水准测量原理及应用，水准测量基础

本节内容主要介绍水准测量的基本原理，转点、测站的含义及连续水准测量的过程和简单计算。

5.1.1 高程测量的方法

我们知道测量的主要任务是确定地面点的点位即平面坐标和高程。到底如何确定地面点的高程呢？下面简单介绍5种高程测量的主要方法。

高程测量就是确定地面点高程的测量工作。测定地面点高程的主要方法有几何水准测量（简称水准测量）、三角高程测量（间接高程测量）、GPS高程测量和气压高程测量（物理高程测量），偶尔也采用流体静力水准测量方法。在上述高程测量方法中，水准测量是最精密、且最常用的方法。

水准测量主要是通过测定两点间高差来计算高程，此方法主要用于建立国家或地区的高程控制网。除了国家等级的水准测量之外，还有普通水准测量。它采用精度较低的仪器，测算手续也比较简单，广泛用于国家等级的水准网内的加密，或独立地建立测图和一般工程施工的高程控制网，以及用于线路水准和面水准的测量工作。一般在地形相对平坦的地区使用此方法，在地形起伏特别大的地区，此方法受到一定限制。当跨越江河或山谷等天然障碍进行水准测量时，视线长度一般都超过规定的限度。在这种情况下进行的特殊水准测量，称为跨河水准测量，跨河水准测量方法请参照其他书籍，这里不再详述。

三角高程测量是确定两点间高差的简便方法，不受地形条件限制，传递高程迅速，但精度低于水准测量。它是运用三角计算的基本原理来测算高程的，其基本思想是根据由测站向照准点所观测的垂直角（或天顶距）和它们之间的水平距离，计算测站点与照准点之间的高差，它主要用于传算大地点高程。

气压高程测量是根据大气压力随高度变化的规律，用气压计测定两点的气压差，推算高程的方法。由于大气压力受气象变化的影响较大，气压高程测量比水准测量和三角高程测量的精度都低，主要用于低精度的高程测量（如丘陵地和山区的勘测工作），但它在观测时点与点之间不需要通视，使用方便、经济。

GPS高程测量，是由GPS测量出地面点在WGS－84坐标系中的大地高，通过高程异常转换，得出该点的正常高。此种方法测出的点的高程精度相对水准测量（一定等级的）较低，但是由于GPS测量技术具有传递距离远、观测时间短、测站间无需通视、外业操作及内业处理简便和全天候作业等优点，目前已被广泛应用，尤其是在平原、丘陵、山区、城市主干道、路口等视野开阔的地区进行数字测图工作中应用得更加广泛。

流体静力水准测量是通过“一个可以自由流动的静止液面上各个点的重力影响是相同的，或者说液面是等高的”基本原理来进行高程测量的。它是高精度高程测量方法之一，流体静力测量系统在测量精度、反应频率、自动化程度方面远远高于其他高程测量方法，而且流体静力测量系统不需要测点之间的通视，适合于各种狭小空间和恶劣环境测量，因此在工程中有着广泛的应用，主要用于越过海峡传递高程。(www.xing528.com)

5.1.2 水准测量的基本原理

水准测量的基本原理是利用仪器提供的水平视线，测定出地面两点间的高差，然后，根据已知点的高程推算出待定点的高程。

假如已知地面上一点A的高程是HA，现要求测算出B点的高程HB，如图5.1所示，如何做呢？从图上我们可以看出，关键是要知道两点高差h AB为多少。若知道了两点高差h AB，就可计算出B点的高程，即HB＝HA＋h AB。

图5.1 水准测量原理示意图

我们在A、B两点上各竖立一根带有刻度的尺子（水准尺），在两点之间架设一台能提供水平视线的仪器（水准仪），读取竖立于两个点上的水准尺上的读数（即读取水准尺上的刻度）a和b，从图上我们可以看出AB两点的高差h AB＝a－b。从而我们就可测算出待求点B的高程HB＝HA＋h AB，此种测量方法称为高差法。

在前进方向上立于后面的水准尺称为后尺，在其上的读数称为后视读数；在前进方向前面的水准尺称为前尺，在其上的读数称为前视读数。

由上述可以归纳出：高差＝后视读数－前视读数。