第四章 水准测量

这是一篇关于第四章 水准测量的思维导图，包含测段:两个水准点之间的水准路线，后视:水准路线后视方向，前视:水准路线前视方向

第四章 水准测量

• 水准测量原理与高程计算
  • 高程原点：我国采用黄海平均海水面作为全国高程系统的基准面在青岛设立验潮站和“青岛水准原点”高程为72.2604m（1985国家高程基准）
  • 高程测量（高差测量）
    • 水准测量：用水准仪进行高差测量
    • 三角高程测量：用经纬仪、测距仪或全站仪测定两点高差
    • GNSS高程测量用GNSS接收机，收取卫星信号，测定点的高程
  • 水准测量原理：利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数测定两点之间的高差，再根据已知点高程计算未知点高程。即高差=后视尺读数-前视尺读数。hAB=a-b,HB=HA+hAB。a>b时，hAB为正，B点较高；a<b时，hAB为负，B点较低。
  • 高程计算方法
    • 高差法：利用高差计算高程（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）
    • 视线高法：利用视线高（仪器高）Hi计算高程（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）视线高程：Hi=HA+a,B点高程：HB=Hi-b1,C点高程：HC=Hi-b2……
• 水准仪的构造与水准尺
  • 水准仪
    • 分类
      • 微倾式水准仪：手动精平
      • 自动安平水准仪：有补偿器自动精平
      • 电子水准仪：配合条纹编码尺实现自动识别、自动记录，显示高程和高差
    • 等级
      • DSS05、DS1、DS3、DS10、DS20（D大地测量仪器，S水准仪，数字为仪器精度即每公里往返测得高差中数的中误差）
    • 构造
      • 望远镜：目镜，物镜，十字丝分划板，调焦透镜，调焦螺旋
        • 视准轴：物镜光心与十字交点的连线
      • 水准器：整平仪器，使视准轴处于水平位置
        • 圆水准器（粗平）
        • 管水准器（精平）
      • 基座：轴座、脚螺旋、连接板
  • 水准尺和尺垫
    • 塔尺、直尺、折尺、双面尺（两根一对，黑面起点为0，称为主尺，红面为辅助分化，起点分别为4787和4687，为副尺。）
    • 尺垫：转点处立水准尺，防止水准尺下沉和高程变动
• 水准点
  • 水准点：BM,用水准测量的方法测定的、高程达到一定精度的高程控制点，作为高程测量的依据
• 水准仪的使用
  • 步骤
    • 安置仪器
    • 粗平：按左手拇指法则，用脚螺旋粗略置平仪器，使圆水准器气泡居中
    • 瞄准：将望远镜瞄准水准尺进行目镜和物镜调焦，使十字丝和尺像清晰
    • 精平：旋转微倾螺旋，使水准管气泡严格居中
    • 读数：按十字丝的中横丝在水准尺上读数，读数前必须精平（积进偶不进）
• 水准测量的方法
  • 相关概念
    • 测站：仪器安置地点
    • 水准路线：在水准点之间进行水准测量时的经过路线
      • 闭合水准路线
      • 附合水准路线
      • 支水准路线
    • 测段：两个水准点之间的水准路线
    • 后视：水准路线后视方向
    • 前视：水准路线前视方向
    • 视距：水准仪至标尺的水平距离
    • 水准点高程：标志点顶面的高程
    • 转点：临时立尺点，作为传递高程的过渡点 ，高程未知无影响
  • 一个测站时
    • 安置仪器：将水准仪安置与水准点AB之间，将尺立于AB两点
    • 粗略整平
    • 瞄准后视尺A，精平，读数得后视尺读数a
    • 转动仪器，瞄准前视尺B，精平，读数得前视尺读数b
    • 计算：hAB=a-b
  • 连续水准测量（多个测站时）： 适用于两点间距离较远或高差较大时
    • 在AB两点之间设立若干个转点，最好为偶数站，使得第一把尺和最后一把尺是同一把，每把尺子的使用情况相同，磨损相当，系统误差能最大程度抵消。
    • 按一个测站时的方法逐一对相邻各点高差进行读数计算
    • 取各个高差的代数和得到AB两点的高差，h1=a1-b1;h2=a2-b2; h3=a3-b3……hn=an-bn;hAB=h1+h2+h3+……+hn
  • 水准路线
    • 闭合水准路线：∑h测=h1+h2+h3+……+hn,∑h理=0
    • 附合水准路线：∑h测=h1+h2+h3+……+hn,∑h理=H终-H始
    • 支水准路线：∑h测=∑h往-×h返，∑h理=0
  • 水准测量方法
    • 变动仪器高法：在同一站上变动仪器高，两次测出高差，取其平均值作为最后结果。h1=a1-b1,h2=a2-b2.容许高差之差f=h1-h2≤±mm
    • 双面尺法:用黑红双面水准尺，在尺子两面读数。顺序为：后前前后，黑黑红红。
  • 水准测量成果整理
    • 水准测量数据计算
      • 附合（闭合）水准路线数据计算步骤
        • 计算闭合差：fh=∑h-(HB-HA);检核：|fh|≤|fh允|
        • 计算改正数
          • 按距离：vi=-fh/∑h×li
          • 按测站数：vi=-fh/∑n×ni
          • 检核：∑v=-fh
        • 计算改正后高差:h改=hi=vi;检核：∑hi改=HB--HA
        • 计算高程:Hi=Hi-1=hi改；检核
      • 支水准路线数据计算步骤
        • 计算闭合差：fh=h往=h返
        • 计算高差：取往返测绝对值的平均值，符号与往测方向一致
        • 计算高程：h=后视尺读数-前视尺读数
    • 水准路线成果检核
      • 目的
        • 测站检核目的：保证前后视读数的正确。方法：变动仪器高法、双面尺法
        • 计算检核目的：保证高差和高程计算正确。方法：中丝与前后视数均值相等法
        • 成果检核目的：保证一条水准路线成果的正确。方法：闭合差限法
      • 内容
        • 高差闭合差fh：由于存在测量误差，使观测结果与理论值不符，存在的差值为高差闭合差。fh=∑h测-∑h理
        • 限差fh允：高差闭合差允许值
          • 平地：fh允≤±40√Lmm,L为水准路线长度
          • 山地：fh允=≤±12√n(mm)。n为测站数
          • 不同水准路线fh的计算
            • 闭合水准路线：fh=fh=∑h测-∑h理=fh=∑h理
            • 附合水准路线：fh=∑h终-∑h始
            • 支水准路线：fh=fh=∑h测-∑h理=fh=∑h往-∑h返
        • 检核要求：fh≤fh允
• 水准测量误差及其注意事项
  • 球气差
    • 地球曲率对水准尺读数的影响：hAB理=EA-FB；hAB实=（MA-p1)-(NB-p2）
    • 大气垂直折光率对水准尺读数的影响：hAB实=（a+f1-p1)-(b+f2-p2)
  • 仪器误差
    • 仪器校正后的残余误差：主要是i角误差
    • 水准尺误差：刻划不准，尺长变化，尺身弯曲变形等。可利用交替使用，测站数设为偶数减弱或消除
  • 观测误差
    • 视差：可通过仔细调焦消除
    • 读数误差：减小视线长度，读数认真果断
    • 水准器气泡居中误差：符合后立即读数
    • 水准尺倾斜误差：扶稳尺子使气泡居中
  • 外界条件误差
    • 仪器下沉
    • 尺垫下沉
    • 地球曲率和大气折光
    • 大气温度和风力
• 微倾式水准仪的检验与校正
  • 水准仪的轴线及其应该满足的条件
    • 视准轴与水准管轴平行
      • i角：视准轴与水准管轴之间的夹角，前后视距相等可消除
    • 圆水准轴与竖轴平行
    • 横丝与竖轴垂直
  • 圆水准器的检验和校正
  • 水准管轴的检验和校正
  • 十字丝横丝的检验和校正
• 其他水准仪简介
  • 精密水准仪
  • 自动安平水准仪
  • 激光水准仪
  • 电子水准仪