普通水准测量的方法和要求

2.4　普通水准测量的方法和要求

我国水准测量按精度分为一、二、三、四4个等级。一、二等水准测量主要用于科研，也作为三、四等水准测量的起算依据;三、四等水准测量主要用于国防建设、经济建设及地形测量的高程起算依据。

在各等级水准路线上埋设了许多固定的高程标志，称为水准点。常用“BM”(Benck Mark)表示。它们的高程已由专业测量单位按不同等级的精度规定进行观测。这些水准点也称为国家等级水准点，埋设永久性标志，如图2.18(a)所示。永久性标志一般用混凝土制成，顶部嵌入半球状金属标志，半球状标志顶点表示水准点的高程和位置。在冰冻地区水准点埋设深度应超过冰冻线0.5m。有的用金属标志埋设于基础稳定的建筑物墙脚上，称为墙上水准点，如图2.18(b)所示。

图2.18　(单位:mm)

由于国家等级水准点在地面上密度不够，为了满足各项工程建设以及地形测量的需要，必须在国家等级水准点之间进行补充加密。这种水准测量精度因低于国家等级水准测量的精度，称其为等外水准测量或普通水准测量。其观测原理和方法与国家等级水准测量的原理和方法基本相同。它的高程起算数据应是国家等级水准点的高程数据。

普通水准测量按具体要求可埋设如图2.18所示的永久性水准点，也可埋设如图2.19所示的临时性水准点。在大、中型建筑工地上其水准点可用混凝土制成，顶部嵌入半球状金属标志，如图2.19(a)所示。在小型建筑工地上可利用地面突起坚硬岩石，也可用大木桩打入地下，桩顶钉以半球状的金属圆帽钉，如图2.19(b)所示。为了便于保护与使用，水准点埋设后应绘制点位略图。

图2.19

普通水准测量工作包括:拟定水准路线和埋设水准点，外业观测，水准路线高差闭合差的调整和高程计算。

下面分别介绍普通水准测量的各项工作。

2.4.1　拟定水准路线和选定水准点

根据具体工程建设或地形测量的需要，在水准测量之前，必须进行技术设计，以便选择经济合理的水准测量路线。为了使用高程的方便，在拟定的水准路线上，按规定或需要的间距埋设一些水准点，两相邻水准点之间的观测区段称为一个测段。

为了便于计算各水准点高程，并可方便地检查校核测量中可能产生的错误，水准路线要按一定的形式拟定。水准路线的形式有三种，分别介绍如下。

1.附合水准路线

如图2.20所示，从一个已知高级水准点出发，沿选定的测量路线并通过设置的水准点进行观测，最后附合到另一个已知的高级水准点上。这种水准路线称为附合水准路线。

图2.20

2.闭合水准路线

如图2.21所示，从一个已知高级水准点出发，沿选定的测量路线并通过设置的水准点进行观测，最后又闭合到该已知高程水准点上。这种水准路线称为闭合水准路线。

3.支水准路线

如图2.22所示，从一个已知高级水准点出发，沿选定的测量路线并通过设置的水准点进行观测，既不闭合也不附合到另一已知高级水准点上，这种水准路线称为支水准路线。

图2.21

图2.22

上述三种形式的水准路线所测得的高差值只有附合和闭合水准路线可以与已知高级水准点进行校核，而支水准路线无法校核。因此，支水准路线不但路线的长度有所限制，点数不超过2个，而且还需进行往测与返测，用两个不同方向的测量结果进行比较，以资校核。

2.4.2　外业观测程序和注意事项

1.外业观测程序

(1)在起始水准点上，不放尺垫，直接在标志上立标尺，作为后视。

(2)在水准路线的前进方向上安置水准仪，水准仪离后视标尺最长不要超过100m。概略整平，照准标尺并消除视差后再精确整平，最后读取中丝读数，并记入表2.1所示的手簿中。

(3)在水准路线的前进方向的适当地方(前、后视大致相等处)选择前视标尺的转点，放置并踩稳尺垫，将前视标尺竖立在尺垫上，作为前视。

(4)转动水准仪，照准前视标尺，消除视差，精确调平，读取中丝读数，记入手簿。

(5)前视尺不动，将后视尺迁到前面作为前视尺，而原前视尺变为后视尺。水准仪迁到后视尺、前视尺中间位置，重复(2)、(3)、(4)步的方法进行操作，直到最后一个水准点上。

2.测站检核

由式(2.4)可以看出，待定点B的高程是根据A点高程和沿路各测站所测的高差计算所得的。为了保证观测高差正确无误，必须对每测站的观测高差进行检核，这种检核称为测站检核。测站检核常采用双仪高法和双面尺法进行。

1)双仪高法

在每个测站上，利用两次不同的仪器高度，分别观测高差之差值不超过±5mm范围时，则取平均值作为该测站的观测高差。否则重测。

表2.1　水准测量记录手簿

2)双面尺法

在每个测站上，不改变仪器高度，分别读取双面水准尺的黑面读数和红面读数。红面读数减去4.687m或4.787m应等于黑面读数，其差值不超过±3mm范围时，则取其平均值作为标尺读数。否则重测。

3.水准测量的注意事项

(1)在水准点上立尺时，不要放尺垫，直接将水准尺立在水准点标志上。

(2)为了读取准确的标尺读数，水准尺应立垂直，不得前后、左右倾斜。为了保证水准标尺垂直，必要时水准标尺上应设置圆水准器。

(3)在观测中，记录应复诵，以免听错、记错。在确认观测数据无误，又符合要求后，后视尺才准许提起尺垫迁移。否则后视尺不能移动尺垫。

(4)前、后视距应大致相等，以消除或减弱仪器水准管轴与视准轴不完全平行的i角误差。

如图2.23所示，由于两轴不完全平行而产生一个小的夹角i角。当水准管气泡居中时，水准管轴水平，但视准轴仍处于倾斜位置，致使前、后视读数产生偏差x₁和x₂，其大小与视距成正比。当前后视距相等时，x₁=x₂，在计算高差时将相互抵消掉。

另外，由于地球曲率及大气折光的影响，致使水准尺读数产生误差f。如图2.24所示，c为地球曲率对读数的影响，r为大气折光对读数的影响，即f=c－r。计算测站高差时应从后、前视读数中分别减去f，才能得到正确高差，即h=(a－f_a)－(b－f_b)。当前后视距离相等时，f_a=f_b，计算高差时就可抵消掉地球曲率与大气折光的影响。

图2.23

图2.24

(5)记录、计算字迹清晰工整，易于辨认。读错、记错、算错时须用斜线画掉，将正确数据重新记在它的上方，不得涂改，以保持记录的原始性。