水準儀測量高程的方法和步驟

1、燃氣有限公司 天然氣管道水準儀測量高程的方法和步驟內容：理解水準測量的基本原理；掌握 DS3 型微傾式水準儀、自動安平水準儀的構造特點、水準尺和尺墊；掌握水準儀的使用及檢校方法；掌握水準測量的外業(yè)實施（觀測、記錄和檢核）及內業(yè)數(shù)據(jù)處理（高差閉合差的調整）方法；了解水準測量的注意事項、精密水準儀和電子水準儀的構造及操作方法。重點：水準測量原理；水準測量的外業(yè)實施及內業(yè)數(shù)據(jù)處理。難點：水準儀的檢驗與校正。§2.1 高程測量（ Height Measurement ）的概念測量地面上各點高程的工作 , 稱為高程測量。高程測量根據(jù)所使用的儀器和施測方法的不同，分為：（1）水準測量 (leve

2、ling)（2）三角高程測量 (trigonometric leveling)（3）氣壓高程測量 (air pressure leveling)（4）GPS 測量 (GPS leveling)§2.2 水準測量原理一、基本原理水準測量的原理是利用水準儀提供的“水平視線”，測量兩點間高差，從而由已知點高程推算出未知點高程。a 后視讀數(shù) A 后視點b 前視讀數(shù) B 前視點1、A、B兩點間高差： 2、測得兩點間高差 后，若已知 A 點高程 ，則可得B點的高程：。3、視線高程： 4、轉點 TP(turning point) 的概念：當?shù)孛嫔蟽牲c的距離較遠，或兩點的高差太大，放置一次儀器不能測

3、定其高差時，就需增設若干個臨時傳遞高程的立尺點，稱為轉點。二、連續(xù)水準測量如圖所示，在實際水準測量中， A 、B 兩點間高差較大或相距較遠，安置一次水準儀不能測定兩點之間的高差。此時有必要沿 A 、B 的水準路線增設若干個必要的臨時立尺點，即轉點（用作傳遞高程）。根據(jù)水準測量的原理依次連續(xù)地在兩個立尺中間安置水準儀來測定相鄰各點間高差，求和得到 A 、B 兩點間的高差值，有：h 1 = a 1 b 1h 2 = a 2 b 2則： h AB = h 1 + h 2 + + h n = h = a b結論： A 、B 兩點間的高差 等于后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和。§ 2.3 水準儀和

4、水準尺一、水準儀 (level)如圖所示，由望遠鏡、水準器和基座三部分組成。 DS3微傾式水準儀 自動安平水準儀1、望遠鏡 (telescope) 由物鏡、目鏡和十字絲（上、中、下絲）三部分組成。2、水準器 (bubble) 有兩種：圓水準器 (circular bubble) 精度低，用于粗略整平；水準管 (bubble tube) 精度高，用于精平。特性：氣泡始終位于高處，氣泡在哪處，說明哪處高。3、基座 (tribrach)二、水準尺 (leveling staff)水準尺主要有：單面尺、雙面尺和塔尺。1、尺面分劃為 1cm ，每 10cm 處（ E 字形刻劃的尖端）注有阿拉伯數(shù)字。2、

5、雙面尺的紅面尺底刻劃：一把為 4687mm ，另一把為 4787mm 。三、尺墊 (staff plate)放置在轉點上，為防止觀測過程中水準尺下沉。四、水準儀的使用操作程序：粗平瞄準精平讀數(shù)（一）粗平調節(jié)腳螺旋，使圓水準氣泡居中。1、方法：對向轉動腳螺旋 1 、2 使氣泡移至 1 、2 方向的中間轉動腳螺旋 3 ，使氣泡居中。2、規(guī)律：氣泡移動方向與左手大拇指運動的方向一致。（二）瞄準1、方法：先用準星器粗瞄，再用微動螺旋精瞄。2、視差概念：眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標像有相對運動。產生原因：目標像平面與十字絲平面不重合。消除方法：仔細反復交替調節(jié)目鏡和物鏡對光螺旋。（三）精平1、方

6、法：如圖所示微傾式水準儀 (tilt level) ，調節(jié)微傾螺旋，使水準管氣泡成像拋物線符合。2、說明：若使用自動安平水準儀（ compensator level ），儀器無微傾螺旋，故不需進行精平工作。（四）讀數(shù)精平后，用十字絲的中絲在水準尺上讀數(shù)。1、方法：從小數(shù)向大數(shù)讀，讀四位。米、分米看尺面上的注記，厘米數(shù)尺面上的格數(shù)，毫米估讀。2、規(guī)律：讀數(shù)在尺面上由小到大的方向讀。故對于望遠鏡成倒像的儀器，即從上往下讀，望遠鏡成正像的儀器，即從下往上讀。如圖所示，從小向大讀四位數(shù)為 0.725 米 。§ 2.4 水準測量的實施與成果整理一、水準點 (Bench Mark)通過水準測量方

7、法獲得其高程的高程控制點，稱為水準點 BM ，一般用表示。有永久性和臨時性兩種。（見圖）二、水準路線 (leveling line)水準路線依據(jù)工程的性質和測區(qū)情況，可布設成以下幾種形式：1、閉合水準路線 (closed leveling line) 。由已知點 BM1 已知點 BM12、附合水準路線 (annexed leveling line) 。由已知點 BM1 已知點 BM23、支水準路線 (spur leveling line) 。 由已知點 BM1 某一待定水準點 A 。4、水準網：若干條單一水準路線相互連接構成的圖形。三、水準測量的實施（外業(yè)）1、觀測要求如圖，有：（1）水準儀安

8、置在離前、后視距離大致相等之處。（2）為及時發(fā)現(xiàn)觀測中的錯誤，通常采用“兩次儀器高法”或“雙面尺法”。兩次儀器高法：高差之差 h-h'< ±5mm ；雙面尺法，紅黑面讀數(shù)差 <±3mm h 黑 -h 紅 <±5mm 。2、水準測量記錄表注意：（1）起始點只有后視讀數(shù)，結束點只有前視讀數(shù)，中間點既有后視讀數(shù)又有前視讀數(shù)。（2） ，只表明計算無誤，不表明觀測和記錄無誤。四、水準測量的成果處理（內業(yè)）（一）計算閉合差： 1、閉合水準路線： 2、附合水準路線： （二）分配高差閉合差1、高差閉合差限差（容許誤差）對于普通水準測量，有： 式中， 高差

9、閉合差限差，單位： mmL 水準路線長度，單位： km ； n 測站數(shù)2、分配原則：按與距離 L 或測站數(shù) n 成正比，將高差閉合差反號分配到各段高差上。（三）計算各待定點高程用改正后的高差和已知點的高程，來計算各待定點的高程。五、水準測量的成果實例【例】如圖為按圖根水準測量要求施測某附合水準路線觀測成果略圖。 BM-A 和 BM-B 為已知高程的水準點，圖中箭頭表示水準測量前進方向，路線上方的數(shù)字為測得的兩點間的高差 ( 以 m 為單位 ) ，路線下方數(shù)字為該段路線的長度 ( 以 km 為單位 ) ，試計算待定點 1 、2 、3 點的高程。解算如下：第一步計算高差閉合差： 第二步計算限差：

10、因為 ，可進行閉合差分配。第三步計算每 km 改正數(shù)： 第四步計算各段高差改正數(shù)： 。四舍五入后，使 。故有： V 1 =- 8mm ， V 2 =- 11mm ， V 3 =- 8mm ， V 4 =- 10mm 。第五步計算各段改正后高差后，計算 1 、2 、3 各點的高程。改正后高差 = 改正前高差 + 改正數(shù) ViH 1 =H BM-A +(h 1 +V 1 )=45.286+2.323=47.609(m)H 2 =H 1 +(h 2 +V 2 )=47.509+2.802=50.411(m)H 3 =H 2 +(h 3 +V 3 )=50.311-2.252=48.159(m)HBM

11、-B =H 3 +(h 4 +V 4 )=48.059+1.420=49.579(m)可用 EXCEL 軟件計算如下圖：§ 2.5 水準儀的檢驗與校正一、水準儀軸線的幾何關系水準儀軸線應滿足的幾何條件是：1、水準管軸 LL/視準軸CC2、圓水準軸 L'L'/豎軸VV3、橫絲要水平（即：豎軸 VV）如下圖所示：二、水準儀的檢驗與校正（一）圓水準器的檢驗與校正1、檢驗：氣泡居中后，再將儀器繞豎軸旋轉 180 °，看氣泡是否居中。2、校正：用腳螺旋使氣泡向中央移動一半 , 再用撥針撥動三個“校正螺旋”，使氣泡居中。（二）十字絲橫絲的檢驗與校正1、檢驗：整平后，用橫

12、絲的一端對準一固定點 P ，轉動微動螺旋，看 P 點是否沿著橫絲移動。2、校正 ：旋下目鏡處的十字絲環(huán)外罩，轉動左右 2 個“校正螺絲”。（三）水準管軸平行于視準軸（ i 角）的檢驗與校正1、檢驗：（1）平坦地上選 A 、B 兩點，約 50m 。（2）在中點 C 架儀，讀取 a 1 、b 1 ，得 h 1 =a 1 -b 1（3）在距 B 點約 2 3m 處架儀，讀取 a 2 、b 2 ，得 h 2 =a 2 -b 2（4）若 h 2 h 1 , 則水準管軸不平行于視準軸，有 i 角。因為 h1 為正確高差 b2 的誤差可忽略不計，故有：對于 S 3 水準儀，若 i 角大于 時，需校正。2、校

13、正方法有二種：（1）校正水準管旋轉微傾螺旋，使十字絲橫絲對準 (a 2 ' =h 1 +b 2 ) ，撥動水準管“校正螺絲”，使水準管氣泡居中。（2）校正十字絲可用于自動安平水準儀保持水準管氣泡居中，撥動十字絲上下兩個“校正螺絲”，使橫絲對準 a 2 ' 。§ 2.6 自動安平、精密、電子水準儀簡介一、自動安平水準儀 (compensator level)1、原理與普通水準儀相比，在望遠鏡的光路上加了一個補償器。2、使用粗平后，望遠鏡內觀察警告指示窗若全部呈綠色，方可讀數(shù)；最好狀態(tài)是指示窗的三角形尖頂與橫指標線平齊。3、檢校與精通水準儀相比，要增加一項補償器的檢驗，即

14、：轉動腳螺旋，看警告指示窗是否出現(xiàn)紅色；以此來檢查補償器是否失靈。二、精密水準儀 （ precise level ） （每公里往返平均高差中誤差 1mm ）1、精密水準儀 提供精確的水平視線和精確讀數(shù)。精密水準儀2、精密水準尺 刻度精確 ( 銦鋼帶水準尺 invar leveling staff) 。3、讀數(shù)方法（1）精平后，轉動測微螺旋，使十字絲的楔形絲精確夾準某一整分劃線。（2）讀數(shù)時，將整分劃值和測微器中的讀數(shù)合起來。如 : 14865.0mm 。三、數(shù)字水準儀 (digital level) 及條紋碼水準尺 (coding level staff)1、具有自動安平、顯示讀數(shù)和視距功能。

15、2、能與計算機數(shù)據(jù)通訊，避免了人為觀測誤差。§ 2.7 水準測量誤差及注意事項來源有：儀器誤差、操作誤差、外界條件影響。一、儀器誤差主要有：視準軸不平行于水準管軸（ i 角）的誤差、水準尺誤差二、操作誤差主要有：水準氣泡未嚴格居中、視差、估讀誤差、水準尺未豎直。三、外界條件影響的誤差主要有：儀器下沉、尺墊下沉、地球曲率、大氣折光、氣溫和風力。四、水準測量的注意事項：(一）觀測：1、觀測前應認真按要求檢驗水準儀和水準尺；2、儀器應安置在土質堅實處，并踩實三角架；3、前后視距應盡可能相等；4、每次讀數(shù)前要消除視差，只有當符合水準氣泡居中后才能讀數(shù)；5、注意對儀器的保護，做到 “ 人不離儀器 ” ；6、只有當一測站記錄計算合格后才能搬站，