1、施工测量.doc

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1、第一章 测量学基础知识第一节 概述1.1.1、测量学的定义早期的定义：研究地球的形状和大小，确定地面点的坐标的学科。当前的定义：研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。1.1.2、测量学的任务测量学的任务主要包括测定和测设二个方面。测定，是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图，供规划和设计使用。测设，是指把图纸上规划和设计好的工程或建筑物的位置，准确地在地面上标定出来，作为施工的依据。1.1.3、测量学的分类普通测量学，研究地球自然表面局部区域的地形、确定地面点位的基础理论、基本技术方法与应用的学科。是测量学的基础部分。

2、其内容是将地表的地物、地貌及人工建(构)筑物等测绘成地形图，为各建设部门直接提供数据和资料。天文测量学：研究测定恒星的坐标，以及利用恒星确定观测点的坐标（经度、纬度等）的学科。大地测量学，研究测定地球的形状和大小及地球的重力场的测量方法、分布情况及其应用的学科。是研究地壳运动与形变、地球动力学、海平面变化、地质灾害预测等的重要手段之一。摄影测量学，是利用摄影或遥感技术获取被测物体的影像或数字信息，进行分析、处理后以确定物体的形状、大小和空间位置，并判断其性质的学科。海洋测量学，是以海洋和陆地水域为对象，研究港口、码头、航道、水下地形的测量以及海图绘制的理论、技术和方法的学科。工程测量学，研究测

3、量和制图的理论和技术在工程建设中的应用的学科。其主要内容包括控制测量、地形测量、施工测量、安装测量、竣工测量、变形观测、跟踪监测等。测量仪器学，研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。地图制图学，是研究各种地图的制作理论、原理、工艺技术和应用的学科。主要内容包括地图的编制、投影、整饰和印刷等。GPS 卫星测量，又称导航全球定位系统，是通过地面上GPS 卫星信号接收机，接收太空GPS卫星发射的导航信息，快捷地确定(解算)接收机天线中心的位置。第二节 测量学的发展和作用1.2.1、测量学的发展人类最早认为地球是方的，天是圆的，所谓“天圆如张盖，地大如棋局”。公元前4世纪，古希腊哲学家柏拉图认为地球是

4、宇宙的中心。公元前6世纪，古希腊哲学家毕达哥拉斯从想象上指出地球是圆的。公元前约3世纪，亚里士多德提出了地球是球体的概念：其一，一个人在南北方向上旅行时，总有星星从他前面的地平线上升起来，也总有星星在他身后没入地平线。其二，站在高处观看大海中的帆船，当船驶近时总是先见船桅，后见船身；离开时总是船身先没，船桅后没。其三，在月食出现的时候，落在月面上的地球影子总是弧形的。到1521年，麦哲伦环球旅行的成功，才从实践上证明了地球是圆的。到18世纪，人们才逐渐认地球并非是一个圆球体，还有点扁，是一个椭球体。在认识地球的过程中，测量学在许多物理学家和数学家的努力下，测量学得到了共同的发展。公元前250年

5、，古埃及亚历山大城图书馆馆长埃拉托色尼采用在二地测量旗杆与影子夹角的方法计算出地球的周长为39816公里，这与实际地球周长(40076公里)相差无几。1537年，荷兰地图制图学家墨卡托绘制了世界上第一幅地图。我国是世界文明古国，由于生活和生产的需要，测量工作开始得很早。春秋战国时编制了四分历，一年为365.25日，比罗马人采用的儒略历早四、五百年。南北朝时祖冲之所测的朔望月为29530588日，与现今采用的数值只差03秒。宋代杨忠辅编制的统天历，一年为3652425日，与现代值相比，只有26秒误差。之所以能取得这样准确数据，在于公元前四世纪就已创制了浑天仪。我国记载最早的古地图是西周初年的洛邑

6、城址附近的地形图，在周代时地图已经普遍使用，管理地图的官员分工很细。随后，在各个朝代均编制了不同的地图，比较著名的有：南北朝时谢庄创制的木方丈图；唐代贾耽编制的关中陇右及山南九州等固及海内华夷图；北宋时的淳化天下固；南宋时石刻的华夷图和禹迹图；元代朱思本绘制的舆地图；明代罗洪先绘制的广舆图(地图集)；明代郑和下西洋绘制的郑和航海图；清代康熙年间绘制的皇舆全览图；1934年，上海申报馆出版的中华民国新地图等。我国古代测量长度的工具有丈杆、测绳、步车和记里鼓车；测量高程的仪器工具有矩和水平(水准仪)；测量方向的仪器有望筒和指南针(战国时期的司南，宋代出现人工磁铁制成的指南针)。测量技术的发展与数理

7、知识紧密关连。公元前问世的周髀算经和九章算术都有利用相似三角形进行测量的记载。三国时魏人刘微所著的海岛算经，介绍利用丈杆进行两次、三次甚至四次测量(称重差术)，求解山高、河宽的实例，大大促进了测量技术的发展。中华人民共和国成立后，我国测绘事业有了很大的发展。建立和统一了全国坐标系统和高程系统；建立了遍及全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网和卫星多普勒网；完成了国家大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作；完成了珠穆朗玛峰和南极长城站的地理位置和高程的测量；在测绘仪器制造方面，现在不仅能生产系列的光学测量仪器，还研制成功各种测程的光电测距仪、卫星激光测距仪和解析测图仪等先进仪器。

8、近年来，我国测绘科技发展更快，例如GPS全球定位系统已得到广泛应用。1.2.2、测量学的作用1）、测量学在军事方面的作用“天时，地利”是打胜仗的重要因素，要有地利就要了解和利用地利。地图上详细表示着山脉、河流、道路、居民点等地形和地物，具有确定位置、辨识方向的作用，因此，地图一直在军事活动中起着重要的作用。2）、测量学在国土管理中的作用测量学的起源和土地界线的划定紧密联系着。在农业为主的社会里，国家为了征税而开展地籍测量，同时记录业主姓名和土地用途等。在我国，地籍测量是国家管理土地的基础。地籍测量的成果不仅用于征税，还用于管理土地的权属以保障用地的秩序，为了提高土地利用的效益、合理和节约利用十

9、分珍贵和有限的土地。3）、测量学在工程建设中的作用在修建宫殿、陵墓时须要平整地基，开凿渠道修建运河须要了解地形的起伏，建造城市时中心线常要定向，开挖地道更需仔细的定向定位定高度等等。我国的考古工作者研究证实，早在2000多年前已经在修建宫殿时有平整地基的措施。现代的测量学作为一门能采集和表示各种地物和地貌的形状、大小、位置等几何信息，以及能把设计的建筑物、设备等按设计的形状、大小和位置准确地在实地标定出来的技术，在各种工程建设中的应用愈来愈广泛。第二章 测量基础第一节 测量的基准线和基准面2.1.1、基准线由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力和地球引力的双重的作用，这两个力的合力称重

10、力，重力的方向线称为铅垂线。铅垂线就是测量的基准线。 2.1.2、基准面测量工作是在地球表面进行的，欲确定地表上某点的位置，必须建立一个相应的测量工作面基准面，统一计算基准，实现空间点信息共享。为了达到此目的，测量基准面应满足两个条件：一是基准面的形状与大小应尽可能接近于地球的形状与大小；二是可用规则的简单几何形体与数学表达式来表达。地球表面最高的世界屋脊珠穆朗玛峰高达8844.43m，最低的太平洋西部马里亚纳海沟深达11022m，两者相比，起伏变化很大，高低相差约20km，但与平均半径约为6371km的地球体相比，这样的高低起伏仍然可以忽略不计。此外，地球表面上海洋面积约占71%，而陆地面积

11、约占29%，所以，地球总的形状可以认为是被海水包围的球体。我们可以设想有一个静止的海洋面向陆地无限延伸，并包含整个地球，形成一个封闭的曲面来代替地球表面，这个封闭的曲面称为水准面。与水准面相切的平面，称为水平面。海水有潮汐涨落、时高时低，水准面就位于不同的高度，所以水准面有无数个，其中通过平均海水面的水准面称为大地水准面。由大地水准面包含的形体称为大地体。2.1.3、参考椭球体图2-1 参考椭球体根据万有引力定律，地球上物体受地球重力(主要考虑地球引力和地球自转离心力)的作用，水准面上任一点的铅垂线都垂直于该曲面，这是水准面的一个重要特征。由于地球内部质量分布不均匀，重力受到影响，致使铅垂线方

12、向产生不规则变化，导致大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面，缺乏作基准面的第二条件。如果在此曲面上进行测量工作，测量、计算、制图都非常困难。为此，根据不同轨迹卫星的长期观测成果，经过推算，选择了一个非常接近大地体又能用数学式表达的规则几何形体来代表地球的整体形状。这个几何形体称为旋转椭球体，如图2-1，其表面称为旋转椭球面。测量上概括地球总形体的旋转椭球体称为参考椭球体，相应的规则曲面称为参考椭球面。其数学表达式为： 我国现采用的参考椭球体的几何参数为：a = 6378.136km， =1/298.257 ，推算得 b = 6356.752km 。由于 很小，当测区面积不大时，可将地球当作圆

13、球体，其半径采用地球平均半径R=(2a+b)/3，取近似值为6371km。第二节 确定地面点位的方法测量工作的实质是确定地面点的空间位置，点的空间位置通常由三个量确定，其中两个量是地面点在大地水准面的平面位置（坐标）；第三个量是地面点到大地水准面的铅垂距离（高程）。因而，要确定地面点位必须建立测量坐标系统和高程系统。测量上通常采用地理坐标系统、高斯平面直角坐标系统、独立平面直角坐标系统和WGS-84坐标系统。2.2.1、地理坐标系用经度、纬度来表示地面点位置的坐标系，称为地理坐标系。地理坐标为一种球面坐标，常用于大地问题解算、地球形状和大小的研究、编制大面积地图、火箭与卫星发射、战略防御和指挥

14、等方面。地面上同一点的天文坐标与地理坐标是不完全相同的，因为二者采用的基准面和基准线不同，天文坐标采用的为大地水准面和铅垂线，而大地坐标采用的是旋转椭球面和法线。1）、天文地理坐标系天文地理坐标又称天文坐标，是表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度 、天文纬度 来表示。如，北京的天文坐标为东京11624、北纬39 54。天文坐标是用天文测量方法直接测定的。2）、大地地理坐标系大地地理坐标又称大地坐标，是表示地面点在旋转椭球面上的位置，用大地经度L、大地纬度B 来表示。大地经纬度是根据一个起始大地点(称为大地原点，该点的大地经纬度与天文经纬度一致)的大地坐标，再按大地测量所得数据推算而得。我

15、国目前使用的大地坐标系，是以位于陕西省泾阳县境内的国家大地点为起算点建立的统一坐标系，称为1980年国家大地坐标系。 2.2.2、平面直角坐标系地理坐标在局部测量工作极不方便，测量计算最好在平面上进行。常用的平面直角坐标系有高斯平面直角坐标系和独立平面直角坐标系。1）、高斯平面直角系a、高斯投影的原理把地球椭球面上的图形展绘到平面上，必然产生变形。为了减少变形误差，采用一种适当的投影方法，这就是高斯投影。高斯投影是将地球划分为若干个带，先将每个带投影到圆柱面上。然后展成平面。我们可以设想将一个空心的椭圆柱横套地球，使椭圆柱的中心轴线位于赤道面内并通过球心。6分带：将地球按6分带, 从0起算往东

16、划分, 06为第1带, 612为第2带, 174180为第30带,东半球共分30个投影，按带进行投影。进行第1带投影时，使地球3经线与圆柱面相切，3经线长不变形。我国领土从1323带。 3分带：与6分带类似，3带分带情况：130430 （第1带），430 （第2带） ，我国领土3带从2446带。 b、高斯投影特点：、等角:即椭球面上图形的角度投影到平面之后，其角度相等，无角度变形，但距离与面积稍有变形。、中央经线投影后仍直线，且长度不变形。 因此用这条直线作为平面直角坐标系的纵轴x轴；而两侧其他经线投影后呈向两极收敛的曲线，并与中央经线对称，距中央经线越远长度变形越大。 、赤道投影也为直线。因

17、此,这条直线作为平面直角坐标的横轴y轴。南北纬线投影后呈离向两极的曲线，且与赤道投影对称。 c、高斯平面直角坐标系定义：高斯投影各带构成独立的坐标系，中央经线为x轴，赤道投影为y轴，两轴的交点为坐标原点。高斯平面直角坐标系的通用横坐标：按高斯直角坐标定义可知：X轴西边各点的Y值均为负。为使Y坐标值为正值，将Y实际均加500km，称Y的通用横坐标, 即：Y通用= 带号+Y实际+500km。如，某点的则高斯坐标值为：X=3899340.78m,Y=18522543.29m；由于横坐标的前两位为18，即表示该点位于即表示该点位于6带（即第18带内），其自然坐标为Xa=3899340.78m，Ya=2

18、2543.29m。2）、独立平面直角坐标系（假定平面直角坐标系）独立平面直角坐标系又称小地区平面直角坐标系。将坐标原点选在测区西南角以使坐标均为正值，以测区的子午线方向即南北方向为x轴，向北为正，向南为负；以东西方向为y轴，向东为正，向西为负。如图2-2。坐标轴将平面分为四个象限，象限的顺序是从数学上的第一象限开始，按顺时针方向排列。IVIIIIIIX图2-2 独立平面直角坐标系Y0 应该注意，测量直角坐标系与数学直角坐标系有以下三点不同：a、测量直角坐标系以过坐标原点的南北方向为纵轴，即X轴，垂直于南北方向（东西方向）为横轴，即Y轴；数学直角坐标系横轴为X轴，纵轴为Y轴。b、测量直角坐标系以

19、X轴正向为起始边，顺时针量算角度，象限、顺时针排列；数学直角坐标以横轴正向为起始边，逆时针量算角度，象限逆时针排列。c、数学直角坐标系坐标原点x0、y0均为0；测量上，为使地面各点坐标均为正数，坐标原点选在测区的西南角或假定一对较大的正整数。2.2.3、国家大地坐标系（参心坐标系统）a、1954年北京坐标系：采用前苏联克拉索夫斯基参考椭球体参数（ a=6378245m ，a=1:298.3）。大地原点实际上是在苏联普尔科沃。该系统所对应的参考椭球面与我国大地水准面差异，最大达到65m（东部），全国平均达29m。 b、1980年国家大地坐标系：采用国际大地测量协会与地球物理联合会在1975年推荐

20、的IUGG-75地球椭球参数（a=6378140m ，a=1：298.257）。大地原点是在陕西省泾阳县永乐镇。1980年坐标系还采用了我国大地网整体平差的数据，椭球面与大地水准面平均差仅为10m左右。2.2.4、高程 地面上任意点至水准面的垂直距离，称为该点的高程。高程分为绝对高程和相对高程。1） 绝对高程地面上任一点至大地水准面的铅垂距离称为该点的绝对高程（海拔），如图2-3所示，、分别为地面点、的绝对高程。为了确定大地水准面的位置，我国在青岛设立了验潮站，常年观测海水的高度，在1956年推算出黄海平均海水面的位置，为了使用方便，在青岛观象山设立了水准原点。1985年重新以1952年至19

21、79年的验潮观测值计算，求得黄海平均海水面的位置，并求得水准原点的高程72.2604m，凡按此值推算的高程称为“1985国家高程基准”。2）、相对高程在局部地区，如果引测绝对高程有困难时，可以假定一个水准面作为高程起算面。地面上任一点到假定水准面的铅垂距离，称为相对高程或假定高程。如图23所示，、分别为、点的相对高程。两个地面点之间的高程差，称为高差，用h表示，由图2-3可知，高程与高差的关系得：表示点对点的高程差。由此可见，高差的大小与高程起算面无关。 图2-3 高程和高差第三节 用水平面代替水准面的限度水准面是一个曲面，曲面上的图形投影到平面上，总会产生一定的变形，因而会产生一定的误差。2

22、.3.1、对距离的影响经研究，在距离为10km时，以平面代替曲面产生的距离误差为1：120万,因此，在半径为10 km（面积为300平方公里）的范围进行距离测量，可以用水平面代替水准面，不必考虑地球曲率的影响。2.3.2、对水平角的影响经研究，当测区范围在100km2时，对角度的影响仅为0.51，在一般的测量工作中可以忽略不计。2.3.3对高程的影响水平面代替水准面对高程的影响，200m时就有3.1mm。所以地球曲率对高程影响很大。在精密水准测量中，即使距离很短也应顾及地球曲率的影响。 第四节 测量工作概述2.4.1、测量的基本工作 地面点的空间位置由平面位置和高程来确定，但在实际测量中，X，

23、Y，H不能直接测定出来，而是测出它们的水平角、水平距离及高差，再根据已知点的坐标、方向和高程，推算出其它点的坐标和高程，以确定它们的点位，所以高差、水平角和水平距离是确定地面点位的三个基本要素。高程测量，水平角测量，水平距离测量是测量的三项基本工作，又称测量工作的三要素。 2.4.2、测量工作的组织原则测量过程当中的误差产生是必然的，无论是测定或测设，若从一点开始逐点进行测量，前一点测量的误差会传递到下一点，依次积累，随着范围扩大，使点位误差超出所要求的限度，为了限制误差传递和误差积累，提高测量精度，测量工作必须遵循“先整体后局部，先控制后碎部,由高级到低级”高精度低精度 的原则来组织实施。2

24、.4.3测量工作的操作原则测量工作有外业测量和内业计算之分，在野外用仪器测量水平距离、水平角和高差称为外业，而在室内进行整理计算、平差、绘图称为内业。测量工作无论是外业测量 还是内业计算，都必须遵循“步步检核, 第一步检核不合要求, 绝不做第二步”，以防止错误发生。第三章 水准测量求算待定点的高程时，只要测定两点间的高差，根据一个已知点高程，就可以推算出待定点的高程，这一测量过程称为高程测量。高程测量的实质就是高差测量。高程测量的常用方法有水准测量和三角高程测量。水准测量是利用水准尺配合水准仪提供水平视线来测定两点间高差的方法。水准测量具有较高的精度，因此是高程测量中最主要的方法。第一节 水准

25、测量原理3.1.1、水准测量原理 图3-1 水准测量原理如图3-1所示，已知高程点A的高程为HA，欲求待定点B的高程HB。当两点相距较近时，在A、B两点中间安置一台水准仪，在A、B两点分别铅直竖立底部为零的水准尺，利用水准仪提供的水平视线在两尺上分别读得视线截尺读数a和b，由图3-1可知A、B两点间的高差为： 已知高程点上的水准尺读数，称为后视读数；待求高程点上的水准尺读数,称为前视读数；为已知点，称为后视点；为待测高程点，称为前视点。用文字表示，高差=后视读数前视读数。高差计算规定是后视读数减前视读数，为此高差有正负之分，高差为正（时），即前视读数小，表示前视点比后视点高；高差为负（时），即

26、前视读数大，表示前视点比后视点低。3.1.2、高程计算方法测量工作中，根据不同的需要，高程的计算一般有两种方法，高差法和视线高法。1）、高差法利用两点间的高差计算未知点高程的方法，称为高差法。如图3-1：或 2）、视线高法当安置一次仪器，根据一个后视点的高程，需要测定多个前视点的高程时，利用仪器高程来计算多个未知点高程的方法，称为视线高法，也称为仪器高法，如图3-2。图3-2 视线高法视线高程： 点高程： 点高程： 第二节 水准测量常用仪器与工具3.2.1、水准仪水准仪是提供水平视线的仪器。水准仪有三种：微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪。微倾式水准仪是用微倾螺旋手动精平；自动安平水准仪

27、是利用补偿器自动精平；电子水准仪也称数字水准仪是一种高科技数字化水准仪，配合条纹编码尺实现自动识别、自动记录，显示高程和高差，实现了高程测量外业完全自动化。工程上常用的水准仪有DS05、DS1、DS3、DS10等 4个等级，“D”和“S”分别表示为“大地测量”和“水准仪”，其后的数字表示每公里测量高差中误差为0.5mm、1mm、3mm和10mm 。DS05、DS1适用于精密水准测量， DS3、DS10适用于普通水准测量，是常用的一种仪器。1）、微倾式水准仪图3-3 DS3型微倾式水准仪微倾式水准仪的构造主要由三部分组成：望远镜、水准器和基座。a、望远镜：望远镜由物镜、目镜和十字丝分划板三个主要

28、部件组成。它的主要作用是提供观测视线、放大物像和十字丝。物镜的作用是将远处的目标在望远镜内成像，转动物镜对光螺旋能使远近水准尺上的分划成像清晰。目镜是一个放大镜,能将物像和十字丝同时放大，转动目镜可使十字丝清晰。十字丝分划板是刻有十字丝的透明玻璃板，安装在目镜前端，由水平丝（横丝）和纵丝组成，且相互垂直。十字丝的作用是瞄准目标，横丝用于读取水准尺读数。十字丝分划板上下两根短丝称为视距丝，用于测量距离。物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴，即视线。b、水准器：水准器是用来标志视线是否水平、仪器竖轴是否铅直的一种装置。水准器有管状水准器和圆水准器两种。c、基座：基座由轴座、脚螺旋和连接板三

29、部分组成。圆水准器与基座为一体。基座的作用是承托仪器上部，整个仪器用连接螺旋与三脚架连接。三个脚螺旋用于粗略整平仪器。水准仪旋转轴插在基座内，可使仪器在水平方向旋转，为控制仪器水平旋转，仪器装有水平制动螺旋、水平微动螺旋，其作用是旋紧制动螺旋时，限制望远镜转动，此时旋转微动螺旋，可使望远镜在水平方向作微小的转动。仪器做大的转动时，需放松制动螺旋。2）、自动安平水准仪自动安平水准仪是指在一定的竖轴倾斜范围内，利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数的水准仪。用此类水准仪观测时，当圆水准器气泡居中仪器放平之后，不需再经手工调整即可读得视线水平时的读数。它可简化操作手续，提高作业速度，以减少外界条件

30、变化所引起的观测误差。图3-4 自动安平水准仪如图3-4，自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于：自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。使用自动安平水准仪时，首先将圆水准器气泡居中，然后瞄准水准尺，等待24秒后，即可进行读数。有的自动安平水准仪配有一个补偿器检查按钮，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常作用再读数。3）、电子水准仪电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。电子水准仪可被认为是自动安平水准仪、CCD相机（探测器）、微处理器和条纹编码标尺组合成的一个几何水准自动测量系统，如图3-5，它采用条纹编码标尺，人工完成照准和调

31、焦之后，通过望远镜的分光镜面，将条纹编码标尺成像转换成数字信息，再利用数字图像处理技术来识别数字条码进而获得标尺读数和视距。由于照准标尺和调焦仍由观测者目视完成，所以也可使用传统水准尺，当成普通自动安平水准仪使用，测量精度会降低。图3-5 电子水准仪电子水准仪与传统水准仪相比有以下特点：观测值以数字显示，不存在观测员的判读错误及人为读数误差。野外观测数据能自动记录，并存储在仪器内PC卡上，通过电脑输出观测值。精度高。 视线高和视距读数都是采用大量条码分划图像经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员也能进行

32、高精度测量。 速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，测量比传统仪器省时间。效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度。在光线极暗或极强的环境下仍能正常工作。在隧道内黑暗环境下作业时，借助手电等人工照明仍可测量。电子水准仪一般用于中精度和高精度水准测量，电子水准仪分两个精度等级，中等精度的标准差为1.01.5mm/km，可用于三、四等水准测量，高精度的为0.30.4mm/km，可用于一、二等水准测量。 4）、精密水准仪为提高水准测量的精度，高等级水准测量必须采用精密水准仪进行观测。常用的精密水准仪有S0.5型和S1型，可用于国家一、二等水准测量和大型工程建

33、筑物的施工测量及变形观测。精密水准仪与普通水准仪相比，精密水准仪采用了高精度的水准管，其分划值为510/2mm;望远镜的放大率也在40倍以上，同时为提高尺像的亮度，望远镜物镜的孔径一般大于50mm。精密水准仪在构造上与微倾水准仪主要区别是在自动安平水准仪上增加了一套光学测微装置，包括平行玻璃板、测微螺旋、传动杆和测微尺等部件。平行玻璃板安装在物镜的前面，其旋转轴与玻璃平面平行，且与望远镜视准轴正交。转动测微螺旋可使传动杆带动平行玻璃板转动，并在测微尺上读出其转动量。测微尺上有100格分划，每一格值为0.1mm或0.05mm。精密水准仪必须与对应的精密水准尺配套使用，如图3-6所示，转动测微螺旋

34、，在望远镜中读取基本分划读数，如图中的148cm，并在读数窗中读取测微读数655（即0.00655m）,得全读数1.4865m。 图3-6 精密水准仪读数方法3.2.2、水准尺和尺垫水准尺也称为标尺，根据测量方法、精度的不同，水准尺常用的有塔尺、直尺（双面尺）、条形码标尺、铟瓦尺（精密水准尺等）。1）、塔尺塔尺是目前常用的普通水准尺，是用多节箱型尺套接在一起的标尺(如图3-7)，这种尺携带方便，但容易产生接头误差，使用不当会产生下滑，因此要经常检查接头衔接及卡簧。图3-7 塔尺外观塔尺的分划在底部为零，尺上黑（红）白格相间，每格分划值为1或5，毫米是估读数。在每1都有注字，每5都有注记，超过1

35、的注记加红点，一个红点表示1；两个红点表示2。注字有倒写和正写两种，分米的注字位置也有所不同，使用前一定要熟悉塔尺分划和注记。2)、直尺直尺通常称双面尺，如图3-8，用于三、四等水准测量，两根尺为一对，其中黑白分划的一面，称黑面尺，尺底从零开始。红白分划的一面称红面尺，尺底从某一数值开始（ 4.687m 或 4.787m ），称零点差。水准仪的水平视线在同一根水准尺上的红黑面读数差应为零点差，以此作为读数的检查。 图3-8 双面水准尺 图3-9 精密水准尺 图3-10 条形码水准尺3）、精密水准尺一般精密水准尺尺的分划是漆在因瓦合金带上，因此又通常称为铟瓦尺。精密水准尺必须与配套的精密水准仪使

36、用。精密水准标尺的分格值有l0mm和5mm两种。分格值为10mm的精密水准标尺如图3-9（a）所示，它有两排分划，尺面右边一排分划注记从0300cm，称为基本分划，左边一排分划注记从300600cm称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为基辅差，通常又称尺常数，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm的精密水准尺如图3-9（b）所示，它也有两排分划，但两排分划彼此错开5mm ,所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划，也就是单数分划和双数分划各占一排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边注记的是分米数，整个注记从0.15.9m，实际分格值为5mm

37、，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。4）、条形码水准尺与数字编码水准仪（电子水准仪）配套使用的条形码水准尺如图3-10所示。通过数字编码水准仪的探测器来识别水准尺上的条形码，再经过数字影像处理，给出水准尺上的读数，取代了在水准尺上的目视读数。5）、尺垫尺垫是用生铁铸成，如图3-11所示，作用是提供可靠的转点，安放标尺。在地面松软或无突出稳固点可选时，放置尺垫可避免尺子下沉。使用时将三个尖脚垫踩入地面，使尺垫稳固于地面上。其中间凸起的圆顶为立尺点，立尺时，尺底的前沿应立在圆顶上。 图3-11 尺垫3.2.3、水准仪的使用1）、安置仪器在测站上

38、松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。在斜坡地段安置仪器时，应注意使三脚架的两个架腿放在下坡一侧，另一架腿放在上坡一侧，将脚尖踩入土中固定，这样才能使仪器比较稳定。打开仪器箱，用双手握住仪器的支架和基座部分，取出仪器，安放在架头上，一手握住仪器，另一只手马上拧紧连接螺旋，确认仪器已与三角架牢接才可松手。2）、粗略整平 粗略整平，简称粗平。粗平的目的是：使圆水准气泡居中，仪器竖轴大致铅垂。操作方法如下：a 如图3-12所示，用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2，使气泡沿着1、2连线方向由a移至b。图3-12 圆水准

39、器整平b 用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3，使气泡由b移至中心。整平时，气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致，与右手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向相反。3）、照准水准尺 a目镜调焦：松开制动螺旋，将望远镜转向明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。b初步瞄准：通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。c物镜调焦：转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。d精确瞄准：转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央。e消除视差：眼睛在目镜端上下移动，如果发现标尺与十字丝横丝有相互错动现象，即读数略有改变这种现象，称为视差。产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重

40、合。视差的存在将影响读数的正确性，应予消除。消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。f精确照准：转动微动螺旋，使尺像一边和十字丝纵丝重合或纵丝平分标尺。 4）、精平 精确整平简称精平，精平的目的是：使管水准水准器气泡居中，水准管轴水平。精平方法：如图313所示，缓慢转动微倾螺旋，使观察窗内气泡的两个半影像严格吻合，此时视线即为水平视线。顺时针转动左上右下，否则反之。 图3-13 精确整平5）、读数 精平后应立即读数，读数应以十字丝横丝为准，应先估读毫米数，然后依次读出米、分米、厘米，再加上估读毫米，共四位数。若某一位为零，也必须读出并记录，不可省略，如0.082，1.

41、580等。 注意：读数前和读数后都要检查精平；由于圆水准气泡居中精度低，所以望远镜每转向一个方向，符合气泡不再符合，必须再精平一次后，才能读数。 第三节 水准测量外业3.3.1、水准点把已测定高程的点设置固定标志，作为高程测量的依据，这些点称为水准点，用BM（Bench Mark）表示。国家水准测量按施测精度分为一、二、三、四，四个等级。水准点应选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。埋设水准点后，应绘出水准点的点之记水准点位置示意图。3.3.2、水准测量外业1）、水准测量的几个概念测站：测量仪器所安置的地点。水准路线：进行水准测量时所行走的路线。水准点高程：指标志点顶面的高程，如HA；H

42、B 。转点：水准测量中起传递高程作用的中间点用“ZD”表示。视线高程：后视高程+后视读数 Hi 视距：水准仪至标尺的水平距离，通常为（上丝读数-下丝读数）100。后视：水准路线的后视方向（已知高程点方向）。前视：水准路线的前视方向（待求高程点方向）。 前后视点的通常表示方法：A后视点、a后视读数，B前视点、 b前视读数，视距D1A，D1B。2）、一个测站的水准测量如图3-14，安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；粗略整平仪器；瞄准A尺（后视），精平、读数a，记录1.568m； 瞄准B尺（前视），精平、读数b，记录1.471m； 计算：hAB = a b = 1.568-1.471=0.115

43、m，即 B点比A点高0.115m 。 图3-14 一个测站的水准测量3）、连续水准测量当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。如图3-15， 在BMa点和所选ZD1点立尺，在两点之间约中间位置安置水准仪，整平以后先照准BMa点水准尺，转动微倾螺旋，使水准管气泡符合，读取后视读数a1（1.418），记入记录手簿，再照准ZD1点水准尺，转动微倾螺旋，使水准管气泡符合，用同样的方法读得前视读数b1(0.856)，并记录在手簿内,这就完成了一个测站的工作；保持转点ZD1原地稳定不动，BMa的水准尺向前移到第二个转点ZD2，仪器安

44、置在ZD1和ZD2之间，后视ZD1水准尺，前视 ZD2水准尺，读得第二个测站上的后视读数a2(1.376)和前视读数b2(1.673)，这又完成了第二个测站上的工作。用这种方法一直测至BMb点。 图3-15 连续水准测量这样得各段的高差：h1=a1-b1h2=a2-b2hn=an-bn将等式两端求和，有 h=a-b （式2-1）这说明两点的高差等于连续各段高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和。 即： hAB=h=a-b (式2-2)则B点的高程为：HB=HA+hAB= HA+h= HA+a-b (式2-3)为了保证计算数据无误应对每一测段或记录的每一页，进行必要的高差计算检核。即后

45、视读数之和减去前视读数之和、各测站高差之和、终点高程减起点高程，这三项数据应相等。测量时，应严格按此进行测量检核。3.3.3、水准测量注意事项 1）、水准测量前应仔细阅读说明书，按说明书进行仪器操作。应定期对水准仪进行检校，使用中应避免震动。使用的水准尺应进行检查，刻划应一致。2）、进行水准点高程测量时，应尽可能使前后视距相等，并应成像清晰稳定。3）、水准尺必须竖直，尺上有气泡时，应使气泡居中；无气泡时，可将尺前后慢慢摆动，读取最小读数。4）、为避免大气折光影响，视线应高出地面0.3m以上。5）、注意水准塔尺接头的正确连接，防止下滑。水准尺及尺垫底应防止带泥，转点位置要稳固。6）、中平测量时，每日收工前最好能达到水准基点，以便进行内业计算与精度检查。收工前如不能达到水准基点，须在附近设置固定转点，以便继续工作。7）、使用倒像的水准仪，容易读错数值，测量时要特别小心。第四节 水准测量的检核方法3.4.1、计算检核目的：检核计算高差和高程计算是否正确。检核条件：a-b=h =HB-HA （式2-4）3.4.2、测站检核目的：保证前后视读数的正确。变动仪器高法：在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|h | 6mm，取其平均值作为最后结果。双面尺法：在同一测站，仪器高度不变，黑面测得高差与红面测得高差应相等。配对的双面水准