2.4　普通水准测量

2.4.1　水准点

通过水准测量的方法测定其高程的控制点称为水准点，常用BM表示水准点。水准点有永久性和临时性两种。永久性水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋在地面冻土线以下，顶面设有不锈钢或其他不易腐蚀材料制成的半球形标志，如图2.14（a）所示。有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙上水准点，如图2.14（b）所示。临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石做记号，松软的地面也可打入木桩，在桩顶钉一个小铁钉来表示水准点，在坚硬的地面上也可以用油漆划出标记作为水准点。

埋设水准点后，应绘出水准点与附近地物关系图，在图上还要写明水准点的编号和高程，称为点之记，以便于日后寻找水准点位置时使用。

2.4.2　水准路线

水准路线是水准测量实施时所经过的路线，为了避免在测量成果中存在人为的粗差，并保证测量成果能达到一定的精度要求，必须按照某种形式布设水准路线。布设水准路线的基本出发点是必须满足具体任务要求，待定点的分布和实际情况，既要包含所有的待定点，又要能够进行成果的检核，它一般从高一等级水准点为起点。水准路线上两相邻水准点之间称为“一个测段”。

水准路线通常有以下三种形式：

（1）附合水准路线。从一个已知水准点出发，经过各待测水准点进行水准测量，最后到另一个已知的水准点上结束的水准路线，称为附合水准路线，如图2.15（a）所示。附合水准路线常用于带状区域。

（2）闭合水准路线。从一个已知的水准点出发，经过各待测水准点进行水准测量，最后又回到原来开始的已知水准点上，构成的环形水准路线称为闭合水准路线，如图2.15（b）所示。闭合水准路线常用于方形区域。

（3）支水准路线。从一个已知的水准点出发，经过各待测水准点进行水准测量，其路线既不闭合回原来已知水准点，也不附合到另一个已知水准点的路线，称为支水准路线，如图2.15（c）所示。

附合水准路线和闭合水准路线因为有检核条件，一般进行单程观测，支线水准路线缺乏检核条件，一般需要进行往返观测，或者单程双线观测，来检核观测数据的正确性。

2.4.3　普通水准测量

普通水准测量常用于一般工程的高程测量和地形图测绘的图根控制测量，普通水准测量采用DS3或DS10级水准仪，采用中丝法，施测中各项限差应满足相应的行业规范的各项要求。

2.4.3.1　水准测量的观测程序和方法

当已知点与待定点间相距不远，高差不大，且无视线遮挡时，只需安置一次水准仪就可测得两点间的高差。但当两水准点间相距较远或高差较大或有障碍物遮挡视线时，仅安置一次仪器不可能测得两点间的高差，必须在两点之间依次连续安置水准仪测定各站高差，最后取各站高差的代数和，即得到已知点与待定点间的高差。

图2.16为普通水准测量示意图，A点为已知水准点，其高程为36.524m，B点为待定水准点。观测程序如下：

（1）在已知点A上竖立后尺，选择一个适当的地点安置仪器，再选择一个合适的点TP1放置尺垫并踏实尺垫，将前尺竖立在尺垫上。

（2）按照水准仪的使用方法，整平仪器，读取后视读数a1，记录；再瞄准TP1点的前尺，读取前视读数b1，记录。按照高差的计算公式，计算高差。

（3）第一站的前尺TP1不动，作为第二站的后尺；仪器和第一站的后尺搬往下一站，选一个适当的地方安置仪器，选择TP2作为第二站的前尺点，按照第一站的施测方法测量第二站的高差并计算。重复上述过程，一直观测到待定点B结束。

（4）记录者应在现场完成每页记录手簿的计算和校核。

根据上述可知，每安置一次仪器就测得一站高差，即

h1＝a1-b1

h2＝a2-b2

h3＝a3-b3

h4＝a4-b4

将上述各式相加得

则

式（2.8）可用于检核高差计算的正确性。

从图2.16可以看出，在A、B两水准点之间设立了三个过渡点TP1、TP2、TP3，这三个点的高程是不要求测定的，它们的作用是传递高程，这样的点称为转点。值得注意的是转点上要放置尺垫。

表2.1　为普通水准测量的记录表，在表中的计算检核，只能检查计算是否正确，不能检查观测和记录是否有误。

2.4.3.2　水准测量的检核方法

长距离的水准测量工作的连续性很强，待定点的高程是通过各转点的高程传递而获得的。按照上述方法观测，若有一站上的后视读数或前视读数不正确，或者观测质量太差，这整条水准路线的测量成果都将受到影响，所以水准测量的检核是非常必要的。水准测量的检核有计算检核、测站检核和成果检核三种方法。

1.计算检核

计算检核的目的是及时检核记录手簿中的高差和高程计算中是否有错误，即检核后视读数总和减去前视读数总和、高差总和、待定点高程与起点高程之差值，这三个数据是否相等。若相等，表示计算正确，否则说明计算错误。

例如表2.1中∑a-∑b＝6.908-5.600＝1.308（m），∑h＝1.984-0.676＝1.308（m），HB-HA＝37.832-36.524＝1.308（m），说明高程计算正确。

计算检核只能检核计算是否正确，不能检核观测是否正确。

2.测站检核

在水准测量中，为了及时地发现观测中的错误，保证每一站所测高差的正确性，可以采用测站检核的方法进行测站校核。测站检核一般采用改变仪器高法和双面尺法。

（1）改变仪器高法。在一个测站上测得高差后，将水准仪改变高度（升高或降低10cm以上）重新安置仪器，再测一次高差，两次测得高差之差不超过限差（一般为3mm）时，取其平均值作为该站高差，超过此限差需重新观测。

（2）双面尺法。在一个测站上，仪器高不变，分别用水准尺的黑、红面各测得一个高差，两个高差之差不超过限差时，可取其平均值作为观测结果。如不符合要求，则需重测。

3.成果检核

测站检核只能检查单个测站的观测精度是否符合要求，还必须进一步对水准测量成果进行检核。由于温度、风力、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等诸多外界条件引起的误差，尺子倾斜和估读误差以及水准仪本身误差等因素，虽然在一个测站上反映不明显，但随着测站的增加使误差积累，有时也会超出规定的限差。因此，还需要进行整个水准路线的成果检核，将水准路线的测量结果与理论相比较，来判断观测的精度是否符合要求。

实际测量的高差与高差理论值之差称为高差闭合差，一般用fh表示为

如果高差闭合差不大于允许值，则观测结果正确，精度符合要求，否则应当重测。

成果检核的方法，因水准路线布设的形式不同而异。

（1）附合水准路线。附合水准路线是从一个已知的高程点测到另一个已知的高程点，高差的理论值应为终点高程减去起点高程，即∑h理＝H终-H始，根据高差闭合差的定义得

（2）闭合水准路线。闭合水准路线是起止于同一个已知点上，所以高差的总和理论上应为零，即∑h理＝0，根据高差闭合差的定义得

（3）支水准路线。支水准路线必须进行往、返测量。往测高差总和理论上应与返测高差总和大小相等符号相反。因此，支水准路线的高差闭合差为

高差闭合差反映了测量成果的质量，根据水准测量的等级不同，高差闭合差的要求也不相同。

根据有关测量规范要求，等外水准测量的高差闭合差的允许值为

2.4.4　水准测量的注意事项

（1）在测量工作之前，应对水准仪进行检校。

（2）仪器应安置在稳固的、便于观测的地面上，在光滑的地面上安置仪器时应防止脚架滑倒，损坏仪器。

（3）视线一般控制在100m之内，视线离地面高度，一般不小于0.2m。

（4）在已知点和待测点上，都不能放尺垫，应将水准尺直接立于标石或木桩上；尺垫只在转点上使用，尺子要竖立在尺垫半球上。

（5）水准尺要扶直，不能前后左右倾斜。

（6）读数要消除视差的影响。

（7）外业记录必须用铅笔在现场直接记录在手簿中，记录数据要端正、整洁，不得对原始记录进行涂改或擦拭。读错、记错的数据应划去，再将正确的数据记在上方，在相应的备注中注明原因。对于尾数读数有错误的记录，不论什么原因都不允许更改，而应将该测站的观测结果废去重测，重测记录前需加“重测”二字。

（8）有正、负意义的量，在记录时，都应带上“＋”、“-”，正号也不能省去，对于中丝读数，要求读记4位数，前后的0都要读记。

（9）在观测员未迁站前，后视尺的尺垫不能动。

（10）要注意保护好仪器，防止雨淋或暴晒，仪器在测站上，观测者不能离开仪器。