1、第七章高程控制测量7.1 国家高程控制网建立概述7.2 区域高程控制网的技术设计7.3 区域高程控制网的观测工作7.4 高程测量数据处理本章重点：本章重点：国家高程控制网的种类、等级国家高程控制网的种类、等级本章难点：本章难点：区域高程控制网的技术设计、数据处理区域高程控制网的技术设计、数据处理国家高程控制网自国家高程控制网自1951年开始分以下几个阶段：年开始分以下几个阶段：1951 1975：一等水准长度：一等水准长度50000公里，精度公里，精度 2 3mm/km 二等水准长度二等水准长度140000公里公里,精度精度 4mm/km1976 1984：一等水准路线：一等水准路线289条，
2、构成条，构成100个闭合环，个闭合环，联测联测42个验潮站，长度个验潮站，长度93000公里，按环闭公里，按环闭 合差估算的精度合差估算的精度 1.03mm/km1981 1990：重新布设国家二等水准路线：重新布设国家二等水准路线136000公里，公里，由由822闭合环或附合到一等点的附合路线构闭合环或附合到一等点的附合路线构 成。由环闭合差求得精度为成。由环闭合差求得精度为 1.54mm/km（二）布设方案（二）布设方案国家高程控制网自国家高程控制网自1951年开始分以下几个阶段年开始分以下几个阶段(续）：续）：1986年：完成国家一等水准网的平差计算，求得每公年：完成国家一等水准网的平差
3、计算，求得每公里测量中误差为里测量中误差为1.15mm。1976年年 1990年年:完成的水准网称为国家第二期水准网。完成的水准网称为国家第二期水准网。一等水准网的环长在一等水准网的环长在1000 2000km之间，二等水准网之间，二等水准网的环长在的环长在500 750km之间之间一等水准网由一等水准网由289289条路线组成，其中条路线组成，其中284284条路线构成条路线构成100100个闭合环，个闭合环，环线周长般在环线周长般在10002000km10002000km之间，共计埋设各类标石近之间，共计埋设各类标石近2 2万余座。万余座。二等水准网在一等水准网的基础上布设。我国已有二等水
4、准网在一等水准网的基础上布设。我国已有11381138条二等条二等水准测量路线，环线周长般在水准测量路线，环线周长般在5001000km5001000km之间，总长为之间，总长为13.713.7万万公里，构成公里，构成793793个二等环。个二等环。三等水准测量路线一般可根据需要在高级水准网内加密，布设三等水准测量路线一般可根据需要在高级水准网内加密，布设附合路线，并尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线附合路线，并尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线长度应不超过长度应不超过200km200km；环线周长应不超过；环线周长应不超过300km300km。四等水准测量路线一般以附合路线布
5、设于高级水准点之间，附四等水准测量路线一般以附合路线布设于高级水准点之间，附合路线的长度应不超过合路线的长度应不超过80km80km。第七章高程控制测量7.1 国家高程控制网建立概述7.2 区域高程控制网的技术设计7.3 区域高程控制网的观测工作7.4 高程测量数据处理一、城市测量和工程测量技术规范规定一、城市测量和工程测量技术规范规定 （1）水准测量依次分为二、三、四等）水准测量依次分为二、三、四等3个等级。个等级。（2）首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密）首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密时可市设成附合路线和结点图形，联测时可市设成附合路线和结点图形，联测2个以上的国家
6、精密个以上的国家精密水准点，起始高程应采用稳定的基岩点。水准点，起始高程应采用稳定的基岩点。（3）各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级的）各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级的精度一致。精度一致。城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市工程测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建工程测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建设施工放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。设施工放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。二、二、水准测量的实施工作程序水准测量的实施工作程序 水准网的布设应力求做到经济合理，因此，首先要对测水准网的布
7、设应力求做到经济合理，因此，首先要对测区情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，区情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，从而拟定出比较合理的布设方案。从而拟定出比较合理的布设方案。（1）水准网的图上设计）水准网的图上设计 （2）水准点的选定水准点的选定 （3）水准标石的埋设）水准标石的埋设 （4）水准测量观测）水准测量观测 （5）平差计算和成果表的编制。）平差计算和成果表的编制。三、三、水准网水准网图上设计应遵循以下七点图上设计应遵循以下七点 （1）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越
8、河流、湖泊、沼泽等障视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。碍物。（2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。水准测量的影响。（3）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。（4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为
9、24km；城市建筑区和工业区为；城市建筑区和工业区为12km。（5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。（6）注意测区已有水准测量成果的利用。）注意测区已有水准测量成果的利用。四、四、水准点的布设水准点的布设在实地选线和选点时，应注意使水准路线避开土质松软地在实地选线和选点时，应注意使水准路线避开土质松软地段，确定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的段，确定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。稳固安全，并能长期保存，便于施测。水准点应设置在地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、水准点应设置在
10、地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、沼泽、沙土、滑坡和地下水位高的地区；沼泽、沙土、滑坡和地下水位高的地区；埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于50m，离公路的距离应大于，离公路的距离应大于20m，应尽量避免埋设在交通，应尽量避免埋设在交通繁忙的岔道口；墙上水准点应选在永久性的大型建筑物上。繁忙的岔道口；墙上水准点应选在永久性的大型建筑物上。第七章高程控制测量7.1 国家高程控制网建立概述7.2 区域高程控制网的技术设计7.3 区域高程控制网的观测工作7.4 高程测量数据处理一、精密水准仪与水准尺一、精密水准仪与水准尺 我国水准
11、仪系列按精度分类有我国水准仪系列按精度分类有S05、S1、S3、S10型等。型等。S是是“水水”字的汉语拼音第一个字母字的汉语拼音第一个字母S后面的数字表示每后面的数字表示每公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数。公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数。1.精密水准仪构造特点精密水准仪构造特点（1）高质量的望远镜光学系统）高质量的望远镜光学系统（2）坚固稳定的仪器结构）坚固稳定的仪器结构（3）高精度的测微器装置）高精度的测微器装置（4）高灵敏的管水准器）高灵敏的管水准器（5）高性能的补偿器装置（自动安平）高性能的补偿器装置（自动安平）2.精密水准尺构造特点精密水准尺构造特点(1)空气温度和湿度变化
12、，水准标尺因瓦合金带分划间的长度空气温度和湿度变化，水准标尺因瓦合金带分划间的长度保持稳定或仅有微小的变化。保持稳定或仅有微小的变化。(2)水准标尺的分划十分正确与精密，分划的偶然误差和系统水准标尺的分划十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。误差都应很小。(3)水准标尺在构造上保证全长笔直，并且尺身不易发生长度水准标尺在构造上保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。和弯扭等变形。(4)在精密水准标尺的尺身上附有圆水准器装置。在精密水准标尺的尺身上附有圆水准器装置。(5)标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。一般精标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。一般精密水准
13、标尺都为黑色线条分划，和浅黄色的尺面相配合、密水准标尺都为黑色线条分划，和浅黄色的尺面相配合、有利于观测时对水准标尺分划精确照准。有利于观测时对水准标尺分划精确照准。(6)在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有定重量的尺垫或尺桩上。定重量的尺垫或尺桩上。标尺标尺分划精密水准标尺的分格值有分划精密水准标尺的分格值有10mm10mm和和5mm5mm两种。两种。分格值为分格值为10mm10mm的精密水准标尺，的精密水准标尺，如图如图(a)(a)所示。所示。它有两排分划，尺面右边一排分划注记从它有两排分划，尺面右边一排分划注记从0 0300cm
14、300cm，称为，称为基本分划基本分划，左边一排分划注记从，左边一排分划注记从300300600cm600cm，称为称为辅助分划辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为差一个常数，称为基辅差基辅差(301.55cm)(301.55cm)，通常又称通常又称尺常数尺常数，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为分格值为5mm5mm的精密水准尺，的精密水准尺，如图如图(b)(b)所示。所示。它也有两排分划，但两排分划彼此它也有两排分划，但两排分划彼此错开错开5mm5mm，所以实际上左边是单数分划，
15、所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划右边是双数分划，也就是单数分划和双，也就是单数分划和双数分划各占数分划各占排，而没有辅助分划。木排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边注记的质尺面右边注记的是米数，左边注记的是分米数。整个注记从是分米数。整个注记从0.1 0.1 5.9m5.9m，实，实际分格值为际分格值为5mm5mm，分划注记比实际数值分划注记比实际数值大了一倍大了一倍，所以用这种水准标尺所测得，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以的高差值必须除以2 2才是实际的高差值。才是实际的高差值。3.Wild N3精密水准仪精密水准仪1一望远镜目镜；2一水准气泡反光镜；3 倾斜
16、螺旋；4调焦螺旋；5一平行玻璃板测微螺旋；6一平行玻璃板旋转铀；7一水平微动螺旋；8水平制动螺旋；9一脚螺旋；10脚架读数：读数：转动倾斜螺旋，使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合，则视线精确水平，此时可转动测微器螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝楔形丝夹准水准标尺上的148分划线，也就是使148分划线平分楔角平分楔角，再在测微器目镜中读出测微器读数653(即6.53rnm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。（1）精密水准仪的倾斜螺旋装置）精密水准仪的倾斜螺旋装置（2）精密水准仪的测微器装置）精密水准仪的测微器装置 光学测微器光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、由平行玻璃板
17、、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。传动杆和测微螺旋等部件组成。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。测微原理测微原理：测微分划尺上有测微分划尺上有100100个分格，它与个分格，它与10mm10mm相对应，即每分格为相对应，即每分格为0.1mm0.1mm，可估读至，可估读至0.01mm0.01mm。每。每1010格格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为1mm1mm。当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上。当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数为初始读数为5mm5mm。转动测微螺旋时，
18、传动杆就带动平行。转动测微螺旋时，传动杆就带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时带动测微分划玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，尺作相应的移动。平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移动。若逆转测微螺水平视线就会向上或向下作平行移动。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至10mm10mm处，则处，则水平视线向下平移水平视线向下平移5mm5mm，反之，顺转侧微螺旋使平行玻，反之，顺转侧微螺旋使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至璃板后仰到测微分划尺移至0mm0mm处，则水平
19、视线向上平处，则水平视线向上平移移5mm5mm。4.国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 S1型精密水准仪是北京测绘仪器厂生产的，其外形如图型精密水准仪是北京测绘仪器厂生产的，其外形如图所示。仪器物镜的有效孔径为所示。仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为，望远镜放大倍率为40倍，管状水准器格值为倍，管状水准器格值为10”2mm。转动测微螺旋可使水平。转动测微螺旋可使水平视线在视线在5mm范围内作平移，测微器分划尺有范围内作平移，测微器分划尺有100个分格，故个分格，故测微器分划尺最小格值为测微器分划尺最小格值为0.05mm。望远镜目镜视场中所看到的影像如图所示，视望远镜目镜视场中所看
20、到的影像如图所示，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。显微镜在望远镜目镜的右下方。读数读数：在图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准：在图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准198分划，在分划，在测微器读数显微镜中的读数为测微器读数显微镜中的读数为250，即，即2.50mm，水准，水准标尺上的全部读数为标尺上的全部读数为198250(或或 198.250cm)。5.补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪原理原理：光学补偿仪光学补偿仪 当仪器的视准轴水平时，在十字丝分划板当仪器的视准轴水平时，在十字丝分划板o的横丝处得到水的横丝处得到水
21、准标尺上的正确读数准标尺上的正确读数A，当仪器的垂直轴没有完全处于垂直位置，当仪器的垂直轴没有完全处于垂直位置时，视准轴倾斜了时，视准轴倾斜了角，这时十字丝分划板移到角，这时十字丝分划板移到o1，在横丝处得到，在横丝处得到倾斜视线在水准标尺上的读数倾斜视线在水准标尺上的读数A1，而来自水准标尺上正确读数，而来自水准标尺上正确读数A的水平视线并不能进入十字丝分划板的水平视线并不能进入十字丝分划板o1，这是由于视准轴倾斜了，这是由于视准轴倾斜了角，十字丝分划板位移了距离角，十字丝分划板位移了距离a，在离十字丝分划板在离十字丝分划板g的地方安置一种光学元件，将来自水平标的地方安置一种光学元件，将来自
22、水平标尺上读数尺上读数A的水平视线通过光学元件偏转的水平视线通过光学元件偏转角（或平移角（或平移a）而正确）而正确地落在十字丝分划板地落在十字丝分划板o1的横丝处，这时来自倾斜视线的光线通过的横丝处，这时来自倾斜视线的光线通过该光学元件将不再落在十字丝分划板该光学元件将不再落在十字丝分划板o1的横丝处，这种光学元件的横丝处，这种光学元件叫光学补偿仪叫光学补偿仪.o1 A a o A1 g二、精密水准仪的检验二、精密水准仪的检验(1)(1)水准仪的检视；水准仪的检视；(2)(2)概略水准器概略水准器(圆水准器圆水准器)的检校；的检校；(3)(3)光学测微器隙动差和分划值的测定：光学测微器隙动差和
23、分划值的测定：(4)(4)水泡式水准仪交叉误差的检校水泡式水准仪交叉误差的检校i i(5)i(5)i角检校；角检校；(6)(6)双摆位白动安平水很仪按劳双摆位白动安平水很仪按劳2C2C的测定的测定 对于新购货的仪器还需要进行调焦透镜运行误差的对于新购货的仪器还需要进行调焦透镜运行误差的测定；倾斜螺旋隙动差、分划误差和分划值的测定；自测定；倾斜螺旋隙动差、分划误差和分划值的测定；自动安平仪器补偿误差和磁致误差的测定。动安平仪器补偿误差和磁致误差的测定。用于跨河水准测量的仪器，要进行符合水准器分划用于跨河水准测量的仪器，要进行符合水准器分划值的测定。值的测定。1.光学测微器隙动差和分划值的测定光学
24、测微器隙动差和分划值的测定（1）测微器分划值的测定）测微器分划值的测定 利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器分划尺进行比较求得。将特制分划尺和测微器分划尺进行比较求得。将特制分划尺竖立在与仪器等高的竖立在与仪器等高的定距离处，旋转测微螺定距离处，旋转测微螺旋，使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻的旋，使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻的分划线，这时测微器分划尺移动了分划线，这时测微器分划尺移动了L格。现设格。现设特制分划尺上分划线间隔值为特制分划尺上分划线间隔值为d，测微器分划，测微器分划尺一个分格的值为尺一个分格的值为g，则，则 g=d/L(2)
25、光学测微器隙动差的测定光学测微器隙动差的测定：主要是比较旋进测微螺旋和旋出测微螺旋，主要是比较旋进测微螺旋和旋出测微螺旋，照准特制分划尺上同一分划线在测微器分划尺照准特制分划尺上同一分划线在测微器分划尺上的读数，如果读数差上的读数，如果读数差超过超过2格时，表明测微格时，表明测微器效用不正确，其主要原因是由于测微器装置器效用不正确，其主要原因是由于测微器装置不完善。为了避免这种误差的影响，不完善。为了避免这种误差的影响，般规定般规定在作业时只采用旋进测微螺旋进行读数。在作业时只采用旋进测微螺旋进行读数。过过大时，应送工厂修理。大时，应送工厂修理。2.视准轴与水准轴相互关系的检验与校正视准轴与水
26、准轴相互关系的检验与校正 水准仪的水准轴与视准轴应保持平行且在同水准仪的水准轴与视准轴应保持平行且在同一平面关系。一平面关系。水准仪的水准轴与视准轴一般既水准仪的水准轴与视准轴一般既不在同一平面内，也不互相平行，而是两条空不在同一平面内，也不互相平行，而是两条空间直线，间直线，i角误差角误差：水准轴与视准轴在垂直面上投影的：水准轴与视准轴在垂直面上投影的交角交角 角误差（交叉误差）角误差（交叉误差）：水准轴与视准轴在水：水准轴与视准轴在水平面上投影的交角平面上投影的交角(1)i角误差的检验与校正角误差的检验与校正 原理：原理：利用利用i角对水准标尺上读数的影响与距离成比例角对水准标尺上读数的影
27、响与距离成比例这一特点，从而比较在不同距离的情况下，水准标尺上这一特点，从而比较在不同距离的情况下，水准标尺上读数的差别而求出读数的差别而求出i角。角。方法：方法：在较平坦的场地上选择一定长度在较平坦的场地上选择一定长度 3s（如（如61.8m)的直线段，三等分，得四点，其中两端点的直线段，三等分，得四点，其中两端点J1、J2设为仪设为仪器站，中间点器站，中间点A、B设为立标尺点。如图所示。设为立标尺点。如图所示。在在J1测站上，照准水准尺测站上，照准水准尺A和和B，读数为，读数为a1和和b1，当，当i=0时，水平视线在水准尺上的正确读时，水平视线在水准尺上的正确读数应为数应为a1和和b1，所
28、以由于，所以由于i角引起的误差分别角引起的误差分别为为和和2 。同样，在。同样，在J 2测站上，照准水准尺测站上，照准水准尺A和和B，读数为，读数为a2和和b2，正确读数应为，正确读数应为a2和和b2，其误差分别为其误差分别为2 和和。在测站在测站J1和和J2上得到上得到A、B点的正确高差分别点的正确高差分别为：为：不顾及其他误差影响，则应相等有：2=（a2-b2)-(a1-b1)即：2=h2-h1 =(h2-h1)/2 由图可得：若 s=61.8/3=20.6m，则有：i”=10 规范规定，精密水准仪i角大于15”应校正。校正校正：在J2测站上进行，先求出水准标尺A上的正确读数a2 a2 a
29、2-2 使用测微螺旋和倾斜螺旋，使水淮标尺A上的读数为a2，此时水准器气泡影像分离，校正水准器的上、下改正螺旋，使气泡两端影像恢复符合为止，然后检查另一水准尺B上的读数是否正确（其正确读数为b2=b2-)，否则还应反复进行检验校正。在校正水准器的改正螺旋时，应先松开一个改正螺旋，再拧紧另一改正螺旋，不可将上、下两个改正螺旋同时拧紧或同时松开。注意注意：（1 1）测定）测定i i角整个检验过程中，角整个检验过程中，i i角不应有变化，也角不应有变化，也不应有其他误差影响。但实际上由于温度的变化，不应有其他误差影响。但实际上由于温度的变化，i i角角可能发生变化，所以最好在阴天测定。可能发生变化，
30、所以最好在阴天测定。（2)2)测定测定i i角时，当仪器照准近尺再照准远尺时，受角时，当仪器照准近尺再照准远尺时，受到仪器调焦透镜运行误差的影响，致使视准轴发生变到仪器调焦透镜运行误差的影响，致使视准轴发生变化，对测定的化，对测定的i i角必定存在误差。调焦透镜运行误差是角必定存在误差。调焦透镜运行误差是相当大的，甚至可能达到相当大的，甚至可能达到i i角允许值的一半，因此，顾角允许值的一半，因此，顾及调焦透镜运行误差对测定及调焦透镜运行误差对测定i i角的影响，仪器距近尺的角的影响，仪器距近尺的距离距离S SA A应取应取5 57m7m；距远尺距离；距远尺距离S SB B 应取应取40405
31、0m50m为宜。为宜。正确正确i i角的计算公式：角的计算公式：)(.BABAssssi 510611(2)气泡式水准仪交叉误差的测定气泡式水准仪交叉误差的测定 原理：原理：水准仪经过水准仪经过i角的检验与校正，视准轴与水准角的检验与校正，视准轴与水准轴在垂直面上的投影已保持平行关系轴在垂直面上的投影已保持平行关系(严格地讲，只能严格地讲，只能说基本平行说基本平行)，但还不能保持在水平面上的投影平行，但还不能保持在水平面上的投影平行，也就是说，还存在交叉误差。也就是说，还存在交叉误差。如果有交叉误差存在，当仪器垂直轴略有倾斜时如果有交叉误差存在，当仪器垂直轴略有倾斜时(特别与视准轴正交方向的倾
32、斜特别与视准轴正交方向的倾斜)，即使水准轴水平，而，即使水准轴水平，而视准轴仍不水平，视准轴与水准轴在垂直面上的投影视准轴仍不水平，视准轴与水准轴在垂直面上的投影不平行，而产生了不平行，而产生了i角，应该指出，由此而产生的角，应该指出，由此而产生的i角是角是由交叉误差在垂由交叉误差在垂 直轴倾斜时转化而形成的。直轴倾斜时转化而形成的。如果仪器存在交叉误差，则整平仪器后，使仪器如果仪器存在交叉误差，则整平仪器后，使仪器绕视准轴左右倾斜时，水准气泡就会发生移动，交叉绕视准轴左右倾斜时，水准气泡就会发生移动，交叉误差就是根据这一特征进行检验的。误差就是根据这一特征进行检验的。检验：检验：1）将水准仪
33、置于距水准标尺约）将水准仪置于距水准标尺约50m处，并使其中处，并使其中两个脚螺旋在望远镜照准标尺的垂直方向上，如图中两个脚螺旋在望远镜照准标尺的垂直方向上，如图中的脚螺旋的脚螺旋1、2。2）将仪器整平，旋转倾斜螺旋使水准气泡精密符）将仪器整平，旋转倾斜螺旋使水准气泡精密符合。用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上的一条分划合。用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上的一条分划线，并记录水准标尺与测微器分划尺上的读数。在整线，并记录水准标尺与测微器分划尺上的读数。在整个检验过程中需保持水准标尺和测微器分划尺上的读个检验过程中需保持水准标尺和测微器分划尺上的读数不变，也就是在检验过程中应保持视准轴方向不变。数
34、不变，也就是在检验过程中应保持视准轴方向不变。3）将照准方向一侧的脚螺旋）将照准方向一侧的脚螺旋1升高两周，为了不改变升高两周，为了不改变视准轴的方向，应将另一侧的脚螺旋视准轴的方向，应将另一侧的脚螺旋2作等量降低，作等量降低，保持楔形丝仍夹准水准标尺上原来的分划线。此时保持楔形丝仍夹准水准标尺上原来的分划线。此时仪器垂直轴倾斜。注意观察并记录水准气泡的偏移仪器垂直轴倾斜。注意观察并记录水准气泡的偏移方向和大小。方向和大小。4）旋转脚螺旋）旋转脚螺旋1、2回到原来位置，使楔形丝在夹准水回到原来位置，使楔形丝在夹准水准标尺上原分划线的条件下，水准气泡两端恢复符准标尺上原分划线的条件下，水准气泡两
35、端恢复符合的位置。合的位置。5）将脚螺旋）将脚螺旋2升高两周，脚螺旋升高两周，脚螺旋l作等量降低，使楔形作等量降低，使楔形丝夹准水准标尺上的原分划线，此时仪器相对于步丝夹准水准标尺上的原分划线，此时仪器相对于步骤骤(3)向另一侧倾斜。注意并记录水准气泡偏移方向向另一侧倾斜。注意并记录水准气泡偏移方向与大小。与大小。分析：分析：根据仪器先后两侧倾斜时，水准气泡偏移的方向与大小根据仪器先后两侧倾斜时，水准气泡偏移的方向与大小来分析判断视准轴与水准轴的相互关系。可能出现下列不同来分析判断视准轴与水准轴的相互关系。可能出现下列不同情况：情况：当垂直轴向两侧倾斜时，水准气泡的影像仍保持符合，则当垂直轴向
36、两侧倾斜时，水准气泡的影像仍保持符合，则仪器不存在仪器不存在j角误差和交叉误差；角误差和交叉误差；若水准气泡同向偏移且偏移量相等，则仅有若水准气泡同向偏移且偏移量相等，则仅有i角误差，而角误差，而没有交叉误差；没有交叉误差；若同向偏移但偏移量不相等，则若同向偏移但偏移量不相等，则 i角误差大于交叉误差；角误差大于交叉误差；若异向偏移且偏移量不相等，则交叉误差大于若异向偏移且偏移量不相等，则交叉误差大于i角误差；角误差；若异向偏移且偏移量相等，则仅有交叉误差，而没有若异向偏移且偏移量相等，则仅有交叉误差，而没有i角角误差。误差。根据上面的分析，当仪器垂直轴向两侧倾斜，水准气泡根据上面的分析，当仪
37、器垂直轴向两侧倾斜，水准气泡有异向偏移情况，则有交叉误差存在，水准规范规定偏移量有异向偏移情况，则有交叉误差存在，水准规范规定偏移量大于大于2mm时，须进行交叉误差的校正。时，须进行交叉误差的校正。校正：校正：先将水准器侧方的一个改正螺旋松开，再拧紧另一先将水准器侧方的一个改正螺旋松开，再拧紧另一侧的侧的 个改正螺旋，使水准气泡向左右移动，直至气泡个改正螺旋，使水准气泡向左右移动，直至气泡影像符合为止。影像符合为止。必须指出，当同时存在交叉误差和必须指出，当同时存在交叉误差和i角误差时，为了角误差时，为了便于校正交叉误差，应先将便于校正交叉误差，应先将i角误差校正好。角误差校正好。3.倾斜螺旋
38、隙动差和分划值的测定倾斜螺旋隙动差和分划值的测定 原理：原理：在精密水准测量中，倾斜螺旋的作用是在水准标尺在精密水准测量中，倾斜螺旋的作用是在水准标尺上读数前将水准气泡影像精确符合，以达到视准轴的精上读数前将水准气泡影像精确符合，以达到视准轴的精确整平。按倾斜螺旋法进行跨河水准测量时，要用倾斜确整平。按倾斜螺旋法进行跨河水准测量时，要用倾斜螺旋测定视线的微小倾角，因此，必须测定其分划值。螺旋测定视线的微小倾角，因此，必须测定其分划值。倾斜螺旋旋进和旋出在分划鼓上的读数之差，为倾斜螺倾斜螺旋旋进和旋出在分划鼓上的读数之差，为倾斜螺旋的隙动差，用以判断倾斜螺旋效用的正确性。水准规旋的隙动差，用以判
39、断倾斜螺旋效用的正确性。水准规范规定，倾斜螺旋隙动差对于一、二等精密水准测量应范规定，倾斜螺旋隙动差对于一、二等精密水准测量应小于小于2.0”2.0”。否则认为倾斜螺旋效用不正确，在作业中应。否则认为倾斜螺旋效用不正确，在作业中应严格地只准用旋进倾斜螺旋使水准气泡两端精密符合。严格地只准用旋进倾斜螺旋使水准气泡两端精密符合。检定：检定：在检定室内进行。检定前在检定室内进行。检定前23h将仪器置于室内检验将仪器置于室内检验仪的台座上，检验室内的温度应使其在仪的台座上，检验室内的温度应使其在23h内不超过内不超过20C的变化。的变化。检验时，由往测和返测构成一个测回，往测按旋检验时，由往测和返测构
40、成一个测回，往测按旋进方向使用倾斜螺旋，在返测时倾斜螺旋的旋转方向进方向使用倾斜螺旋，在返测时倾斜螺旋的旋转方向与往测时相反。与往测时相反。水准规范规定，检验要进行两个测回。水准规范规定，检验要进行两个测回。4.4.调焦透镜运行误差的测定调焦透镜运行误差的测定 原理：由于调焦透镜运行误差使调焦透镜运行不正确，对于内对光望远镜来说，就是在调焦时，仪器的等效光心移动的轨迹是一条直线，不管这条直线是与主光轴的方向重合，或是与主光轴的方向成一微小的交角，对同一直线上不同距离的目标调焦时，视准轴都保持同一方向不变，因此对水准测量并无不利影响。如果在调焦时，等效光心移动的轨迹不是一条直线，则说明调焦透镜移
41、动时有晃动现象，对同一直线上不同距离的目标调焦时，视准轴的方向将发生变化，这就对观测时读数带来误差影响。检定：5.自动安平水准仪补偿误差的测定自动安平水准仪补偿误差的测定 原理：原理：自动安平水准仪的补偿器是否能完全、正确给出由自动安平水准仪的补偿器是否能完全、正确给出由于仪器垂直轴倾斜而产生的补偿量主要取决于补偿器的性于仪器垂直轴倾斜而产生的补偿量主要取决于补偿器的性能，往往由于补偿器装配技术不完善等原因，使补偿器对能，往往由于补偿器装配技术不完善等原因，使补偿器对垂直轴倾斜无法给出正确的补偿量，不是补偿不足，就是垂直轴倾斜无法给出正确的补偿量，不是补偿不足，就是补偿过量。补偿过量。在图中，
42、在图中，是仪器及望远镜倾斜角值，是仪器及望远镜倾斜角值，k是补偿器给出是补偿器给出的补偿倾斜值，的补偿倾斜值，是无法补偿的补偿剩余误差部分，在单是无法补偿的补偿剩余误差部分，在单一方向观测时读数影响为一方向观测时读数影响为 r ，则对一个测站观测高差的，则对一个测站观测高差的影响显然为影响显然为2 r 为了消除这种系统误差的影响，在测站上可以采用定人为了消除这种系统误差的影响，在测站上可以采用定人法整平圆水准器，也就是奇数站照准后视方向整平圆水准法整平圆水准器，也就是奇数站照准后视方向整平圆水准器，偶数站照准前视方向整平圆水准器，使倾斜视线在相器，偶数站照准前视方向整平圆水准器，使倾斜视线在相
43、邻测站上作相反方向的倾斜，从而在相邻两测站上观测高邻测站上作相反方向的倾斜，从而在相邻两测站上观测高差之和中抵消这种误差影响，因此每一测段的水准测量差之和中抵消这种误差影响，因此每一测段的水准测量路线安排成偶数站的规定是必要的。路线安排成偶数站的规定是必要的。检验：检验：是通过比较的方法进行的。在精密测定是通过比较的方法进行的。在精密测定高差高差的两点上，使仪器在不同方向倾斜时，测定两点的高差，的两点上，使仪器在不同方向倾斜时，测定两点的高差，用这些高差与精密测定的高差相比较，来判明其补偿性能，用这些高差与精密测定的高差相比较，来判明其补偿性能，顾及到检验的误差，其差值在规定的范围内，就认为补
44、偿顾及到检验的误差，其差值在规定的范围内，就认为补偿器性能是良好的。器性能是良好的。6.精密水准标尺的检验精密水准标尺的检验按水准规范规定，在作业前应检验的项目：按水准规范规定，在作业前应检验的项目：(1)标尺的检视；标尺的检视；(2)标尺上的圆水准器的检校；标尺上的圆水准器的检校；(3)标尺分划面弯曲差的测定；标尺分划面弯曲差的测定；(4)标尺名义米长及分划偶然中误差的测定；标尺名义米长及分划偶然中误差的测定；(5)标尺尺带拉力的测定；标尺尺带拉力的测定；(6)一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定。的测定。对于新购置的水准标尺还需进行标尺中轴线与
45、对于新购置的水准标尺还需进行标尺中轴线与标尺底面垂直性等项目的检验标尺底面垂直性等项目的检验（1 1）水准标尺分划面弯曲差的测定）水准标尺分划面弯曲差的测定原理：原理：水准标尺分划尺面如有弯曲，观测时将使读数失之过大。水准标尺分划面的弯曲程度用弯曲差来表示，弯曲差愈大，表示愈弯曲。所谓弯曲差所谓弯曲差f：通过分划面两端点的直线中点至分划面的距离。影响：影响：设弯曲的分划面长度l，分划面两端点间的直线长度，则尺长变化l l L，则尺长变化与弯曲差f的关系式为：l=8f2/3l 设标尺的名义长度l3m；测得f4mm，则l=0.014mm，影响每米分划平均真长为0.005mm，对高差的影响是系统性的
46、。测定：测定：在水准标尺的两端点引张一条细线，量取细线中点至分划面的距离，即为标尺的弯曲差。水准规范规定水准规范规定，对于线条式因瓦水准标尺，弯曲差f不得大于4mm，超过此限值时，应对水准标尺施加尺长改正。（2）标尺名义米长及分划偶然中误差的测定）标尺名义米长及分划偶然中误差的测定 原理：原理：按水准规范规定，精密水准标尺在作业开始之前和作业结束后应送专门的检定部门每米真长的检验，取一对水准标尺的检定成果的中数作为一对水准标尺平均每米真长。平均米真长偏差：一对水准标尺的平均每米真长与名义长度1m之差，以f表示，则:f=平均米真长-1m 用于精密水准测量的水准标尺，水准规范规定，如果一对水准标尺
47、的平均米真长偏差大于0.1mm，就不能用于作业。当一对水准标尺平均米真长偏差大于0.02mm，则应对水准测量的观测高差施加每米真长改正，从而得到改正后的高差h，即：h=h+=h+fh 式中，h以m为单位，f以mm/m为单位。水准标尺的分米分划误差，也应由专门的检定单位进行检验，其值应不大于0.1mm。在作业期间可用一级线纹米尺对一对水对标尺的平均米真长作监测，而不作观测成果的改正用。检定：检定：用锌白铜制成的一级线纹米尺检定。其长度略长于一米，尺的两边都刻有分划线，一边分划间隔为1mm，另一边分划间隔为0.2mm，测定水准标尺每米分划间隔时，用0.2mm的分划，可估读到0.02mm，尺上附有一
48、对可以移动的放大镜，用以观察尺面的细小分划。尺面中央还装有温度计。一级线纹米尺是作为检定水准标尺每米真长的标准，它本身长度要非常可靠，因此要定期送国家计量部门进行检定，检定的长度用方程式表示，一般称为尺长方程式。例如例如No.678一级线纹米尺的尺方程式为一级线纹米尺的尺方程式为:L=1000mm-0.01mm+0.018(t-200C)mm式中，式中，1000mm是标准尺的名义长度，是标准尺的名义长度，0.01lmm为尺长改为尺长改正数，正数，t是检定水准标尺时的温度，是检定水准标尺时的温度，0.018为温度膨胀系数。为温度膨胀系数。在检定前在检定前2小时，应将标准尺和水准标尺从箱中取出，小
49、时，应将标准尺和水准标尺从箱中取出，使尺的温度与周围的空气温度一致。使尺的温度与周围的空气温度一致。我国已引进美国生产的双频激光干涉仪，分别安装我国已引进美国生产的双频激光干涉仪，分别安装在北京、哈尔滨和成都等地，作为现代因瓦水准标尺尺在北京、哈尔滨和成都等地，作为现代因瓦水准标尺尺长检定设备。为服务于教学、科研和生产，武汉大学也长检定设备。为服务于教学、科研和生产，武汉大学也已引进这种先进设备。我国于已引进这种先进设备。我国于1984年首先在国家地震局年首先在国家地震局研制了水准标尺双频激光干涉检定器。研制了水准标尺双频激光干涉检定器。（3）一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定一对水
50、准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定 零点误差：零点误差：水准标尺的注记是从底面算起的，对于分格值为10mm的精密因瓦水准尺，如果从底面至第一分划线的中线的距离不是1dm，其差数叫做 一对水准标尺的零点不等差：一对水准标尺的零点不等差：两支水准标尺的零点误差之差。当水准标尺存在这种误差时，在水淮测量一个测站的观测高差中，就含有这种误差的影响。在相邻两测站所得观测高差之和中，这种误差的影响可以得到抵消，因此，规定在水准路线的每个测段应安排成偶数测站。基辅差（尺常数基辅差（尺常数）：在同一视线高度时，水准尺上的基本分划与辅助分划的读数差。对于1cm分格的水准标尺(如Wild N 3精密水准标尺)
