高程控制测量

一、我国水准仪的系列标准

我国水准仪的系列标准，是以水准仪所能达到的每公里往返测高差中数偶然中误差这一精度指标为依据制定的

例如：S05、S1、S3、S10等

S：水准仪；下标表示该类仪器所能达到的每公里往返测高差中数的偶然中误差，是以mm为单位的数值

精密水准仪一般指S3以上的各种水准仪，常见的可分为常规、自动安平、数字编码精密水准仪

精密水准仪与水准尺

精密水准仪的构造特点

高质量的望远镜光学系统

坚固稳定的仪器结构

高精度的测微器装置

高灵敏度的管水准器

高性能的补偿器装置

精密水准仪与水准尺

精密水准仪的结构原理

与普通水准仪相比，精密水准仪不但在金属和光学材料、零部件等方面要求更高，而且装备了一些特殊的构件

常见的特殊部件有

1.倾斜螺旋装置

迅速调节望远镜视准轴

2.光学测微装置

提高读数精度（mm为精确读数）

常见的部件有：

3.光学补偿装置

快速整平仪器

4.数字编码与自动记录装置

摆脱人工读数和记录

精密水准仪与水准尺

精密水准标尺的构造特点

1.温度发生变化时，水准尺长度稳定或变化极小

2.分划正确、精密

3.构造上正直，不易发生弯曲

4.装有灵敏的圆水准器，便于将水准尺垂直竖尺

5.尺底装有坚固的钢板，不易磨损

精密水准仪与水准尺的检验

对于精密水准仪和水准尺的基本要求：

主要部件的几何关系和几何轴线的组合正确无误各个构件的制造和装配严密

构件之间正确配合协调工作

两种检验情况：

对新购置仪器，须按照规范规定进行全面检查和检验

作业前后或作业期间所进行的必要项目的检验

一、精密水准仪的检验

1.水准仪及脚架各个部件的检视

2.圆水准器安置正确性的检验与校正3.光学测微器效用正确性和分划值的测定

4.视准轴与水准管轴相互关系的检验与校正

精密水准仪与水准尺的检验

视准轴与水准管轴的相互关系

水准测量要求水准仪的视准轴与水准管轴相互平行，事实上两个轴之间不会严格平行，存在一个夹角

该角在铅垂面上的投影称为i角误差在水平面上的投影称为交叉误差

交叉误差的检验

如果仪器存在交叉误差，整平仪器后，若望远镜绕视准轴左右偏转，气泡就会向不同方向移动在一平整场地内，在距水准尺约50m处安置水准仪，并使水准仪的一个脚螺旋位于望远镜至水准尺的视准面内

将水准仪精密整平，按中丝（楔形平分丝）在水准尺上读数，记为a。将脚螺旋1升高2周，脚螺旋2下降2周保持读数a不变。此时仪器向一侧倾斜，观察水准管气泡的偏移情况

精密水准仪与水准尺的检验

将脚螺旋1下降4周，脚螺旋2上升4周，仍保持读数a不变，此时仪器向另一侧倾斜，再观察水准气泡的偏移情况

在上述两种情况下，若水准管气泡两端保持符合或同向偏离相同的距离，则表明水准仪的交叉误差不明显

若气泡两端异向偏离，且距离大于2mm，则表明水准仪的交叉误差较大，应进行校正

校正方法：将水准器一侧校正螺丝放松，另一侧校正螺丝拧紧，使水准器左右移动，至气泡两端附合为止

精密水准仪与水准尺的检验

二、水准尺的检验

1.检视水准尺各部分是否牢固无损

2.水准尺上圆水准器安置正确性的检验与校正

3.水准尺分划面弯曲差的测定

4.水准尺分划线每米分划间隔真长的测定5.一对水准尺零点差及基辅分化读数差常数的测定

由于制造和使用的原因，使水准尺零点及基辅分划读数差常数不能满足要求而存在误差水准尺的注记从其底面起算，如果从底面至第一注记分划中线的距离与注记值不符，二者差值叫做水准尺的零点差

一对水准尺的零点差之差，叫做一对水准尺零点差

对于同一视线高度，水准尺上的基本分划与辅助分划的读数之差，叫做基辅差，又称尺常数

水准网的布设

一、水准测量的一般规定

1.高程系统

我国采用正常高系统

2.首级高程控制等级

《工程测量规范》将水准测量分为4个等级3.不同等级水准测量的基本精度指标每公里高差的偶然中误差

每公里高差的全中误差

二、水准测量主要技术要求1.水准点的必要精度

2.水准点的必要密度

3.水准路线的最大长度

4.水准测量的仪器和方法

5.水准测量闭合差的限差

水准网的布设

4.水准测量的仪器和方法

二等水准测量应使用S1及其以上型号的水准仪，按光学测微法往返观测

三等水准测量可用S1水准仪按光学测微法单程观测，也可用S3水准仪按中丝法往返观测

四等水准测量可以用S3水准仪按中丝法单程观测5.水准测量闭合差的限差（表4-15/16/17）往返测量闭合差的限差

环线闭合差的限差

山地水准测量的限差

水准网的布设

三、水准网的选线和埋石

1.水准网的布设形式

保证内符合精度

首级水准网应该布设成环形网

加密水准网应该布设成结点网

2.水准网的选线和选点

3.埋石

2、水准网的选线和选点

水准路线应沿有利于施测的公路、大路及坡度较小的道路布设，应尽量避跨越500m以上的河流、湖泊、沼泽等障碍物。水准点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和能长期保存的地点。不宜地点：①易受水淹、潮湿或地下水位较高处；②易发生沉陷、滑坡处；③距铁路50m，公路30m以内；④建设易破坏处

3.埋石

类型有：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙角水准标志

水准网的布设

四、水准网的精度估算

一个水准网的设计方案是否可行，重要技术指标之一就是水准点的高程中误差能否达到设计目标水准网精度估算的方法－－等权代替法

等权代替法的实质是将复杂的水准网通过路线合并与路线连接，简化成一条虚拟的等权路线，以便按照单一路线计算最弱点高程中误差

等权代替法方法要点：①路线合并－－取有关路线权之和作为合并后的权；②路线连接－－取有关路线的长度相加作为连接路线的长度

水准观测与概算

规范要求

二等水准测量要求用S1及其以上型号的水准仪采用光学测微法进行往返观测

三等水准测量要求用S3水准仪采用中丝读数法往返观测或用S1水准仪采用光学测微法进行单程观测

四等水准测量要求用S3水准仪采用中丝读数法进行单程观测

水准观测与概算

一、水准观测的误差来源及消除方法误差来源

仪器误差

外界条件误差

观测误差

水准观测与概算

1.仪器误差

1.视准轴与水准管轴不平行的误差

前后视距相等、同一测站上不能调焦前后视距差、前后视距累积差不能超限2.水准标尺每米长度的误差

超限时加入尺长改正数

3.两水准标尺零点的影响

测站数定为偶数

水准观测与概算

2.外界因素引起的误差

1.温度变化对i角的影响

减弱措施：给仪器打伞遮阳

2.大气垂直折光的影响

减弱措施：视线距地面应有一定的高度，前后视距尽量相等，在坡度较大的地段应适当缩短视线长度

3.仪器脚架与标尺垂直位移的影响

减弱措施：往返测取中数、适当的观测顺序

水准观测与概算

3.观测误差

观测误差主要有：水准气泡置中误差、标尺分划照准误差、测微尺读数误差等减弱措施：增强责任心、提高观测水平

二、水准观测的实施

1.水准观测中的注意事项：

1）使仪器与外界气温一致；给仪器打伞遮阳2）测前标记置平零点，气温变化，调置零点3）除拐弯外，仪器和前后标尺在一直线上4）不得重复调焦，最后旋转方向为旋进5）测站应为偶数，否则加入标尺零点改正，往测转返测时，两根尺子互换位置

6）间歇时，结束在固定的水准点上，否则选两个坚稳可靠的点

水准观测与概算

2.光学测微法的实施

对于二等水准测量，每个测站上的观测顺序为

水准观测与概算

返测时，奇、偶数测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇数测站相同。

综合而言，对于二等水准测量，单测站上的观测顺序如下：

往测时：

奇数站：后－前－前－后偶数站：前－后－后－前

返测时：

奇数站：前－后－后－前偶数站：后－前－前－后

对于三等水准测量

观测顺序：

后（黑）-前（黑）-前（红）-后（红）

对于四等水准测量

观测顺序

后（黑）-后（红）-前（黑）-前（红）

水准观测与概算

三、水准测量成果检验及超限成果处理

重测原则：

1、测段往返测高差不符值超限，应先对可靠性程度小的往测或返测进行整测段重测

2、路线和环闭合差超限时，应先就路线上可靠小的测段进行重测

3、偶然中误差M△超限时，根据实测，找一些观测条件差的测段进行重测

水准观测与概算

四、水准测量概算

概算内容：计算观测高差进行改正数和编制概略高程表

1.水准标尺1m长度的改正2.正常位水准面不平行的改正

三等以上的进行

3.水准路（环）线闭合差的改正4. 概略高程计算

HiHi1hiivi

光电测距高程导线测量

三角高程测量尽管和水准测量相比比较方便，但是其精度较低

垂直角观测误差和大气垂直折光影响的复杂性与多变性，很难准确的进行量化计算，一直制约着三角高程测量的应用

实地测量的水平距离S的精度也难以满足要求

光电测距高程导线测量

2.测角误差ma：随水平距离的增加成正比例增大，是误差的主要来源，为减弱影响，一是控制边长，二是增加测回数，提高测角精度3.大气垂直折光误差mk4.量高误差mi和mv

由上分析可以得到如下结论：

①欲提高测距三角高程测量的精度，主要提高测角精度，其次控制量距边长

②当ma＜2.0〞，D＝1km，mh＝7.16mm，满足四等水准要求

光电测距高程导线测量

三、光电测距高程导线的布测

1、光电测距高程导线的基本规格2、技术要求3、注意事项

1.高程的同一边对向观测垂直角应在较短时间内进行，使k变化最小

2.垂直角观测宜采用醒目的觇标为观测目标，距离远时，适当增加测回数

3.测距采用不低于II级精度的测距仪4.仪器高度、觇标高度，应在观测前后量测

5.高差计算时，垂直角取至0.1〞，高差取至1mm

一、我国水准仪的系列标准

我国水准仪的系列标准，是以水准仪所能达到的每公里往返测高差中数偶然中误差这一精度指标为依据制定的

例如：S05、S1、S3、S10等

S：水准仪；下标表示该类仪器所能达到的每公里往返测高差中数的偶然中误差，是以mm为单位的数值

精密水准仪一般指S3以上的各种水准仪，常见的可分为常规、自动安平、数字编码精密水准仪

精密水准仪与水准尺

精密水准仪的构造特点

高质量的望远镜光学系统

坚固稳定的仪器结构

高精度的测微器装置

高灵敏度的管水准器

高性能的补偿器装置

精密水准仪与水准尺

精密水准仪的结构原理

与普通水准仪相比，精密水准仪不但在金属和光学材料、零部件等方面要求更高，而且装备了一些特殊的构件

常见的特殊部件有

1.倾斜螺旋装置

迅速调节望远镜视准轴

2.光学测微装置

提高读数精度（mm为精确读数）

常见的部件有：

3.光学补偿装置

快速整平仪器

4.数字编码与自动记录装置

摆脱人工读数和记录

精密水准仪与水准尺

精密水准标尺的构造特点

1.温度发生变化时，水准尺长度稳定或变化极小

2.分划正确、精密

3.构造上正直，不易发生弯曲

4.装有灵敏的圆水准器，便于将水准尺垂直竖尺

5.尺底装有坚固的钢板，不易磨损

精密水准仪与水准尺的检验

对于精密水准仪和水准尺的基本要求：

主要部件的几何关系和几何轴线的组合正确无误各个构件的制造和装配严密

构件之间正确配合协调工作

两种检验情况：

对新购置仪器，须按照规范规定进行全面检查和检验

作业前后或作业期间所进行的必要项目的检验

一、精密水准仪的检验

1.水准仪及脚架各个部件的检视

2.圆水准器安置正确性的检验与校正3.光学测微器效用正确性和分划值的测定

4.视准轴与水准管轴相互关系的检验与校正

精密水准仪与水准尺的检验

视准轴与水准管轴的相互关系

水准测量要求水准仪的视准轴与水准管轴相互平行，事实上两个轴之间不会严格平行，存在一个夹角

该角在铅垂面上的投影称为i角误差在水平面上的投影称为交叉误差

交叉误差的检验

如果仪器存在交叉误差，整平仪器后，若望远镜绕视准轴左右偏转，气泡就会向不同方向移动在一平整场地内，在距水准尺约50m处安置水准仪，并使水准仪的一个脚螺旋位于望远镜至水准尺的视准面内

将水准仪精密整平，按中丝（楔形平分丝）在水准尺上读数，记为a。将脚螺旋1升高2周，脚螺旋2下降2周保持读数a不变。此时仪器向一侧倾斜，观察水准管气泡的偏移情况

精密水准仪与水准尺的检验

将脚螺旋1下降4周，脚螺旋2上升4周，仍保持读数a不变，此时仪器向另一侧倾斜，再观察水准气泡的偏移情况

在上述两种情况下，若水准管气泡两端保持符合或同向偏离相同的距离，则表明水准仪的交叉误差不明显

若气泡两端异向偏离，且距离大于2mm，则表明水准仪的交叉误差较大，应进行校正

校正方法：将水准器一侧校正螺丝放松，另一侧校正螺丝拧紧，使水准器左右移动，至气泡两端附合为止

精密水准仪与水准尺的检验

二、水准尺的检验

1.检视水准尺各部分是否牢固无损

2.水准尺上圆水准器安置正确性的检验与校正

3.水准尺分划面弯曲差的测定

4.水准尺分划线每米分划间隔真长的测定5.一对水准尺零点差及基辅分化读数差常数的测定

由于制造和使用的原因，使水准尺零点及基辅分划读数差常数不能满足要求而存在误差水准尺的注记从其底面起算，如果从底面至第一注记分划中线的距离与注记值不符，二者差值叫做水准尺的零点差

一对水准尺的零点差之差，叫做一对水准尺零点差

对于同一视线高度，水准尺上的基本分划与辅助分划的读数之差，叫做基辅差，又称尺常数

水准网的布设

一、水准测量的一般规定

1.高程系统

我国采用正常高系统

2.首级高程控制等级

《工程测量规范》将水准测量分为4个等级3.不同等级水准测量的基本精度指标每公里高差的偶然中误差

每公里高差的全中误差

二、水准测量主要技术要求1.水准点的必要精度

2.水准点的必要密度

3.水准路线的最大长度

4.水准测量的仪器和方法

5.水准测量闭合差的限差

水准网的布设

4.水准测量的仪器和方法

二等水准测量应使用S1及其以上型号的水准仪，按光学测微法往返观测

三等水准测量可用S1水准仪按光学测微法单程观测，也可用S3水准仪按中丝法往返观测

四等水准测量可以用S3水准仪按中丝法单程观测5.水准测量闭合差的限差（表4-15/16/17）往返测量闭合差的限差

环线闭合差的限差

山地水准测量的限差

水准网的布设

三、水准网的选线和埋石

1.水准网的布设形式

保证内符合精度

首级水准网应该布设成环形网

加密水准网应该布设成结点网

2.水准网的选线和选点

3.埋石

2、水准网的选线和选点

水准路线应沿有利于施测的公路、大路及坡度较小的道路布设，应尽量避跨越500m以上的河流、湖泊、沼泽等障碍物。水准点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和能长期保存的地点。不宜地点：①易受水淹、潮湿或地下水位较高处；②易发生沉陷、滑坡处；③距铁路50m，公路30m以内；④建设易破坏处

3.埋石

类型有：基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和墙角水准标志

水准网的布设

四、水准网的精度估算

一个水准网的设计方案是否可行，重要技术指标之一就是水准点的高程中误差能否达到设计目标水准网精度估算的方法－－等权代替法

等权代替法的实质是将复杂的水准网通过路线合并与路线连接，简化成一条虚拟的等权路线，以便按照单一路线计算最弱点高程中误差

等权代替法方法要点：①路线合并－－取有关路线权之和作为合并后的权；②路线连接－－取有关路线的长度相加作为连接路线的长度

水准观测与概算

规范要求

二等水准测量要求用S1及其以上型号的水准仪采用光学测微法进行往返观测

三等水准测量要求用S3水准仪采用中丝读数法往返观测或用S1水准仪采用光学测微法进行单程观测

四等水准测量要求用S3水准仪采用中丝读数法进行单程观测

水准观测与概算

一、水准观测的误差来源及消除方法误差来源

仪器误差

外界条件误差

观测误差

水准观测与概算

1.仪器误差

1.视准轴与水准管轴不平行的误差

前后视距相等、同一测站上不能调焦前后视距差、前后视距累积差不能超限2.水准标尺每米长度的误差

超限时加入尺长改正数

3.两水准标尺零点的影响

测站数定为偶数

水准观测与概算

2.外界因素引起的误差

1.温度变化对i角的影响

减弱措施：给仪器打伞遮阳

2.大气垂直折光的影响

减弱措施：视线距地面应有一定的高度，前后视距尽量相等，在坡度较大的地段应适当缩短视线长度

3.仪器脚架与标尺垂直位移的影响

减弱措施：往返测取中数、适当的观测顺序

水准观测与概算

3.观测误差

观测误差主要有：水准气泡置中误差、标尺分划照准误差、测微尺读数误差等减弱措施：增强责任心、提高观测水平

二、水准观测的实施

1.水准观测中的注意事项：

1）使仪器与外界气温一致；给仪器打伞遮阳2）测前标记置平零点，气温变化，调置零点3）除拐弯外，仪器和前后标尺在一直线上4）不得重复调焦，最后旋转方向为旋进5）测站应为偶数，否则加入标尺零点改正，往测转返测时，两根尺子互换位置

6）间歇时，结束在固定的水准点上，否则选两个坚稳可靠的点

水准观测与概算

2.光学测微法的实施

对于二等水准测量，每个测站上的观测顺序为

水准观测与概算

返测时，奇、偶数测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇数测站相同。

综合而言，对于二等水准测量，单测站上的观测顺序如下：

往测时：

奇数站：后－前－前－后偶数站：前－后－后－前

返测时：

奇数站：前－后－后－前偶数站：后－前－前－后

对于三等水准测量

观测顺序：

后（黑）-前（黑）-前（红）-后（红）

对于四等水准测量

观测顺序

后（黑）-后（红）-前（黑）-前（红）

水准观测与概算

三、水准测量成果检验及超限成果处理

重测原则：

1、测段往返测高差不符值超限，应先对可靠性程度小的往测或返测进行整测段重测

2、路线和环闭合差超限时，应先就路线上可靠小的测段进行重测

3、偶然中误差M△超限时，根据实测，找一些观测条件差的测段进行重测

水准观测与概算

四、水准测量概算

概算内容：计算观测高差进行改正数和编制概略高程表

1.水准标尺1m长度的改正2.正常位水准面不平行的改正

三等以上的进行

3.水准路（环）线闭合差的改正4. 概略高程计算

HiHi1hiivi

光电测距高程导线测量

三角高程测量尽管和水准测量相比比较方便，但是其精度较低

垂直角观测误差和大气垂直折光影响的复杂性与多变性，很难准确的进行量化计算，一直制约着三角高程测量的应用

实地测量的水平距离S的精度也难以满足要求

光电测距高程导线测量

2.测角误差ma：随水平距离的增加成正比例增大，是误差的主要来源，为减弱影响，一是控制边长，二是增加测回数，提高测角精度3.大气垂直折光误差mk4.量高误差mi和mv

由上分析可以得到如下结论：

①欲提高测距三角高程测量的精度，主要提高测角精度，其次控制量距边长

②当ma＜2.0〞，D＝1km，mh＝7.16mm，满足四等水准要求

光电测距高程导线测量

三、光电测距高程导线的布测

1、光电测距高程导线的基本规格2、技术要求3、注意事项

1.高程的同一边对向观测垂直角应在较短时间内进行，使k变化最小

2.垂直角观测宜采用醒目的觇标为观测目标，距离远时，适当增加测回数

3.测距采用不低于II级精度的测距仪4.仪器高度、觇标高度，应在观测前后量测

5.高差计算时，垂直角取至0.1〞，高差取至1mm