四种水准测量的方法和步骤（分享最全水准测量知识）

笔者从事建筑施工行业多年，刚入行时就是一名高速公路测量员。一个工地下来晒得比古天乐还黑，从一个英气少年变成邋遢青年！也许有人会说作为一个男人这不算啥，但你要考虑下工地没有女同事，回家家人介绍相亲直接遭人白眼。哎，说多都是泪！回到正题，小编整理了水准测量知识，希望对你有帮助。

水准测量现场

一 、水准测量的原理

水准测量亦称高程测量，确定地面上某一点的高程所进行的测量称为高程测量。确定一点的高程通常可采用水准测量方法和三角高程测量方法，而水准测量方法是最准确的也是最普通的使用方法（三角高程测量方法将在全站仪使用部分做介绍）。

水准测量又称为几何水准测量（我们施工单位也称为抄平），是利用水准仪配合水准尺测定地面点高程的常用方法。

要确定一个点的高低位置（也就是要知道这个点的高程），首先要确定一个起算面（水准面）。目前我国采用“1985年国家高程基准”，它是国家测绘机构在青岛验潮站附近设立固定标石，用精密水准测量方法成年累月长期观测记录而求得的，这个固定标石点称为青岛水准原点，高程为72.260m，是国家一等水准网和全国高程测量的起点。其他等级的国家水准点高程均以此推算。青岛水准原点的高程即黄海平均海水面至该点的高差，我国都把青岛水准原点附近的黄海平均海水面作为大地水准面，也就是我国计算高程的起算面。

地球上各点至大地水准面的铅垂线不平行的而汇交于地心的。但在小范围内我们可以把大地水准面当作水平面，所以HA、HB以及hAB可见图2-1所示。A点对B点的高差为：

hAB=HA－HB=HA′－HB′

在施工测量时，测定两点的高差是利用水准仪进行的，如图2-2所示：设已知A点的高程为HA，现需要测定B点的高程，在A、B两点之间安置水准仪，在A、B两点之间竖立水准尺，利用水准仪提供的水平视线，从仪器中分别读取A、B两点上水准尺的读数为a和b，由图中几何关系可得出B点对A点的高差：

hAB=a－b

则B点的高程为：

HB=（HA a）－b= HA （a－b）

这里我们把已知点A点称为后视点，A点上水准尺的读数称为后视读数；B点称为前视点，B点上水准尺的读数称为前视读数。计算高差时总是用后视读数减去前视读数。当a＞b时，高差为“＋”，说明前视点比后视点高；反之则前视点低于后视点。

二、 仪器和工具

• ⑴水准仪：由望远镜、水准器、基座三部分组成。

1.望远镜——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。

2.水准器有两种：

圆水准器——精度低，用于粗略整平。

水准管——精度高，用于精平。

目前我们项目部各工点采用的水准仪均为自动安平水准仪，它没有水准管；原来使用的微倾式水准仪主要采用水准管进行精平，现在工地上已很少使用。

3.基座

为了支承并水平转动仪器，需要一个基座；仪器的竖轴与支架连成一个整体插入基座的轴套里，使望远镜能绕竖轴转动。

• ⑵水准尺

水准尺简称标尺，供仪器读数用。主要有单面尺、双面尺和塔尺几种，水准尺要求顺直，刻划准确、清晰，采用木质和铝合金材料制作。铁路五等水准测量常用的为塔尺，尺面分划为1cm或5mm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。双面尺又称黑红双面标准尺，由两把尺组成，双面标准尺的黑面底部读数均由0开始；红面尺的底部读数：一把为4687mm，另一把为4787mm。双面尺主要用于三、四等水准测量或者要求较高精度的水准点引测。

• ⑶尺垫

在水准测量中，为使高程得到可靠的传递并使水准尺不致于下沉，常采用尺垫作转点，以防止观测过程中水准尺下沉。

三 、水准仪的使用

操作程序：粗平——瞄准——精平——读数

⑴ 粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

⑵ 瞄准

1．方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。

2．视差

概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。

产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。

消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。

⑶ 精平

若使用自动安平水准仪，仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。

⑷　读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。

2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。

四、 普通水准测量的实施及成果整理

• ⑴ 水准点

通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般常用BM表示。有永久性和临时性两种。永久性水准点的高程由设计部门提供，临时性水准点的高程由施工单位自行引测。

• ⑵ 水准路线

水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式（如下图所示）：

1．闭合水准路线

由已知点BM1出发，经过若干待测点，最后回到已知点BM1。

2．附合水准路线

由已知点BM1出发，经过若干待测点，附合到已知点BM2。

3．支水准路线

由已知点BM1出发，引测到某一待定水准点A。

• ⑶ 外业观测

观测要求：

1.水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。

2.为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”，即改变仪器高度（0.1～0.2m左右），重新安置仪器，再测一次高差，两次仪器高法高差之差h-h’5mm时取平均值作为本站高差，否则要重测；

或采用“双面尺法”进行高差观测。双面尺法要求①红黑面读数差3mm ② h黑-h红5mm。

3.水准测量记录表

注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。

（2），只表明计算无误，不表明观测和记录无误。

• ⑷ 水准测量的成果处理（内业）

（一）计算闭合差：

（二）分配高差闭合差

1.高差闭合差限差（容许误差）

对于普通水准测量，有：fh容=±30√L 适用于平原地区；

fh容=±12√n 适用于山区。

式中，——高差闭合差限差，单位：mm。

L——水准路线长度，单位：km ； n——测站数。

2.分配原则：

按与距离L或测站数n成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。

（三）计算各待定点高程

用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。

五 、水准测量的成果实例

【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。BM-A和BM-B为已知高程的水准点，图中箭头表示水准测量前进方向，路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位)，路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位)，试计算待定点1、2、3点的高程。

解算如下：

改正计算如下表:

六 、普通水准仪的检验与校正

• ⑴.水准仪轴线的几何关系

水准仪轴线应满足的几何条件是：

1.水准管轴LL//视准轴CC

2.圆水准轴L’L’//竖轴VV

3.横丝要水平（即：⊥竖轴VV）

如下图所示：

• (2).水准仪的检验与校正

（一）圆水准器的检验与校正

1.检验：气泡居中后，再将仪器绕竖轴旋转180°，看气泡是否居中。

2.校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半, 再用拨针拨动三个“校正螺旋”，使气泡居中。

（二）十字丝横丝的检验与校正(示意图略)

1.检验：

整平后，用横丝的一端对准一固定点P，转动微动螺旋，看P点是否沿着横丝移动。如P点偏离横丝，则需要校正。

2．校正 ：

旋下目镜处的十字丝环外罩，转动左右2个“校正螺丝”。使横丝对准P点，反复检查，直到始终符合为准。

（三）水准管轴平行于视准轴（i角）的检验与校正

1.检验：

（1）平坦地上选A、B两点，约80m。

（2）在中点C架仪，读取a1、b1，得h1=a1-b1

（3）在距B点约2～3m处安置仪器，读取a2、b2，得h2=a2-b2

（4）若h2≠h1 ,则水准管轴不平行于视准轴，有i角。

因为①h1为正确高差②b2的误差可忽略不计，故有：

2.校正方法有二种：

a.校正水准管(主要用于微倾式水准仪)

旋转微倾螺旋，使十字丝横丝对准(a2′=h1 b2)，拨动水准管“校正螺丝”，使水准管气泡居中。

b.校正十字丝(主要用于自动安平水准仪)

保持水准管气泡居中，拨动十字丝上下两个“校正螺丝”，使横丝对准a2′读数即可。

七 、自动安平、精密、电子水准仪简介

• ⑴自动安平水准仪

1．原理：与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。

2．使用：粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。

3．检校：与普通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。

• ⑵ 精密水准仪（每公里往返平均高差中误差1mm）

1、精密水准仪——提供精确的水平视线和精确读数；

2、精密水准尺——刻度精确(铟钢带水准尺)。

3、读数方法

（1）精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。

（2）读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。

• ⑶ 数字水准仪及条纹码水准尺

1、具有自动安平、显示读数和视距功能。

2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。

八 、水准测量误差及注意事项

• ⑴误差来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。

1.仪器误差

主要有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差。

2.操作误差

主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。

3.外界条件影响的误差

主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。

• ⑵注意事项

水准测量的误差对高程的影响很大，了解误差的性质及其对成果的影响是很有必要的；特别是系统性误差，虽然对单个测站来说微不足道，但累计的结果却是不可忽视的。掌握这些规律，就可很好的指导我们的操作，获得优质的成果。在整个测量过程中，只要有一个测站出错，就会导致整个测段内的成果不合格。要做到每个测站都正确无误，测量人员必须紧密配合，认真细致的做好扶尺、观测、记录、计算等每一项工作。现将水准测量注意事项列下：

㈠扶尺“四要”

1.尺子要检查：测量前要检查标尺刻划是否准确，塔尺衔接是否严密，测量过程中要随时检查尺底或尺垫是否粘有泥土。

2.转点要牢靠：转点最好用尺垫，或者选择坚硬稳固而又有凸棱的石头上，保证转点在两个测站的前后视中不改变位置。

3.扶尺要检查：塔尺如有横向倾斜，观测者易于发现可指挥立直；如前后倾斜则不易发现，会造成读数偏大。故扶尺者身体要站直，如尺上有水准器时要检查使气泡居中。

4.要用同一的尺：由于塔尺底部的磨损或包铁松动，将会使尺底部零点位置不准，为消除其影响，在同一测段要用同一个尺。且测站数为偶数。

㈡观测“六要”

1.仪器要检校：测量前要把仪器校正好，使各轴线间满足应有的几何条件。

2.仪器要安稳：中心螺旋连接要稳固可靠，松紧适当，架腿要踩实，观测者不得扶压或骑跨架腿，观测过程中不得碰动仪器。

3.前、后视要等长：前、后视等长的水准测量，可以消除i角误差以及地球曲率的影响，如果地面坡度不大还可消除大气折光的影响。普通水准测量最大视线长度不得大于150m，视线不要靠近地面，最小读数要大于0.3m。

4.视线要水平：使用微倾式水准仪度数前气泡要符合，为避免匆忙读数之差错，读数前后均应检查气泡是否符合。烈日下要打伞。

5.读数要准确：读数前要消除视差，要认准横丝，要认请标尺刻划特点，每次读数最好读两次。

6.迁站要慎重：未读前视读数时不得匆忙搬动仪器，以免使水准路线中间“脱节”，造成返工；中途休息时，应将前视点选择在容易寻找的地方，并作好标志，列如记录，以便下次续测。

• ㈢记录四要

1.要复诵：读数列入记录时要边记边复诵；避免听错记错。如观测者兼作记录时，记完后可再看一下读数，以资复核。

2.记录要清楚：按规定格式填写，字迹要端正，点号要记请，前后视读数不得遗漏，不得颠倒。

3.要原始记录：要在现场用硬铅笔（HB）填写在记录簿中，不得眷抄，以免转抄错误。记录错误时，不得用橡皮擦改，要在错误数字处画一横线，并将正确数字写在上方。

4.计算要复核：记录者要及时根据读数计算出高差，记入记录簿并作计算的检验，再由另一人复核。记录簿要将司仪、记录、计算者签名齐全，以明确责任。

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