1、淺談四等水準測量目錄摘要1一、水準測量的基本原理2(一)水準測量的概念2（二）高差及高程計算3二、水準路線的布設形式4（一）單一水準路線形式4（二）水準網形式.4（三）水準點的布設4三、四等水準測量6（一）基本要求6（二）觀測程序6（三）限差6四、儀器的使用和檢驗8（一）水準儀的構造8（二）水準儀應滿足的幾何條件9（三）水準儀的檢驗9五、實例10（一）測區概況10（二）技術設計10（三）作業方法11（四）計算成果及評價12六、誤差來源及消除方法14（一）儀器誤差14（二）觀測誤差14（三）外界條件的影響14結束語16參考文獻17致謝18摘要在測量工作中，要確定地面點的空間位置，經常要確定地面點

2、的高程。我們把確定地面點高程的測量工作稱為高程測量。高程測量是測量任務中的一部分，其中，水準測量是高程測量中精度最高，用途最廣、一種普遍采用的方法，是確定建筑工程地面點高程的方法之一。實施測量過程中，要求測量人員要精心操作、以高度負責認真的態度來對待測量工作，養成良好的操作習慣。下面將會配合千緣財富商匯的實例簡單進行介紹。一、水準測量的基本原理水準測量的基本原理是根據幾何關系，利用儀器提供的水平視線觀測立在兩點上的水準尺以測定兩點間的高差。如圖1-1所示，在需要測定高差的A、B兩點上分別立上水準尺，在A、B兩點的中點安置可獲得水平視線的儀器，水平視線在A、B兩尺上的截尺數分別為a、b，由于AB

3、距離很短，地球曲率影響可忽略不計，則A、B兩點的高差為hAB=a-b若水準測量是沿著AB方向前進，則A點稱為后視點，其豎立的標尺稱為后視標尺，讀數值a稱為后視讀數；B點稱為前視點，其豎立的標尺稱為前視標尺，讀數值b稱為前視讀數。當B點高程比A點高時，前視讀數b比后視讀數a要小，高差為正；當B點比A點低時，前視讀數b比后視讀數a要大，高差為負。圖 1- 1(一)水準測量的概念水準測量是利用水準儀提供水平視線，對豎立在兩個地面點上的水準尺進行讀數，從而計算兩點間的高差，進而計算高程的一種測量方法。（二）高差及高程計算如圖1-1所示，沿AB方向前進，A點為后視點，B點為前視點，兩點間的高差等于后視讀

4、數減去前視讀數。如果A點的高程為HA已知，則B點的高程為HB=HA+hAB HB=HA+a-b=HA+a-b二、水準路線的布設形式水準路線布設形式有單一水準路線形式和水準網形式兩種。（一）單一水準路線形式單一水準路線形式有三種，即符合水準路線、閉合水準路線和支水準路線。附和水準路線。從一個高級水準點出發，沿一條路線進行施測，以測定待定水準點的高程，最后測到另外一個已知高程點上，這樣的觀測路線形式稱為附和水準路線。閉合水準路線。從一個高級水準點出發，沿一條路線進行施測，以測定待定水準點的高程，最后仍回到原來的已知點上，從而形成一個閉合環線，這樣的觀測路線形式稱為閉合水準路線。支水準路線。從一個高

5、級水準點出發，沿一條路線進行施測，以測定待定水準點的高程，其路線既不閉合又不附和，這樣的觀測路線形式稱為支水準路線。（二）水準網形式 若干條單一水準路線相互連接構成結點或網狀形式，稱為水準網。圖 2-2（三）水準點的布設為了統一全國的高程系統和滿足各種測量的需要，測繪部門在全國各地埋設并測定了很多高程點，這些點稱為水準點(Bench Mark)，簡記為BM。水準測量通常是從水準點引測其它點的高程。水準點有永久性和臨時性兩種。國家等級水準點一般用石料或鋼筋混凝土制成，深埋到地面凍結線以下。在標石的頂面設有用不銹鋼或其它不易銹蝕材料制成的半球狀標志。有些水準點也可設置在穩定的墻腳上，稱為墻上水準點

6、。建筑工地上的永久性水準點一般用混凝土或鋼筋混凝土制成，臨時性的水準點可用地面上突出的堅硬巖石或用大木樁打入地下，校頂釘以半球形鐵釘。埋設水準點后，應繪出水準點與附近固定建筑物或其它地物的關系圖，在圖上還要寫明水準點的編號和高程，稱為點之記，以便于日后尋找水準點位置之用。水準點編號前通常加BM字樣，作為水準點的代號。三、四等水準測量（一）基本要求進行測量首先要有一對雙面水準尺，其中K值相差100mm，視線最低高度要保證三絲都能讀數。三等水準測量與四等水準測量在觀測順序與精度要求方面有著差別。三、四等水準測量主要技術要求如圖4-1所示：等級路線長度/km水準儀水準尺觀 測 次

7、 數往返較差、附合或環線閉合差與已知點聯測符合或環線平地/mm山地/mm三50DS1因瓦往返各一次往一次±12±4DS3雙面往返各一次四16DS3雙面往返各一次往一次±20±6等級水準儀視線長度/m前后視距差/m前后視距累積差/m視線高度黑面、紅面讀數之差/mm黑面、紅面所測高差之差/mm三DS110036三絲能讀數1.01.5DS3752.03.0四DS3100510三絲能讀數3.05.0（二）觀測程序四等水準測量一般采用雙面水準標尺和中絲測高法進行觀測，并且每站按后-后-前-前和黑-紅-黑-紅的順序進行觀測。下面以四等水準測量為例介紹。a

8、確定后視點、前視點b 在兩點之間安置儀器，前后視距差不大于3mm.c 照準后視尺黑面，按上中下的順序讀取三絲讀數，并記錄d 照準后視尺紅面，讀取中絲讀數，并記錄e照準前視尺黑面，按上中下的順序讀取三絲讀數，并記錄f照準前視尺紅面，讀取中絲讀數，并記錄（三）限差a 視距差±3mmb 視距累積差±10mmc 黑紅面讀數差±3mmd 黑紅面高差讀數差±5mme fh±20L（平地 ）fh±6n（山地）四、儀器的使用和檢驗（一）水準儀的構造 根據水準測量的原理，水準儀的主要作用是提供一條水平視線，并能照準水準尺進行讀數。因此，水準儀構成主要有

9、望遠鏡、水準器及基座三部分。望遠鏡 DS3水準儀望遠鏡主要由物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板所組成。物鏡和目鏡多采用復合透鏡組，十字絲劃板上刻有兩條互相垂直的長線，豎直的一條稱豎絲，橫的一條稱為中絲，是為了瞄準目標和談取讀數用的。在中絲的上下還對稱地刻有兩條與中絲平行的短橫線，是用來測定距離的，稱為視距絲。十字絲分劃板是由平板玻璃圓片制成的，平板玻璃片裝在分劃板座上，分劃板座固定在望遠鏡筒上。十字絲交點與物鏡光心的連線，稱為視準軸或視線。水準測量是在視準軸水平時，用十字絲的中絲截取水準尺上的讀數。對光凹透鏡可使不同距離的目標均能成像在十字絲平面上。再通過目鏡，便可看清同時放大了的十字絲和目標

10、影像。從望遠鏡內所看到的目標影像的視角與肉眼直接觀察該目標的視角之比，稱為望遠鏡的放大率。DS3級水準儀望遠鏡的放大率一般為28倍。水準器：分為管水準器和圓水準器。水準器是用來指示視準軸是否水平或儀器豎軸是否豎直的裝置。有管水準器和圓水準器兩種。管水準器用來指示視準軸是否水平；圓水準器用來指示豎軸是否豎直。管水準器 又稱水準管，是一縱向內壁磨成圓弧形的玻璃管，管內裝酒精和乙醚的混合液，加熱融封冷卻后留有一個氣泡。由于氣泡較輕，故恒處于管內最高位置。水準管上一般刻有間隔為2mm的分劃線，分劃線的中點0，稱為水準管零點。通過零點作水準管圓弧的切線，稱為水準管軸。當水準管的氣泡中點與水準管零點重合時

11、，稱為氣泡居中；這時水準管軸工人處于水平位置。水準管圓弧2mm所對的圓心角稱為水準管分劃值。安裝在DS3級水準儀上的水準管，其分劃值不大于20/2m。微傾式水準儀在水準管的上方安裝一組符合棱鏡，通過符合棱鏡的反射作用，使氣泡兩端的像反映在望遠鏡旁的符合氣泡觀察窗中。若氣泡兩端的半像吻合時，就表示氣泡居中。若氣泡的半像錯開，則表示氣泡不居中，這時，應轉動微傾螺旋，使氣泡的半像吻合。圓水準器 圓水準器頂面的內壁是球面，其中有圓分劃圈，圓圈的中心為水準器的零點。通過零點的球面法線為圓水準器軸線，當圓水準器氣泡居中時，該軸線處于豎直位置。當氣泡不居中時，氣泡中心偏移零點2mm，軸線所傾斜的角值，稱為圓

12、水準器的分劃值，由于它的精度較低，故只用于儀器的概略整平。基座 基座的作用是支承儀器的上部并與三腳架連接。它主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構成。（二）水準儀應滿足的幾何條件a 視準軸水準管軸b 圓水準器軸豎軸c 十字絲橫絲豎軸（三）水準儀的檢驗1、圓水準器的檢驗進行圓水準器檢驗的目的是：圓水準器軸是否平行于豎軸。所用的方法是：先用腳螺旋將圓水準器氣泡居中，然后將儀器旋轉180度，若氣泡仍在居中位置，則表示此項條件已得到滿足；否則，表面條件沒有滿足。校正：校正工作可用裝在圓水準器下面的校正螺旋釘來實現。2、十字絲橫絲的檢驗進行十字絲橫絲檢驗的目的是：十字絲橫絲是否垂直于豎軸。使用的方法是：整

13、平儀器后，將橫絲一端照準遠處一明顯目標，然后旋轉水平微動螺旋，使目標點移到橫絲的另一端，若目標點始終不離開橫絲，則表示橫絲水平，否則應進行校正。校正：旋開十字絲護蓋，松開十字絲環的四個固定螺旋絲中的相鄰兩個，旋轉十字絲環，使橫絲的一端移至其偏離位置的一半處，最后旋緊十字絲環的固定螺絲，旋上護蓋。3、i角檢驗進行i角檢驗的方法是：在平坦地面上選擇80m到100m的兩點，在中點安置儀器，測得兩點間的高差，再將儀器搬到距后視點（或前視點）2m到3m的位置，再測得高差，量取兩點間距離，通過i角計算公式求的i角。五、實例（一）測區概況水準測量與地形圖測繪都在千緣財富商匯內進行，由于學校整體建筑在低矮破碎

14、的丘陵地形上，各點之間相對高程不大，這給水準測量提供了一定的便利。但就進行地形圖測繪的局部區域來說，測區內樹木，灌木較多，通視情況一般，且多陡坎，溝渠的復雜地物，給我們并不熟練的地形圖測繪帶來了一定難度。另外，由于測區位于校園主干道附近，且周圍有教學樓，圖書館，幼兒園等設施，導致測區內人流量與車流量較大，容易對實習中的人員和儀器造成干擾或者帶來危險。在實習過程中，武漢市區的天氣狀況以陰天為主，并且時常伴隨著小到中雨，氣溫也一直在10度以下徘徊，這些，也都給測量工作帶來了一定的困難。（二）技術設計1、四等水準測量水準測量方法：使用水準儀和水準尺，根據水平視線確定兩點之間的高差，從而由已知點的高程

15、推求未知點的高程。各類測站的選擇：在所選擇的閉合回路上選取2個普通水準標石作為固定點，將整個閉合回路分為2個測段，每個測段中設置偶數個測站，站與站之間距離應適中。施測方法及使用的儀器：四等水準測量中使用一套S3水準儀，按照國家四等水準測量技術要求并參照城市測量規范CJJ8-9進行施測。各項限差：視線長度前后視距差前后視距累計差黑紅面讀數差黑紅面高差之差高差閉合差i角誤差80m5.0m10.0m3.0mm5.0mm±Lmm202、地形圖測繪(1)圖根控制測量圖根控制測量方法：采用圖根三維光電測距導線測量，既在控制點間布設閉合導線，利用全站儀進行數據的觀測，將平面控制測量和高程控制測量集

16、成在對全站儀的一次操作中。各類控制點的布設方案：經過實地勘察后，本小組以在點位穩定，安全性好，通視情況良好，便于觀測為原則在測區內選擇了6個點作為控制點，并用油漆畫作為標記，由這6個控制點構成閉合導線，并且以其中兩點連線方向做為正南正北方向，給其中一控制點賦予坐標值(1000，1000，100)。施測方法及使用的儀器：施測中使用的儀器有：全站儀設備1套，腳架3個，反射棱鏡2套。在各個控制點的觀測時，導線的轉折角，導線邊，導線控制點的高程進行觀測，并量取儀器高和棱鏡高，其中對轉折角及導線邊長采用一測回觀測，而三角高程測量時采用對向觀測。在移站的過程中，采用三聯腳架法，以減少操作和提高測量精度。各

17、項限差：水平控制測量：(n為測站數)比例尺閉合導線長度平均邊長導線相對閉合差測回數J6方位角閉合差1：500900m80m1/40001±40n三角高程測量：(S為一條導線邊長，S為導線全長，以千米為單位)儀器J6指標差較差對象觀測高差較差/m閉合路線閉合差/mm對向一測回25秒0。4*S±40S(2)碎部測量：成圖規格：1：500測圖方法及使用的儀器：根據城市測量規范CJJ8-99及1：500，1：1000，1：2000地形圖圖式的要求，對坐標格網進行繪制和圖根點的展繪。同樣根據兩本規范書的要求，采用全站儀+白紙的方式對測區進行碎部點的測繪，對碎部點的施測同時測取高程與其

18、平面位置，在用極坐標法求得碎部點的平面位置后，利用分度規與三角尺結合的方式將所測碎部點展繪到聚脂塑料薄膜上。困難地區的技術要求：在對控制點無法通視的碎部點進行觀測時，采用布設支導線的方式，并且支導線線路上的圖根點不得超過兩個。各項限差：儀器對中誤差歸零差轉折角觀測較差2mm42（三）作業方法1、四等水準測量本小組共有成員6人，在施測水準測量的時候，人員分配情況是：四人為跑尺員(前，后尺各兩人)，另外一人為觀測員，一人為記錄員。具體作業方法如下：在選取了合適的水準路線和固定點之后(水準路線見附圖)，開始進行第一測站的觀測，將水準尺立于固定點上做為后視，水準儀放置雜水準路線附近合適位置，然后在施測

19、路徑前進方向上取儀器與后尺大致相等距離放置尺墊，在尺墊上樹立前尺。隨后觀測員對水準儀進行整平，并按“后后前前”的順序對后尺前尺進行讀數。在一測站完畢后，通知后尺移站，此時前一站的前視點變為后一站的后視點，按照與前一站相同的工作程序完成該站的測量，直到完成該測段為止。2、地形圖測繪(1)圖根控制測量在圖根控制測量過程中，對小組成員進行了如下分配：四人負責棱鏡與配套腳架，一人為觀測員，一人為記錄員。具體的作業方法如下：在組織組員對測區進行了勘察情況下選定了控制點，在確定已知點坐標和正北方向后，按照三聯腳架法對導線進行觀測：將全站儀安置在第I站的基座中，棱鏡分別安置在后視點i-1和前視點i+1的基座

20、中，進行導線測量，分別讀取六種觀測值：水平角，距離S，豎角，儀器高i，目標高。遷站時，點i和點i+1上的腳架和基座不移動，將全站儀安置在第i+1站的基座上，第i站上則安置棱鏡，再將第i-1站的儀器遷到第i+2站，隨后再如前一站進行觀測，直到閉合導線測量完畢。在整個過程中都應該遵守城市測量規范CJJ8-99及1：500，1：1000，1：2000地形圖圖式的要求。(2)碎部測繪在碎部測繪的過程中，小組成員分配如下：兩人負責棱鏡，一人負責繪圖，兩人負責記錄數據，一人進行觀測。具體的作業方法如下：首先根據控制測量得到的數據，由負責繪圖的同學將坐標格網和控制點坐標展繪在塑料薄膜上。在可以觀測到待測碎部

21、點的控制點上架設全站儀，在碎部點處設置對中桿進行觀測，由觀測員讀取數據水平距HD，垂直距VD，水平角HR，記錄員讀取數據后，進行簡單的高程和距離計算后將數據報給繪圖員，由繪圖員利用分度規和直尺將碎部點標注在圖紙上，如此進行直到所有碎部點測量完畢。對于觀測困難的碎部點，采用支點線的方法進行測量，由兩左右測回觀測確定支導線線上支點的坐標后，將支點等同于控制點進行如前的觀測與展繪。（四）計算成果及評價1、四等水準測量本小組對水準路線進行了往返觀測，主要計算及其成果如下：I角進行了兩次檢驗及一次調試，兩次觀測過程中i角值分別為21秒和0秒，基本符合要求。在由觀測員讀取各站觀測數據后，立即由記錄員算出視

22、線長度及前后視距差，黑紅面讀數差以及黑紅面高差之差，均滿足限差條件。內業計算后得出：往測中，前后視距累計差為0cm，高程閉合差為-1mm，返測中，前后視距累計差為+35cm,高程閉合差為+1.5mm。以上各項數據都滿足實習中對限差的要求。2、地形圖測繪在進行了內業計算后，本小組地形圖測繪的指標數據如下：閉合導線長度：472.634m900m;平均邊長：78.778m80m;導線相對閉合差：1/94526.791/4000;方位角閉合差：5540n=97;高程閉合差：27.1mm;以上各項數據也都滿足實習中對限差的要求。六、誤差來源及消除方法（一）儀器誤差1儀器校正后的殘余誤差在水準實驗前雖然儀

23、器經過了嚴格的檢驗校正，但仍然存在殘余的角殘差。理論上水準管軸應與視準軸平行，若兩者不平等，雖經校正但仍然殘存誤差。即兩軸線不平行形成角，這種誤差的影響與儀器至水準尺的距離成正比，屬于系統誤差。可以在測量中采取一定的方法加以減弱或消除。若觀測時使前、后視距相等，可消除或減弱此項誤差的影響。2水準尺誤差由于水準尺刻劃不準確、尺長發生變化、尺身彎曲等原因，會對水準測量造成影響，因此水準尺在使用之前必須進行檢驗。此外，由于水準尺長期使用導致尺底端零點磨損，或者是水準尺的底端粘上泥土改變了水準尺的零點位置，則可以在一水準測段中把兩支水準尺交替作為前后視讀數，或者測量偶數站來消除。（二）觀測誤差1水準管

24、氣泡居中誤差設水準管分劃值為，居中誤差一般為±0.15，采用符合式水準器時，氣泡居中精度可提高一倍。2讀數誤差在水準尺上估讀毫米數的誤差，與人眼的分辨能力、望遠鏡的放大倍率以及視線長度有關。3視差影響當視差存在時，十字絲平面與水準尺影像不重合，若眼睛觀察的位置不同，便讀出不同的讀數，因而也會產生讀數誤差。4水準尺傾斜影響水準尺傾斜將使尺上讀數增大。（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”的觀測程序，可減弱其影響。2尺墊下沉如果在轉點發生尺墊下沉，將使下一站后視讀數增大。采用往返觀測，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由于大氣折光，視線并非是水平，而是一條曲線，曲線的曲率半徑為地球半徑的7倍。如果前視水準尺和后視水準尺到測站的距離相等，則在前視讀數和后視讀數中含有相同的 。這樣在高差中就沒有這誤差的影響了。因此，放測站時要爭取“前后視相等”接近地面的空氣溫度不均勻，所以空氣的密度也不均勻。光線在密度不勻的介質中沿曲線傳布。這稱為“大氣折光”。總體上說，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刻不同的地方一直處于變動之中。所以很難描述折光的規律。對策是避免用接近地面