水准仪测距离

水准仪测量高程的方法和步骤(总

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水准仪测量高程的方法和步骤

内容：理解水准测量的基本原理；掌握DS3型微倾式水准仪、自动安平水

准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测

量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方

法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。

重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。

难点：水准仪的检验与校正。

§高程测量（HeightMeasurement）的概念

测量地面上各点高程的工作,称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器

和施测方法的不同，分为：

（1）水准测量(leveling)

（2）三角高程测量(trigonometricleveling)

（3）气压高程测量(airpressureleveling)

（4）GPS测量(GPSleveling)

§水准测量原理

一、基本原理

水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而

由已知点高程推算出未知点高程。

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a——后视读数A——后视点

b——前视读数B——前视点

1、A、B两点间高差：

2、测得两点间高差后，若已知A点高程，则可得B点的高程：

。

3、视线高程：

4、转点TP(turningpoint)的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高

差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立

尺点，称为转点。

二、连续水准测量

如图所示，在实际水准测量中，A、B两点间高差较大或相距较远，安置

一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿A、B的水准路线增设若

干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次

连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到A、B两

点间的高差值，有：h1=a1－b1

h2=a2－b2……

则：hAB=h1+h2+……+hn=Σh=Σa－Σb

结论：A、B两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。

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§水准仪和水准尺

一、水准仪(level)

如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。

DS3微倾式水准仪自动安平水准仪

1、望远镜(telescope)——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分

组成。

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2、水准器(bubble)有两种：

圆水准器(circularbubble)——精度低，用于粗略整平；水准管(bubbletube)

——精度高，用于精平。

特性：气泡始终位于高处，气泡在哪处，说明哪处高。

3、基座(tribrach)

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二、水准尺(levelingstaff)

水准尺主要有：单面尺、双面尺和塔尺。

1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。

2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm，另一把为4787mm。

三、尺垫(staffplate)

放置在转点上，为防止观测过程中水准尺下沉。

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四、水准仪的使用

操作程序：粗平——瞄准——精平——读数

（一）粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

1、方法：对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2方向的中间——转

动脚螺旋3，使气泡居中。

2、规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

（二）瞄准

1、方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。

2、视差

概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。

产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。

消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。

（三）精平

1、方法：如图所示微倾式水准仪(tiltlevel)，调节微倾螺旋，使水准管气

泡成像抛物线符合。

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2、说明：若使用自动安平水准仪（compensatorlevel），仪器无微倾螺

旋，故不需进行精平工作。

（四）读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

1、方法：从小数向大数读，读四位。米、分米看尺面上的注记，厘米数尺

面上的格数，毫米估读。

2、规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，

即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。如图所示，从小向大读

四位数为米。

§水准测量的实施与成果整理

一、水准点(BenchMark)

通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点BM，一般用表

示。有永久性和临时性两种。（见图）

二、水准路线(levelingline)

水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：

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1、闭合水准路线(clodlevelingline)。由已知点BM1——已知点BM1

2、附合水准路线(annexedlevelingline)。由已知点BM1——已知点BM2

3、支水准路线(spurlevelingline)。由已知点BM1——某一待定水准点

A。

4、水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。

三、水准测量的实施（外业）

1、观测要求

如图，有：

（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。

（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。

两次仪器高法：高差之差h-h'<±5mm；双面尺法，①红黑面读数差

<±3mm②h黑-h红<±5mm。

2、水准测量记录表

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注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视

读数又有前视读数。

（2），只表明计算无误，不表明观测和记录无

误。

四、水准测量的成果处理（内业）

（一）计算闭合差：

1、闭合水准路线：

2、附合水准路线：

（二）分配高差闭合差

1、高差闭合差限差（容许误差）

对于普通水准测量，有：

式中，——高差闭合差限差，单位：mm

L——水准路线长度，单位：km；n——测站数

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2、分配原则：

按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

（三）计算各待定点高程

用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。

五、水准测量的成果实例

【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。

BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上

方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的

长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。

解算如下：

第一步计算高差闭合差：

第二步计算限差：

因为，可进行闭合差分配。

第三步计算每km改正数：

第四步计算各段高差改正数：。四舍五入后，使。

故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。

第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的高程。

改正后高差=改正前高差+改正数Vi

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H1=HBM-A+(h1+V1)=+=(m)

H2=H1+(h2+V2)=+=(m)

H3=H2+(h3+V3)=

HBM-B=H3+(h4+V4)=+=(m)

可用EXCEL软件计算如下图：

§水准仪的检验与校正

一、水准仪轴线的几何关系

水准仪轴线应满足的几何条件是：

1、水准管轴LL//视准轴CC

2、圆水准轴L'L'//竖轴VV

3、横丝要水平（即：⊥竖轴VV）

如下图所示：

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二、水准仪的检验与校正

（一）圆水准器的检验与校正

1、检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180°，看气泡是否居中。

2、校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用拨针拨动三个“校正螺

旋”，使气泡居中。

（二）十字丝横丝的检验与校正

1、检验：

整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看P点是否沿着

横丝移动。

2、校正：旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右2个“校正螺丝”。

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（三）水准管轴平行于视准轴（i角）的检验与校正

1、检验：

（1）平坦地上选A、B两点，约50m。

（2）在中点C架仪，读取a1、b1，得h1=a1-b1

（3）在距B点约2—3m处架仪，读取a2、b2，得h2=a2-b2

（4）若h2≠h1,则水准管轴不平行于视准轴，有i角。

因为①h1为正确高差②b2的误差可忽略不计，故有：

对于S3水准仪，若i角大于时，需校正。

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2、校正方法有二种：

（1）校正水准管

旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a2'=h1+b2)，拨动水准管“校正螺

丝”，使水准管气泡居中。

（2）校正十字丝——可用于自动安平水准仪

保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准a2

'。

§自动安平、精密、电子水准仪简介

一、自动安平水准仪(compensatorlevel)

1、原理——与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。

2、使用——粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；

最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。

3、检校——与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺

旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。

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二、精密水准仪（precilevel）（每公里往返平均高差中误差1mm）

1、精密水准仪——提供精确的水平视线和精确读数。

精密水准仪

2、精密水准尺——刻度精确(铟钢带水准尺invarlevelingstaff)。

3、读数方法

（1）精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。

（2）读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。如:。

三、数字水准仪(digitallevel)及条纹码水准尺(codinglevelstaff)

1、具有自动安平、显示读数和视距功能。

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2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。

§水准测量误差及注意事项

来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。

一、仪器误差

主要有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差

二、操作误差

主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。

三、外界条件影响的误差

主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。

四、水准测量的注意事项：

(一）观测：

1、观测前应认真按要求检验水准仪和水准尺；

2、仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架；

3、前后视距应尽可能相等；

4、每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数；

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5、注意对仪器的保护，做到“人不离仪器”；

6、只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是

否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。

（二）记录：

⒈认真记录，边记边回报数字，准确无误的记入记录手簿相应栏中，严禁伪造

和传抄；

⒉字体要端正、清楚、不准涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在

原数字上划线后再在上方重写；

⒊每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。

（三）扶尺：

⒈扶尺人员认真竖立水准尺；

⒉转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫；

⒊水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。