第二章 水准测量测量地面高程的工作，成为高程测量。
测定高程的方法：
几何水准测量（水准测量）
三角高程测量气压高程测量（物理高程测量）
2.1 水准测量原理水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差,这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。
设后视 A尺读数为 a,前视 B尺读数为 b,则 A,B两点高差为
高差法：
视线高法：
当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，由图可得：
ABAB hHH
转点：传递高程的点。
测站：安置仪器的点。
测段：两待测点构成。
bahh
bah
bah
bah
AB
nnn
222
111
2.2水准测量的仪器和工具水准测量所使用的仪器为 水准仪,工具为 水准尺 和 尺垫 。
（ 1） 水准仪的分类
水准仪按其精度可分为 DS05,DSl,DS3和 DSl0等四个等级。
建筑工程测量广泛使用 DS3级水准仪。
（ 2） 水准仪的结构
主要有 望远镜,水准器 及 基座 三部分。
1）望远镜
DS3水准仪 望远镜主要由 物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板 所组成。物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长线，竖直的一条称 竖丝,横的一条称为 中丝,是为了瞄准目标和谈取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测定距离的，称为 视距丝 。十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片装在分划板座上，分划板座固定在望远镜筒上。
十字丝交点与物镜光心的连线，称为 视 准轴或视线 。水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。
对光凹透镜可使不同距离的目标均能成像在十字丝乎面上。再通过目镜，便可看清同时放大了的十字丝和目标影像。从望远镜内所看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比，称为望远镜的 放大率 。 DS3级水准仅望远镜的放大率一般为 28倍。
2）水准器水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置
。分为 管水准器 和 圆水准器,管水准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指示竖轴是否竖直。
① 圆水准器
圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为水准器的零点。通过零点的球面法线为 圆水准器轴线，当圆水准器气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点 2mm，轴线所倾斜的角值，称为 圆水准器的分划值，由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。
② 管水准器
又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡。
水准管上一般刻有间隔为 2mm的分划线，分划线的中点 0，称为水准管零点。通过零点作水准管圆弧的切线，称为 水准管轴
。
3）基座基座的作用是文承仪器的上部并与三脚架连接。它主要由轴座
、脚螺旋、底板和三角压板构成。
4）其他配套设备读数精确调平 （精平）
瞄准 目标粗略调平安装水准仪目镜对光粗略 瞄准物镜对光和 精确 瞄准消除视察
2.3 水准仪的使用
2.4 水准测量外业工作
2.4.1 水准点（ Bench Mark）及水准测量路线形式
测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为 水准点 (Bench Mark)，简记为 BM。
水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。
水准点有永久性和临时性两种。
国家等级水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋到地面冻结线以下。在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀材料制成的半球状标志。有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙脚水准点。
建筑工地上的永久性水准点一般用混凝土或钢筋混凝土制成，
临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下，校顶钉以半球形铁钉。
2.4.2 水准测量的方法一、水准路线的形式附合水准路线 闭合水准路线水准支线水准网结点水准路线
2.4.3 水准测量的检核
（ 1）测站检核
B点的高程是根据 A点的已知高程和转点之间的高差计算出来
。若其中测错任何一个高差,B点高程就不会正确。因此，对每一站的高差，都必须采取措施进行检核测量。
1）变动仪器高法：同一测站用两次不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核。
2）双面尺法：仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。
（ 2）路线检核
测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。由于温度、风力、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等到外界条件引起的误差，尺了倾斜和估读的误差，以及水准仪本身的误差等
，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。
1）附合水准路线检核
2）闭合水准路线检核
3）支水准路线检核
2.5水准测量的内业
2.5.1 附合水准路线的内业计算
（ 1）高差闭合差的计算高差闭合差可用来衡量测量成果的精度，等外水准测量的高差闭合差容许值，规定为平地 L为水准路线长度公里数山地 n为测站数
（ 2）闭合差的调整在同一条水准路线上，假设观测条件是相同的，可认为各站产生的误差机会是相同的，故闭合差的调整按与测站数（或距离
）成正比反符号分配的原则进行。
（ 3）高程计算
2.5.2 闭合水准路线闭合差的计算与调整
闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即
由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差
闭合水准路线高差闭合差的调整方法、容许值的计算，均与附合水准路线相同。
2.6 水准仪的检验与校正
2.6.1 水准仪的主要轴线及其应满足的条件
根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出两点间高差。为此，水准仪应满足的几何条件是：
1）圆水准器轴 L′L′应平行于仪器的竖轴 VV；
2）十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴；
3）水准管轴 LL平行于视准轴 CC。
LL
L`
L`V
V
CC
2.6.2 检验与校正
1,幻灯片 圆水准轴平行于仪器竖轴的检验与校正
2,十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验与校正
3,视准轴平行于水准管轴的检验 校正
2.7 水准测量的误差及注意事项误差 ⑩
仪器误差②
观测误差 ④
外界条件④
仪器校正后的残余误差 水准尺的误水准管气泡居中的误差 照准误差 估读误差 水准尺倾斜误差仪器尺垫下沉 尺垫下沉 温度的影响 地球曲率及大气折光
2.8 自动安平水准仪,精密水准仪和电子水准仪
2.8.1自动安平水准仪
2.8.2精密水准仪
2.2.3电子水准仪自动安平水准仪
特点,只有 圆水准器，没有水准管和微倾螺旋
，粗平之后，借助自动补偿装置的作用，使视准轴水平，便可读出正确读书。
自动安平水准仪的原理如果镜筒倾斜,则十字丝中心偏离过物镜光心的水平线（标准位置）
自动安平装置的作用在于：使十字丝经物镜射出的光线水平，好象十字丝移到标准位置上去了或者使来自水准尺水平读数成象与十字丝中心，好象尺子水平读数的象移到十字丝中心上去了。
自动安平补偿器两个直角棱镜是补偿器的摆动部分。镜筒倾斜时水平光线与其竖平面不正交，从而使光线在棱镜系统中产生折射，最后把水平光线导至十字丝中心。光线在棱镜系统中的多次折射可等效为一次折射。
测定高程的方法：
几何水准测量（水准测量）
三角高程测量气压高程测量（物理高程测量）
2.1 水准测量原理水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差,这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。
设后视 A尺读数为 a,前视 B尺读数为 b,则 A,B两点高差为
高差法：
视线高法：
当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，由图可得：
ABAB hHH
转点：传递高程的点。
测站：安置仪器的点。
测段：两待测点构成。
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222
111
2.2水准测量的仪器和工具水准测量所使用的仪器为 水准仪,工具为 水准尺 和 尺垫 。
（ 1） 水准仪的分类
水准仪按其精度可分为 DS05,DSl,DS3和 DSl0等四个等级。
建筑工程测量广泛使用 DS3级水准仪。
（ 2） 水准仪的结构
主要有 望远镜,水准器 及 基座 三部分。
1）望远镜
DS3水准仪 望远镜主要由 物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板 所组成。物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长线，竖直的一条称 竖丝,横的一条称为 中丝,是为了瞄准目标和谈取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测定距离的，称为 视距丝 。十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片装在分划板座上，分划板座固定在望远镜筒上。
十字丝交点与物镜光心的连线，称为 视 准轴或视线 。水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。
对光凹透镜可使不同距离的目标均能成像在十字丝乎面上。再通过目镜，便可看清同时放大了的十字丝和目标影像。从望远镜内所看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比，称为望远镜的 放大率 。 DS3级水准仅望远镜的放大率一般为 28倍。
2）水准器水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置
。分为 管水准器 和 圆水准器,管水准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指示竖轴是否竖直。
① 圆水准器
圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为水准器的零点。通过零点的球面法线为 圆水准器轴线，当圆水准器气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点 2mm，轴线所倾斜的角值，称为 圆水准器的分划值，由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。
② 管水准器
又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡。
水准管上一般刻有间隔为 2mm的分划线，分划线的中点 0，称为水准管零点。通过零点作水准管圆弧的切线，称为 水准管轴
。
3）基座基座的作用是文承仪器的上部并与三脚架连接。它主要由轴座
、脚螺旋、底板和三角压板构成。
4）其他配套设备读数精确调平 （精平）
瞄准 目标粗略调平安装水准仪目镜对光粗略 瞄准物镜对光和 精确 瞄准消除视察
2.3 水准仪的使用
2.4 水准测量外业工作
2.4.1 水准点（ Bench Mark）及水准测量路线形式
测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为 水准点 (Bench Mark)，简记为 BM。
水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。
水准点有永久性和临时性两种。
国家等级水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋到地面冻结线以下。在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀材料制成的半球状标志。有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙脚水准点。
建筑工地上的永久性水准点一般用混凝土或钢筋混凝土制成，
临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下，校顶钉以半球形铁钉。
2.4.2 水准测量的方法一、水准路线的形式附合水准路线 闭合水准路线水准支线水准网结点水准路线
2.4.3 水准测量的检核
（ 1）测站检核
B点的高程是根据 A点的已知高程和转点之间的高差计算出来
。若其中测错任何一个高差,B点高程就不会正确。因此，对每一站的高差，都必须采取措施进行检核测量。
1）变动仪器高法：同一测站用两次不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核。
2）双面尺法：仪器高度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。
（ 2）路线检核
测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。由于温度、风力、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等到外界条件引起的误差，尺了倾斜和估读的误差，以及水准仪本身的误差等
，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。
1）附合水准路线检核
2）闭合水准路线检核
3）支水准路线检核
2.5水准测量的内业
2.5.1 附合水准路线的内业计算
（ 1）高差闭合差的计算高差闭合差可用来衡量测量成果的精度，等外水准测量的高差闭合差容许值，规定为平地 L为水准路线长度公里数山地 n为测站数
（ 2）闭合差的调整在同一条水准路线上，假设观测条件是相同的，可认为各站产生的误差机会是相同的，故闭合差的调整按与测站数（或距离
）成正比反符号分配的原则进行。
（ 3）高程计算
2.5.2 闭合水准路线闭合差的计算与调整
闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即
由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差
闭合水准路线高差闭合差的调整方法、容许值的计算，均与附合水准路线相同。
2.6 水准仪的检验与校正
2.6.1 水准仪的主要轴线及其应满足的条件
根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出两点间高差。为此，水准仪应满足的几何条件是：
1）圆水准器轴 L′L′应平行于仪器的竖轴 VV；
2）十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴；
3）水准管轴 LL平行于视准轴 CC。
LL
L`
L`V
V
CC
2.6.2 检验与校正
1,幻灯片 圆水准轴平行于仪器竖轴的检验与校正
2,十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验与校正
3,视准轴平行于水准管轴的检验 校正
2.7 水准测量的误差及注意事项误差 ⑩
仪器误差②
观测误差 ④
外界条件④
仪器校正后的残余误差 水准尺的误水准管气泡居中的误差 照准误差 估读误差 水准尺倾斜误差仪器尺垫下沉 尺垫下沉 温度的影响 地球曲率及大气折光
2.8 自动安平水准仪,精密水准仪和电子水准仪
2.8.1自动安平水准仪
2.8.2精密水准仪
2.2.3电子水准仪自动安平水准仪
特点,只有 圆水准器，没有水准管和微倾螺旋
，粗平之后，借助自动补偿装置的作用，使视准轴水平，便可读出正确读书。
自动安平水准仪的原理如果镜筒倾斜,则十字丝中心偏离过物镜光心的水平线（标准位置）
自动安平装置的作用在于：使十字丝经物镜射出的光线水平，好象十字丝移到标准位置上去了或者使来自水准尺水平读数成象与十字丝中心，好象尺子水平读数的象移到十字丝中心上去了。
自动安平补偿器两个直角棱镜是补偿器的摆动部分。镜筒倾斜时水平光线与其竖平面不正交，从而使光线在棱镜系统中产生折射，最后把水平光线导至十字丝中心。光线在棱镜系统中的多次折射可等效为一次折射。
