任务四 普通水准测量
我国国家水准测量依精度不同分为一、二、三、四等，一等精度最高，四等最低。不属于国家规定等级的水准测量一般称为普通水准测量（也称等外水准测量）。等级水准测量对所用仪器、工具以及观测、计算方法都有严格要求，但和普通水准测量比较，由于基本原理相同，因此基本工作方法也有许多地方相同。
一、水准点
用水准测量方法测定的高程控制点，称为水准点（Bench Mark），简记为BM。为了统一全国的高程系统和满足各种工程建设的需要，由测绘部门在全国各地测定并设置了各种等级的水准点。次级水准点的高程须从已知高程的高级水准点引测确定。
水准点有永久性和临时性两种。国家等级水准点一般用石料或混凝土制成，深埋在地面冻结线以下，顶面嵌入半球形标志，如图2-14所示。永久性水准点也可用金属标志埋设在稳定的墙脚上，称为墙上水准点，如图2-15所示。建设工地上的永久性水准点一般用混凝土制成。临时性水准点可选择地面上突出的坚硬岩石或房屋勒脚等作为标志，也可用大木桩打入地下，桩顶钉入一半球形铁钉。
图2-14 国家等级水准点（单位：mm）
图2-15 墙上水准点（单位：mm）
埋设好水准点后，应绘制水准点的点之记，即绘制点的位置略图，写明水准点的编号及其与周围建筑物的距离，以便日后寻找与使用。
二、水准路线
水准路线是水准测量施测时所经过的路线。水准测量应尽量沿公路、大路等平坦地面布设。坚实的地面，可保障仪器和水准尺的稳定性，平坦地面可减少测站数，以保证测量精度。水准路线上两个相邻水准点之间称为一个测段。
水准路线的布设分单一水准路线和水准网，本节介绍单一水准路线，布设形式有三种。
（1）附合水准路线（图2-16）。由已知点BMA——已知点BMB。
（2）闭合水准路线（图2-17）。由已知点BMA——已知点BMA。
图2-16 附合水准路线
（3）支水准路线（图2-18）。由已知点BM1——某一待定水准点3。
图2-17 闭合水准路线
图2-18 支水准路线
三、普通水准测量的施测
拟定出水准路线并将水准点埋设完毕，即可进行水准路线的外业观测。如图2-19所示，BMA点为已知水准点，其高程为54.226m，欲测定BMB点的高程，其观测步骤如下：
图2-19 普通水准测量
（1）在起始水准点A上竖立水准尺，作为后视尺。
（2）在路线上选择合适的地方为测站，安置水准仪，再选合适的地点为转点，踏实尺垫，在尺垫上竖立水准尺作为前视尺。要求仪器到两水准尺的距离大致相等，最大视距不大于100m。
（3）观测者将水准仪粗略整平，照准后视尺，消除视差，精确整平，用中丝读取后视读数并计入手簿（表2-1）。
（4）转动水准仪，照准前尺，消除视差，精确整平，用中丝读取前视读数并计入手簿（表2-1）。
（5）前视尺位置不动，变作后视，按（2）、（3）、（4）步骤进行操作，这样依次沿水准路线施测至B点为止。
表2-1是根据测段中四个测站的读数进行记录和计算的，推算出测段终点B的高程等于55.856m。
表2-1 普通水准测量手簿
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）∑h=∑a-∑b，只表明计算无误，不表明观测和记录无误。
四、水准测量的检核
在水准测量中，测得的高差总是不可避免地含有误差。为了避免观测错误、提高观测精度，必须对每一测站及水准路线进行检核。
1.计算检核
为保证高差计算的正确性，应在每页手簿下方进行计算检核，检核的依据是：各测站测得的高差的代数和应等于后视读数之和减去前视读数之和。如表2-1中：
∑h=+1.630m
∑a-∑b=+1.630m
所求两数相等，即∑h=∑a-∑b，说明计算正确无误。
2.测站检核
各站测得的高差是推算待定点高程的依据，若其中任一测站所测高差有误，则全部测量成果就不能使用。计算检核仅能检查高差的计算是否正确，并不能检核因观测、记录有误导致的高差错误。因此，对每一站的高差还需进行测站检核。测站观测的限差控制应遵循“伴随观测，逐一检核，随时控制，逐步放行”的原则，测站检核通常采用改变仪器高法和双面尺法。
（1）改变仪器高法。在一个测站上测出两点间高差后，重新安置仪器（升高或降低仪器10cm以上）再测一次，两次测得高差之差不超过容许值，则认为测站合格，取两次高差的平均值作为该测站的高差。对一般水准测量（等外水准）两次高差之差的绝对值应小于5mm，否则应返工重测。
（2）双面尺法。在一个测站上仪器高度不变，观测双面尺黑面与红面的读数，分别计算黑面尺和红面尺读数的高差。其差值在5mm以内时，取黑、红面尺高差的平均值作为该测站的高差。
3.水准路线检核
测站检核只能检查一个测站所测高差是否正确，但对于整个水准路线来说，测量成果是否符合精度要求甚至有错，则不能判定。例如，水准测量在野外作业，受各种因素的影响，如温度、湿度、风力、大气不规则折光、尺子下沉或倾斜、仪器误差以及观测误差等。这些因素所引起的误差在一个测站上反映可能不明显，这时测站成果虽符合要求，但若干个测站的累积，使整个路线测量成果不一定符合要求。因此，要保证全线观测成果的正确性，还需要对水准路线进行成果检核。
水准路线的种类及其检核方法有以下几种：
（1）附合水准路线。附合水准路线各测段高差的总和∑h测应等于路线两端水准点的已知高程之差（H终-H始）。由于测量误差的存在，实际上这两者往往不相等，所存在的差值称为附合水准路线高差闭合差，用fh表示，即
（2）闭合水准路线。闭合水准路线各测段高差的代数和理论值应等于零，即∑h理=0，但由于测量误差的存在，往往所观测的高差代数之和∑h测≠0，而存在高差闭合差：
（3）支水准路线。支水准路线往测与返测的高差绝对值应相等，符号相反。若往返测得高差的代数和不等于零即为闭合差：
对于普通水准测量，高差闭合差的容许值规定为
或
上二式中 L——水准路线的长度，单位km；
n——测站数。
山地一般指每千米测站数在15个以上的地形。
若发现高差闭合差超过容许值，说明测量成果不符要求，应查找原因返工重测。
五、水准测量应注意事项
（一）观测
（1）观测前应认真按要求检校水准仪和水准尺。
（2）仪器应安置在土质坚实处，并踩实三脚架。
（3）前后视距应尽可能相等。
（4）视线不宜过长，一般不大于100m。
（5）每次读数前要消除视差，只有当符合水准气泡居中后才能读数。
（6）注意对仪器的保护，做到“人不离仪器”。
（7）只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧。一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。
（8）观测时必须撑伞，避免烈日照射仪器。
（二）记录
（1）认真记录，边记边回报数字，准确无误地记入记录手簿相应栏中，严禁伪造和传抄。
（2）字体要端正、清楚，不准涂改，不准用橡皮擦，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写。
（3）每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。
（三）扶尺
（1）在水准点（包括已知点和待定点）上立尺时，不能放置尺垫。
（2）水准尺应竖直，不能左右偏斜，更不能前后俯仰。
（3）转点应选择土质坚实处，并踩实尺垫。
（4）水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置不移动。