

2、精密水准尺 —— 刻度精确 ( 铟钢带水准尺 invar leveling staff) 。

3、读数方法

（1）精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。

（2）读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。如 : 14865.0mm 。

 

 数字水准仪简介

1、具有自动安平、显示读数和视距功能。

2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。

水准测量误差

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仪器误差

主要有：视准轴不平行于水准管轴（ i 角）的误差、水准尺误差

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操作误差

主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。

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外界条件影响的误差

主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。

注意事项

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观测

1. 观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺；

2.仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架；

3.前后视距应尽可能相等；

4.每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数；

5.注意对仪器的保护，做到 “ 人不离仪器 ” ；

6.只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。

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记录

1.认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄；

2.字体要端正、清楚、不准涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写；

3.每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。

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扶尺

1.扶尺人员认真竖立水准尺；

2.转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫；

3.水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。