1、 5.1 5.1 高程基準與水準網(wǎng)布設高程基準與水準網(wǎng)布設 5.2 5.2 精密水準儀和水準尺的檢驗精密水準儀和水準尺的檢驗 5.3 5.3 精密水準測量的實施精密水準測量的實施 5.4 5.4 精密水準測量的誤差來源精密水準測量的誤差來源 5.5 5.5 精密水準測量的概算精密水準測量的概算 5.6 5.6 電磁波測距三角高程測量電磁波測距三角高程測量.1高程基準面高程基準面高程基準面高程基準面就是地面點高程的統(tǒng)一起算面，由于大地水準面所形成的體形大地體是與整個地球最為接近的體形，因此通常采用大大地水準面地水準面作為高程基準面。 大地水準面大地水準面是假想海洋處于完全靜止的平

2、衡狀態(tài)時的海水面延伸到大陸地面以下所形成的閉合曲面。事實上，海洋受著潮汐、風力的影響，永遠不會處于完全靜止的平衡狀態(tài)，總是存在著不斷的升降運動，但是可以在海洋近岸的一點處豎立水位標尺，成年累月地觀測海水面的水位升降，根據(jù)長期觀測的結(jié)果可以求出該點處海洋水面的平均位置，人們假定大地水準面就是通過這點處實測的平均海水面。 長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗潮驗潮，進行這項工作的場所稱為驗潮站驗潮站。 根據(jù)各地的驗潮結(jié)果表明，不同地點平均海水面之間還存在著差異，因此，對于一個國家來說，只能根據(jù)一個驗潮站所求得的平均海水面作為全國高程的統(tǒng)一起算面高程基準面。1957年確定青島驗潮站為我國基本驗潮站，以

3、該站1950年至1956年7年間的潮汐資料推求的平均海水面作為我國的高程基準面。以此高程基準面作為我國統(tǒng)一起算面的高程系統(tǒng)名謂“19561956年黃海高程系統(tǒng)年黃海高程系統(tǒng)”。 “1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程基準面的確立，對統(tǒng)一全國高程有其重要的歷史意義，對國防和經(jīng)濟建設、科學研究等方面都起了重要的作用。但從潮汐變化周期來看，確立“1956年黃海高程系統(tǒng)”的平均海水面所采用的驗潮資料時間較短，還不到潮汐變化的一個周期（一個周期一般為18.61年），同時又發(fā)現(xiàn)驗潮資料中含有粗差，因此有必要重新確定新的國家高程基準。 新的國家高程基準面是根據(jù)青島驗潮站19521979年19年間的驗潮資料計算確定

4、，根據(jù)這個高程基準面作為全國高程的統(tǒng)一起算面，稱為“19851985國家高程基準國家高程基準”。1 1高程基準面高程基準面2 2水準原點水準原點 為了長期、牢固地表示出高程基準面的位置，作為傳遞高程的起算點，必須建立穩(wěn)固的水準原點，用精密水準測量方法將它與驗潮站的水準標尺進行聯(lián)測，以高程基準面為零推求水準原點的高程，以此高程作為全國各地推算高程的依據(jù)。 我國的水準原點網(wǎng)建于青島附近。在“1985國家高程基準”系統(tǒng)中，我國水準原點的高程為我國水準原點的高程為72.260m72.260m。 “1985國家高程基準”已經(jīng)國家批準，并從1988年1月1日開始啟用，今后凡涉及高程基準時，一律由原來的“1

5、956年黃海高程系統(tǒng)”改用“1985國家高程基準”。由于新布測的國家一等水準網(wǎng)點是以“1985國家高程基準”起算的，因此，今后凡進行各等級水準測量、三角高程測量以及各種工程測量，盡可能與新布測的國家一等水準網(wǎng)點聯(lián)測，也即使用國家一等水準測量成果作為傳算高程的起算值，如不便于聯(lián)測時，可在“1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程值上改正一固定數(shù)值，而得到以“1985國家高程基準”為準的高程值。 5.1.2 5.1.2 高程控制網(wǎng)的布設高程控制網(wǎng)的布設國家高程控制測量主要是用水準測量方法進行國家水準網(wǎng)的布測。國家水準網(wǎng)是全國范圍內(nèi)施測各種比例尺地形圖和各類工程建設的高程控制基礎，并為地球科學研究提供精確的高

6、程資料，如研究地殼垂直形變的規(guī)律，各海洋平均海水面的高程變化，以及其他有關(guān)地質(zhì)和地貌的研究等。 國家水準網(wǎng)分4個等級布設，一、二等水準測量路線是國家的精密高程控制網(wǎng)。一等水準測量路線構(gòu)成的一等水準網(wǎng)是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也是研究地殼和地面垂直運動以及有關(guān)科學問題的主要依據(jù)，每隔1520年沿相同的路線重復觀測一次。構(gòu)成一等水準網(wǎng)的環(huán)線周長根據(jù)不同地形的地區(qū)，一般在1 0002000km之間。在一等水準環(huán)內(nèi)布設的二等水準網(wǎng)是國家高程控制的全面基礎，其環(huán)線周長根據(jù)不同地形的地區(qū)在500750km之間。一、二等水準測量統(tǒng)稱為精密水準測量。國家水準網(wǎng)的布設國家水準網(wǎng)的布設采用由高級到低級、從整體到

7、局部逐級控制、逐級加密的原則。1.國家高程控制網(wǎng)的布設方案和精度國家高程控制網(wǎng)的布設方案和精度我國一等水準網(wǎng)由289條路線組成，其中284條路線構(gòu)成100個閉合環(huán)，共計埋設各類標石近2萬余座。全國一等水準網(wǎng)布設略圖如圖所示。二等水準網(wǎng)在一等水準網(wǎng)的基礎上布設。我國已有1 138條二等水準測量路線，總長為13.7萬公里，構(gòu)成793個二等環(huán)。 三、四等水準測量直接提供地形測圖和各種工程建設所必須的高程控制點。三等水準測量路線一般可根據(jù)需要在高級水準網(wǎng)內(nèi)加密，布設附合路線，并盡可能互相交叉，構(gòu)成閉合環(huán)。單獨的附合路線長度應不超過200km；環(huán)線周長應不超過300km。四等水準測量路線一般以附合路線布

8、設于高級水準點之間，附合路線的長度應不超過80km。2 . 城市和工程建設高程控制測量城市和工程建設高程控制測量城市和工程建設高程控制網(wǎng)一般按水準測量方法來建立。為了統(tǒng)一水準測量規(guī)格，考慮到城市和工程建設的特點，城市測量和工程測量技術(shù)規(guī)范規(guī)定：水準測量依次分為二、三、四等3個等級。首級高程控制網(wǎng)，一般要求布設成閉合環(huán)形，加密時可布設成附合路線和結(jié)點圖形。各等級水準測量的精度和國家水準測量相應等級的精度一致。 城市和工程建設水準測量是各種大比例尺測圖、城市工程測量和城市地面沉降觀測的高程控制基礎，又是工程建設施工放樣和監(jiān)測工程建筑物垂直形變的依據(jù)。 水準測量的實施，其工作程序是：水準網(wǎng)的圖上設計

9、、水準點的選定、水準標石的埋設、水準測量觀測、平差計算和成果表的編制。水準網(wǎng)的布設應力求做到經(jīng)濟合理，因此，首先要對測區(qū)情況進行調(diào)查研究，搜集和分析測區(qū)已有的水準測量資料，從而擬定出比較合理的布設方案。如果測區(qū)的面積較大，則應先在1：25 000 1：100 000比例尺的地形圖上進行圖上設計。3. 水準路線的設計、選點和埋石水準路線的設計、選點和埋石圖上設計應遵循以下原則： （1）水準路線應盡量沿坡度小的道路布設，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避免跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。 （2）水準路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應使水準路線在輸電線或電纜50m以外布設，以避免電磁場對水準測量的

10、影響。 （3）布設首級高程控制網(wǎng)時，應考慮到便于進一步加密。 （4）水準網(wǎng)應盡可能布設成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點網(wǎng)，個別情況下亦可布設成附合路線。水準點間的距離：一般地區(qū)為24km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為12km。 （5）應與國家水準點進行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。 （6）注意測區(qū)已有水準測量成果的利用。 根據(jù)上述要求，首先應在圖上初步擬定水準網(wǎng)的布設方案，再到實地選定水準路線和水準點位置。在實地選線和選點時，除了要考慮上述要求外，還應注意使水準路線避開土質(zhì)松軟地段，確定水準點位置時，應考慮到水準標石埋設后點位的穩(wěn)固安全，并能長期保存，便于施測。為此，水準點應設置在地質(zhì)上最為可靠的地點，避免設置在水灘、沼

11、澤、沙土、滑坡和地下水位高的地區(qū)；埋設在鐵路、公路近旁時，一般要求離鐵路的距離應大于50m，離公路的距離應大于20m，應盡量避免埋設在交通繁忙的岔道口；墻上水準點應選在永久性的大型建筑物上。 水準點選定后，就可以進行水準標石的埋設工作。我們知道，水準點的高程就是指嵌設在水準標石上面的水準標志頂面相對于高程基準面的高度，如果水準標石埋設質(zhì)量不好，容易產(chǎn)生垂直位移或傾斜，那么即使水準測量觀測質(zhì)量再好，其最后成果也是不可靠的，因此務必十分重視水準標石的埋設質(zhì)量。造標造標國家水準點標石的制作材料、規(guī)格和埋設要求，在國家一、二等水準測量規(guī)范（以下簡稱水準規(guī)范）中都有具體的規(guī)定和說明。關(guān)于工程測量中常用的

12、普通水準標石是由柱石和盤石兩部分組成，如左下圖所示，標石可用混凝土澆制或用天然巖石制成。水準標石上面嵌設有銅材或不銹鋼金屬標志，如右下圖所示。埋石埋石首級水準路線上的結(jié)點應埋設基本水準標石，基本水準標石及其埋設如左下圖所示。 墻上水準標志如右下圖所示，一般嵌設在地基已經(jīng)穩(wěn)固的永久性建筑物的基礎部分，水準測量時，水準標尺安放在標志的突分。埋設水準標石時，一定要將底部及周圍的泥土夯實，標石埋設后，應繪制點之記，并辦理托管手續(xù)。 1 精密水準儀的構(gòu)造特點精密水準儀的構(gòu)造特點對于精密水準測量的精度而言，除一些外界因素的影響外，觀測儀器水準儀在結(jié)構(gòu)上的精確性與可靠性是具有重要意義的。為此，對精密水準儀必

13、須具備的一些條件提出下列要求。 1.高質(zhì)量的望遠鏡光學系統(tǒng) 為了在望遠鏡中能獲得水準標尺上分劃線的清晰影像，望遠鏡必須具有足夠的放大倍率和較大的物鏡孔徑。一般精密水準儀的放大倍率應大于40倍，物鏡的孔徑應大于50mm。2.堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu) 儀器的結(jié)構(gòu)必須使視準軸與水準軸之間的聯(lián)系相對穩(wěn)定，不受外界條件的變化而改變它們之間的關(guān)系。一般精密水準儀的主要構(gòu)件均用特殊的合金鋼制成，并在儀器上套有起隔熱作用的防護罩。 3.高精度的測微器裝置 精密水準儀必須有光學測微器裝置，借以精密測定小于水準標尺最小分劃線間格值的尾數(shù)，從而提高在水準標尺上的讀數(shù)精度。一般精密水準儀的光學測微器可以讀到0.lmm，估讀

14、到0.Olmm5.1.3 5.1.3 精密水準儀和水準尺精密水準儀和水準尺 4.高靈敏的管水準器 一般精密水準儀的管水準器的格值為10“/2mm。由于水準器的靈敏度愈高，觀測時要使水準器氣泡迅速置中也就愈困難，為此，在精密水準儀上必須有傾斜螺旋（又稱微傾螺旋）的裝置，借以可以使視準軸與水準軸同時產(chǎn)生微量變化，從而使水準氣泡較為容易地精確置中以達到視準軸的精確整平。5.高性能的補償器裝置 對于自動安平水準儀補償元件的質(zhì)量以及補償器裝置的精密度都可以影響補償器性能的可靠性。如果補償器不能給出正確的補償量，或是補償不足，或是補償過量，都會影響精密水準測量觀測成果的精度。 我國水準儀系列按精度分類有S

15、05型,S1型,S3型等。S是“水”字的漢語拼音第一個字母,S后面的數(shù)字表示每公里往返平均高差的偶然中誤差的毫米數(shù)。 我國水準儀系列及基本技術(shù)參數(shù)列于下表。我國水準儀系列及基本技術(shù)參數(shù)每公里往返平均高差中誤差望遠鏡放大率望遠鏡有效孔徑管狀水準器格值測微器有效量測范圍測微器最小分格值0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm20/2mm自動安平水準儀補償性能補償范圍安平精度安平時間不長于80.12s80.22s80.52s1022s2 2 精密水準標尺的構(gòu)造特點精密水準標尺的構(gòu)造特點 水

16、準標尺是測定高差的長度標準，如果水準標尺的長度有誤差，則對精密水準測量的觀測成果帶來系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響，為此，對精密水準標尺提出如下要求： （1）當空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時，水準標尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定，或僅有微小的變化。一般精密水準尺的分劃是漆在因瓦合金帶上，因瓦合金帶則以一定的拉力引張在木質(zhì)尺身的溝槽中，這樣因瓦合金帶的長度不會受木質(zhì)尺身伸縮變形影響。水準標尺分劃的數(shù)字是注記在因瓦合金帶兩旁的木質(zhì)尺身上，如圖（a）、（b）所示。 （2）水準標尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應很小。水準標尺分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差的大小主要決定于分劃刻度工藝的水平，當前精密水準標

17、尺分劃的偶然中誤差一般在8llum。由于精密水準標尺分劃的系統(tǒng)誤差可以通過水準標尺的平均每米真長加以改正，所以分劃的偶然誤差代表水準標尺分劃的綜合精度。（3）水準標尺在構(gòu)造上應保證全長筆直，并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭等變形。一般精密水準標尺的木質(zhì)尺身均應以經(jīng)過特殊處理的優(yōu)質(zhì)木料制作。為了避免水準標尺在使用中尺身底部磨損而改變尺身的長度，在水準標尺的底面必須釘有堅固耐磨的金屬底板。（4）在精密水準標尺的尺身上應附有圓水準器裝置，作業(yè)時扶尺者借以使水準標尺保持在垂直位置。（5）為了提高對水準標尺分劃的照準精度，水準標尺分劃的形式和顏色與水準標尺的顏色相協(xié)調(diào)，一般精密水準標尺都為黑色線條分劃，與淺黃

18、色的尺面相配合，有利于觀測時對水準標尺分劃精確照準。在精密水準測量作業(yè)時，水準標尺應豎立于特制的具有一定重量的尺墊或尺樁上。尺墊和尺樁的形狀如下圖所示。 線條分劃精密水準標尺的分格值有l(wèi)0mm和5mm兩種。分格值為10mm的精密水準標尺如圖（a）所示，它有兩排分劃，尺面左邊一排分劃注記從0300cm，稱為基本分劃，右邊一排分劃注記從300600cm稱為輔助分劃，同一高度的基本分劃與輔助分劃讀數(shù)相差一個常數(shù)，稱為基輔差，通常又稱尺常數(shù)，水準測量作業(yè)時可以用以檢查讀數(shù)的正確性。分格值為5mm的精密水準尺如圖（b）所示，它也有兩排分劃，但兩排分劃彼此錯開5mm ,所以實際上左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)

19、分劃，也就是單數(shù)分劃和雙數(shù)分劃各占一排，而沒有輔助分劃。木質(zhì)尺面右邊注記的是米數(shù)，左邊注記的是分米數(shù)，整個注記從0.15.9m，實際分格值為5mm，分劃注記比實際數(shù)值大了一倍，所以用這種水準標尺所測得的高差值必須除以2才是實際的高差值。 3 Wild N3精密水準儀精密水準儀 WildN3精密水準儀的外形如下圖a所示。望遠鏡物鏡的有效孔徑為50mm，放大倍率為40倍，管狀水準器格值為10“/2mm。N3精密水準儀與分格值為l0mm的精密因瓦水準標尺配套使用，標尺的基輔差為301.55cm。在望遠鏡目鏡的左邊上下有兩個小目鏡（在下圖a中沒有表示出來），它們是符合氣泡觀察目鏡和測微器讀數(shù)目鏡，在3

20、個不同的目鏡中所見到的影像如下圖b所示。 轉(zhuǎn)動傾斜螺旋，使符合氣泡觀察目鏡的水準氣泡兩端符合，則視線精確水平，此時可轉(zhuǎn)動測微螺旋使望遠鏡目鏡中看到的楔形絲夾準水準標尺上的148分劃線，也就是使148分劃線平分楔角，再在測微器目鏡中讀出測微器讀數(shù)653(即6.53mm)，故水平視線在水準標尺上的全部讀數(shù)為148.653cm。圖aWild N3精密水準儀精密水準儀 圖b圖cWild N3精密水準儀精密水準儀 高靈敏的管水準器 上圖c所示是N3型精密水準儀傾斜螺旋裝置及其作用示意圖。它是一種杠桿結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動傾斜螺旋時，通過著力點可以帶動支臂繞支點轉(zhuǎn)動，使其對望遠鏡的作用點產(chǎn)生微量升降，從而使望遠鏡繞轉(zhuǎn)

21、軸作微量傾斜。由于望遠鏡與水準器是緊密相聯(lián)的，于是傾斜螺旋的旋轉(zhuǎn)就可以使水準軸和視準軸同時產(chǎn)生微量的變化，借以迅速而精確地將視準軸整平。在傾斜螺旋上一般附有分劃盤，可借助于固定指標進行讀數(shù)，由傾斜螺旋所轉(zhuǎn)動的格數(shù)可以確定視線傾角的微小變化量，其轉(zhuǎn)動范圍約為7周。借助于這種裝置，可以測定視準軸微傾的角度值，在進行跨越障礙物的精密水準測量時具有重要作用。 必須指出，由上圖c可見儀器轉(zhuǎn)軸并不位于望遠鏡的中心，而是位于靠近物鏡的一端。由圓水準器整平儀器時，垂直軸并不能精確在垂直位置，可能偏離垂直位置較大。此時使用傾斜螺旋精確整平視準軸時，將會引起視準軸高度的變化，傾斜螺旋轉(zhuǎn)動量愈大，視準軸高度的變化也

22、就愈大。如果前后視精確整平視準軸時，傾斜螺旋的轉(zhuǎn)動量不等，就會在高差中帶來這種誤差的影響。 因此，在實際作業(yè)中規(guī)定：只有在符合水準氣泡兩端影像的分離量小于lcm時（這時儀器的垂直軸基本上在垂直位置），才允許使用傾斜螺旋來進行精確整平視準軸。但有些儀器轉(zhuǎn)軸的裝置，位于過望遠鏡中心的垂直幾何軸線上。 下圖是N3精密水準儀的光學測微器的測微工作原理示意圖。由圖可見，光學測微器由平行玻璃板、測微器分劃尺、傳動桿和測微螺旋等部件組成。平行玻璃板傳動桿與測微分劃尺相連。測微分劃尺上有100個分格，它與10mm相對應，即每分格為0.lmm，可估讀至0.0lmm。每10格有較長分劃線并注記數(shù)字，每兩長分劃線間

23、的格值為lmm。當平行玻璃板與水平視線正交時，測微分劃尺上初始讀數(shù)為5mm。轉(zhuǎn)動測微螺旋時，傳動桿就帶動平行玻璃板相對于物鏡作前俯后仰，并同時帶動測微分劃尺作相應的移動。平行玻璃板相對于物鏡作前俯后仰，水平視線就會向上或向下作平行移動。若逆轉(zhuǎn)測微螺旋，使平行玻璃板前俯到測微分劃尺移至10mm處，則水平視線向下平移5mm，反之，順轉(zhuǎn)測微螺旋使平行玻璃板后仰到測微分劃尺移至0mm處，則水平視線向上平移5mm。 高精度的測微裝置在下圖中，當平行玻璃板與水平視線正交時，水準標尺上讀數(shù)應為在兩相鄰分劃148與149之間，此時測微分劃上讀數(shù)為5mm，而不是0。轉(zhuǎn)動測微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平視線向下

24、平移與就近的148分劃重合，這時測微分劃尺上的讀數(shù)為6.50mm,而水平視線的平移量應為6.50-5mm，最后讀數(shù)為 =148cm+6.50mm-5mm即 =148.650cm-5mm 由上述可知，每次讀數(shù)中應減去常數(shù)（初始讀數(shù)) 5mm,但因在水準測量中計算高差時能自動抵消這個常數(shù)，所以在水準測量作業(yè)時，讀數(shù)、記錄、計算過程中都可以不考慮這個常數(shù)。但在單向讀數(shù)時就必須減去這個初始讀數(shù)。 aaN3精密水準儀的測微器裝置Zeiss Ni 004精密水準儀精密水準儀 該儀器的主要特點是對熱影響的感應較小，即當外界溫度變化時，水準軸與視準軸之間的交角的變化很小，這是因為望遠鏡、管狀水準器和平行玻璃板

25、的傾斜設備等部件，都裝在一個附有絕熱層的金屬套筒內(nèi)，這樣就保證了水準儀上這些部件的溫度迅速達到平衡。 儀器物鏡的有效孔徑為56mm，望遠鏡放大倍率為44倍，望遠鏡目鏡視場內(nèi)有左右兩組楔形絲，如右圖所示，右邊一組楔形絲的交角較小，在視距較遠時使用，左邊一組楔形絲的交角較大，在視距較近時使用，管狀水準器格值為10/2mm。轉(zhuǎn)動測微螺旋可使水平視線在10mm范圍內(nèi)平移，測微器的分劃鼓直接與測微螺旋相連（見右圖），通過放大鏡在測微鼓上進行讀數(shù)，測微鼓上有100個分格，所以測微鼓最小格值為0.1mm。從望遠鏡目鏡視場中所看到的影像如右圖所示，視場下部是水準器的符合氣泡影像。Ni 004精密水準儀與分格值

26、為5mm的精密因瓦水準尺配套使用。在右圖中，使用測微螺旋使楔形絲夾準水準標尺上197分劃，在測微分劃鼓上的讀數(shù)為340，即3.40mm，水準標尺上的全部讀數(shù)為197.340cm。Zeiss Ni 004精密水準儀精密水準儀國產(chǎn)國產(chǎn)S1型精密水準儀型精密水準儀 S1型精密水準儀由北京測繪儀器廠生產(chǎn)。儀器物鏡的有效孔徑為50mm，望遠鏡放大倍率為40倍，管狀水準器格值為10/2mm。轉(zhuǎn)動測微螺旋可使水平視線在10mm范圍內(nèi)作平移，測微器分劃尺有100個分格，故測微器分劃尺最小格值為0.1mm。 國產(chǎn)S1型精密水準儀望遠鏡目鏡視場中所看到的影像如右圖所示，視場左邊是水準器的符合氣泡影像，測微器讀數(shù)顯

27、微鏡在望遠鏡目鏡的右下方。 該儀器與分格值為5mm的精密水準標尺配套使用。 在右圖中，使用測微螺旋使楔形絲夾準198分劃，在測微器讀數(shù)顯微鏡中的讀數(shù)為150，即1.50mm，水準標尺上的全部讀數(shù)為198.150cm。 國產(chǎn)國產(chǎn)S1型精密水準儀型精密水準儀 5.1.4 5.1.4 數(shù)字水準儀和條碼水準尺數(shù)字水準儀和條碼水準尺具有自動安平功能。自動顯示水平視線讀數(shù)和視距。通過物鏡獲取水準尺圖象，通過 儀器的處理系統(tǒng)，將圖象信息轉(zhuǎn) 換成數(shù)字顯示。能與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。基本避免了人為的觀測誤差（視 差、水準器精平誤差、瞄準誤差、 估讀數(shù)誤差。電子水準儀圖電子水準儀圖條條碼碼尺尺測量鍵測量鍵要求豎絲要

28、求豎絲位于條碼位于條碼帶上，否帶上，否則不能讀則不能讀數(shù)數(shù)要求尺子立要求尺子立直（以圓氣直（以圓氣泡為準），泡為準），否則拒絕工否則拒絕工作。作。1.水準儀的檢視2.水準儀上概略水準器的檢校3.光學測微器隙動差和分劃值的測定（了解） 測定光學測微器分劃值的基本思想：利用一根分劃值經(jīng)過精密檢定的特制分劃尺和測微器分劃尺進行比較求得。 方法：將特制分劃尺豎立在與儀器等高的一定距離處，旋轉(zhuǎn)測微螺旋，使楔形絲先后對準特制分劃尺上兩相鄰的分劃線，這時測微器分劃尺移動了L格，若特制分劃尺分劃線間隔值為d，則測得的測微器分劃尺一個分格值為g，則有：dgL0.001gmm名光學測微器隙動差的測定方法：光學測微

29、器隙動差的測定方法：比較旋進測微螺旋和旋出測微螺旋照準特制分劃尺上同一分劃線在測微器分劃尺上的讀數(shù)之差（理論上應該相等），不應超過2格。4. 視準軸與水準軸相互關(guān)系的檢驗與校正（重點）（重點） i i角誤差檢驗與校正角誤差檢驗與校正 111111112222222222habababhhabababh 12hh 2112hh /i s is 10i 要求 。校正在j2測站上進行，先求出A標尺上的正確讀數(shù)a2=a22，調(diào)節(jié)測微螺旋和傾斜螺旋，使水準標尺A上的讀數(shù)為a2，此時氣泡影象不重合，再校正氣泡兩端校正螺旋使其符合。15i精密若若s=20.6m()BABAissss21221111()()2

30、2hhabab 角誤差的檢驗與校正角誤差的檢驗與校正 檢驗方法：整平儀器后使儀器繞視準軸左右傾斜，根據(jù)水準氣泡移動的方向和大小來判斷是否有交叉誤差存在。 若氣泡現(xiàn)兩端保持符合，或同向離開相同距離，則表示無交若氣泡現(xiàn)兩端保持符合，或同向離開相同距離，則表示無交叉誤差，若兩端異向離開，則表示不能滿足，異向離開大于叉誤差，若兩端異向離開，則表示不能滿足，異向離開大于2mm2mm，必須進行校正必須進行校正 。50m1. 水準標尺的檢視2. 水準標尺上圓水準器的檢校3. 水準標尺分劃面彎曲差的測定尺面如有彎曲，觀測時將使讀數(shù)偏大。如圖：彎曲的尺長l伸直可認為BC，而正確的長度L。 2224flL283f

31、Lll 283fllLl 4. 一對水準標尺名義長度的測定平均米真長偏差f(mm/m)，f=平均每米真長-1m 當一對水準標尺的平均米真長偏差大于0.02mm，則應對水準測量的觀測高差施加每米真長改正，則改正后的高差h=h+ =h+fh5.一對水準標尺零點差的影響 兩水準標尺的零點誤差不等，設a，b水準標尺的零點誤差分別為a和b,它們都會在水準標尺上產(chǎn)生誤差。 如下圖所示，在測站上顧及兩水準標尺的零點誤差對前后視水準標尺上讀數(shù)b1，a1的影響，則測站的觀測高差為：bababbaah)()()(111112 在測站上，顧及兩水準標尺零點誤差對前后視水準標尺上讀數(shù)a2,b2的影響，則測站的觀測高差

32、為ababaabbh)()()(222223則13點的高差，即I、測站所測高差之和為 由此可見，盡管兩水準標尺的零點誤差 , 但在兩相鄰測站的觀測高差之和中，抵消了這種誤差的影響，故在實際水準測量作業(yè)中各測段的測站數(shù)目應安排成偶數(shù)，且在相鄰測站上使兩水準標尺輪流作為前視尺和后視尺。)()(2211231213abbahhhba5.3.1 5.3.1 精密水準測量作業(yè)的一般規(guī)定精密水準測量作業(yè)的一般規(guī)定 根據(jù)各種誤差的性質(zhì)及其影響規(guī)律，水準規(guī)范中對精密水準測量的實施作出了各種相應的規(guī)定 ：（1）觀測前30分鐘，應將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時應用測傘遮蔽陽光；遷站時應罩以

33、儀器罩。（2）儀器距前、后視水準標尺的距離應盡量相等，其差應小于規(guī)定的限值：二等水準測量中規(guī)定，一測站前、后視距差應小于1.0m，前、后視距累積差應小于3m。這樣，可以消除或削弱與距離有關(guān)的各種誤差對觀測高差的影響，如角誤差和垂直折光等影響。（3）對氣泡式水準儀，觀測前應測出傾斜螺旋的置平零點，并作標記，隨著氣溫變化，應隨時調(diào)整置平零點的位置。對于自動安平水準儀的圓水準器，須嚴格置平。（4）同一測站上觀測時，不得兩次調(diào)焦；轉(zhuǎn)動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應為旋進，以避免傾斜螺旋和測微器隙動差對觀測成果的影響。（5）在兩相鄰測站上，應按奇、偶數(shù)測站的觀測程序進行觀測，對于往測奇數(shù)測

34、站按“后前前后”、偶數(shù)測站按“前后后前”的觀測程序在相鄰測站上交替進行。返測時，奇數(shù)測站與偶數(shù)測站的觀測程序與往測時相反，即奇數(shù)測站由前視開始，偶數(shù)測站由后視開始。這樣的觀測程序可以消除或減弱與時間成比例均勻變化的誤差對觀測高差的影響，如角的變化和儀器的垂直位移等影響。（6）在連續(xù)各測站上安置水準儀時，應使其中兩腳螺旋與水準路線方向平行，而第三腳螺旋輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。（7）每一測段的往測與返測，其測站數(shù)均應為偶數(shù)，由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩水準標尺應互換位置，并應重新整置儀器。在水準路線上每一測段儀器測站安排成偶數(shù)，可以削減兩水準標尺零點不等差等誤差對觀測高差的影響。（8）每一測段的水準

35、測量路線應進行往測和返測，這樣，可以消除或減弱性質(zhì)相同、正負號也相同的誤差影響，如水準標尺垂直位移的誤差影響。 （9）一個測段的水準測量路線的往測和返測應在不同的氣象條件下進行，如分別在上午和下午觀測。（10)使用補償式自動安平水準儀觀測的操作程序與水準器水準儀相同。觀測前對圓水準器應嚴格檢驗與校正，觀測時應嚴格使圓水準器氣泡居中。（11）水準測量的觀測工作間歇時，最好能結(jié)束在固定的水準點上，否則，應選擇兩個堅穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置水準標尺的固定點，作為間歇點加以標記，間歇后，應對兩個間歇點的高差進行檢測，檢測結(jié)果如符合限差要求（對于二等水準測量，規(guī)定檢測間歇點高差之差應1.Omm），就可

36、以從間歇點起測。若僅能選定一個固定點作為間歇點，則在間歇后應仔細檢視，確認沒有發(fā)生任何位移，方可由間歇點起測。5.3.2 5.3.2 精密水準測量觀測精密水準測量觀測1.測站觀測程序測站觀測程序 往測時，奇數(shù)測站照準水準標尺分劃的順序為 后視標尺的基本分劃； 前視標尺的基本分劃； 前視標尺的輔助分劃； 后視標尺的輔助分劃； 往測時，偶數(shù)測站照準水準標尺分劃的順序為 前視標尺的基本分劃； 后視標尺的基本分劃； 后視標尺的輔助分劃； 前視標尺的輔助分劃。 返測時，奇、偶數(shù)測站照準標尺的順序分別與往測偶、奇數(shù)測 站相同。 以往測奇數(shù)測站為例，一測站的操作程序如下：以往測奇數(shù)測站為例，一測站的操作程序

37、如下： （一）置平儀器。氣泡式水準儀望遠鏡繞垂直軸旋轉(zhuǎn)時，水準氣泡兩端影像的分離，不得超過lcm，對于自動安平水準儀，要求圓氣泡位于指標圓環(huán)中央。 （二）將望遠鏡照準后視水準標尺，使符合水準氣泡兩端影像近于符合。隨后用上、下絲分別照準標尺基本分劃進行視距讀數(shù)（如下表中的（1）和（2）。視距讀取4位，第四位數(shù)由測微器直接讀得(第一位)。然后，使符合水準氣泡兩端影像精確符合，使用測微螺旋用楔形平分線精確照準標尺的基本分劃，并讀取標尺基本分劃和測微分劃的讀數(shù)（3）。測微分劃讀數(shù)取至測微器最小分劃。 （三）旋轉(zhuǎn)望遠鏡照準前視標尺，并使符合水準氣泡兩端影像精確符合，用楔形平分線照準標尺基本分劃，并讀取標

38、尺基本分劃和測微分劃的讀數(shù)（4）。然后用上、下絲分別照準標尺基本分劃進行視距讀數(shù)（5）和（6）。 （四）用水平微動螺旋使望遠鏡照準前視標尺的輔助分劃，并使符合氣泡兩端影像精確符合，用楔形平分線精確照準并進行標尺輔助分劃與測微分劃讀數(shù)（7）。 （五）旋轉(zhuǎn)望遠鏡，照準后視標尺的輔助分劃，并使符合水準氣泡兩端影像精確符合，用楔形平分線精確照準并進行輔助分劃與測微分劃讀數(shù)（8）。下表中第（1）至（8）欄是讀數(shù)的記錄部分，（9）至（18）欄是計算部分。 測自 至 20 年 月 日 時間 始 時 分 末 時 分 成 像 溫度 云量 風向風速 天氣 土質(zhì) 太陽方向 精密水準測量觀測精密水準測量觀測測站編號后

39、尺下絲前尺下絲方 尺及向 號標尺讀數(shù)基+K減輔（一減二）備考上絲上絲后距d前距d基本分劃（一次）輔助分劃（二次）（1）（5）后（3）（8）（14）（2）（6）前（4）（7）（13）（9）（10）后-前（15）（16）（17）（11）（12） h（18）后前后-前 h現(xiàn)以往測奇數(shù)測站的觀測程序為例，來說明計算內(nèi)容與計算步驟現(xiàn)以往測奇數(shù)測站的觀測程序為例，來說明計算內(nèi)容與計算步驟 視距部分的計算 （9）=（1）-（2） （10）=（5）-（6） （11）=（9）-（10） （12）=（11）+前站（12） 高差部分的計算與檢核 （14）（3）+ K -（8）式中K為基輔差（對于N3水準標尺而言K=

40、3.0155m) （13）=（4）+ K -（7） （15）=（3）-（4） （16）=（8）-（7） （17）=（14）-（13）=（15）-（16）檢核 （18）= （15）+（16）以上即一測站全部操作與觀測過程。 12一、二等精密水準測量外業(yè)計算尾數(shù)取位規(guī)定如下表：項目等級往（返）測距離總和km測段距離中數(shù)km各測站高差mm往（返）測高差總和mm測段高差中數(shù)mm水準點高程mm一二0.010.010.010.010.010.10.111一、二等水準測量限差規(guī)定如下表：視線高度：2米尺：0.55H1.85（m）3米尺：0.55H2.80（m） 測段路線往返測高差不符值、

41、附合路線和環(huán)線閉合差以及檢測已測測段高差之差的限值如下表： 2 K4 K2 L4 L2 F4 F3 R6 R項目等級測段路線往返測高差不符值mm附合路線閉合差mm環(huán)線閉合差mm檢測已測測段高差之差mm一等二等 若測段路線往返測不符值超限，應先就可靠程度較小的往測或返測進行整測段重測；附合路線和環(huán)線閉合差超限，應就路線上可靠程度較小，往返測高差不符值較大或觀測條件較差的某些測段進行重測，如重測后仍不符合限差，則需重測其他測段。 由個測段往返測的高差不符值計算每公里單程高差的偶然中誤差（相當于單位權(quán)觀測中誤差）的公式為 精密水準測量觀測精度估算精密水準測量觀測精度估算nR21 往返測高差平均值的每

42、公里偶然中誤差為 4121RnM式中，是各測段往返測的高差不符值，取mm為單位；R是各測段的距離，取km為單位；n是測段的數(shù)目。 按水準規(guī)范規(guī)定，一、二等水準路線須以測段往返高差不符值計算每公里水準測量往返高差中數(shù)的偶然中誤差。當水準路線構(gòu)成水準網(wǎng)的水準環(huán)超過20個時，還需按水準環(huán)閉合差計算每公里水準測量高差中數(shù)的全中誤差。 計算每公里水準測量高差中數(shù)的全中誤差的公式為NWQWMTW1式中， 是水準環(huán)線經(jīng)過正常水準面不平行改正后計算的水準環(huán)閉合差矩陣， 的轉(zhuǎn)置矩陣 為環(huán)的閉合差，以mm為單位； 為水準環(huán)的數(shù)目，協(xié)因數(shù)矩陣 中對角線元素為各環(huán)線的周長 ，非對角線元素，如果圖形不相鄰，則一律為零，

43、如果圖形相鄰，則為相鄰邊長度（公里數(shù)）的負值。WWiNTwwwwW),(21NQNFFF,21每公里水準測量往返高差中數(shù)偶然中誤差和全中誤差的限值列于下表中。MWM等級一等mm二等mm0.451.01.02.0偶然中誤差 ，全中誤差 超限時，應分析原因，重測有關(guān)測段或路線。 MWM()i溫度變化對 角的影響大氣垂直折光的影響儀器和水準標尺 尺臺或尺墊 垂直位移的影響電磁場對水準測量的影響磁場對補償式自動安平水準儀的影響i角視準軸與水準軸不平行的影響角水準標尺每米長度的誤差兩水準標尺零點差的影響5.4 精密水準測量的主要誤差來源及其影響（重點）3觀測誤差 （在精密水準測量中影響很小，不到0.1m

44、m）1.1.視準軸與水準軸不平行的誤差視準軸與水準軸不平行的誤差（1 1）i i角的誤差影響角的誤差影響 1()siss后前1()siss后前對一測站高差的影響：對一測站高差的影響：對一測段高差的影響：對一測段高差的影響：1()si ss后前 理論上若前后視距相等則此項誤差為0，但在實際工作中難以做到前后視距嚴格相等。所以有必要討論前后視距不等差的容許值問題： 設i=15,s=0.1mm（此時認為此項誤差對高差的影響小到可以忽略不計），則可得出前后視距差的容許值為：1.4sssmi后前顧及各種外界因素的影響，規(guī)定二等水準測量前后視距差應不超過顧及各種外界因素的影響，規(guī)定二等水準測量前后視距差應

45、不超過1m。為了避免各種誤差的累積，還規(guī)定測段中前后視距累積差不超過為了避免各種誤差的累積，還規(guī)定測段中前后視距累積差不超過3m。 若儀器不存在i角誤差，則在儀器的垂直軸嚴格垂直時，交叉誤差并不影響在水準標尺上的讀數(shù)，因為儀器在水平方向轉(zhuǎn)動時，視準軸與水準軸在垂直面上的投影仍保持互相平行，因此對水準測量并無不利影響。若垂直軸有傾斜時，則會對測量成果產(chǎn)生影響，應對水準儀的圓水準軸和交叉誤差進行檢校。（3）溫度變化對i角的誤差影響在觀測的較短時間內(nèi)，由于受溫度的影響，假設i角與時間成比例地均勻變化采用下列觀測方法可削弱其影響：采用下列觀測方法可削弱其影響：奇數(shù)站：后（基）奇數(shù)站：后（基）前（基）前

46、（基）前（輔）前（輔）后（輔）后（輔）偶數(shù)站：前（基）偶數(shù)站：前（基）后（基）后（基）后（輔）后（輔）前（輔）前（輔）f為水準標尺每米間隔平均真長誤差 對一個測站高差應加的改正數(shù) 對一個測段高差應加的改正數(shù)fhfffh2 水準標尺每米長度誤差的影響3 兩水準標尺零點差的影響a a標尺零點差為標尺零點差為aa，b b標尺零點差為標尺零點差為bb1.211112.32222haabbababhbbaababa 消除方法：把路線的測站數(shù)設為偶數(shù)站消除方法：把路線的測站數(shù)設為偶數(shù)站4 儀器和水準標尺（尺臺或尺樁）垂直位移的影響儀器下沉111 ( 11)1111habdabdhd22( 221)( 21

47、)2222hadddbddabdhd122122hhddh若采用后前前后的觀測順序：若采用后前前后的觀測順序：則基面測得的高差：則基面測得的高差：輔面測得的高差：輔面測得的高差：基輔高差的平均值：基輔高差的平均值：若儀器均勻下沉，則若儀器均勻下沉，則采用后前前后的觀測采用后前前后的觀測程序可較好的消除此程序可較好的消除此項誤差的影響。項誤差的影響。5 水準標尺（尺臺或尺樁）下沉水準標尺的下沉主要是發(fā)生在遷站過程中，由原來的水準標尺的下沉主要是發(fā)生在遷站過程中，由原來的前視尺變?yōu)楹笠暢邥r尺子產(chǎn)生了下沉，于是總是使后前視尺變?yōu)楹笠暢邥r尺子產(chǎn)生了下沉，于是總是使后視尺的讀書偏大，使各測站的高差都偏大

48、。視尺的讀書偏大，使各測站的高差都偏大。進行往返測，高差取平均后水準標尺（尺臺或尺樁）下沉的誤差影響可大大減少。往返測盡可能路線相同。6 大氣折光的影響削弱方法： 使前后視距相等； 使視線離地面具有足夠的高度； 避免在日出后半小時、日落前半小時和正午 進行觀測。7 電磁場對水準測量的影響 根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)輸電線經(jīng)過的地帶所產(chǎn)生的電磁場，對光線，其中包括對水準測量視準線位置的正確性有系統(tǒng)性的影響，并與電流強度有關(guān)。輸電線所形成的電磁場對平行于電磁場和正交于電磁場的視準線將有不同影響 。 為了避免這種系統(tǒng)性的影響，在布設與輸電線平行的水準路線時，必須使水準線路離輸電線50m以外，如果水準線路與輸電線相

49、交，則其交角應為直角，并且應將水準儀嚴格地安置在輸電線的下方，標尺點與輸電線成對稱布置，這樣，照準后視和前視水準標尺的視準線直線性的變形可以互相抵消。 8 觀測誤差的影響 精密水準測量的觀測誤差，主要有水準器氣泡居中的誤差，照準水準標尺上分劃的誤差和讀數(shù)誤差，這些誤差都是屬于偶然性質(zhì)的。由于精密水準儀有傾斜螺旋和符合水準器，并有光學測微器裝置，可以提高讀數(shù)精度，同時用楔形絲照準水準標尺上的分劃線，這樣可以減小照準誤差，因此，這些誤差影響都可以有效地控制在很小的范圍內(nèi)。實驗結(jié)果分析表明，這些誤差在每測站上由基輔分劃所得觀測高差的平均值中的影響還不到0.lmm。5.5 5.5 水準測量的概算水準測

50、量的概算 5.5.1 5.5.1 水準標尺每米長度誤差的改正數(shù)計算水準標尺每米長度誤差的改正數(shù)計算水準標尺每米長度誤差對高差的影響是系統(tǒng)性質(zhì)的。根據(jù)規(guī)定，當一對水準標尺每米長度的平均誤差 大于0.02mm時，就要對觀測高差進行改正，對于一個測段的改正 ff由于往返測觀測高差的符號相反，所以往返測觀測高差的改正數(shù)也將有不同的正負號。 設有一對水準標尺經(jīng)檢定得，一米間隔的平均真長為999.96mm，則=（999.96-1000）= -0.04mm。測段往返測高差m345.20h則該測段往返測高差的改正數(shù)為 0.04( 20.345)0.81(mm)f hff.正常水準面不平行的改正數(shù)計算正常水準面不平行的改正數(shù)計算 按水準規(guī)范規(guī)定，各等級水準測量結(jié)果，均須計算正常水準面不平行的改正。正常水準面不平行改正數(shù)按下式計算，即)(iiAH式中為水準測量路線中第i測段的正常水準面不平行改正數(shù)，A 為常系數(shù)，當水準測量路線的緯度差不大時，常系數(shù)A可按水準測量路線