水准测量的基本原理及测量方法

水准测量计算方法

1. 水准测量的基本原理。

水准测量是利用水准仪测量地面上各点的高程，其基本原理是利用重力作用下液面的水平面来确定高程。在水准测量中，首先需要确定一个基准点的高程，然后通过水准仪测量其他点相对于基准点的高程差，最终得出各点的高程数据。

2. 水准测量的误差处理。

在实际的水准测量中，由于各种因素的影响，测量结果往往会存在一定的误差。因此，在进行水准测量计算时，需要对误差进行处理。常见的误差包括仪器误差、观测误差、环境影响等，需要通过合理的方法进行校正和处理，以提高测量的精度和准确性。

3. 水准测量的计算方法。

水准测量的计算方法包括前方高差计算、后方高差计算、高程闭合差计算等。在进行水准测量时，需要根据实际情况选择合适的计算方法，并进行精确的计算，得出准确的高程数据。同时，还需要注意测量数据的记录和整理，确保数据的完整性和可靠性。

4. 水准网的建立。

水准测量通常是通过建立水准网来完成的，水准网是由一系列基准点和测量点组成的网络系统，用于确定各点的高程。在建立水准网时，需要考虑网点的选择、布设方式、观测方法等因素，以确保水准网的稳定性和精度。

5. 水准测量数据的应用。

水准测量数据广泛应用于工程建设、地质勘探、地图制图等领域。通过水准测量数据，可以确定地面的高低差，为工程设计和施工提供重要的参考依据。同时，水准测量数据也是制作高程图、地形图等地图产品的重要数据源。

综上所述，水准测量计算方法是水准测量的重要组成部分，它直接影响着测量结果的准确性和可靠性。在进行水准测量时，需要严格遵循计算方法，处理好测量数据的误差，确保测量结果的准确性。同时，也需要充分应用水准测量数据，为工程建设和地理信息制图提供可靠的高程数据支持。

四等水准测量总结

1. 引言

四等水准测量是一种常用的测量方法，用于确定地面的高程差。它可以用于修建道路、铁路、水利工程和建筑物等项目中。本文将总结四等水准测量的基本原理、测量步骤以及常见问题及其解决方法。

2. 基本原理

四等水准测量的基本原理是利用水准仪测量两个点之间的水平线的高差。在测量过程中，使用水准仪测量起点和终点的高程，通过分析测量结果，可以确定两个点之间的高差。

3. 测量步骤

四等水准测量的步骤如下：

3.1 设置基准点

首先要选择一个合适的基准点，作为整个测量过程的起点。基准点应该具备以下要求：地势相对平坦、稳定、不受地质变化影响等。

3.2 设置测点

在需要测量的点上设置测点，可以使用铁钉或其他固定的标志物。测点应该固定在地面上，并且能够保持平稳的高度。

3.3 放置水准仪

将水准仪放置在测点上，确保水准仪的水平仪处于水平状态。根据需求，可以选择自动水准仪或者经纬仪。

3.4 观测

通过观测水准仪的读数，记录起点和终点的高程数据。在观测过程中，应该保持水准仪的稳定，并且尽量减少人为误差的影响。

3.5 数据处理

将观测得到的高程数据进行处理，计算出两个点之间的高差。常见的数据处理方法包括差值法、闭合差检查法等。 3.6 修正

根据数据处理的结果，如果发现观测结果存在误差，可以进行相应的修正。常见的修正方法包括使用校准曲线进行修正或者进行闭合差检查。

4. 常见问题及解决方法

4.1 水准仪的读数不准确

如果发现水准仪的读数存在偏差，可以通过以下方法解决：

• 检查水准仪是否放置平稳，重新调整水平仪。

• 检查水准仪是否受到振动干扰，避免在风大、地面不平稳的情况下使用水准仪。

• 检查水准仪的刻度是否清晰，需要及时进行刻度清洁和维护。

4.2 数据处理错误

如果在数据处理过程中出现错误，可以通过以下方法解决：

• 仔细检查数据输入是否准确，包括记录的起点和终点的高程数据，保证数据的准确性。

测量学基础基本概念高程测量测量地面上各点高程的工作水准测量利用水准仪提供的水平视线测定两点间的高差，进而求得测点高程的方法。它是高程测量中最基本、精度最高的一种方法，在国家高程控制测量、工程勘察和施工放样中得到广泛应用。基本概念三角高程测量利用经纬仪测量倾角，按三角函数解算出测点高程的方法。该方法精度不高，适于在山区进行低精度的高程测量。气压高程测量根据大气压力随地面高程变化而改变的原理，用气压计测定测点高程的方法，其精度最低。一、水准测量的原理水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。水准测量的基本工具水准测量方法AB大地水准面HAHBhABab前进方向后视水准尺前视水准尺水准测量基本原理大地水准面前进方向HA+abhABHAaHBAB后视读数前视读数高差hAB等于后视读数减前视读数hAB = a -bbaHhHHAABABB点高程Attention高差的符号有正有负当高差为正值时，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计算高差时，一定要用后视读数减去前视读数，次序不能颠倒。当需要根据一个已知高程的后视点，同时去测定多个未知点的高程时，可通过仪器的视线高Hi计算各点的高程，即：Hi=HA+a，HB=Hi-b二、水准测量的仪器与工具2.1 水准测量的仪器与工具水准测量仪器、工具水准尺水准仪尺垫四等级：DS05、DS1、DS3、DS10字母D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，其后面的数字代表仪器的测量精度。仪器的等级划分及其适用范围水准仪型号DS05 DS1 DS3DS10千米往返高差中数偶然中误差≤ 0.5mm≤1mm ≤3mm≤10mm主要用途国家一等水准测量及地震监测国家二等水准测量及精密水准测量国家三、四等水准测量及一般工程水准测量一般工程水准测量2.2 水准仪基本组成望远镜水准器基座2.2.1 望远镜主要用途瞄准目标并在水准尺上读数组成1-物镜、2-十字丝、3-对光透镜和4-目镜12.2.1 望远镜物镜和对光透镜的作用使物体在镜筒内十字丝平面上形成一个缩小的倒立实像a1b1目镜的作用是将a1b1放大成为倒立虚像a2b21-物体; 2-物镜; 3-对光透镜; 4-十字丝平面; 5-目镜2.2.1 望远镜十字丝作用照准尺子和读数十字丝中心(十字丝交点)和物镜光心的连线，称为视准轴。2.2.2 水准器作用指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直分类圆水准器管水准器由一个内壁研磨成圆弧的玻璃管制成水准管上刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点O，称为水准管零点水准管内充满酒精或乙醚，中间有一气泡管水准器管水准器水准管轴通过零点作水准管圆弧的切线。水准管分划值水准管上每2mm分划所对应的圆心角。分划值越小，则水准管越灵敏。Attention:安装在DS3级水准仪上的水准管,其分划值不大于20″。圆水准器的分划值一般为8′~10′，由于其精度较低，所以只能用于仪器的概略整平。圆水准器制造水准仪时，使圆水准器轴平行于仪器竖轴。旋转基座上的三个脚螺旋使圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置，从而使仪器竖轴也处于竖直位置。圆水准器（如图）水准器为了提高目估水准管气泡居中的精度，微倾式水准仪的水准管上方都装有由三块棱镜组成的复合棱镜系统。两个棱镜的侧面所在的平面通过水准管的纵轴线，第三块棱镜为45°的直角棱镜，其底为等腰直角三角形，一个直角面与左右两棱镜的侧面相靠或互相平行。它把水准管两端半个气泡的像，经过三次全反射，进入望远镜旁的放大镜内。如果气泡居中，则气泡两端的两个半边影像即合二为一，如果气泡不居中，则气泡的两个半边影像不符合。水准器由三块棱镜组成的复合棱镜系统，经三次全反射微倾螺旋2.2.3 基座基座是水准仪的底座，用来固定和粗略整平水准仪基座上有三个呈三角形布置的螺旋，称为脚螺旋旋转、调整脚螺旋可使水准仪粗略整平基座脚螺旋2.3 水准尺水准尺质量好坏将直接影响到水准测量的精度。水准尺通常用干燥不易变形的木质材料或玻璃钢制成直尺塔尺刻划1cm一格5m2m、3m黑白相间刻划；起始读数为零红白相间刻划；红面的起始读数则分别为4.687m和4.787m。红面尺（副尺）黑面尺(主尺)2.4 尺垫两个水准点之间的距离较远或高差较大，直接测定其高差有困难转点传递高差尺垫竖立标尺和标志转点Attention：使用时用力将尺垫的三个支脚踩入土中，以防下沉上方突起的半球形顶点为竖立标尺和标志转点之用三、水准仪的使用水准仪操作程序仪器安置粗略整平瞄准精确整平读数3.1 仪器安置打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心螺旋固定于三脚架头上3.2 粗略整平(粗平)用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中先将圆水准器放在适当位置，然后用双手同时向内或向外(即以相反方向)旋转脚螺旋，使一个升高、一个降低。当气泡未居中而处于a处；同时按图上箭头所示向内旋转1、2两个脚螺旋，使气泡由a移动到b处；再转动脚螺旋3，使气泡居中。这项工作要反复进行，直至仪器旋转到任何方向，气泡都居中为止。左手拇指规则“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”3.3 瞄准目镜对光把望远镜对着明亮的背景(如白墙或天空等)，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰瞄准水准尺松开制动螺旋，转动望远镜，利用望远镜筒上的缺口和准星，瞄准水准尺，然后再拧紧制动螺旋对光转动物镜对光螺旋进行对光，使尺子的影像看得十分清晰，并转动微动螺旋，使尺子的像靠近十字丝竖丝的一侧，以便于读数3.3 瞄准消除视差当用眼睛在目镜后上下微动，若发现十字丝与目标影像有相对运动，则说明物像平面与十字丝平面不重合(如左图),这种现象称为视差。视差对观测成果的精度影响很大，必须加以消除。消除方法是重新对光，直到眼睛上下移动，水准尺读数不变(见右图)消除视差的方法重新进行对光，直到眼睛上下移动，水准尺上读数不变为止。此时，十字丝与目标的影像都十分清晰。3.4 精确整平用水准管作精确整平。因水准管灵敏度比较高，每当望远镜转到不太水平的另一个方向时，水准管气泡必然会偏离中央，因此必须在读数前再一次调整微倾螺旋，使气泡两端的影像符合，然后才能在尺子上读数。由三块棱镜组成的复合棱镜系统，经三次全反射微倾螺旋3.5 读数在望远镜视线精确水平后的瞬间，应立即利用中丝在尺上读数注意尺子在望远镜中的像是倒立像，读数时应从上向下(即从小数往大数)读，并估读至毫米。必须读出四个数字读数完毕后应再检查一下水准管气泡是否仍然居中3.5 读数精平后，十字丝的横丝在水准标尺上读数正像尺子读数；黑面1608，红面6295，相差4687倒像尺子读数；黑面0216，红面4903，相差46873.5 读数后视黑面读数a1前视黑面读数b1图上读数：a1=0200(mm)b1=0122 (mm)A点与B点的高差hAB= a1-b1= 0200-0122=0078（mm)大地水准面HAhABa1前进方向后视水准尺前视水准尺b1HBAB3.5 读数3.5 读数后视红面读数a2后视红面读数b2图上读数：a2=4987(mm)b2=4809 (mm)A点与B点的高差h’AB= a2-b2= 4987 -4809=0178（mm)后视黑面读数a1后视黑面读数b1图上读数：a1=0200(mm)b1=0122 (mm)A点与B点的高差hAB= a1-b1= 0200-0122=0078（mm)3.5 读数水准仪应满足条件水准管轴平行于视准轴圆水准器轴平行于仪器竖轴十字丝横丝垂直于仪器竖轴视准轴水准管轴圆水准器准轴仪器竖轴四、水准测量的外业4.1 水准测量的实施水准测量通常是从一个已知高程的水准点开始，按照一定的水准路线，引测出所需各点的高程。当两个水准点A、B相距较远或高差较大时，在A、B之间设立若干个中间立尺点，这些中间立尺点称为转点，将AB分成n段，分别测出每段的高差h1，h2，…，hn，则A、B两点间的高差是各高差之和。4.1 水准测量的实施inABhhhhh21iiABbahABABhHHnnnbahbahbah222111测量过程首先在A点立水准尺，离A点约50-80m(最大不超过100m)处安置水准仪，让另一扶尺员在观测前进方向选转点1，在1点上安放尺垫并在尺垫上立尺。选转点时，应使前视、后视距离大致相同(以消除因视准轴与水准管轴不平行引起的误差)。后视A点水准尺，得到后视读数a1、a1’，再前视转点1，得前视读数b1、b1’，记入水准测量外业记录手簿中，后视读数减去前视读数得到高差，记入高差栏内。此为一个测站上的工作。测量过程保持转点1上的水准尺不动，把A点上的水准尺移到转点2，仪器安置在转点1和转点2之间，同法进行观测和计算，依次测到B点。在计算过程中，转点仅起传递高程的作用，由于地面无固定标志，所以无需算出高程4.2 水准测量的检核为了防止测量错误、提高测量精度，在观测过程中要进行测站检核。检核方法变更仪器高法双面尺法4.2.1 变更仪器高法在同一个测站上采用不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核对于等外水准测量，两次所测高差之差应不大于6mm。第一次变更仪器高（>10cm）第二次符合限差（等级）平均值不符合限差查原因重测4.2.2 双面尺法仪器的高度保持不变，而立在后视点和前视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。黑、红面各进行一次读数，测两次高差限差（等级）符合――平均值不符――查原因重测同一水准尺的红面与黑面读数(加尺常数后)之差黑、红面高差之差(在红面所测高差上加或减100mm)4.2.2 双面尺法对于等外水准测量若同一水准尺的红面与黑面读数(加尺常数后)之差不超过4mm；黑、红面高差之差(在红面所测高差上加或减100mm)，又不超过6mm，则取其平均值作为该测站的观测值。用双面尺法进行水准测量，有一套严密的计算检核方法。由于双面尺法操作方便，计算规范，所以在水准测量中得到了广泛应用。五、水准测量的内业水准测量外业工作结束后，要检查外业手簿，确认无误后，再转入内业计算。水准测量内业计算的内容，包括水准路线闭合差的计算和分配以及水准点高程的计算5.1 水准路线闭合差的计算由于各种外界因素的影响，测量成果中不可避免地含有一定的误差甚至错误，所以对水准测量成果要进行检核。由于误差的存在，水准测量的实测高差与其理论值往往不相符合，其差值称为水准路线的闭合差。水准路线的形式闭合水准路线附合水准路线支水准路线5.1.1 闭合水准路线如下图所示，A点是一个高程已知的水准点。由A点出发，经待定高程点1、2、3，最后又回到A点，这种水准路线称为闭合水准路线。测理测＝－hhhfhn12L40山地平地等外（等级）允hfmmn12mmL40山地平地等外（等级）允hf查原因，重测合格允允hhhhffffL-水准路线长度，kmn-测站数5.1.2 闭合水准路线如下图所示，A、B两点是高程已知的水准点。由A点出发，经待定高程点1、2、3，最后附合到B点，这种水准路线称为附合水准路线。5.1.2 闭合水准路线显然，所有测段高差的代数和，应等于A、B两点间的已知高差，如不相等，则其差值即为高差闭合差fhABhHHhf－测mmn12mmL40山地平地（等级）等外允hf查原因，重测合格允允hhhhffff

第一节 水准测量的基本原理

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【主要内容】

一、水准测量基本原理

二、连续中间水准测量

【本节作业】

简述水准测量基本原理。

一、水准测量基本原理

基本原理:利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontal sight)，读取竖立于两个点上的水准尺(leveling staff)上的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算待定点高程。

设水准测量的前进方向为A点到B点，则称A点为后视点，其水准尺读书a为后视读数：称B点为前视点，其水准尺读数b为前视读数；两点间的高差等于“后视读数a”-“前视读数b”。

如果后视读数大于前视读数,则高差为正,表示B点比A点高,如果后视读数小于前视读数,则高差为负,表示B点比A点低。

如果A、B两点相距不远，且高差不大，则安置一次水准仪，就可以测得hAB

B点高程计算公式为:

1、高差法： HB=HA+hAB 2、视线高程法：HI=HA+a

HB=HI-b

二、连续中间水准测量

如果A、B两点相距较远或高差较大，安置一次仪器无法测得其高差时，就需要在两点间增设若干个作为传递高程的临时立尺点称为转点（缩写为TP），如下图中的TP1、TP2„..点，并依次连续设站观测，设测出的各站高差为h1,h2....则A、B两点间的高差的计算公式为：

上式表明，A、B两点间的高差等于各测站后视读数之和减去前视读数之和,它可以用来检核高差计算的正确性。

第二节 水准测量的仪器和工具及其使用

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【主要内容】

一、DS3型微倾式水准仪

二、DSZ3型自动安平水准仪