土木工程实验（一）辅导资料三
土木工程实验（一）辅导资料三主 题：水准测量实验的辅导资料
学习时间：2014年11月24日－12月21日
内 容：
这四周我们将学习水准测量实验的部分。
一、学习要求
学习要求及需要掌握的重点内容如下：
1、掌握水准测量实验的目的；
2、掌握水准测量实验主要的仪器和设备；
3、掌握水准测量实验的整个实验步骤；
4、掌握实验数据的处理方法。
二、主要内容
1、实验的目的
用S3BZ型自动安平水准仪测定地面两点间的高差，通过得到的高差计算出测站点的高程。本仪器每千米往返测高差偶然中误差不超过±3mm。
2、实验的仪器与工具：水准仪、水准脚架、水准尺和尺垫。
水准仪：由望远镜、水准器和基座组成。
望远镜：物镜、目镜、十字丝（上丝、中丝以及下丝）。
水准器：圆水准器（整平）、水准管（精平）。特征：气泡始终向高处移动。
水准尺：主要有单面尺、双面尺和塔尺。
尺垫：放在转点上，以防水准尺下沉。
3、实验原理
利用水准仪提供的水平视线在两把尺上读取水准尺的读数，用所读取的数据计算出两点间高差，从而由已知点的高程推算出未知点的高程。按照水准测量的种类可以分为：闭合水准路线，附合水准路线以及支水准路线，本次实验采用的是闭合水准路线。
通过图1来简要介绍下水准仪测量的基本原理，大A为后视点，大B为前视点，小a为后视读数，小b为前视读数。A、B两点之间的高差，用公式表示为Hab=a-b，B点的高程是Hb=Ha+Hab，视线高程Hi=Ha+a=Hb+b，本次水准测量按照国家四等水准测量的精度要求，基本的精度要求如表1所示。
图1水准测量原理
表1水准仪系列主要技术参数
项目 水准仪等级
DS05 DS1 DS3 DS10
每千米测量高差中误差 ±0.5 ±1.0 ±3.0 ±10
望远
镜 物镜有效孔径≥（mm） 42 38 28 20
放大倍数不小于（倍） 55 47 38 28
水准管分划值 10″/2mm 10″/2mm 20″/2mm 20″/2mm
主要用途 一等水准测量 二等水准测量 三、四等水准测量 高程水准测量
4、水准仪的操作程序
水准仪的操作程序主要有：粗平→瞄准→精平→读数
（1）粗平
通过调节脚螺旋使圆水准气泡居中。
调整脚螺旋的规律是：气泡移动方向与左手拇指方向一致，如图2所示。方法：对向转动角螺旋1、2，使气泡移至1、2方向中间，转动角螺旋3，使气泡居中
图2粗平的操作方法示意图
（2）瞄准
先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。
（3）精平
本次实验运用是S3BZ型自动安平水准仪，自动安平水准仪不需要精平。若不是自动安平水准仪则需要精平。
（4）读数
精平后用十字丝的中丝在水准尺上读数。
方法是：单位米看尺面上的注记；分米，厘米数在尺面上的格数；毫米是估读。
规律是：读数在尺面上由小到大的方向读，若仪器成倒像，从上向下读；若成正像，则从下向上读。
5、实验步骤
（1）立尺
首先在起始点立尺，已知数据点不需要安放尺垫。
（2）安置仪器
测量人员应根据现场地形，测量精度要求等情况，在后视前视距离基本相等，视线通透不受阻挡，地势相对平坦而且土地坚实的地方架设仪器。架设仪器的时候先将三脚架松开，一手扶住脚架顶端，另一手打开脚架捆绑扣，松开三个脚架固定螺旋。根据测量人员的身高，适当调整脚架伸缩长度，并旋紧脚架螺旋。脚架安置平稳后，打开仪器箱，取出水准仪，将其安置在脚架顶端，并轻轻旋紧中心螺旋，关闭仪器箱。
（3）粗略整平
使圆水准气泡居中的方法是，先用两手的拇指与食指，同时对向旋转一对脚螺旋，使气泡移动到第三个脚螺旋与圆水准器中心的连线上，然后再旋转第三个脚螺旋，使气泡居中。
（4）读数
水准仪是通过望远镜来照准水准标尺的，为了看清标尺上的分划，必须先进行目镜和物镜的对光，消除视差，使十字丝和水准尺同时清晰。目镜对光过程，是观测者用望远镜对准明亮的背景。先用手转动调焦螺旋，慢慢旋进，直到十字丝清晰为止。目镜对光后，再进行物镜对光。具体过程为，松开制动螺丝，用望远镜上部的缺口和准星对准水准标尺，拧紧制动螺旋。旋转微动螺旋，是十字丝的纵丝靠近水准尺的一侧，此时旋转物镜调焦螺旋，使尺子的成像清晰可见。此时观测者将眼睛对目镜做上下移动，注视十字丝和水准尺的成像是否存在相对移动，如有位移，表明存在视差，需稍稍转动调焦螺旋，直到物镜十字丝与水准尺成像无相对移动为止。当视差消除后，旋转望远镜的微动螺旋，使十字丝的竖丝对准水准标尺，以便待水准仪精确至平后进行读数。
（5）收仪器
测量结束后，首先收置仪器，把仪器箱打开，松开中心螺旋，将仪器装入仪器箱，关闭仪器箱。收拢脚架，松开三个脚架螺旋，收起脚架，再拧紧脚架螺旋。
6、实验数据处理
观测过程中，先瞄准后尺进行读数，仪器操作人员读数后，记录人员重复读数。在每一站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用两次仪器高法或双面尺法进行观测，以检查高差测定中可能发生的错误。本次实验采用两次仪器高法进行检验，测得的中丝读数记录水准测量表格中。
根据水准测量的数据完成“水准测量记录表”，计算两点之间的高差以及高差改正，最后计算出每个测站的高程，检验所测数据是否在限差之内。
通过水准测量中两次仪器高法或双面尺法的测站检核，虽符合要求，但是对于整条路线来说，还不能保证没有错误，例如，用作为转点的尺垫在仪器搬站期间被碰动等所引起的误差还需要通过闭合差来检验。故水准测量外业结束后，应按路线进行成果整理，其中包括：测量记录、计算的复核、高差闭合差的计算和检核，高差的改正和各点高程的计算。
高差闭合差的计算随水准路线形式而不同，分述如下：
图2(a)闭合水准路线(b)附合水准路线(c)支水准路线
闭合水准路线：如图2(a)所示，因为路线的起点和终点为同一点BM.A，因此，路线的高差总和在理论上应等于零，即 。设闭合路线观测的高差总和为 ，则高差闭合差为 。
附合水准路线：如图2(b)所示，作为起、终点的水准点（BM.A，BM.B）的高程 ， 是已知的，故起、终点间的高差总和的理论值为 ，附合水准路线测得的高差总和 与理论值的差数即为高差闭合差 。普通水准测量的允许高差闭合差一般规定为 。
例1、图3为闭合水准路线观测成果，已知 ，求A、B、C点高程。
图3闭合水准路线观测成果
编号 点名 距离(km) 实测高差
(m) 改正数
(m) 改正后的高差
(m) 高程
(m)
1 2 3 4 5 6 7
1 BM1 1.25 +0.823 +0.0030 0.8260 40.151
A 40.977
2 0.67 -1.091 +0.0016 -1.0894
B 39.888
3 0.78 -0.534 +0.0019 -0.5321
C 39.356
4 1.43 0.792 +0.0035 0.7955
BM1 40.151
Σ 4.13 -0.01 0.01 0
辅
助
计
算
，满足计算要求。
每公里高差改正数为：
例2、在水准点BMA和BMB之间进行水准测量，附合水准路线观测成果如图5所示。已知BMA的高程为45.286m，BMB的高程为49.579m，试对该水准路线测量成果进行成果整理。
图4附合水准路线观测成果
点号 距离( )
测得高差( )
高差改正( )
改正后高差( )
高程( )
BM1 45.286
1.6 +2.331 -0.008 2.323
1 47.609
2.1 +2.813 -0.011 2.802
2 50.411
1.7 -2.244 -0.008 -2.252
3 48.159
2.0 +1.430 -0.010 +1.420
BM2 49.579
7.4 +4.330 -0.037 +4.293
备
注
计
算
，满足计算要求。
每公里高差改正数为：
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