水準(zhǔn)測(cè)量的方法及其實(shí)施

1、水準(zhǔn)測(cè)量的方法及其實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量的基本測(cè)法是：在圖 2-1 中，已知 A 點(diǎn)的高程為 H ，AABH 就可用下式計(jì)算求得：BBAAB差h 2-1所示，AB在 B 兩點(diǎn)上豎立水準(zhǔn)尺，兩點(diǎn)之間安置圖 2-1 水準(zhǔn)測(cè)量原理示意圖即水準(zhǔn)儀，設(shè)水準(zhǔn)儀的水平視線截在尺上的位置分別為M，過(guò)AABABh = a- bABb而 B 點(diǎn)稱(chēng)為前視點(diǎn)，其讀數(shù) b 為前視讀數(shù)。即h = 后視讀數(shù)-前視讀數(shù)AB視線高H=H +aiA（）(2-4）點(diǎn)高程H =H b-Bi因此，視線必須水平，是水準(zhǔn)測(cè)量中要牢牢記住的操作要領(lǐng)。水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺一、微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造如圖 2-2 螺旋，所以稱(chēng)微傾式水準(zhǔn)儀。1望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡

2、由物鏡、目鏡和十字絲三個(gè)主要部分組成，它的主要作用是能使我們看清遠(yuǎn)處的目標(biāo)，并提供一條照準(zhǔn)讀數(shù)值用的視線。轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋固定在望遠(yuǎn)鏡筒上，十字絲的上下兩條短線稱(chēng)為視距絲，的連線稱(chēng)為視準(zhǔn)軸。水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的作用是把望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸安置到水平位置。水準(zhǔn)器有管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器兩種形式。圓水準(zhǔn)器是一個(gè)玻璃圓盒，圓盒內(nèi)裝有化學(xué)液體，加熱密封時(shí)留有氣泡而成。圓水準(zhǔn)器內(nèi)表面是圓球面，中央畫(huà)一小圓，其圓心稱(chēng)為圓水準(zhǔn)器軸處于鉛垂位置，儀器達(dá)到基本水平狀態(tài)。封時(shí)留有氣泡而成，如圖 2-6 所示。水準(zhǔn)管內(nèi)壁圓弧中心為水準(zhǔn)管零點(diǎn)，過(guò)零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧相切的直管軸處于水平位置，也就是水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸處于水平位置。管上方裝有一組符合棱

3、鏡組，如圖 2-7a)所示。氣泡兩端的半影像經(jīng)過(guò)折反射之后，反映在望遠(yuǎn)鏡旁的觀測(cè)窗內(nèi)。3基座座內(nèi)，由基座承托整個(gè)儀器，儀器用連接螺旋與三腳架連接。二、水 準(zhǔn) 尺水準(zhǔn)尺是與水準(zhǔn)儀配合進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的工具。水準(zhǔn)尺分為直尺、折尺和塔尺，如圖 2-8a)所示。雙面水準(zhǔn)尺的分劃，一面是黑白相間4687mm或 4787mm。使用水準(zhǔn)尺前一定要認(rèn)清刻劃特點(diǎn)。尺墊是供支承水準(zhǔn)尺和傳遞高程所用的工具。水準(zhǔn)儀的技術(shù)操作在水準(zhǔn)儀的使用過(guò)程中，應(yīng)首先打開(kāi)三腳架，把架頭大致水平，高度適中，踏實(shí)腳架尖后，將水準(zhǔn)儀安放在架頭上并擰緊中心螺旋。水準(zhǔn)儀的技術(shù)操作按以下四個(gè)步驟進(jìn)行：粗平照準(zhǔn)精平讀數(shù)。一、粗平 2-10b)復(fù)進(jìn)行，

4、直至在任何位置水準(zhǔn)氣泡均位于分劃圓圈內(nèi)為止。在操作熟練后，不必將氣泡的移動(dòng)分解為兩步，視氣泡的具體位置而轉(zhuǎn)動(dòng)任兩個(gè)腳螺旋直接使氣泡居中。二、照準(zhǔn)表明存在著視差。有視差就會(huì)影響照準(zhǔn)和讀數(shù)精度，如圖 2-11a)b)所示。消除視差的方法是仔細(xì)且反復(fù)交替地調(diào)節(jié)目鏡和物鏡對(duì)光螺旋，使十字絲和目標(biāo)影像共平面，且同時(shí)都十分清晰，三、精平做法是：慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使觀察窗中符合水準(zhǔn)氣泡的影象符合。有慣性，在轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋時(shí)要慢、穩(wěn)、輕、速度不宜太快。垂的，當(dāng)望遠(yuǎn)境由一個(gè)目標(biāo)（后視）轉(zhuǎn)瞄另一日標(biāo)（前視）時(shí)，氣泡才能讀數(shù)。四、讀數(shù)圖 2-12 所示。讀數(shù)前要認(rèn)清水準(zhǔn)尺的刻畫(huà)特征，呈像要清晰穩(wěn)定。為了保證讀數(shù)的準(zhǔn)確

5、性，讀數(shù)時(shí)要按由小到大的方向，先估讀 mm數(shù)，再讀出dmcm數(shù)。讀數(shù)前務(wù)必檢查符合水準(zhǔn)氣泡影像是否和發(fā)生漏零現(xiàn)象。普通水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施一、水準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)路線水準(zhǔn)點(diǎn)是測(cè)區(qū)的高程控制點(diǎn)，一般縮寫(xiě)為“ ”符號(hào)表示。水準(zhǔn)路線依據(jù)工程的性質(zhì)和測(cè)區(qū)的情況，可布設(shè)成以下幾種形式：1.閉合水準(zhǔn)路線。如圖 2-13a)所示，是從一已知水準(zhǔn)點(diǎn) BM 出發(fā)，經(jīng)過(guò)測(cè)量各測(cè)A BM 的環(huán)形路線。A2.附合水準(zhǔn)路線。如圖 2-13b)所示，是從一已知水準(zhǔn)點(diǎn) BM 出發(fā)，經(jīng)過(guò)測(cè)量各測(cè)A BMB的路線。3.支水準(zhǔn)路線。如圖 2-13c)所示；是從一已知水準(zhǔn)點(diǎn) BM 出發(fā)，沿線往測(cè)其它1各點(diǎn)高程到終點(diǎn) 2點(diǎn)返測(cè)到 BM 1但必須是往

6、返施測(cè)的路線。圖 2-13 水準(zhǔn)路線圖311(2)將水準(zhǔn)儀粗平后，先瞄準(zhǔn)后視尺，消除視差。精平后讀取后1(3)平轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)前視尺，精平后，讀取前視讀數(shù)值 b ，并記1(4)將儀器搬遷到第站，把第站的后視尺移到第站的轉(zhuǎn)點(diǎn)ZD 上，把原第站前視變成第站的后視。2(5)按(2)、(3)步驟測(cè)出第站的后、前視讀數(shù)值 a 、b ，并記入22(6)重復(fù)上述步驟測(cè)至終點(diǎn) B為止。(2-6)iii111A1h a -bH =H +h2222nnnBZDnnBA121計(jì)算校核ABBAH - h(2-10)BA2測(cè)站校核f =12 mmh容f =40 mmLh容h終始h（2-14）h往返hhhh1按測(cè)站數(shù)調(diào)整高

7、差閉合差ifiini數(shù)1+2.775-4.385ABM150BMBBMA2fhBMB34.74396BM+1.98 -0.012.694+1.969+2.335+2.69401Bn50f=ihi17ifihiL某一測(cè)段的長(zhǎng)度。i測(cè)段 測(cè) 段編 點(diǎn) 數(shù)號(hào)+2.774-4.383+1.968+2.335+2.694ABh(HBMBB,MAM3fii-0.010BLMB針旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，看豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活、均勻；微動(dòng)螺旋是否可靠；瞄斑、灰塵、油跡；腳螺旋或微傾螺旋均勻升降時(shí)，圓水準(zhǔn)器及管水準(zhǔn)動(dòng)架頭時(shí)，不應(yīng)有松動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理，微傾式水準(zhǔn)儀各軸線間應(yīng)具備的幾何關(guān)系是：圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)平行于儀器豎軸(L

8、 L VV ，十字絲 的橫絲應(yīng)垂直于儀器豎軸；水準(zhǔn)管軸應(yīng)平行于儀器視準(zhǔn)軸 (LLCC)，如圖2-16所示，其檢驗(yàn)與校正的具體做法如下： )一、圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正居中時(shí)，儀器的豎軸應(yīng)處于鉛垂?fàn)顟B(tài)。180。如果氣泡仍居中，說(shuō)明兩軸平行；如果氣泡偏移了零點(diǎn)，說(shuō)明兩軸不平行，需校正。校正方法：撥動(dòng)圓水準(zhǔn)器的校正螺絲使氣泡中點(diǎn)退回距零點(diǎn)偏離量的一半，如圖 2-18 所示。然后轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋使氣泡居中。檢驗(yàn)和校于刻劃圈內(nèi)為止。二、十字絲橫絲的檢驗(yàn)與校正絲應(yīng)水平。絲橫絲垂直于豎軸，如圖 2-19a)所示。如果該點(diǎn)離開(kāi)橫絲，說(shuō)明橫絲不水平，需要校正，如圖 2-19b)所示。校正方法：用螺絲刀松開(kāi)十字絲環(huán)的三個(gè)固

9、定螺絲，再轉(zhuǎn)動(dòng)十字三、管水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正視準(zhǔn)軸應(yīng)處于水平狀態(tài)。檢驗(yàn)方法：首先在平坦地面上選擇相距 100m 左右的 A 點(diǎn)和 B點(diǎn)，在兩點(diǎn)放上尺墊或打入木樁，并豎立水準(zhǔn)尺，如圖 2-20 所示。然后將水準(zhǔn)儀器安置在 A B 兩點(diǎn)的中間位置 C、準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸，視線在尺上的讀數(shù)分別為 a 和 b ，由于視11線的傾斜而產(chǎn)生的讀數(shù)誤差均為，則兩點(diǎn)間的高差 h 為：ABh a -bAB11由圖 2-20可知：a a,11a bh ) -b)= -ABABAB22AB(2-17)22AB用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn) A 點(diǎn)的水準(zhǔn)尺，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋將橫絲對(duì)準(zhǔn) ，22即氣泡影像不符合，如圖 2-21 所示。這時(shí)首先

10、用撥針?biāo)砷_(kāi)水準(zhǔn)管左管上、下校正螺絲，撥動(dòng)時(shí)應(yīng)先松后緊，以免損壞螺絲，直到氣泡影像符合為止。量時(shí)，一般要求前、后視距離基本相等。第六節(jié) 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀用水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的關(guān)鍵操作是用水準(zhǔn)管氣泡居中來(lái)獲得氣泡居中后，借助一種“補(bǔ)償器”的特別裝置，使視線自動(dòng)處于水平數(shù)值，提高水準(zhǔn)測(cè)量的精度。檢查讀數(shù)。其中粗平、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)方法和微傾式水準(zhǔn)儀相同，具體操作參閱本章第三節(jié)即可。檢查就是按動(dòng)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀目鏡下方的補(bǔ)償控制按鈕，查看平的情況下，按動(dòng)一次按鈕，如果目標(biāo)影響在視場(chǎng)中晃動(dòng)，說(shuō)明“補(bǔ)償器”工作正常，視線便可自動(dòng)調(diào)整到水平位置。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正與微傾式水準(zhǔn)儀相同。三、四等水準(zhǔn)測(cè)量一每一站的

11、觀測(cè)順序后視水準(zhǔn)尺黑面，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，讀取下、上絲讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)。前視水準(zhǔn)尺黑面，讀取下、上絲讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)。前視水準(zhǔn)尺紅面，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)；后視水準(zhǔn)尺紅面，轉(zhuǎn)動(dòng)微頓螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)。這樣的觀測(cè)順序簡(jiǎn)稱(chēng)為“后一前一前一后。其優(yōu)點(diǎn)是可以大后一后一前一前。二測(cè)站計(jì)算與檢核(1)視距計(jì)算前、后視距差，三等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)3m，四等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)5m。 前、后視距累積差，三等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)6m，四等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)10m。(2)同一水準(zhǔn)尺紅、黑面中絲讀數(shù)的

12、檢核同一水準(zhǔn)尺紅、黑面中絲讀數(shù)之差，應(yīng)等于該尺紅、黑面的常數(shù)差K(4.687或4.787)， 三等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)2mdR，四等水準(zhǔn)溯量，不得超過(guò)3a3m。(3)計(jì)算黑面、紅面的高差三等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)3mm，四等水準(zhǔn)測(cè)量，不得超過(guò)5mm。式內(nèi)0.100位。(4)計(jì)算平均高差三. 四等水準(zhǔn)測(cè)量限差及 四等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)手簿5成果計(jì)算計(jì)算方法與本書(shū)第二章所介紹的方法相同。這里順便介紹一下圖根水準(zhǔn)測(cè)量的用途及技術(shù)要求。圖根水準(zhǔn)測(cè)量是用于測(cè)定圖根點(diǎn)的高程及作工程水準(zhǔn)測(cè)量用的，其精度低于四等水準(zhǔn)測(cè)量，故又稱(chēng)為等外水準(zhǔn)測(cè)量。其觀測(cè)方法及記錄計(jì)算，參閱本書(shū)第二章。第八節(jié) 水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析一、儀器誤差1

13、儀器校正后的殘余誤差I(lǐng)角校正殘余誤差，這種影響與距離成正比，只要觀測(cè)時(shí)注意前、后視距離相等，可消除或減弱此項(xiàng)的影響。2水準(zhǔn)尺誤差由于水準(zhǔn)尺刻劃不準(zhǔn)確，尺長(zhǎng)變化、彎曲等影響，水準(zhǔn)尺必須經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)才能使用。標(biāo)尺的零點(diǎn)差可在一水準(zhǔn)段中使測(cè)站為偶數(shù)的方法予以消除。二、觀測(cè)誤差1水準(zhǔn)管氣泡居中誤差設(shè)水準(zhǔn)管分劃值為，居中誤差一般為0.15，采用符合式水準(zhǔn)器時(shí)，氣泡居中精度可提高一倍，故居中誤差為2讀數(shù)誤差在水準(zhǔn)尺上估讀毫米數(shù)的誤差，與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大倍率以及視線長(zhǎng)度有關(guān)，通常按下式計(jì)算3視差影響當(dāng)視差存在時(shí)，十字絲平面與水準(zhǔn)尺影像不重合，若眼睛觀察的位置不同，便讀出不同的讀數(shù)，因而也會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)誤

14、差。4水準(zhǔn)尺傾斜影響水準(zhǔn)尺傾斜將使尺上讀數(shù)增大。三、外界條件的影響1儀器下沉由于儀器下沉，使視線降低，從而引起高差誤差。采用“后、前、前、后”的觀測(cè)程序，可減弱其影響。2尺墊下沉如果在轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生尺墊下沉，將使下一站后視讀數(shù)增大。采用往返觀測(cè)，取平均值的方法可以減弱其影響。3 地球曲率及大氣折光影響用水平視線代替大地水準(zhǔn)面地尺上讀數(shù)產(chǎn)生的誤差為 C，則半徑為地球半徑的 7 倍，其折光量的大小對(duì)水準(zhǔn)讀數(shù)產(chǎn)生的影響為折光影響與地球曲率影響之和為如果前視水準(zhǔn)尺和后視水準(zhǔn)尺到測(cè)站的距離相等，則在前視讀數(shù)和后視讀數(shù)中含有相同的 。這樣在高差中就沒(méi)有這誤差的影響了。因此，放測(cè)站時(shí)要爭(zhēng)取“前后視相等”接近地面的

15、空氣溫度不均勻，所以空氣的密度也不均勻。光線在密度不勻的介質(zhì)中沿曲線傳布。這稱(chēng)為“大氣折光”?？傮w上說(shuō)，白天近地面的空氣溫度高，密度低，彎曲的光線凹面向上；晚上近地面的空氣溫度低，密度高，彎曲的光線凹面向下。接近地面的溫度梯度大大氣折光的曲率大，由于空氣的溫度不同時(shí)刻不同的地方一直處于變動(dòng)之中。所以很難描述折光的規(guī)律。對(duì)策是避免用接近地面的視線工作，盡量抬高視線，用前后視等距的方法進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量除了規(guī)律性的大氣折光以外，還有不規(guī)律的部分：白天近地面的空氣受熱膨脹而上升，較冷的空氣下降補(bǔ)充。因此，這里的從而增加讀數(shù)誤差。對(duì)策是夏天中午一般不做水準(zhǔn)測(cè)量。在沙地，水泥地湍流強(qiáng)的地區(qū)，一般只在上午 10

16、 點(diǎn)之前作水準(zhǔn)測(cè)量。高精度的水準(zhǔn)測(cè)量也只在上午 10 點(diǎn)之前進(jìn)行。4，溫度對(duì)儀器的影響溫度會(huì)引起儀器的部件漲縮，從而可能引起視準(zhǔn)軸的構(gòu)件（物鏡，十字絲和調(diào)焦鏡）相對(duì)位置的變化，或者引起視準(zhǔn)軸相對(duì)與水準(zhǔn)管軸位置的變化。由于光學(xué)測(cè)量?jī)x器是精密儀器，不大的位移量可能使軸線產(chǎn)生幾秒偏差，從而使測(cè)量結(jié)果的誤差增大。不均勻的溫度對(duì)儀器的性能影響尤其大。例如從前方或后方日光照射水準(zhǔn)管，就能使氣泡“趨向太陽(yáng)” -水準(zhǔn)管軸的零位置改變了。由于水準(zhǔn)管本身和管內(nèi)液體溫度升高，氣泡向著溫度高的方向移動(dòng)，影響儀器水平，產(chǎn)生氣泡居中誤差，觀測(cè)時(shí)應(yīng)注意撐傘遮陽(yáng).四、注意事項(xiàng)(1)水準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡量用目估或步測(cè)保持前、后視距基本相當(dāng)觀測(cè)時(shí)間，限制視線長(zhǎng)度和高度來(lái)減少折光的影響。(2)儀器腳架要踩牢，觀測(cè)速度要快，以減少儀器下沉。(3)估數(shù)要準(zhǔn)確，讀數(shù)時(shí)要仔細(xì)對(duì)光，消除視差，必須使水準(zhǔn)管氣泡居中，讀完以后，再檢查氣泡是否居中。(4)檢查塔尺相接處是否嚴(yán)密，消除尺底泥土。扶尺者