水准测量

[!tip]

1. 水准仪：F110（提前五分钟）（周三）

2. 野外测量的基准面-大地水准面

3. 测量地面点的基本工作

   1. 水平角测量、水平距离测量、高程测量

1.高程测量的方法和分类

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1.1 水准测量

水准测量是利用水准仪和水准尺进行的测量方法，主要用于确定两点之间的高程差。该方法精度高，广泛应用于工程测量和地形测量中。

1.2 三角高程测量

三角高程测量通过测量地面点之间的水平角度和垂直角度，再结合已知的距离和角度，计算出未知点的高程。此方法适合用于高差较大的区域，通常与平面三角测量结合使用。

1.3 气压高程测量

气压高程测量是通过测量两个点的气压差来确定它们之间的高程差。这种方法适用于大范围的初步测量或野外测量，但精度较低，受气象条件影响较大。

1.4 GPS 测量

GPS 测量利用全球定位系统（GPS）确定地面点的三维坐标，包括高程。通过接收卫星信号，GPS 测量能够快速获得高程数据，尤其在大范围和难以接近的地区有明显优势，精度视测量条件和使用的 GPS 设备而定。

2.水准测量原理

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青岛观象山--中华人民共和国水准原点为中华人民共和国国家高程基准"高程"的测量原点，位于青岛市市南区观象山山顶，设立于 1954 年。

利用水准仪提供水平视线，借助水准测定地面上点的高差，从而由已知点高程推出未知点的高程。 A：后视点，B：前视点，a：后视读数，b：前视读数

连续中间水准测量（水准尺是交替前进的，过程叫做跑尺；中间的临时立尺点称为转点）

3.水准仪及其使用

3.1 水准仪

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1. 水准仪按其精度划分为四个等级：

   1. 精密水准仪 DS05 DS1

   2. 普通水准仪 DS3 DS10

   3. D—大地测量；S—水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里 往返测高差中数的中误差，即精度,单位:mm）

2. 水准仪的结构

   1. $DS_3$水准仪的结构
   2. 望远镜
   3. 水准器

      1. 圆水准器，从上面看(8'/2mm)

      2. 水准管

      3. 水准管分划值（灵敏度）（单位：''/2mm）：当气泡移动 2mm 时水准管轴所倾斜的角度 $a'=\frac{2}{R}\rho''$

3.2 水准尺

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1. 黑面为主尺，起点为0
2. 红面为辅尺，起点为4.687或4.787m，称为**零点差**

3.3 尺垫

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3.4 水准仪的使用

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3.4.1 简单版本

1. 安置：安置三脚架和水准仪

2. 粗平：使圆水准器气泡居中

3. 瞄准：粗瞄和精瞄(消除视差)

4. 精平：使长水准管气泡居中

5. 读数：用中丝读数

3.4.2 详细版本

1. 安置：安装和整平仪器

   1. 将三脚架下部的皮带解开，松开制动螺旋

   2. 分开三只脚，使其成正三角形，用脚踩踏脚，使三个脚尖稳固地插入地面，同时使三脚架架头平面基本处于水平位置，其高度应使望远镜与观测者的眼睛基本一致，注意伸缩部锁紧是否可靠

   3. 将仪器安置在三脚架架头上，并用中心螺旋手把将仪器可靠紧固。

   4. 旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中

   5. 观察望远镜目镜，旋转目镜罩，使分划板刻划成像清晰

   6. 用仪器上的粗瞄准器瞄准标尺，旋转调焦手轮，使标尺成像清晰，这时眼睛作上、下、左、右的移动，目标影像与分划板刻线应无任何相对位移，即无视差存在，然后旋转水平微动手轮，使标尺竖丝正确地置于标尺中间（调节目镜，产生视差的原因:目标像平面与十字丝平面不重合）

   7. 当需要进行角度测量或定位时，仪器务必设置在地面标点的中心上方，把垂球悬挂在三脚架的中心螺旋手把上，使垂球的尖与地面标点相距 2cm 左右，直到垂球尖对准地面标点，即是定中心于一测点上

2. 仪器的读数

   1. 瞄准好标尺后，检查一下圆水准器是否居中，读取水平丝在标尺上的位置，先读水平丝下面最近的厘米值 114cm，估读出水平丝在厘米间隔内对应的毫米值 3mm，因此读数为 1.143m。为了提高测量精度，用三丝法核校数据，分别读取水平丝和上下视距丝读数，上下丝的平均值来检验中丝的读数

4.水准测量方法

4.1 水准点

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事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点(Bench Mark), 常 以 BM 表示。

1. 水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面, 用于 放置水准尺

2. 水准点选点要求：设在土质坚硬、稳定，能保存，便于引测、寻找且不易遭 到破坏的地方，选点后进行编号，绘制“点之记”

4.2 水准路线布设形式

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5.水准测量的检核

5.1 测站检核

常用的检核方法有两次仪器高法和双面尺法两种

1. 两次仪器高法 即测得第一次高差后，改变仪器高度==约 10cm==，再次测定高差。 若两次测得的高差之差未超过 5mm，则取其平均值作为该测站的观测高差。否则需重测。

2. 双面尺法 在一个测站上，仪器高度不变，分别用双面水准尺的黑面和红面两次测定高差。若两次测得高差之差未超过 5mm（四等水准）， 同时每一根尺子红黑两面的读数差与常数差不超过 3mm,则取其平均值作为该测站的高差。否则需要重测。

5.2 路线检核

实际测量得到的该段高差与该段高差的理论值之差称为高差闭合差，用$f_h$表示。

1. 附合水准路线： $∑h_理=H_终-H_始 ,f_h = ∑h_测-(H_终-H_始)$

2. 闭合水准路线： $∑h_{理A}=0 ,f_h = ∑h_测$

3. 支水准路线： $f_h = ∑h_往+ ∑h_返$ 普通水准测量线路闭合差允许值

4. $f_{h允} = \pm 40\sqrt{L}mm(平坦地区)$

5. $f_{h允} = \pm 10\sqrt{n}mm(丘陵地区)$

5.3 水准测量的外业实施