水准测量操作技术培训教材

水准测量操作技术培训教材一、绪论水准测量是工程测量中最基本、应用最广泛的一项技术，其主要目的是通过测定地面上两点间的高差，从而推算出各点的高程。无论是建筑工程的场地平整、基础施工，还是道路桥梁的线形控制，抑或是地质勘察、地形测绘，水准测量都扮演着不可或缺的角色。本教材旨在系统介绍水准测量的基本原理、仪器操作、数据处理及注意事项，帮助学员掌握规范、精准的水准测量操作技能，确保测量成果的质量满足工程要求。二、水准测量原理水准测量的基本原理是利用水准仪提供的一条水平视线，借助竖立在两点上的水准尺，读取尺上的读数，从而计算出两点间的高差。设地面上有A、B两点，欲求其间的高差h_AB。在A、B两点之间安置水准仪，在A点竖立水准尺，称为后视尺，在B点竖立水准尺，称为前视尺。通过水准仪的水平视线，分别读取后视尺上的读数a和前视尺上的读数b。则A、B两点间的高差h_AB=a-b。若已知A点的高程H_A，则B点的高程H_B=H_A+h_AB。三、水准测量仪器与工具（一）水准仪水准仪是水准测量的核心仪器，主要由望远镜、水准器和基座三大部分组成。1.望远镜：用于瞄准远处的水准尺并读取读数。它由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板构成。使用时，通过调焦螺旋使水准尺成像清晰，并保证十字丝清晰。2.水准器：用于判断仪器是否处于水平状态，分为圆水准器和管水准器（或符合水准器）。圆水准器用于粗略整平，管水准器用于精确整平。3.基座：用于支撑仪器主体，并通过连接螺旋与三脚架相连。基座上设有脚螺旋，用于调节仪器的水平。常用的水准仪按精度等级可分为DS05、DS1、DS3等，工程建设中以DS3级水准仪最为常用。（二）水准尺与尺垫1.水准尺：是水准测量时用于读取高差的标尺，常用的有双面尺和塔尺。双面尺两面均有刻度，一面为黑色分划（主尺），另一面为红色分划（辅尺），便于校核。塔尺可伸缩，携带方便，但精度相对较低，常用于低等级水准测量。2.尺垫：由铸铁或钢板制成，呈三角形，中央有一突起的半球体，用于放置水准尺，防止尺子下沉和移位，保护测点。在转点处必须使用尺垫。四、水准测量基本操作流程水准测量的外业操作主要包括：仪器安置、粗略整平、瞄准、精确整平、读数、记录与计算等步骤。（一）准备工作1.仪器检查：检查水准仪各部件是否完好，转动是否灵活，脚架是否稳固。2.工具清点：带齐水准尺、尺垫、记录手簿、铅笔、测伞等。3.踏勘选点：根据测量任务要求，实地踏勘，选定水准路线和转点位置。转点应选在土质坚实、视野开阔、便于安置仪器和立尺的地方。（二）仪器安置与粗略整平1.安置三脚架：将三脚架打开，高度适中，架头大致水平，稳固地架设在测站上。踩紧三脚架腿，确保仪器安置稳定。2.安置仪器：将水准仪从箱中取出，小心地安置在三脚架头上，旋紧连接螺旋，使仪器与三脚架牢固连接。3.粗略整平：通过调节脚螺旋，使圆水准器气泡居中。具体方法：旋转两个脚螺旋，使气泡沿这两个脚螺旋连线方向移动至中间；再旋转第三个脚螺旋，使气泡居中。粗略整平是精确整平的基础。（三）瞄准水准尺1.目镜调焦：将望远镜对着明亮背景（如天空），转动目镜调焦螺旋，使十字丝分划板清晰。2.粗略瞄准：松开望远镜制动螺旋，转动望远镜，通过望远镜上的准星和照门瞄准水准尺，然后旋紧制动螺旋。3.物镜调焦：转动物镜调焦螺旋，使水准尺影像清晰，并消除视差。视差是指当眼睛在目镜端上下微动时，十字丝与水准尺影像之间有相对移动的现象。若存在视差，应重新进行物镜调焦，直至视差消除。（四）精确整平和读数1.精确整平：转动微倾螺旋，使管水准器气泡两端的影像严密吻合（符合）。此时，望远镜的视线即为水平视线。精确整平应在每次读数前进行。2.读数：当水准管气泡居中后，立即用十字丝的中丝在水准尺上读数。读数时应从小到大，先读米、分米、厘米，后估读毫米，直接读出四位数字。例如，读数为1.345米，表示1米3分米4厘米5毫米。对于双面尺，应先读黑面，再读红面，以资校核。（五）一站测量与转点1.后视读数：在已知高程点（如水准点）上立尺，作为后视尺。按上述瞄准、精平、读数步骤读取后视读数（a）。2.前视读数：在待测点或转点上立尺，作为前视尺。同样方法读取前视读数（b）。3.计算高差：本站高差h=a-b。4.转点：当两点间距离较远或高差较大，仪器无法一次观测时，需设置转点。在转点处放置尺垫，将水准尺立于尺垫半球体上。此时，转点既是前一站的前视点，也是后一站的后视点。立尺人员应注意保护尺垫，不得触碰或移动。（六）路线观测根据水准测量的任务和精度要求，水准路线可布设成闭合路线、附合路线或支水准路线。1.闭合路线：从一已知水准点出发，沿若干待测点进行测量，最后回到原已知水准点。2.附合路线：从一已知水准点出发，沿若干待测点进行测量，最后附合到另一已知水准点。3.支水准路线：从一已知水准点出发，沿待测点进行测量，但不闭合也不附合到其他已知水准点。支水准路线必须进行往返测量。观测时，应按一定的顺序进行，通常采用“后-前-前-后”或“前-后-后-前”的观测程序，以消除或减弱仪器下沉等误差的影响。五、水准测量注意事项与误差控制（一）操作注意事项1.仪器稳定：仪器安置应稳固，脚架踩实，防止仪器在观测过程中发生沉降或倾斜。2.整平精确：粗平、精平是保证测量精度的关键，必须认真操作。3.消除视差：瞄准目标时，务必仔细调焦，消除视差，否则读数误差会很大。4.读数准确：读数时应在水准管气泡居中后立即读取，做到清晰、准确、迅速，并注意防止错读、漏读。5.保护仪器：仪器是精密设备，应轻拿轻放，避免碰撞和震动。在阳光下作业应打伞，防止仪器受热变形；雨天作业要注意防雨。6.立尺规范：水准尺应竖直，不得前后左右倾斜。立尺人员应将尺子扶稳，必要时可用双手扶尺。在转点处，尺垫不得移动。（二）误差来源与控制水准测量误差主要来源于仪器误差、观测误差和外界条件的影响。1.仪器误差：*视准轴与水准管轴不平行误差：可通过在测站上使前后视距大致相等的方法来消除或减弱。*水准尺误差：如尺子分划不准确、尺长变化等。应使用经过检定的水准尺。2.观测误差：*整平误差：主要由水准管分划值和观测者的判断能力决定。应仔细调平，确保气泡严格居中。*读数误差：与望远镜放大倍率、视距长度、目标清晰程度及观测者的经验有关。应在清晰成像的条件下读数，并估读到毫米位。*瞄准误差：尽量瞄准尺子的清晰部分，使用十字丝中丝读数。3.外界条件影响：*地球曲率与大气折光影响：可通过保持前后视距相等的方法减弱其影响。*温度影响：温度变化会引起仪器部件的膨胀收缩，产生误差。应避免仪器受阳光直射，选择适宜的观测时间。*风力影响：大风天气会使仪器和尺子晃动，影响观测精度，应停止观测或采取防风措施。*地面沉降：在松软土地上观测时，仪器和尺子可能发生沉降。应选择坚实地面设站，并加快观测速度。六、水准测量数据记录与检核（一）数据记录水准测量数据应及时、准确、清晰地记录在专用的水准测量手簿中。记录者应复诵观测者读出的读数，以防听错、记错。记录格式应规范，项目齐全，不得涂改，如有错误，应按规定方法划改。（二）计算检核1.每页计算检核：*后视读数总和减前视读数总和等于高差总和。*高差总和等于终点高程减起点高程（对于附合或闭合路线）。2.闭合差检核：*闭合路线：闭合差fh=∑h测-(H终-H始)，由于H终=H始，故fh=∑h测。*附合路线：闭合差fh=∑h测-(H已知终-H已知始)。*闭合差的大小应在规范允许的范围内，若超限，应查明原因并返工重测。若在允许范围内，则进行闭合差的分配。（三）闭合差调整与高程计算当闭合差在允许范围内时，可将闭合差按与测段长度或测站数成正比的原则，反符号分配到各测段高差中，然后根据调整后的高差推算各待测点的高程。七、水准仪的维护与保养1.仪器存放：仪器应存放在干燥、通风、温度适宜的仪器箱内，箱内应有干燥剂。2.运输保护：运输过程中，应将仪器固定在箱内，防止震动和碰撞。3.使用后清洁：作业完毕，应及时擦去仪器上的灰尘、水汽和泥土。镜头应用专用擦镜纸擦拭，严禁用手或硬布擦拭。4.定期检查与检定：仪器应按规定周期送专业检定机构进行检定，确保其性能符合要求。使用过程中如发现异常，应立即停止使用，送修。5.防止受潮：在潮湿环境作业后，应将仪器取出晾干，再放入箱内。八、实习与练习建议水准测量是一项实践性很强的技术，学员应在掌握理论知识的基础上，进行充分的实际操作练习。1.基本操作练习：反复练习仪器的安置、整平、瞄准、读数等基本技能，直至熟练掌握。2.单程水准测量：从一个已知点出发，测量若干待测点的高程，练习高差计算和高程推算。3.