第四章 水準測量

測量學(xué)

第3章水準測量2/1/20231西南科技大學(xué)環(huán)資學(xué)院測量工程系第3章水準測量

§3.1

水準測量原理

§3.2

水準儀及其使用

§3.3

自動安平水準儀及數(shù)字水準儀

§3.4

水準測量方法

§3.5

微傾式水準儀的檢驗與校正

§3.6

水準測量的誤差分析及注意事項

2/1/2023

2西南科技大學(xué)第3章水準測量測量三項基本工作之一：高程測量高程測量：測量地面上各點高程的工作高程測量有下列幾種方法：

1.幾何水準測量——是高程測量最主要的方法

2.三角高程測量

3.物理高程測量包括:氣壓高程測量、液體靜力水準測量

4.GPS高程測量5.攝影高程測量2/1/2023

3西南科技大學(xué)主要內(nèi)容：

水準測量原理、水準儀的構(gòu)造及使用、水準測量的施測方法、儀器的檢驗與校正。主要目的：

使學(xué)生了解水準測量原理、測量工具，掌握地面點位高程測量過程，從而精確求出地面點高程。重點內(nèi)容：

水準測量原理、施測方法、成果計算。第3章水準測量2/1/2023

4西南科技大學(xué)3.4.高程系統(tǒng)、等級高程系統(tǒng)

我國國家高程系統(tǒng)：黃海高程系

1956年黃海高程系(水準原點H=72.289米）

我國國家高程基準：

1985年國家高程基準(水準原點H=72.260米)

地方高程系統(tǒng)

上海：吳淞高程系2/1/2023

5西南科技大學(xué)水準測量原點：直接由平均海水面測得高程的水準點2/1/2023

6西南科技大學(xué)水準點及其等級l

水準點（BenchMark），通過水準測量建立的高程控制點，工程上常用BM來標記。l

水準點的等級及埋設(shè)w

國家水準點分為一、二、三、四等四個等級，按規(guī)范要求埋設(shè)永久性標石標記。三、四等水準點一般用混凝土標石制成，深埋到地面凍結(jié)線以下，在標石的頂面設(shè)有用不銹鋼或其它不易銹蝕的材料制成的半球狀標志。w

墻上水準點w

圖根水準點和一些施工測量使用的水準點

常采用臨時性標志,例如:木樁（樁頂釘一半圓球狀鐵釘）2/1/2023

7西南科技大學(xué)或大鐵釘打入地面，也可在地面上突出的堅硬巖石或房屋四周水泥面、臺階等處用紅油漆標記。

l

水準點的位置：選在土質(zhì)堅硬、便于長期保存和使用方便的地點。埋設(shè)水準點后，應(yīng)繪出水準點的點之記。圖2-12/1/2023

8西南科技大學(xué)

§

3.1水準測量原理

原理：利用水準儀提供的一條水平視線，借助水準尺來測定地面兩點間的高差，從而由已知點的高程和測得的高差，求出待定點的高程。

1.高差法:hAB=后視讀數(shù)—前視讀數(shù)，即：待定點B點的高程：2.儀高法(視線高法):2/1/2023

9西南科技大學(xué)水準測量術(shù)語：如圖2-2所示：

A—后視點、a—后視讀數(shù)，

B—前視點、

b—前視讀數(shù)高差=后視讀數(shù)—前視讀數(shù)

※觀測者站在儀器處，面向前進方向，前面所立尺為前視，背后所立尺為后視。

高差的符號：

高差的正負號反映兩點的高低；

高差的正負號又與測量前進的方向有關(guān)：

hAB=－h(huán)BA

圖2-22/1/2023

10西南科技大學(xué)連續(xù)水準測量：

在兩點間連續(xù)地多次安置儀器所進行的水準測量。

圖2-3

在圖2-3中：

測站：安置儀器的點（在圖2-3中Ⅰ、Ⅱ…）

轉(zhuǎn)點：(TurningPoint)常簡寫為：TP，是傳遞高程的點(1、2…)。圖2-32/1/2023

11西南科技大學(xué)

§

3.2水準儀及其使用

水準測量所使用的儀器為水準儀，所使用的工具為水準尺和尺墊。水準儀按其精度劃分為四個等級：精密水準儀DS05、DS1；普通水準儀DS3、DS10

D—大地測量；S—水準儀；后面的數(shù)字代表儀器的測量精度（每公里往返測高差中數(shù)的中誤差，即精度）。水準儀按其構(gòu)造可分為四種：微傾式水準儀、自動安平水準儀、電子水準儀和數(shù)字水準儀以前，普通工程測量中最常用的水準儀是：

DS3微傾式水準儀（或DS3自動安平水準儀）2/1/2023

12西南科技大學(xué)一、DS3微傾式水準儀及其使用DS3微傾式水準儀的構(gòu)造作用：為測量高差提供一條水平視線組成：望遠鏡、水準器、基座132765498101412131115161.微傾螺旋；2.分劃板護罩；3.目鏡；4.物鏡調(diào)焦螺旋；5.制動螺旋；6.微動螺旋；7.底板；8.三角壓板；9.腳螺旋；10.彈簧帽；11.望遠鏡；12.物鏡；13.管水準器；14.圓水準器；15.連接小螺釘；16.軸座

2/1/2023

13西南科技大學(xué)(1)望遠鏡

由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成C

C視準軸CC：物鏡光心與十字絲交點的連線視準軸在測量時必須保持水平，也就是水平視線！2/1/2023

14西南科技大學(xué)（2）水準器

水準器分為圓水準器和管水準器兩種。

管水準器—用來指示視準軸是否水平

0點2mm管水準器又稱為長水準管水準管分劃值：是水準管表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角水準管軸LL：過水準管零點所作圓弧面的縱切線2/1/2023

15西南科技大學(xué)

2mm圓水準器—用來指示儀器豎軸是否豎直

圓水準器分劃值：是圓水準器表面2mm圓弧所對應(yīng)的圓心角

DS3水準儀水準器分劃值通常為：長水準管圓水準器圓水準器軸：過圓水準器零點所作圓球面的法線2/1/2023

16西南科技大學(xué)DS3水準儀

常采用符合水準管系統(tǒng)

——目的是提高水準管氣泡居中的精度

符合氣泡符合尚未符合符合氣泡符合，水準管軸與視線水平。微傾螺旋2/1/2023

17西南科技大學(xué)（3）基座基座通過連接螺旋與三腳架相連基座用于支承水準儀上部，水準儀旋轉(zhuǎn)軸插入基座軸套可自由旋轉(zhuǎn)基座上的三個腳螺旋用于調(diào)節(jié)圓水準氣泡儀器豎軸VV：就是水準儀的旋轉(zhuǎn)軸望遠鏡水準器基座三腳架VV2/1/2023

18西南科技大學(xué)CCLLVVL'L'水準儀的主要構(gòu)造特點水準儀的主要軸線：

①視準軸CC②水準管軸LL③圓水準器軸④儀器豎軸VV必須滿足的幾何條件：

①∥VV②十字絲橫絲⊥VV

③LL∥CC2/1/2023

19西南科技大學(xué)2.水準尺和尺墊

（1）水準尺有單面尺、雙面尺、塔尺三種

（2）標準水準尺為一對雙面尺，

其中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺紅面4.687~7.687m,B尺紅面4.787~7.787m。

（3）尺墊半球形頂部用來豎立水準尺，并標志轉(zhuǎn)點位置。2/1/2023

20西南科技大學(xué)3.水準儀的使用

為測定A、B兩點的高差，首先將水準儀安置在A、B兩點之間（一般取中間位置），然后按以下四個步驟進行操作：（1）粗平（粗略整平）

——目的是使儀器豎軸鉛直

調(diào)節(jié)三個腳螺旋使圓水準器氣泡居中，氣泡移動的方向始終與左手大拇指的運動方向一致。2/1/2023

21西南科技大學(xué)（2）瞄準（瞄準水準尺）

首先轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲清晰，轉(zhuǎn)動望遠鏡瞄準水準尺，再轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)焦螺旋使目標清晰。注意消除視差！

什么是視差？產(chǎn)生的原因？如何消除？2/1/2023

22西南科技大學(xué)

※

視差：觀測者的眼睛在目鏡端上下移動時，物像與十字絲間有相對運動的現(xiàn)象，叫十字絲視差，簡稱視差。

※

產(chǎn)生視差的原因及消除的方法：l產(chǎn)生視差的原因:尺像與十字絲分劃板不重合。

l消除的方法：重新調(diào)焦（物鏡）

圖2-152/1/2023

23西南科技大學(xué)（3）精平（精確整平）

在每次讀數(shù)之前，都應(yīng)注意符合水準氣泡觀測窗，轉(zhuǎn)動微傾螺旋使水準管氣泡居中，即符合水準器的兩端氣泡影像對齊，只有當氣泡已經(jīng)穩(wěn)定不動而又居中的時候，水準管軸水平，視準軸亦水平，即提供了一條水平視線。

微傾螺旋2/1/2023

24西南科技大學(xué)（4）讀數(shù)（精確整平）

儀器精確整平后，即可用十字絲橫絲（即中絲）在水準尺上讀數(shù)。

讀數(shù)按由大到小的方向，讀出米、分米、厘米、并仔細估讀毫米數(shù)。

讀數(shù)記錄一般均不加小數(shù)點，讀記四位數(shù)，以毫米為單位。黑面讀數(shù)

a=1274（mm）紅面讀數(shù)

b=5958（mm）2/1/2023

25西南科技大學(xué)

bc瞄準與讀數(shù)水準測量的瞄準與讀數(shù)acb

a0722623915372/1/2023

26西南科技大學(xué)精密水準儀（DS05、DS1）主要用于國家一、二等水準測量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工程測量中；例如建構(gòu)筑物的沉降觀測，大型橋梁工程的施工測量和大型精密設(shè)備安裝的水平基準測量等。二、精密水準儀和精密水準尺§

3.2水準儀及其使用2/1/2023

27西南科技大學(xué)1.精密水準儀的特點1)望遠鏡的放大倍數(shù)越大，分辨率越高，如規(guī)范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2)管水準器分劃值為10″/2mm，精平精度高；3)望遠鏡的物鏡有效孔徑大，亮度好；4)望遠鏡外表材料一般采用受溫度變化小的因瓦合金鋼，以減小環(huán)境溫度變化的影響；5)采用平板玻璃測微器讀數(shù)，讀數(shù)誤差??；6)配備精密水準尺。2/1/2023

28西南科技大學(xué)2.精密水準尺(因瓦水準尺)精密水準尺：是在木質(zhì)尺身的凹槽內(nèi)，引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張在尺身上，以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。長度分劃在因瓦合金鋼帶上，數(shù)字注記在木質(zhì)尺身上，精密水準尺的分劃值分為基輔分劃（10mm）和奇偶分劃（5mm）兩種?；o分劃差為：3.01550m2/1/2023

29西南科技大學(xué)3.N3精密水準儀及其讀數(shù)原理下圖就是新N3微傾式精密水準儀，其每km往返測高差中數(shù)的中誤差為±0.3mm。為了提高讀數(shù)精度，精密水準儀上設(shè)有平行玻璃板測微器。2/1/2023

30西南科技大學(xué)精密水準儀、水準尺WILDN3、精密水準尺WILDN3精密自動安平水準儀精密水準尺2/1/2023

31西南科技大學(xué)測微尺的讀數(shù)通過光路成像在測微尺讀數(shù)窗內(nèi)。

2/1/2023

32西南科技大學(xué)2/1/2023

33西南科技大學(xué)2/1/2023

34西南科技大學(xué)旋轉(zhuǎn)N3的平行玻璃板可以產(chǎn)生的最大視線平移量為10mm，它對應(yīng)測微尺上的100個分格。

測微尺上1個分格等于0.1mm，如在測微尺上估讀到0.1分格，則可以估讀到0.01mm。

將標尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標尺的實際讀數(shù)。如下圖的讀數(shù)為148+0.655=148.655cm=1.48655m。

測微尺的讀數(shù)2/1/2023

35西南科技大學(xué)精密水準儀的使用及讀數(shù)方法精密水準儀的操作方法與DS3水準儀基本相同，只是在讀數(shù)方法上有所差異。讀數(shù)時，用微傾螺旋使目鏡視場左邊的符合水準氣泡的兩個半像吻合后，儀器即已精確整平。這時望遠鏡十字絲橫絲往往不恰好對準水準尺上的某一分劃線，需轉(zhuǎn)動測微螺旋調(diào)整視線上下移動，使十字絲的楔形絲精確夾住水準尺上一個整分劃線，再在讀數(shù)顯微鏡內(nèi)讀出厘米以下的讀數(shù)。2/1/2023

36西南科技大學(xué)精密水準儀讀數(shù)圖讀數(shù)：197150測微器讀數(shù)窗水準器視窗楔型絲2/1/2023

37西南科技大學(xué)

自動安平水準儀不需要水準管和微傾螺旋，只有一個圓水準器，安置儀器時，只要使圓水準器的氣泡居中后，借助一種“補償器”的特別裝置，使視線自動處于水平狀態(tài)。自動安平水準儀正面

§

3.3自動安平水準儀及數(shù)字水準儀

一、自動安平水準儀2/1/2023

38西南科技大學(xué)自動安平水準儀反面自動安平水準儀后面自動安平水準儀反面自動安平水準儀正面2/1/2023

39西南科技大學(xué)自動安平水準儀安平的工作原理2/1/2023

40西南科技大學(xué)二、數(shù)字水準儀望遠鏡基座—腳螺旋自動安平補償器電子水準儀調(diào)焦螺旋制動、微動螺旋調(diào)焦發(fā)送器：計算概略視距值；補償監(jiān)視器：監(jiān)測安平補償器的工作狀態(tài)分光鏡：將由物鏡計入的光分為可見光和紅外光行陣探測器：識別水準尺上的條碼，進行讀數(shù)（電子水準儀）2/1/2023

41西南科技大學(xué)二、數(shù)字水準儀2/1/2023

42西南科技大學(xué)下圖為采用相關(guān)法的徠卡NA3003

數(shù)字水準儀的機械光學(xué)結(jié)構(gòu)圖2/1/2023

43西南科技大學(xué)二、電子水準儀的特點及應(yīng)用特點：讀數(shù)客觀.不存在誤讀、誤記問題,沒有人為讀數(shù)誤差.精度高。速度快。測量時間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。效率高。可實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。應(yīng)用前景：快速水準測量，其工作效率可提高30％～50％；自動沉降監(jiān)測機器、轉(zhuǎn)臺等的精密工業(yè)測量；儀器與計算機相連，可實現(xiàn)實時、自動的連續(xù)高程測量；標準測量、地形測量、線路測量及施工放樣等。2/1/2023

44西南科技大學(xué)

§

3.4水準測量方法

一、水準測量的外業(yè)實施1.水準點

——事先埋設(shè)標志在地面上，用水準測量方法建立的高程控制點(BenchMark),常以BM表示。

水準點分為永久性和臨時性兩種，其頂部通常為凸起的半球面,用于放置水準尺。

2/1/2023

45西南科技大學(xué)2.待定點高程的測量和計算檢核已知HA，求高程HB，中間臨時放置標尺的過度點1，2….稱為轉(zhuǎn)點,起高程傳遞作用,常用TP(TurningPoint)表示，實測時轉(zhuǎn)點上應(yīng)使用尺墊。2/1/2023

46西南科技大學(xué)每測站高差：（后視讀數(shù)-前視讀數(shù)）各測站高差之和：待定點B點高程：2.待定點高程的測量和計算檢核2/1/2023

47西南科技大學(xué)測段高差的觀測1.測段:二個水準點之間構(gòu)成的水準路線。2.測站的搬設(shè)：測段多測站連續(xù)觀測，水準儀、標尺按前進方向逐一搬站，方法：(1)一測站檢核無誤，記錄員發(fā)"搬站"口令；(2)觀測員、扶尺員按口令搬站：①前視尺扶尺員不離原立尺點，確保尺墊不變動;新設(shè)站的后視尺。②觀測員將水準儀搬到下一測站適當位置，距離適當。③后視尺扶尺員在新設(shè)站的位置。新設(shè)站的前視尺。2/1/2023

48西南科技大學(xué)測段的高差計算：1)概念：往測，前進方向從A到B的逐站水準測量；

返測，前進方向從B到A的逐站水準測量。2)測段高差計算：(1)往返測高差計算：

h往=hi往。檢核：hi往=ai往-bi往。

h返=hi返。檢核：hi返=ai返-bi返。(2)測段高差計算：Δh=h往+h返2/1/2023

49西南科技大學(xué)普通水準測量記錄表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358–3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–

HA=51.491–50.000=1.491HB–

HA=∑h=∑a–

∑b(計算無誤)計算檢核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前視+后視備注高程（m）高差標尺讀數(shù)（m）測點0.7182/1/2023

50西南科技大學(xué)3.測站檢核為保證每一測站的高差正確，或在誤差允許范圍之內(nèi)，必須進行測站檢核。測站檢核有雙儀高法和雙面尺法（1）雙面尺法：黑面讀數(shù)高差：紅面讀數(shù)高差：紅黑面高差之差：最后高差中數(shù)：（2）雙儀高法：改變儀器高度10cm以上，測出兩次高差，進行檢核。2/1/2023

51西南科技大學(xué)（一）、兩次儀器高法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b22/1/2023

52西南科技大學(xué)水準測量記錄（兩次儀器法）2/1/2023

53西南科技大學(xué)（二）、雙面尺法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b22/1/2023

54西南科技大學(xué)雙面尺法水準測量觀測記錄表2/1/2023

55西南科技大學(xué)雙儀高法水準測量觀測記錄表2/1/2023

56西南科技大學(xué)§2-4水準測量的方法圖2-21二、水準路線的布設(shè)形式

l

附合水準路線（a）l

閉合水準路線（b）l

支水準路線（c）l

水準網(wǎng)（d、e）水準路線:水準測量所經(jīng)過的路線。

圖2-212/1/2023

57西南科技大學(xué)二、水準路線測量的成果檢核1.閉合水準路線從某已知點BMA出發(fā),經(jīng)待定點1,2,3,4;再回到A點。高差理論值：?

高差閉合差：2.附合水準路線從已知點BMA出發(fā)到另一已知點B,

高差理論值：高差閉合差：AB2h1h312/1/2023

58西南科技大學(xué)二、水準路線測量的成果檢核3.結(jié)點水準網(wǎng)（1）獨立水準網(wǎng)?（2）單結(jié)點附合水準網(wǎng)4.支水準路線從已知點BMA出發(fā)到待定點B

???2/1/2023

59西南科技大學(xué)三、水準測量的內(nèi)業(yè)計算

按一定的原則將計算出的水準線路高差閉合差進行分配，確保各測段（或各測站）高差經(jīng)改正后嚴格滿足檢核條件。等外水準測量高差閉合差容許誤差：山地：平地：國家四等水準測量高差閉合差容許誤差：山地：平地：2/1/2023

60西南科技大學(xué)

水準測量的內(nèi)業(yè)計算步驟（附合、閉合水準路線）

h21）計算閉合差2）判斷閉合差是否超限3）計算各測段觀測高差的改正數(shù)5）計算各測段的改正后的高差6）計算各點的高程值4）檢查閉合差是否分配完AB2附合水準路線h1h312/1/2023

61西南科技大學(xué)例：附合水準測量內(nèi)業(yè)計算2/1/2023

62西南科技大學(xué)測站觀測的限差控制

“伴隨觀測，逐一檢核，隨時控制，逐步放行”。伴隨觀測，逐一檢核：觀測開始就接受檢核，不能觀測完再檢核。隨時控制，逐步放行：檢核合格才容許下一步的觀測工作。2/1/2023

63西南科技大學(xué)普通水準測量記錄計算表-0.016-0.014-0.119B56.9020964575415636348Bfh=

∑h=–0.016m=–16mm檢核BMA55.35207725560BMAE55.2432024671208765566ED56.3322100688609325720DC57.0791387607613506035CHA=55.352m55.35225127200BMA平均高差高差前視后視備注高程（m）高差標尺讀數(shù)（m）測點Σ7.23330.8697.24730.988+1.548+1.446+0.176+0.272-0.750-0.851-1.092-0.992+0.104+0.006+3+1.547+3+0.174+3-0.750+3-1.092+4+0.1052/1/2023

64西南科技大學(xué)表2-3附合水準路線成果計算(例：填表)測段點號路線長度（km）測站數(shù)實測高差（m）改正數(shù)（mm）改正后高差（m）高程（m）

1BMA2.3

+0.748

46.216BM1

21.2

-0.423

BM2

32.4

+0.298

BM3

42.1

-1.476

BMB45.331∑8.0

-0.853-32-0.885

輔助計算

圖2-232/1/2023

65西南科技大學(xué)1.高差閉合差和限差的計算：（見表2-3的輔助計算）

2.高差閉合差的調(diào)整

l

當閉合差在容許值范圍內(nèi)時，可把閉合差分配到各測段的高差上。

l

分配的原則：將閉合差反號按測站數(shù)或水準路線長度成正比分配到各測段的高差上。（各測段的改正數(shù)與測站數(shù)或水準路線的長度成正比

）1）計算各測段高差改正數(shù):(表2-3中第6列）

或

2/1/2023

66西南科技大學(xué)

式中:vi————分配給第i測段高差的改正數(shù)；

Li，ni————第i測段路線的長度和測站數(shù)；

∑L，∑n————水準路線的總長度和總測站數(shù)。

檢核：各段改正數(shù)的總和應(yīng)與高差閉合差的大小相等且符號相反，即

∑vi=-fh

。例：如表2-2中v1=-（32/8）×2.3=-9mm…記于表中第6列相應(yīng)行中。檢核：-

9-

5-

10-

8=-

32mm（∑vi=-

fh

）

2）計算改正后高差（見

表2-3中第7列）

3、計算待定點高程（見表2-3中第8列）

2/1/2023

67西南科技大學(xué)表2-3附合水準路線成果計算(例圖2-23)測段點號路線長度（km）測站數(shù)實測高差（m）改正數(shù)（mm）改正后高差（m）高程（m）

1BMA2.3

+0.748-9+0.73946.216BM146.95521.2

-0.423-5-0.428BM246.52732.4

+0.298-10+0.288BM346.81542.1

-1.476-8-1.484BMB45.331∑8.0

-0.853-32-0.885

輔助計算2/1/2023

68西南科技大學(xué)§

3.5微傾式水準儀的檢驗與校正一、圓水準器的檢驗與校正檢驗?zāi)康氖潜ＷC：圓水準器軸∥儀器VV二、十字絲的檢驗與校正檢驗?zāi)康氖潜ＷC：十字絲橫絲⊥儀器VV三、管水準器的檢驗與校正檢驗?zāi)康氖潜ＷC：視準軸CC

∥水準管軸LL（水準儀的主條件）2/1/2023

69西南科技大學(xué)檢校的時間：購進儀器之后長途運輸之后項目開工之后出現(xiàn)問題之后檢校目的：使儀器各種軸系關(guān)系處于正常狀態(tài)。

水準儀的檢驗和校正

2/1/2023

70西南科技大學(xué)一、微傾式水準儀的檢驗和校正水準儀的主要軸、線：視準軸CC水準管軸LL儀器豎軸VV圓水準器軸LL十字絲橫絲（中絲）軸線之間應(yīng)滿足的幾何條件LL∥VV橫絲⊥VVLL∥CC（最重要）圖2-242/1/2023

71西南科技大學(xué)（一）圓水準器軸平行于儀器豎軸的檢驗和校正

目的使LL∥VV，圓水準器氣泡居中時，豎軸位于鉛垂位置。檢驗（1）旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準器氣泡居中（2）將望遠鏡水平方向繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°，若氣泡仍居中，則LL∥VV，若氣泡偏離，則需進行校正。2/1/2023

72西南科技大學(xué)校正

先用腳螺旋使氣泡向中央方向移動偏離量的一半；稍松中間的固定螺絲（有的儀器無此螺絲）；再用校正針撥動圓水準器的三個校正螺絲使氣泡居中。重復(fù)上述的檢驗和校正，使儀器上部旋轉(zhuǎn)到任何位置氣泡都能居中為止。最后應(yīng)注意旋緊固定螺絲。圖2-252/1/2023

73西南科技大學(xué)（二）十字絲橫絲垂直于儀器豎軸的檢驗和校正目的

使橫絲⊥VV，當儀器粗略整平后，橫絲基本水平，用橫絲上任意位置所得讀數(shù)均相同。檢驗水準儀整平后，先用十字絲橫絲的一端切準一個點狀目標P，若P點始終在橫絲上移動，說明橫絲已與豎軸垂直；若P點移動的軌跡離開了橫絲，則說明橫絲與豎軸不垂直，需要校正。圖2-272/1/2023

74西南科技大學(xué)校正

打開十字絲分劃板的護罩，可見到三個或四個分劃板的固定螺絲松開這些固定螺絲用手轉(zhuǎn)動十字絲分劃板座，使橫絲的另一端與目標相切。反復(fù)試驗使橫絲的兩端都能與目標相切，則校正完成。最后旋緊所有固定螺絲。

圖2-282/1/2023

75西南科技大學(xué)（三）i角誤差的檢驗和校正

l

i角：水準管軸和視準軸在垂直面上的投影的夾角。

l交叉誤差：上述兩軸在水平面上投影的夾角。在等外水準

測量中可忽略其影響

為使LL∥CC，兩軸在水平面和垂直面的投影都應(yīng)平行。

l

i角檢驗：是水準儀檢校中最重要的一項，

l

i角檢驗?zāi)康?/p>

當水準管氣泡符合時，視準軸就處于水平位置，使讀數(shù)正確。2/1/2023

76西南科技大學(xué)

圖2-29

a2

a2′

a12/1/2023

77西南科技大學(xué)檢驗方法：（圖2-29）

l

在平坦之地選相距60～80m的A、B兩點，在兩點打入木樁；

l

水準儀置于

I點（A、B兩點的中點），用雙儀高法測得A

B兩點的高差h1=a1-b1l

把將儀器搬至

II點（距B點略大于2米），測得A、B兩點高差h2=a2-b2l

如果h2=h1，說明水準管軸與視準軸平行，即i=0。如果h2≠h1則說明存在i角誤差：式中Δ=h2-h1=a2-a2′兩點所測高差之差；

DAB——A、B兩點間的距離；

ρ″——206265″。當Δ或i角為正時，視線向上傾斜，反之向下傾斜。對于DS3水準儀，要求i角不大于20，否則應(yīng)進行校正。

a2

a2′

a12/1/2023

78西南科技大學(xué)l

如果h2=h1，說明水準管軸與視準軸平行，即i=0。如果h2≠h1則說明存在i角誤差：式中Δ=h2-h1=a2-a2′兩點所測高差之差；

DAB——A、B兩點間的距離；

ρ″——206265″。當Δ或i角為正時，視線向上傾斜，反之向下傾斜。對于DS3水準儀，要求i角不大于20，否則應(yīng)進行校正。

a2

a2′

a12/1/2023

79西南科技大學(xué)儀器在II處，用微傾螺旋使遠點A的讀數(shù)從a2改變到a2′=b2+h1。此時視準軸處于水平位置，但水準管也因隨之變動而氣泡不再符合。用校正針撥動水準管一端的校正螺絲使氣泡符合，(圖2-30)則水準管軸也處于水平位置，從而使水準管軸平行于視準軸。水準管的校正螺絲，校正時先松動左右兩校正螺絲，然后撥上下兩校正螺絲使氣泡符合。撥動上下校正螺絲時，應(yīng)先松一個再緊另一個逐漸改正，當最后校正完畢時，所有校正螺絲都應(yīng)適度旋緊。以上檢驗校正要反復(fù)進行，直到i角小于20″為止。校正方法（圖2-29）2/1/2023

80西南科技大學(xué)圖2-30用校正針撥動水準管一端的校正螺絲使氣泡符合，(圖2-30)則水準管軸也處于水平位置，從而使水準管軸平行于視準軸。水準管的校正螺絲，校正時先松動左右兩校正螺絲，然后撥上下兩校正螺絲使氣泡符合。撥動上下校正螺絲時，應(yīng)先松一個再緊另一個逐漸改正，當最后校正完畢時，所有校正螺絲都應(yīng)適度旋緊。以上檢驗校正要反復(fù)進行，直到i角小于20″為止。2/1/2023

81西南科技大學(xué)（四）水準管軸和視準軸交叉誤差的檢驗和校正1、檢驗方法：①將水準儀安置在距標尺50m處，并使其一腳螺旋位于望遠鏡至標尺的視準面內(nèi)。②將儀器整平，并用傾斜螺旋使氣泡精密符合，按中絲（或楔形絲）在標尺上讀書a。然后將腳螺旋1升高兩周，腳螺旋2下降2周使讀書a保持不變。此時儀器向一側(cè)偏斜，注意氣泡偏移情況。③接著，將腳螺旋1下降四周，腳螺旋2上升四周，保持讀書a仍不變。此時，儀器向另外一側(cè)偏斜，再次觀察氣泡偏移情況。④對于②、③兩種情況，若氣泡兩端符合或同向偏移相同距離，則無交向誤差；若氣泡兩端異向偏離，且距離大于2mm時，須校正。2/1/2023

82西南科技大學(xué)2、校正：將水準器一側(cè)的校正螺絲放松，另一側(cè)校正螺絲擰緊，使水準器左右移動，至氣泡兩端符合為止。2/1/2023

83西南科技大學(xué)（四）水準管軸和視準軸交叉誤差的檢驗和校正由于交叉誤差的影響較小，所以一般工程水準測量中可不進行此項檢驗。對于精密水準測量，則應(yīng)進行交叉誤差的檢驗。如果需要進行這項檢驗時，應(yīng)安排在i角檢驗校正之前進行。因為這兩項檢校互相有影響，但i角的檢校最為重要，應(yīng)在最后進行。2/1/2023

84西南科技大學(xué)二、自動安平水準儀的檢驗和校正自動安平水準儀應(yīng)滿足的條件圓水準器軸平行儀器的豎軸；十字絲橫絲垂直豎軸；水準儀在補償范圍內(nèi)，應(yīng)能起到補償作用；視準軸經(jīng)過補償后應(yīng)與水平線一致。2/1/2023

85西南科技大學(xué)2、自動安平水準儀的檢驗和校正前兩項的檢校

與微傾式水準儀的檢校方法完全相同。第三項（補償器）的檢驗

離水準儀約50m處豎立水準尺，儀器安置成如下位置：即使其中兩個腳螺旋的連線垂直于儀器到水準尺連線的方向；用圓水準器整平儀器，讀取水準尺上讀數(shù)；四種情況（豎軸向前、后、左、右傾斜）下讀數(shù)：旋轉(zhuǎn)視線方向上的第三個腳螺旋，讓氣泡中心偏離圓水準器零點少許，使豎軸向前稍傾斜；然后再次旋轉(zhuǎn)這個腳螺旋，使氣泡中心向相反方向重新整平儀器，用位于垂直于視線方向的兩個腳螺旋，先后使儀器向左右兩側(cè)傾斜2/1/2023

86西南科技大學(xué)儀器豎軸向前后左右傾斜時所得讀數(shù)與儀器整平時所得讀數(shù)之差不超過2mm，則可認為補償器工作正常，否則應(yīng)檢查原因或送工廠修理。第四項（視準軸經(jīng)過補償后應(yīng)與水平線一致）的檢校若視準軸經(jīng)補償后不能與水平線一致，則也構(gòu)成i角，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。檢驗方法與微傾式水準儀i角的檢驗方法相同校正

校正十字絲。撥十字絲的校正螺絲，使A點的讀數(shù)從a2改變到a2′。對于DS3水準儀也應(yīng)使i角不大于20″2/1/2023

87西南科技大學(xué)§

3.6水準測量誤差分析及注意事項一、儀器誤差

1.儀器校正后的殘余誤差

2.水準尺誤差(包含:刻劃、變形和零點誤差等）二、觀測誤差

1.讀數(shù)誤差2.視差影響3.水準管氣泡居中誤差三、外界條件的影響

1.儀器下沉和尺墊下沉誤差2.地球曲率和大氣折光的影響3.溫度的影響2/1/2023

88西南科技大學(xué)一、儀器誤差

l

儀器校正后的殘余誤差（i角誤差

）

此項誤差與儀器至立尺點的距離成正比。

l

在測量中，保持前視和后視的距離相等，可消除該項誤差。

l

因某種原因某一測站的前視（或后視）距離較大，那么就在下一測站上使后視（或前視）距離較大，可使誤差得到補償。

l

水準尺的誤差

l

尺長誤差

：尺長變化、彎曲引起的誤差，通常限制彎曲度、施加改正數(shù)消除。

l

刻劃誤差：刻劃不準確引起的誤差，可施加改正數(shù)消除。

l零點誤差：尺底的刻劃值與理論值之差，可采用偶數(shù)站或使用一根水準尺消除。2/1/2023

89西南科技大學(xué)

望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行i角對讀數(shù)的影響向上傾斜i

角的符號為正2/1/2023

90西南科技大學(xué)

望遠鏡的視準軸與水準管的水準軸不平行i角對高差的影響向上傾斜i

角的符號為正2/1/2023

91西南科技大學(xué)二、觀測誤差氣泡居中的誤差 氣泡居中的精度即水準管的靈敏度，它主要決定于水準管的分劃值。為了減小氣泡居中誤差的影響，應(yīng)對視線長加以限制，觀測時應(yīng)盡量使氣泡精確地居中或符合。讀數(shù)誤差 估讀的誤差與人眼的分辨能力、望遠鏡的放大率以及視線的長度有關(guān)。視差影響水準尺傾斜誤差水準尺傾斜會使讀數(shù)增大：裝有水準器的水準尺、搖尺法可消除。2/1/2023

92西南科技大學(xué)三、外界條件的影響儀器下沉和水準尺下沉儀器下沉：“后、前、前、后”的觀測程序，可減弱其影響。水準尺下沉：“往返測”可以減弱水準尺下沉的影響。氣候的影響溫度的變化引起大氣折光變化造成尺像跳動；烈日直曬儀器和大風影響水準管氣泡的整平。盡量選擇無風的陰天進行測量。2/1/2023

93西南科技大學(xué)

地球曲率的影響

水準測量應(yīng)根據(jù)水準面來求出兩點的高差，但視準軸是一直線，因此使讀數(shù)中含有由地球曲率引起的誤差“p”。

P=D2(2R)

大氣折光的影響

在一般大氣情況下，大氣折光誤差“”是地球曲率誤差“p”的1/7;=D2(14R)地球曲率與大氣折光的共同影響：

f=p-=0.43D2R

若前后視距相等,該誤差可在計算高差時自行消除。3、地球曲率和大氣折光的影響(圖2-34)2/1/2023

94西南科技大學(xué)圖2-34地球曲率的影響P=D2(2R)；大氣折光=D2(14R)

地球曲率與大氣折光的共同影響：

f=p-=0.43D2R2/1/2023

95西南科技大學(xué)地球曲率和大氣折光的影響

1）視線高出地面0.3m，2）選擇合適的天氣（陰天、晚上、無風等）