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第3章 高程测量


（一）学习目标：掌握水准测量的相关知识，做好水准测量实施前的技术准备，通过水准测量的实验，达到独立操作水准仪，完成多个测站水准测量的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。
1.深刻理解水准测量的原理和高程传递要领。
2.清楚水准仪的构造，及其主要轴线的关系。
3.掌握水准仪的操作要领，能够完成水准测量中的观测、检核、记录、计算，及水准测量路线的成果计算。
4.认识精密水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪。
5.清楚水准仪的检验与校正方法
6.了解引起水准测量误差的因素，及相应的消除、削弱这些误差的方法。


（二）主要知识点：
1.水准测量原理。
高差法：前视与后视；仪高法：视线高。转点的概念。
公式：
2.水准仪及其使用
DS3微倾式水准仪的构造，内对光望远镜成像原理，望远镜放大率。水准管零点，水准器的分划值。视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴。满足条件：水准管轴平行于望远镜视准轴，圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴，。
水准仪操作步骤：立尺，置架，粗平，照准，精平，读数，记录，搬站。
视差及其消除方法。
水准尺：塔尺，单面尺，双面尺及尺常数。尺垫。
3.精密水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪的构造及使用。
4.水准测量实施
水准点：永久性水准点。临时性水准点。
水准路线：附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。水准网，水准结点。普通水准测量的一般要求，施测程序。
公式：
测站检核方法：双仪高法，双尺面法。
公式：
水准测量成果整理：高差闭合差的计算检核、高差改正数的计算、高差改正数的分配原则。
5.DS3水准仪的检验与校正
水准仪轴线应满足的条件：圆水准器轴平行于仪器竖轴，水准管轴平行于望远镜视准轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴。
圆水准器轴的检验校正；
水准管轴的检验校正；
十字丝中横丝的检验校正。
6.水准测量误差
仪器及工具误差：视准轴与水准管轴不的误差平行，望远镜对光时调焦透镜运行的误差，水准尺的误差。
观测误差：水准管气泡居中的误差D，估读水准尺的误差mV，水准尺倾斜的误差Db。
公式：
外界条件的影响：地球曲率的影响，大气折光的影响f，仪器升沉的影响，尺垫下沉的影响，温度变化对视准轴与水准管轴夹角的影响。
公式：


（三）本章重点：


一、基本原理
水准测量是利用水准仪提供的水平视线，对立于待测定高差的两点上的水准尺上读数，以测得两点间的高差，进而由已知点的高程推算未知点的高程。


二、按精度水准仪可分为DS05、DS1、DS3、DS10等几个等级：
DS0：每千米水准测量的全中误差为±0.5 mm，用于高等级水准测量；
DS1：每千米水准测量的全中误差为±1.0 mm，用于高等级水准测量；
DS3：每千米水准测量的全中误差为±3.0 mm，用于一般工程测量和地形测量；
DS10：每千米水准测量的全中误差为±10.0 mm，用于一般工程测量和地形测量。


三、S3型水准仪的操作步骤
在安置仪器之前，应选择合适的地点放好仪器的三脚架，其位置应位于两标尺中间。高度适在中，架头大致水平，上架后的仪器要立即用中心螺丝固定于三脚架上，脚架要踩实。
用水准仪进行水准测量的操作程序如下：粗平-瞄准-精平-读数：
（1）粗平
转动脚螺旋，使圆水准器气泡居中，称为粗平。
（2）瞄准
松开制动螺旋，先用望远镜的外瞄准具瞄准水准尺，制动照准部，调焦使水准尺成像清晰，调目镜使十字丝清晰，消除视差，该过程称粗略瞄准。在望远镜内找到水准尺像，再用微动螺旋使十字丝的竖丝与水准尺的一边棱重合，称为精确瞄准。
（3）精平
调节微倾螺旋，使水准管观察孔中的两半部分气泡精确吻合（配合图），此时望远镜的视准轴精平。
（4）读数
水准仪精平后，应立即用十字丝的中横丝在水准尺上读数。读数时先看估读的毫米数，然后以毫米为单位报出四位读数，如2.753米读成2753，这样读数可防止读、记及计算中的错误和不必要的误会。
特别注意：每次读数前，都必须使符合水准器气泡符合。


四、水准测量误差来源及减弱措施
1.仪器误差及其减弱方法
因仪器检校不完善，如视准轴与水准管轴之间仍然会有微小的交角(i角误差)。而一个测站上前、后视距离相等时，i角误差对高差测定的影响将被抵消，因此水准测量中前后视距差和每测站前后视距累积差应有一的限值。
2.观测误差及减弱方法
观测误差主要包括有精平误差、调焦误差、估读误差和水准尺倾斜误差。
（1）精平误差
若水准器格值r＝20″/2mm，视线长度为100m。整平时，水准管气泡偏离中心0.5格，则引起的读数误差可达5mm。
因此，水准测量时一定要严格精平，并果断、快速读数。
（2）调焦误差
在观测时，调焦会引起读数误差。 保持前后视距相等，避免在一站中重复调焦。
（3）估读误差
限制视线长度，作业时态度应认真。
（4）水准尺倾斜误差
在水准测量读数时，若水准尺在视线方向前后倾斜，观测员很难发现，由此造成水准尺读数总是偏大。消除或减弱的办法是在水准尺上安装圆水准器，确保尺子的铅垂。
3.外界环境的影响
（1）水准仪水准尺下沉误差
在土壤松软区测量时，水准仪在测站上随安置时间的增加而下沉。发生在两尺读数之间的下沉，会致后读数的尺子读数比应有读数小，造成高差测量误差。消除这种误差的办法是，仪器最好安置在坚实的地面，脚架踩实，快速观测，采用“后-前-前-后”的观测程序等方法均可减少仪器下沉的影响。
水准尺下沉对读数的影响。消除办法有：踩实尺垫；观测间隔间将水准尺从尺垫上取下，减小下沉量；往返观测，在高差平均值中减弱其影响。
（2）大气折光影响
多种原因使视线在大气中穿过时，会受到大气折光影响，一般视线离地面越近，光线的折射也就越大。观测时应尽量使视线保持一定高度，一般规定视线须高出地面0.2m，可减少大气折光的影响。
（3）日照及风力引起的误差
选择好的天气测量外，给仪器打伞遮光等都是消除和减弱其影响的好办法。