水準(zhǔn)測(cè)量的原理

　　水準(zhǔn)測(cè)量的原理實(shí)際上就是利用儀器獲得水平視線，來(lái)測(cè)定兩點(diǎn)間的高差，依據(jù)已知點(diǎn)的高程，求待定點(diǎn)的高程。

　　如圖所示，A點(diǎn)的高程已知，要想獲得B點(diǎn)的高程，可以在A、B兩點(diǎn)之間安置一臺(tái)可以得到水平視線的水準(zhǔn)儀，設(shè)水平視線截在兩標(biāo)尺上的讀數(shù)分別為a、b(標(biāo)尺的零點(diǎn)在底部)。顧及A、B兩點(diǎn)間的距離很短，可用水平面代替待大地水準(zhǔn)面。過A點(diǎn)做一條水平線，由圖可知A、B兩點(diǎn)的高差為

　　hAB=a-b

　　是不是很容易理解?接下來(lái)是知識(shí)點(diǎn)，拿出筆來(lái)……

　　當(dāng)水準(zhǔn)測(cè)量的前進(jìn)方向由A到B時(shí)，則A點(diǎn)叫做后視點(diǎn)，其上的標(biāo)尺讀數(shù)a為后視讀數(shù);B點(diǎn)叫做前視點(diǎn)，其讀數(shù)b為前視讀數(shù)。前后視與儀器位置無(wú)關(guān)，只與水準(zhǔn)測(cè)量的前進(jìn)方向有關(guān)。方向決定結(jié)果!所以，在水準(zhǔn)測(cè)量中規(guī)定：

　　高差=后視讀數(shù) - 前視讀數(shù)

　　這一規(guī)定已使高差的正、負(fù)號(hào)隨著確定，這是因?yàn)楦卟畋旧砜烧⒖韶?fù)，但是由圖可知，若A點(diǎn)低于B點(diǎn)高，相應(yīng)后視讀數(shù)(a)大，前視讀數(shù)(b)小，因此高差為正數(shù)，反之為負(fù)。這個(gè)是很好理解的吧!

　　每個(gè)人都難免犯錯(cuò)，那么為了避免在計(jì)算中發(fā)生正負(fù)號(hào)的錯(cuò)誤，我們應(yīng)該怎么怎么做呢?很簡(jiǎn)單，在書寫高差的時(shí)候，必須注意h 的下標(biāo)。hAB表示從A到B的高差，hBA表示從B到A的高差。水準(zhǔn)測(cè)量的方法分為中間水準(zhǔn)測(cè)量和向前水準(zhǔn)測(cè)量。

　　將儀器安置在標(biāo)尺之間進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，叫中間水準(zhǔn)測(cè)量，主要用于高程控制測(cè)量，上圖就是中間水準(zhǔn)測(cè)量。將儀器安置在A、B兩點(diǎn)中的任何一點(diǎn)上來(lái)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，叫做向前水準(zhǔn)測(cè)量，這一方法應(yīng)用于工程測(cè)量中的高程放樣。

　　轉(zhuǎn)點(diǎn)、測(cè)站、測(cè)段

　　知道原理之后，我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)在實(shí)際測(cè)量中會(huì)遇到的一些名詞的解釋。

　　在水準(zhǔn)測(cè)量中，當(dāng)兩點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)或者較大的時(shí)候，僅安置一次儀器不能求得高差，這時(shí)候需要加設(shè)若干臨時(shí)的立尺點(diǎn)，作為傳遞高程的過渡點(diǎn)(p1,p2,p3……pn)，稱之為轉(zhuǎn)點(diǎn)。每安置一次儀器，叫做一個(gè)測(cè)站。在水準(zhǔn)線路中，從已知點(diǎn)到待定點(diǎn)或者從待定點(diǎn)到待定點(diǎn)之間，稱為一個(gè)測(cè)段。如下圖所示，欲求A、B兩點(diǎn)間的高差，選擇一條施測(cè)路線，用水準(zhǔn)儀依次測(cè)出每一測(cè)站的高差。

　　hAB=hAP1+hp1p2+……+hpnB

　　連續(xù)應(yīng)用中間水準(zhǔn)測(cè)量以求得兩點(diǎn)間高差的方法，叫做復(fù)合水準(zhǔn)測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量在絕大多數(shù)情況下都是按照這種方法進(jìn)行的。

　　如圖所示，每一測(cè)站上的視線方向與水準(zhǔn)面切線方向平行，所以整個(gè)水準(zhǔn)路線上水平視線與大地水準(zhǔn)面一致，所以又稱為水準(zhǔn)測(cè)量為集合水準(zhǔn)測(cè)量。

　　我們知道，在實(shí)際的測(cè)量中，并不能總是在理想的狀態(tài)下，實(shí)際測(cè)繪中會(huì)受到許多因素的影響，接下來(lái)我們就看看再實(shí)際的測(cè)繪中，哪些因素會(huì)產(chǎn)生影響，我們應(yīng)該怎樣進(jìn)行避免。

　　地球曲率的影響

　　在圖一中，將大地水準(zhǔn)面當(dāng)做水平面，因而可以用hAB=a-b來(lái)計(jì)算高差。但實(shí)際上，大地水準(zhǔn)面是一個(gè)曲面，一個(gè)測(cè)站上的水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)該如hAB=hAP1+hp1p2+……+hpnB，圖中用圓弧表示過A點(diǎn)的大地水準(zhǔn)面。因?yàn)?theta;角很小(AB 相距200m時(shí)，θ≈6″)，故A、B兩點(diǎn)樹立的水準(zhǔn)尺接近于平行，實(shí)際此時(shí)的高差hAB為：

　　hAB=a-b-△hAB

　　式子中△hAB是地球曲率的影響值。

　　從過A點(diǎn)的水準(zhǔn)面與測(cè)站垂線的交點(diǎn)處做切線，由圖可知：

　　則，上式為地球曲率對(duì)一個(gè)測(cè)站的影響。若Sa=Sb，則△hAB=0，說(shuō)明當(dāng)后、前視距相等時(shí)，地球曲率對(duì)一個(gè)測(cè)站的高差影響可以相互抵消。

　　對(duì)一條水準(zhǔn)路線而言，如二圖所示的情形，則有：

　　以上三個(gè)式子不同之處是，用后、前視距差的綜合替換每站的后、前視距之差。實(shí)際工作中將Σ(S后-S前)加以限制，以使△hAB不致過大。由于S后-S前表示每一測(cè)站的后視距離減去前視距離，它可正、可負(fù)，只要作業(yè)中隨時(shí)注意它的積累，將Σ(S后-S前)限制在某一范圍并不十分困難。例如S后+S前平均為200m，Σ(S后-S前)≤10m時(shí)，△hAB=≤0.16mm，以普通水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)成果的精度要求而言，這樣的誤差可以忽略不計(jì)。

　　大氣折光的影響

　　除了地球曲率對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量有影響外，大氣折光也有影響。在水準(zhǔn)測(cè)量的原理中，我們是以直線來(lái)描述視線的，然而由于空氣的密度從上到下是不均勻的，受到大氣折光的影響，視線不是一條直線，而是一條曲線。如下圖，當(dāng)后、前視距離相等時(shí)，大氣折光的影響是△A≈△B，，所以大氣折光的影響可以相互抵消。