任务三 水准测量方法

一、水准点

用水准测量方法确定的高程控制点称为水准点（一般以BM表示）。水准点应按照水准路线等级，根据不同性质的土壤及实际需要，每隔一定的距离埋设不同类型的水准标志或标石。

工程中常用的水准点标志如下：

水准点有永久性和临时性两种，永久性水准点由石料或混凝土制成，顶面设置半球状标志，在城镇区也可在稳固的建筑物墙上设置墙上水准点。图2-14（a）为国家等级水准点，图2-14（b）为墙上水准点。水准点也可用混凝土制成，中间插入钢筋，或选定在突出的稳固岩石或房屋的勒脚。图2-14（c）为临时性的水准点，可打下木桩，桩顶用水泥砂浆保护。

二、水准路线

为了便于观测和计算各点的高程，检查和发现测量中可能产生的错误，必须将各点组成一条适当的施测路线（称为水准路线），使之有可靠的校核条件。在水准路线上，两相邻水准点之间称为一个测段。水准路线有以下三种形式。

1.闭合水准路线

闭合水准路线是由一个已知高程的水准点开始观测，顺序测量若干待测点，最后测回到原来开始的水准点。如图2-15所示，已知水准点A的高程，由A开始，顺序测定1、2、3、4点，最后从第4点测回A点，构成闭合水准路线。

2.附合水准路线

由一个已知高程的水准点开始，顺序测定若干个待测点，最后连续测到另一个已知高程水准点上，构成附合的水准路线，如图2-16所示。

3.支水准路线

由已知高程的水准点开始，测若干个待测点之后，既不闭合也不附合的水准路线称为支水准路线。支水准路线不能过长。图2-17为支水准路线的A点（高程已知）引出的支水准路线A-1-2。

三、普通水准测量方法

图2-18为按普通水准测量技术要求进行两点间高差观测的示意图。BMA为已知水准点，其高程HBMA=32.432m，BMB为待定高程的水准点，观测方法如下。

（1）在已知点BMA立水准尺作为后视尺，选择合适的地点为测站，再选择合适的地点为转点TP1，踏实尺垫，在尺垫上立直前视尺。要求水准尺与水准仪之间的水平距离即视线长度不大于100m，前视距离与后视距离大致相等。

（2）观测者首先将水准仪粗平；然后瞄准后视尺，水准仪精平、读数；再瞄准前视尺，精平、读数，记录者同时记录并计算出一个测站的高差（表2-1）。

(3)记录者计算完毕，通知观测者搬往下一个测站。水准尺交替前行，即原后尺手也同时前进到下一个站的前视点TP2；原前尺手在原地TP1不动，把尺面转向下一个测站，成为后视尺。重复上述过程，一直观测至待定点BMB。

(4)记录者在现场应完成每页记录手簿的计算校核项。

四、水准测量检核

（一）测站校核

为了及时发现观测中的错误，保证每个测站高差观测的准确，可以采取测站校核的措施。测站校核有两种方法。

(1)两次仪器高法。

在同一测站上观测高差两次，要求两次观测时改变仪器的高度，使仪器的视准轴高度相差10cm以上。若两次测量得到的高差之差不超过限差（5mm以内），则取平均高差作为该测站观测高差。

(2)双面尺法。

仪器高度不变，观测前、后视双面尺的黑面与红面读数，分别计算：①［后视（或前视）黑面读数+尺常数-后视（或前视）红面读数］≤±3mm；②（后视黑面读数-前视黑面读数）-［（后视红面尺读数-前视红面读数）±0.1m］≤±5mm。同时满足这两个条件时，取黑、红面尺高差的平均值作为观测高差。

（二）水准路线校核

测站校核只能检查一个测站所测高差是否正确，但对于整条水准路线来说，还不足以说明它的精度是否符合要求。例如从一个测站观测结束至第二个测站观测开始时，转点位置若有较大的变动，在测站校核中是检查不出来的，但在水准路线成果上就反映出来了。因此，要进行水准路线成果的校核，以保证全线观测成果的正确性。其校核方法如下。

（1）闭合水准路线。闭合水准路线各测段高差的总和理论值应等于零，即

由于存在测量误差，所测各段高差之和不等于零，产生高差闭合差fh，即

(2)附合水准路线。附合水准路线各测段高差的总和理论值应等于终点高程减去始点高程，即

同样由于存在测量误差，所测各段高差之和不等于理论值，产生高差闭合差fh，即

（3）支水准路线。支水准路线应沿同一路线进行往测和返测。从理论上往测与返测的高差总和应为零，即往测与返测的高差绝对值应相等，符号相反。如往测与返测高差总和不等于零即为闭合差fh：

对于普通水准测量，高差闭合差的容许值为

式中：n为水准路线的测站数；L为水准路线长度，km;它等于测站至立尺点的后视与前视的距离总和。

对于普通水准测量，一般不测定水准路线的长度，常按测站数计算高差闭合差的容许值。

高差闭合差在容许范围时，闭合差可按测站数或距离成正比例进行改正。改正后的高差总和应等于零。根据已知点的高程和改正后的高差，依次计算各点的高程。

五、水准路线高差闭合差及待定点高程计算

当实际的高差闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上，分配的原则是把闭合差以相反的符号根据各测段路线的长度或测站数按比例分配到各测段的高差上。故各测段高差的改正数为

式中:Li、ni为各测段路线之长和测站数；∑L、∑n为水准路线总长和测站总数。

（一）附合水准路线算例

如图2-19所示，BMA、BMB为已知水准点，高程分别是HA=10.723m，HB=11.730m，各测段的观测高差hi及路线长度Li如图所示，计算各待定高程点1、2、3的高程。

1.计算附合水准路线的高差闭合差fh

∑h测=+2.432+1.987-1.503-1.866=+1.050(m)

ƒh=∑h测-（HB-HA）=+1.050-（11.730-10.723）=+0.043（m）=+43（mm）

2.计算高差闭合差容许值

普通水准测量的高差闭合差容许值。例题中，L=1.2+1.0+0.8+1.0=4.0（km），，说明观测成果的精度符合要求。

3.调整高差闭合差

根据测量误差理论，调整高差闭合差的方法是：将高差闭合差反号，按与各测段的路线长度成正比例地分配到各段高差中。

每千米的高差改正数为：

各测段的改正数分别为：

υ1=-10.75×1.2=-13(mm)

υ2=-10.75×1.0=-11(mm)

υ3=-10.75×0.8=-9(mm)

υ4=-10.75×1.0=-11(mm)

改正数计算检核：∑v=-13-11-9-11=-44(mm)≠-fh，在距离最长的一段高差改正数少修正1mm，即v1=-12mm。

4.计算改正后的高差及各点高程

上述计算过程可采用表2-2的形式完成。

高程计算检核：（二）闭合水准路线算例

已知BM1的高程为26.262m，根据图2-20的测量资料，计算各点的高程。计算过程如下：先将测点、测站数及各段高差记入表2-4中，计算高差闭合差：

fh=∑h测=+0.255-1.632+1.823+0.302-0.722=+0.026m=+26（mm）

测站总数n=3+3+4+1+5=16，容许闭合差:

高差闭合差小于容许值，可按测站数比例反符号改正，每测站的改正数为

BM1-1段共3个测站，改正数为-5mm，其余各段改正数顺序为-5mm，-6mm，-2mm，-8mm。

上述计算过程可采用表2-3的形式完成。