一、水准测量原理

1. 水准测量基本原理

目的：测定两点的高差

仪器：水准仪

原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行观测 ，并通过其中一个点（M点）的高程推算另一个点(N点)的高程。

2. 水准测量观测方法

（1）高差法：在M、N两点间安置水准仪，在M、N两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取M点、N点上的读数a、b，则两点的高差为

a：后视读数(后视观测读数)；

b：前视读数(前视观测读数)。

M：后视点

N：前视点

（2）视线高法（单站多测法）

安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的视线高程Hi，然后分别计算出各个点的高程：

bj为第j个前视点的读数，Hj为第j个前视点的高程。

这种方法常用于路线纵断面测量。

3. 连续水准测量（路线水准测量）

应用前提：两待测点之间距离较远、高差较大，或中间有障碍。

方法：加设若干个临时立尺点（称为转点ZD），依此测定相邻两个点的高差，取各高差的代数和即得到起终两个点的高差。

则M、N两点的高差为

4. 提高精度的观测方法

“中间法”观测：各测站前、后视线长度大致相等

二、水准仪

1. 水准仪：提供水平视线（平行大地水准面）的设备

2. 水准仪类型：

（1）微倾式水准仪

（2）自动安平水准仪

（3）电子水准仪

3. 水准仪的表示方法（国产仪器）

DSn：D表示大地测量S表示水准仪，n为数字表示仪器精度，数值n越小,表示仪器精度越高。如DS0.5,,表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或等于0.5mm。

4. 常用水准仪的等级划分及主要用途

5. 水准仪的主要结构组成

主要为三部分：

（1）望远镜 （2）水准器 （3）基座

其中望远镜为主要组成部分。下图为WILD NAK-0X型水准仪

6. 望远镜组成及其成像原理

望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个主要部分组成。

成像原理：目标经过物镜和对光凹透镜的作用，在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。

（望远镜的放大倍数）

目镜的作用：放大，人眼经过目镜，可以看到目标的小实像与十字丝一起放大了的虚像。

十字丝的作用：提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时，用中间横丝截取水准尺读数。

视准轴：十字丝中央交点和物镜光心的连线 （水准仪四条轴线之一）

竖轴：望远镜底部与基座相连的轴的中心线。（水准仪四条轴线之一）

7. 水准器

（1）水准器的用途：

衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。

（2）水准器种类：水准盒及水准管

水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平。

（3）水准盒轴线：

水准盒顶面中心（水准盒零点）的球面法线（水准仪四条主要轴线之一）。

（4）水准管轴线：

过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内壁相切的直线（水准仪四条主要轴线之一）。

（5）水准器灵敏度：

用分划值表示，即当气泡移动2mm时，水准盒（管）轴相应倾斜的角度。

8. 水准尺

用途：用于水准测量的目标点观测

种类：塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的，塔尺一般长3米，由三节组成。板尺一般2米。

水准尺的刻度与标注：

精度比较：板尺精度高于塔尺。

用 途：板尺一般常用于三、四等水准测量，而塔尺则用于等外水准测量。

使用注意事项：使用前应认清尺子刻划线与数字之间的位置关系，是否为正、倒数字，尺底的数值。对于塔尺，当使用两节以上时应注意两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住。

三、水准仪使用方法

注意：如何辨别及消除视差？

用脚螺旋整平仪器

视差存在的根本原因：目标像和十字丝分划板不重合！！！

水准尺读数方法：

四、水准测量的实施

1. 水准点及其选择

水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）

水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。

水准点类型：永久性和临时性

水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。

1. 水准点及其选择

水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）

水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。

水准点类型：永久性和临时性

水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。

1. 水准点及其选择

水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）

水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。

水准点类型：永久性和临时性

水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。

2. 水准路线布置

附合水准路线

（3）支水准路线：从一水准点出发，沿线测量各待定点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。

（4）结点水准网：由若干条单水准路线相互连接而成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。

3. 水准测量施测

（1）观测与记录：采用连续水准路线测量方法进行测量。点与点之间的距离大小取决于通视条件、读数清晰度以及保证视线在尺子范围内，一般为50~100米。注意：待测点必须要立尺观测。对每一测站分别记录后视读数及前视读数。注意：记录方法

（2）测量结果校核

1）计算校核：检查计算结果有无错误：高差计算结果；采用公式是否正确等。

2）测站校核：对每一站的观测和记录都及时地在现场进行校核。校核方法有：变动仪器高法、双面尺法或双仪器法；

3）路线校核：根据计算的闭合差，与规定的允许误差比较，判断观测精度是否合格。

平地

(L 为水准路线总长度km）

山地

(n为测站总数）

4. 水准测量的高程计算

（1）高差闭合差计算

计算闭合差及闭合差允许值，写在“路线校核”栏内。

（2）高差闭合差分配及高程计算

当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正数v与测站数n（或路线长度L）成正比，与闭合差反号，即

各点高程值

H0：已知点的高程，Hi为改正前的高程值。

五、水准测量的误差来源及削减措施

六、水准仪校验

1. 水准仪轴线几何关系

（1）水准盒轴平行竖轴；

（2）十字丝横丝垂直竖轴；

（3）水准管轴平行视准轴。

2. 检验方法：

（1）检验水准盒轴与竖轴是否平行：调平水准盒气泡居中，然后旋转望远镜180度，若气泡依然居中则两轴平行。

（2）检验十字丝横轴与竖轴是否垂直：将十字丝横丝左端对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横丝上则表明两轴垂直。

（3）检验水准管轴是否平行视准轴：在已知高差的两点间架设仪器，并使仪器距两点之间的距离悬殊，首先在其中一个点立尺观测读数a，并根据a计算出仪器对另一点的应该读数b。然后对其进行观测读数得b’，利用b’、b及两测点之间的距离DMN可以计算出两轴线的夹角γ (单位为秒) ， 若γ 大于20秒 不平行。

七、其它用于水准测量的仪器

1.精密水准仪

光学测微器+精密水准尺

2.自动安平水准仪

自动补偿装置，补偿视准轴出现轻微倾斜带领的误差。

3.电子水准仪（数字水准仪）

分光镜和探测器+条纹编码标尺+图象处理电子系统。自动读数、记录和计算。

4.激光水准仪

激光发射器，测定激光双程走时计算两点间的距离。

5.全站测量仪

光学理论+几何理论+计算机理论+计算方法。可在一个测站上同时测角（水平角和竖直角）和测距（斜距、水平距离和高差），并能自动计算出待测点的三维坐标。