3水 准 测 量
高程测量：测定地面点高程的工作
高程测量的方法
水准测量——用水准仪进行高程测量的工作，是高程测量的主要方法。
使用仪器：水准仪
水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。
其他高程测量方法：三角高程测量、GPS测量
水准测量的等级
分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）
一等水准测量:——仅在国家等级中存在
作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;
科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）
二等水准测量:
作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量
三、四等水准测量:
作为小地区的高程控制；普通工程测量
图根水准（普通水准）
水 准 测 量 原 理
水准测量是利用能提供一条水平视线的仪器，测定地面两点之间的高差，已知
一点高程，推算另一点高
程的一种方法。
要求：测量A，B两点间的高差h
思路：
在A，B上竖立标尺，
用水准仪构筑一条水平视线
该视线在两尺上截得读数a和b
则B比A高出
h=a-b
注：高差h有正有负
为了避免计算高差时发生正、负号的错误，在书写高差时必须注意下标的写法。例如hAB是表示由A点至B点的高差；而hBA表示由B点至A点的高差，即
直接利用高差hAB计算B点高程的方法称为高差法。
利用仪器视线高程Hi计算B点高程的方法称为视线高法。
Hi ＝ HA＋a
HB＝HA＋（a－b）＝Hi－b
水准仪的构造
由望远镜、水准器及基座三个主要部分组成。
水准仪
等级(精度系列)：
DS05 DS1 DS3 DS10
型号下标：毫米数，表示
1公里往、返测量的高差平
均值的中误差(由于仪器引
起的) 。
构造：
望远镜
水准器
基座
望远镜组成
物镜 调焦透镜 十字丝分划板 目镜
视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。
物镜的作用：把目标成象（拉近）。
目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。
十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为目镜调焦。
调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为物镜调焦。
水准仪的主要轴线：
望远镜视准轴（俗称视线），用于观察尺子，取读数
水准管轴，水准管是水平状态指示器。用于把其轴置平
仪器要求这两个轴平行。从而可以借助水准器把视线置平
圆水准器 灵敏度 8?/2mm 用于仪器粗平
管水准器 灵敏度20?/2mm 用于仪器精平
水准器分圆形和管形两种
管水准器是个玻璃容器，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。
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。
水准尺和尺垫
水准尺
直尺、塔尺、折尺
尺长3m / 5m
1cm分划
10cm注记
黑面起点：0
直尺：双面(黑、红)水准尺，尺常数4.687m、4.787m，用于三等以下水准路线测量。
塔尺：可伸缩，伸足为3米、5米，用于一般工程测量。
尺垫：转点立尺用。
尺垫
防止尺子下沉
转点使用
水准仪的安置和使用
安置： 用连接螺旋把仪器固定在三脚架上
粗平：使三脚架架头大致水平;转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中
瞄准
精平
读数
符合气泡
(警告窗为绿色)
读数 mm (四位)
粗平
用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个脚架，动第三个脚架，使三脚架架头大致水平;转动脚使螺旋圆水准器的气泡居中
视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。
视差：
望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。
现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，
十字丝与目标的像有相对移动。
消除视差的步骤：
目镜调焦，使十字丝最清晰；
物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。
瞄准步骤
目镜对光 调节目镜调焦螺旋，使十字丝成像清晰。
粗略瞄准 放松制动螺旋，转动望远镜使准星照门对准目标，拧紧制动螺旋。
物镜对光 调节物镜调焦螺旋，使目标成像清晰。
消除视差 交替调节目镜螺旋和物镜调焦螺旋直至目标成像清晰稳定。
消除视差的步骤：
目镜调焦，使十字丝最清晰；
物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。
精确瞄准 调节水平制动螺旋，使竖丝处于水准尺的中央
精平和读数
精平 用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合）
读数 用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也 是必须记录的数字。）
转点 转点在测量中起传递高程的作用，既有前视读数、又有后视读数。
转点：
水准测量常需多次设站把高
程传递到待定点。为此必须
利用转点。在转点上水准尺
有二次工作状态。必须保证
转点状态不变。
遇到的问题：
土质松软转点会下沉；
平坦的硬质路面上立尺会因
尺子倾斜状态不同引起高度
变化；
水准仪架在松软的土质上也
有下沉的可能；
对策：
选择有棱角的硬物做转点
携带专用的测垫或测桩做转点
采用“时间对称”的工作流程，削弱“随时间而变化的因素”
对测量成果的不良影响，如水准测量采用“后—前—前—后”的流程。
水准测量的校核方法和精度要求
测站校核
双仪高法
一测站两次安置仪器（改变10cm以上）
双仪器法
一测站两台仪器同时观测
双面尺法
采用红黑两面尺进行读数校核
测站校核可以校核本测站的测量成果是否符合要求，但不能校核路线测量成果。
路 线 校 核
附合水准路线
闭合水准路线
支水准路线
闭合水准路线
∑h理 ＝ 0
∑h测 ≠ 0
fh= ∑h测
平原丘陵区：
Fh容=±40 L?
L－路线长度 km
山区：
Fh容=±12 n?
n – 测站数
附合水准路线
∑h理＝(H终 － H始) ∑h测≠(H终 － H始)
fh= ∑h测-(H终 － H始)
平原丘陵区：Fh容=±40 L? L－路线长度 km
山区： Fh容=±12 n? n – 测站数
支水准路线
∑h理＝(∑ h往 + ∑ h返)＝0 ∑h测 ≠ 0
fh= (∑ h往 + ∑ h返)
平原丘陵区：Fh允=±40 L? L－路线长度(单程) km
山区： Fh允=±12 n? n – 测站数(单程)
闭合水准路线高差闭合差的调整
高差闭合差的改正
按路线长度进行分配
V hi =(-f h/ ∑L) ×Li
按测站数进行分配
V hi =(-f h/ ∑n) × ni
V hi －某高差观测值的改正值
∑L －水准路线总长
Li －第i 段长度
∑n －测站总数
n i －某段高差的测站数
附和水准路线高差闭合差的调整
高差闭合差的改正
按路线长度进行分配
V hi =(-f h/ ∑L) ×Li
按测站数进行分配
V hi =(-f h/ ∑n) × ni
V hi －某高差观测值的改正值
∑L －水准路线总长
Li －第i 段长度
∑n －测站总数
n i －某段高差的测站数
支水准路线高差闭合差的调整
取往测和返测高差绝对值的平均值作为 两点间的高差值，其符号与往测相同
hi平均= (hi往 + ∣hi返∣)/2
根据起点高程，以各段平均高差推算各测点的高程
Hi= H起点 + hi平均
水准测量误差分析及减弱措施
仪器误差
水准仪虽然经过检验和校正，但仍然存在残余误差。应严格按照操作规程进行测量，以减轻仪器误差对高差的影响。
水准管气泡的居中误差
水准测量的主要条件是视线必须水平。因此，每次读数前必须使水准管气泡居中。
读数误差
读数时，要消除视差并仔细对光，读数估读至毫米。
立尺不竖直误差
水准尺不竖直会造成读数增大，而且倾斜程度越大，误差越大，使用时，使尺气泡居中。
仪器和标尺下沉误差
在松软的土地上测量时，脚架和尺垫应该踩实，以防止下沉，迅速观测，减小影响。
地球曲率和大气折光误差
采用前后视距大致相等来抵消其影响。
高程控制测量
选定水准
路线和水准点：
水准路线应沿利于施测的公路、大路及坡度较小的乡村路布设。水准路线尽量避免跨越500m以上的河流、湖泊、沼泽等障碍物。
水准点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地点。下列地点不应选设水准点:
a. 易受水淹、潮湿或地下水位较高处;
b.易发生土崩、滑坡、沉陷的地点;
c. 距铁路50 m、距公路30。以内(特殊情况可酌情处理);
d.短期内由于建设发展，可能毁坏标石或阻碍观测的地点。
水准观测
观测方法
四等水准测量采用中丝读数法进行单程观测。
支线必须往返测或单程双转点观测。
设置测站的要求
四等水准测量采用尺台作转点尺承。观测应在标尺分划线成像清晰稳定时进行，若成像欠佳，应酌情缩短视线长度。测站的视线长度、视线高度等按规定执行。
测站上观测顺序和方法
“后前前后”
a.后视标尺黑面(读取下上丝读数，中丝读数)；
b.前视标尺黑面(读取下上丝读数，中丝读数)；
c.前视标尺红面(读取中丝读数)；
d.后视标尺红面(读取中丝读数)。
后后前前
a.后视标尺黑面(读取下上丝读数，中丝读数)；
b.后视标尺红面(读取中丝读数)；
c.前视标尺黑面(读取下上丝读数，中丝读数)；
d.前视标尺红面(读取中丝读数)。
一测站的操作程序
a.首先整置仪器竖轴至垂直位置(望远镜绕竖轴旋转时，水准气泡两端分离不大于1 cm)；
b.将望远镜对准后视标尺黑面，用倾斜螺旋导水准气泡准确居中，按视距丝和中丝精确读定标尺读数(四等观测可不读上、下丝读数，直接读距离)；
c.照准前视标尺黑面，按b款操作，
d.照准前视标尺红面，按b款操作，此时只读中丝读数;
e.照准后视标尺红面，按d款操作。
使用单排分划的因瓦标尺观测时，对单排分划进行两次照准读数，代替基辅分划读数。
自动安平水准仪的操作程序与气泡式水准仪相同。每测站观测前，首先将概略整平水准气泡导至中央，然后按规定顺序照准标尺进行读数。转镜水准仪的操作程序，应按规定顺序照准标尺，而将黑面和红面分划的观测分别在两个镜位(或摆位)进行。
四等水准测量，采用单程双转点法观测时，在每一转点处，安置左右相距0. 5 m的两个尺台，相应于左右两条水准路线。每一测站按规定的观测方法和操作程序，首先完成右路线的观测，而后进行左路线的观测。
测站检核计算
视距部分
前视距＝(下丝－上丝) ×100÷1000 m
后视距＝(下丝－上丝) ×100÷1000 m
前后视距差＝后视距－前视距
= D后－ D前
前后视距累积差＝本
站视距差
+前站视距累积差
高差计算与检核
黑面尺所测高差：
＝黑面后视中丝－黑面前视中丝
h = a中 - b中
红面尺所测高差：
＝红面后视中丝－红面前视中丝
h′= a中′ - b中′
黑红面高差之差：
= 黑面尺所测高差－ 红面尺所测高差
△ h = h - h ′±100
高差中数＝( h + h ′±100 ) / 2
视距校核
视距累积差＝后视总和－前视总和
Σd ＝ ΣD后－ ΣD前
路线长度＝后视总和 + 前视总和
ΣD ＝ ΣD后 + ΣD前
高差检核
测站数为奇数时高差总和
＝(黑面高差总和+红面高差总和±100)/2
Σ h = (Σ h + Σh′±100) / 2
测站数为偶数时高差总和
＝(黑面高差总和+红面高差总和)/2
Σ h = (Σ h + Σ h′) / 2
本章小结
水准测量是高程测量的精密方法，其原理是利用水准仪提供的水平视线配合水准尺测定两点间的高差，然后根据已知点高程推算未知点高程。
水准仪的基本操作：粗平-瞄准-精平-读数。粗平是基础，精平是关键，视差要消除，读数要准确，记录要正确。
地面上A，B两点之间的高差hAB=a-b，这是计算高差的基本公式。当两点之间距离较远时，其高差的代数和等于后视总和减前视总和。
水准测量时，将仪器安置在距前后视距相等处，目的在于消除地球曲率，大气折光和视准轴不平行于水准管轴残余误差的影响。长距离水准测量实际上是水准测量原理的重复运用。通过设置若干牢固转点，逐点向前传递高程。为保证精度，水准测量常采用测站校核和路线校核的方法进行。高差闭和差是高差观测值与其理论值之差。将高差闭合差反符号，按与测站数或测段距离成正比的原则调整各段高差闭合差，求出改正后高差，然后推算出欲求点的高程。
四等水准测量采用“后后前前”或“后前前后”的方法进行观测。