內(nèi)容：理解水準(zhǔn)測量的基本原理；掌握 DS3 型微傾式水準(zhǔn)儀,、自動安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點,、水準(zhǔn)尺和尺墊；掌握水準(zhǔn)儀的使用及檢校方法,；掌握水準(zhǔn)測量的外業(yè)實施（觀測,、記錄和檢核）及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理（高差閉合差的調(diào)整）方法；了解水準(zhǔn)測量的注意事項,、精密水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及操作方法,。

重點：水準(zhǔn)測量原理；水準(zhǔn)測量的外業(yè)實施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理,。

難點：水準(zhǔn)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：

　?。?）水準(zhǔn)測量 (leveling)

（2）三角高程測量 (trigonometric leveling)

　　（3）氣壓高程測量 (air pressure leveling)

　?。?）GPS 測量 (GPS leveling)

§2.2 水準(zhǔn)測量原理

一,、基本原理

水準(zhǔn)測量的原理是利用水準(zhǔn)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(zhuǎn)點 TP(turning point) 的概念：當(dāng)?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定其高差時，就需增設(shè)若干個臨時傳遞高程的立尺點,，稱為轉(zhuǎn)點,。

二、連續(xù)水準(zhǔn)測量

如圖所示,，在實際水準(zhǔn)測量中， A ,、 B 兩點間高差較大或相距較遠,，安置一次水準(zhǔn)儀不能測定兩點之間的高差。此時有必要沿 A ,、 B 的水準(zhǔn)路線增設(shè)若干個必要的臨時立尺點,，即轉(zhuǎn)點（用作傳遞高程）。根據(jù)水準(zhǔn)測量的原理依次連續(xù)地在兩個立尺中間安置水準(zhǔn)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 1

h 2 = a 2 － b 2
……

則： h AB = h 1 + h 2 +…… + h n = Σ h = Σ a － Σ b

結(jié)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(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺

一、水準(zhǔn)儀 (level)

如圖所示,，由望遠鏡,、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。

　　　　　　DS3 微傾式水準(zhǔn)儀　　　　　　　　　　 自動安平水準(zhǔn)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(zhǔn)器 (bubble) 有兩種：

圓水準(zhǔn)器 (circular bubble) ——精度低,，用于粗略整平,；水準(zhǔn)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(zhǔn)尺 (leveling staff)

水準(zhǔn)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?dāng)?shù)字,。

2,、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(zhuǎn)點上，為防止觀測過程中水準(zhǔn)尺下沉,。

四,、 水準(zhǔn)儀的使用

操作程序：粗平——瞄準(zhǔn)——精平——讀數(shù)

（一）粗平——調(diào)節(jié)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)氣泡居中,。

1,、方法：對向轉(zhuǎn)動腳螺旋 1 、 2 ——使氣泡移至 1 ,、 2 方向的中間——轉(zhuǎn)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(zhǔn)

1、方法：先用準(zhǔn)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(biāo)像有相對運動,。

產(chǎn)生原因：目標(biāo)像平面與十字絲平面不重合。

消除方法：仔細反復(fù)交替調(diào)節(jié)目鏡和物鏡對光螺旋,。

（三）精平

1,、方法：如圖所示微傾式水準(zhǔn)儀 (tilt level) ，調(diào)節(jié)微傾螺旋,，使水準(zhǔn)管氣泡成像拋物線符合,。

2、說明：若使用自動安平水準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)測量的實施與成果整理

一、水準(zhǔn)點 (Bench Mark)

通過水準(zhǔn)測量方法獲得其高程的高程控制點,，稱為水準(zhǔn)點 BM ,，一般用表示。有永久性和臨時性兩種,。（見圖）

二,、水準(zhǔn)路線 (leveling line)

水準(zhǔn)路線依據(jù)工程的性質(zhì)和測區(qū)情況，可布設(shè)成以下幾種形式：

1,、閉合水準(zhǔn)路線 (closed leveling line) ,。由已知點 BM1 ——已知點 BM1

2、附合水準(zhǔn)路線 (annexed leveling line) ,。由已知點 BM1 ——已知點 BM2

3,、支水準(zhǔn)路線 (spur leveling line) 。 由已知點 BM1 ——某一待定水準(zhǔn)點 A ,。

4,、水準(zhǔn)網(wǎng)：若干條單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成的圖形。

三,、水準(zhǔn)測量的實施（外業(yè)）

1,、觀測要求

如圖，有：

（1）水準(zhǔn)儀安置在離前,、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,，①紅黑面讀數(shù)差 <±3mm ② h 黑 -h 紅 <±5mm 。

2,、水準(zhǔn)測量記錄表

注意：（1）起始點只有后視讀數(shù),，結(jié)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(zhǔn)測量的成果處理（內(nèi)業(yè)）

（一）計算閉合差：

1、閉合水準(zhǔn)路線：

2,、附合水準(zhǔn)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(zhǔn)測量，有：

式中,， ——高差閉合差限差,，單位： mm

L ——水準(zhǔn)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(zhǔn)測量的成果實例

【例】如圖為按圖根水準(zhǔn)測量要求施測某附合水準(zhǔn)路線觀測成果略圖,。 BM-A 和 BM-B 為已知高程的水準(zhǔn)點，圖中箭頭表示水準(zhǔn)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：

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) V i

H 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-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(zhǔn)儀的檢驗與校正

一,、水準(zhǔn)儀軸線的幾何關(guān)系

水準(zhǔn)儀軸線應(yīng)滿足的幾何條件是：

1,、水準(zhǔn)管軸 LL// 視準(zhǔn)軸 CC

2、圓水準(zhǔn)軸 L ' L ' // 豎軸 VV

3,、橫絲要水平（即： ⊥ 豎軸 VV ）

如下圖所示：

二,、水準(zhǔn)儀的檢驗與校正

（一）圓水準(zhǔn)器的檢驗與校正

1、檢驗：氣泡居中后,，再將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn) 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,，用橫絲的一端對準(zhǔn)一固定點 P ，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動左右 2 個“校正螺絲”。

（三）水準(zhǔn)管軸平行于視準(zhǔn)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(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸,，有 i 角。

因為① h1 為正確高差② b2 的誤差可忽略不計,，故有：

對于 S 3 水準(zhǔn)儀,，若 i 角大于 時,，需校正。

2,、校正方法有二種：

（1）校正水準(zhǔn)管

旋轉(zhuǎn)微傾螺旋,，使十字絲橫絲對準(zhǔn) (a 2 ' =h 1 +b 2 ) ，撥動水準(zhǔn)管“校正螺絲”,，使水準(zhǔn)管氣泡居中,。

（2）校正十字絲——可用于自動安平水準(zhǔn)儀

保持水準(zhǔn)管氣泡居中，撥動十字絲上下兩個“校正螺絲”,，使橫絲對準(zhǔn) a 2 ' ,。

§ 2.6 自動安平、精密,、電子水準(zhǔn)儀簡介

一,、自動安平水準(zhǔn)儀 (compensator level)

1、原理——與普通水準(zhǔn)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(nèi)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(biāo)線平齊,。

3,、檢校——與精通水準(zhǔn)儀相比,，要增加一項補償器的檢驗,，即：轉(zhuǎn)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(zhǔn)儀 （ precise level ） （每公里往返平均高差中誤差 1mm ）

1,、精密水準(zhǔn)儀 —— 提供精確的水平視線和精確讀數(shù),。

精密水準(zhǔn)儀

2、精密水準(zhǔn)尺 —— 刻度精確 ( 銦鋼帶水準(zhǔn)尺 invar leveling staff) ,。

3,、讀數(shù)方法

（1）精平后，轉(zhuǎn)動測微螺旋,，使十字絲的楔形絲精確夾準(zhǔn)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(zhǔn)儀 (digital level) 及條紋碼水準(zhǔn)尺 (coding level staff)

1、具有自動安平,、顯示讀數(shù)和視距功能,。

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(zhǔn)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(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸（ i 角）的誤差,、水準(zhǔn)尺誤差

二,、操作誤差

主要有：水準(zhǔn)氣泡未嚴格居中、視差,、估讀誤差,、水準(zhǔn)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(fēng)力。

四,、水準(zhǔn)測量的注意事項：

(一）觀測：

1,、觀測前應(yīng)認真按要求檢驗水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺；

2,、儀器應(yīng)安置在土質(zhì)堅實處,，并踩實三角架,；

3,、前后視距應(yīng)盡可能相等；

4,、每次讀數(shù)前要消除視差,，只有當(dāng)符合水準(zhǔn)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(dāng)一測站記錄計算合格后才能搬站,，搬站時先檢查儀器連接螺旋是否固緊,，一手托住儀器，一手握住腳架穩(wěn)步前進,。

（二）記錄：

⒈ 認真記錄,，邊記邊回報數(shù)字，準(zhǔn)確無誤的記入記錄手簿相應(yīng)欄中,，嚴禁偽造和傳抄,；

⒉ 字體要端正、清楚,、不準(zhǔn)涂改,，不準(zhǔn)用橡皮擦，如按規(guī)定可以改正時,，應(yīng)在原數(shù)字上劃線后再在上方重寫,；

⒊ 每站應(yīng)當(dāng)場計算，檢查符合要求后,，才能通知觀測者搬站,。

（三）扶尺：

⒈ 扶尺人員認真豎立水準(zhǔn)尺；

⒉ 轉(zhuǎn)點應(yīng)選擇土質(zhì)堅實處,，并踩實尺墊,；

⒊ 水準(zhǔn)儀搬站時，應(yīng)注意保護好原前視點尺墊位置不移動,。