第4章 地面高程控制测量
4．1 概 述
地面高程控制测量在城市轨道交通工程建设中与地面平面控制测量具有同等重要的作用，是城市轨道交通工程全线线路和结构高程贯通的保障，也是城市轨道交通工程建设中的一项很重要的先行基础工作。本章主要介绍城市轨道交通高程控制网的布设、控制点选埋、外业观测、数据处理以及控制网检测。
4．1．1地面高程控制网的基本特点
城市轨道交通工程应结合拟建线路情况，进行专项高程控制网设计，且与城市原有高程系统一致，并在工程开始前完成，其基本特点如下：
(1)高程控制网的大小、形状、点位分布应满足轨道交通工程施工的需要，可以根据城市轨道交通总体规划布设全面网，也可以为某条线路布设单独的线状控制网。
(2)城市轨道交通工程地面高程控制网通常分两个等级布设，首级是与国家二等水准相当的城市轨道交通一等水准网(以下简称一等水准网)，二级是用于加密的城市轨道交通二等水准网(以下简称二等水准网)。当城市的一、二等水准网保存完好、水准点间距小于4km时，则可一次布设城市轨道交通工程二等水准网而不再分级布设。
(3)地面高程控制网不但是隧道高程贯通的基础，同时为工程设计提供大比例尺地形图服务，为施工放样服务，还要为建设期间变形监测以及运营后的结构变形监测服务。
(4)由于城市轨道交通工程建设周期较长，工程建设期间高程控制点难免发生变化，因此需要在一定的周期内对地面高程控制网进行检测，通过检测评价原网稳定状况和可靠程度，确保地面高程控制网满足工程建设需要。
4．1．2地面高程控制网的测量步骤
地面高程控制网的测量步骤与一般城市建设的高程控制网一样，需要经过以下工作步骤：
(1)收集资料。收集和了解拟建线路沿线现有测绘资料、线路设计资料、岩土工程条件等。
(2)现场踏勘、选点。沿拟建线路普查现有测量高程控制点的完好情况、控制点周围建(构)筑物情况以及拟埋设控制点的位置条件情况等。
(3)埋石。根据控制点的位置条件，选择埋设不同类型的标石。
(4)高程控制网观测。按照高程控制网等级和技术要求进行几何水准测量。
(5)数据平差等。
4．2 地面高程控制测量
4．2．1地面高程控制网布设原则
水准点应选在施工场地变形区外稳固的地方，有条件应埋设基岩水准点。水准点离开车站和线路的距离应不少于40m，一般水准点和深桩水准点应根据每个城市情况，桩底应埋设在稳定的持力层上。水准点应选在便于寻找、保存和引测的地方。
4．2．1．1城市轨道交通一等水准网布网原则
一等水准网是基础网，一般按照工程线路布设成附合、闭合路线或者结点网。水准网起算点一般不少于3个，且应是城市一等水准点。每个一等水准点应远离受施工影响的变形区。当工程处于地面沉降区域时，在首级水准观测前，应首先考虑保证起算点已知高程的现势性。宜每隔3km埋设1个水准点。
4．2．1．2城市轨道交通二等水准网布网原则
二等水准网是起算于一等水准网的高程控制网，主要为施工服务，其网形主要取决于城市轨道交通工程的线路形状，一般每个车站、竖井及车辆段附近应布设水准点，点数不应少于2个。二等水准网应布设为结点网或附合路线。二等导线网中的各点有条件时，都应纳入二等水准网测量中。
4．2．2水准标石类型与埋设
水准标石是长期保存测量成果的固定标志，水准标石确定了点的高程，因而它的稳定；是非常重要的。由于对观测结果有限差的要求，人们往往比较重视观测结果，却常常忽略：标石的稳定性问题。如果标石埋设质量不好，容易产生垂直位移或倾斜，即使水准观测质，量再好，其最后成果也是不可靠的，因此务必重视水准标石的埋设质量。
4．2．2．1水准标石类型
城市轨道交通工程中的水准点标石可分为混凝土水准标石、墙脚水准标志、基岩水准标石和深桩水准标石4种。各种水准标石的类型和规格如图4．2-l～图4．2-4所示。
4．2．2．2水准标石的埋设
混凝土水准标石要埋设在冻土线以下30cm，埋设时需特别注意埋设地点地质条件，了解地下水位的深度，地下有无空洞和流砂等。要确保标石埋设在土质坚实稳定的地层。 墙角水准标志应选择在永久性或半永久性坚固的建筑物或构筑物基础上埋设。考虑到水准尺的长度，埋设时注意远离建筑物的外檐和外部窗台等影响水准尺竖立的障碍物。 埋设基岩水准标石时应注意埋在真正的基岩上，不允许埋在较大的孤石上。为了施工方便，可以尽量选在基岩露头的地方，遇有风化层时，必须将风化层凿剥除去。埋设基岩水准标石一般应有地质人员参加或以地质资料作依据，必要时需事先进行地质钻探。基岩水准标石必须是混凝土制成，使其与基岩牢固相接。
深桩水准标石埋设时应注意收集地质资料作为依据，深桩应埋设在稳定的持力层内。
各种水准标石的埋设见图4．2-1~图4．2-4，水准点埋设完成后，应进行外部整饰并应现场绘制水准点点之记。
4．2．3地面高程控制测量施测
4．2．3．1 地面高程控制测量的技术要求
地面高程控制测量的主要技术要求应符合表4．2．1的规定。
水准测量的主要技术要求 表4．2．1 每千米高差中数中误水准测量等级 差(mm) 偶然中误差M一等 ±1 附合水准路线平均长度(km) 观测次数 水准仪等级 水准尺 往返较差、附合或环线闭合差(mm 全中误差与已知点联测 附合或环线 往返测各一次 往返测各一次 MW ±2 35～45 DS1 DS1 铟瓦尺或条码尺 铟瓦尺或条码尺 往返测各一次 往返测各一次 ±4±8L L 二等 ±2 ±4 2~4 注：1．L为往返测段、附合或环线的路线长(km)； 2．采用数字水准仪测量的技术要求与同等级的光学水准仪测量技术要求相同。 4．2．3．2地面高程控制测量施测 (1)一般要求
水准观测应待埋设的水准标石稳定后再进行。水准测量所使用的仪器和标尺测前应送检定单位进行全面检验，检定周期为1年。水准仪视准轴与水准管轴的夹角称为i角，作业开始的第一周内应每天测定1次i角，稳定后可隔半月测定1次。城市轨道交通一、二等水准测量作业工程中水准仪的i角应小于15”。 (2)观测方法
一、二等水准测量的观测方法应符合下列规定： 1)往测 奇数站上：后一前一前一后； 偶数站上：前一后一后一前。 2)返测 奇数站上：前一后一后一前；
偶数站上：后一前一前一后。
3)若使用数字水准仪与条码尺，应将有关参数、限差预先输入，并按自动观测模式顺序操作。一、二等水准每一测段的往测和返测，宜分别在上午、下午进行，也可在夜间观测。 4)由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置，并应重新整置仪器。 (3)观测质量控制
水准测量观测的视线长度、视距差、视线高度和水准测量测站观测限差应符合表4.2-2和表4.2-3的规定。
水准测量观测的视线长度、视距差、视线高度的要求(m) 表4．2-2
视线长度 等级 仪器等级 DS1 DS1 前后视距视距 ≤50 ≤60 差 ≤1.0 ≤2.0 前后视距累计差 ≤3.0 ≤4.0 视线高度 视线长度20m上 ≥0.5 ≥0.4 视线长度20m以下 ≥0.3 ≥0.3 一等 二等
等级 一等 水准测量的测站观测限差(mm) 表4．2-3 上下丝读数平均基、辅分划读数基、辅分划、所值与中丝读数之之差 测高差之差 差 3.0 0.4 0.5 0.6 0.7 检测间歇点高差之差 1.0 2.0 二等 3.0 (4)水准测量的记录和检验 1)记录项目
每测站应记录上、下丝在前、后标尺的读数和中丝在前、后标尺基辅分划面的读数。使用数字水准仪，只记录前、后视线长度和在前、后标尺上的视线高度。
在每测段的始、末，应记录水准点编号、观测日期、时间、大气温度、天气、云量、太阳方向、成像情况、风向和风力。
2)记录方法
水准测量数据量大，验算项目较多，一般宜采用电子记录的方法。
3)测站检验
每测站按照规范的要求应计算前后视距差和视距差的累计值、视线长度和高度、上下丝读数和中丝读数的差、同一标尺两次读数差、两次所测前后标尺高差之差、检测间歇点高差之差。 4)测段检验
每测段完成后，计算往返测高差不符值，检验是否满足要求。若不符值超限，应分析观测时人员操作、仪器状况和外界环境对测量成果的影响，先对可靠程度较小的往测或返测进行全测段重测。 5)成果的取舍
按照规范要求，对于一等水准，当两次异向观测的高差不符值在限差内时，取两次异向观测的平均值作为最终值，否则应进行重测。对于二等水准，若重测高差与原测任一方向高差的不符值未超出限差，则取两次观测高差的平均值作为最终值。 (5)外业操作的注意事项 1)仪器的检查：
每天工作开始前要对水准标尺圆水准器的正确性进行检查和校正，防止因运输或其他原因致使圆水准器的正确位置发生偏离，从而使测量结果产生误差。
作业开始的第一周内每天对i角的检查，最好在不同的气温下进行，查看变化规律。 2)保持前后视等距。
3)严格按照奇偶站观测顺序观测。 4)保证每个测段的测站数为偶数。
为了消除两根标尺的零点高度不等差，每个测段的测站数为偶数。往测转返测时，两根标尺要互换位置，同时前后视的读数顺序也作相应改变。 5)预先安置尺桩或尺台。
用于作为转点尺承的尺桩或尺台，要求在观测前预先安置好。为防止往返测的高差中数产生偏差，每测段的往测与返测应使用同一类型的转点尺承和安置方法。
4.2.3.3水准仪i角的检验与校正 (1)水准仪i角的检验
用于城市轨道交通工程高程控制测量的水准仪在开始施测前必须进行i角检校，测量开始第一周内应每天测定1次i角，稳定后可隔半月测定1次。检验时当i角大于15”应对水准仪i角进行校正，直至较小时为止。检验步骤如下：
1)准备工作
如图4·2-5所示，在平坦场地上用钢卷尺依次量取直线I1ABI2，在线段I1ABI2上使S=I，A=AB=BI2 =20.6m。其中I1,I2为安置仪器点，A、B为立尺点。在A、B处各打一个尺桩。
2 J观测方法
在I1，I2处安置仪器，仔细整平后，分别在A、B标尺上各照准读数4次。取各尺读数之平均值。
3) i角计算方法
i2\"/(2S)10\" (4．2-1) 其中 2(a2b2)(a1b1) \"=206265″
式中a2、b2——在I2处设站时观测A、B标尺上读数平均值； a1、b1——在I1处设站时观测A、B标尺上读数平均值。 、
(2)水准仪i角的校正
当i角大于15″时仪器必须进行校正(自动安平水准仪送仪器修理部门校正)。对于气泡式水准仪按如下方法校正。
在，2处用脚螺旋将望远镜视线对准A标尺应有的正确读数a2，a2按式(4．2．1)计算： a2a22b2a2b1 (4．2-2)
b2应与、然后校正水准器改正螺旋使气泡居中，校正后将仪器对准曰尺读数b2，式(4．2
'''''—2)计算的结果一致：
b2b2 (4．2-3) 此项校正需反复进行，直到i角符合要求为止。
4．3 水准网数据处理与水准网的检测
4．3．1水准网数据处理
4．3．1．1水准测量的内业计算
水准测量的外业观测工作结束后，须将手簿中记录的各项资料、测段距离和高差数据编制成高差和概略高程表，并计算观测高差改正数、环线闭合差、偶然中误差、全中误差等。 (1)观测高差改正数的计算
由于城市轨道交通工程的线路长度一般为几十千米，因此观测高差改正数只加水准标尺长度改正一项。
水准标尺长度改正数的计算依据计量检定机构提供的有效期内的标尺改正系数，计算。一测段高差改正数艿按式(4．3一1)计算：
fh (4．3一1)
式中f—标尺改正系数(mm／m)； h—观测高差(m)。
往测和返测高差分别施加改正，改正数取代数和。往返测改正数相同，则高差不符值 不变。
(2)高差偶然中误差的计算
按照我国的现行规范作业，水准测量的往返测是在外界环境差异较大的条件下独立完成的，高差不符值表示误差的抵消程度，主要包含偶然误差。因此用往返不符值计算水准测量的偶然中误差是衡量作业质量的重要指标。
每千米水准测量的高差偶然中误差按式(4．3-2)计算： M1 (4．3-2) 4nL式中M—高差偶然中误差(mm)；
L一水准测量的测段长度(km)；
△——水准路线测段往返高差不符值(mm)； n——往返测的水准路线的测段数。 (3)高差全中误差的计算
环线闭合差是由往返测平均高差形成的闭合差，具有真误差性质。它反映着高差平均t值的偶然误差，也反映着系统误差，包含这两种误差的综合影响，因此可以用环线闭合差计算水准测量的全中误差。
当用附合线路的闭合差代替环线闭合差计算水准测量的全中误差时，一定要保证附线路起闭的两已知高程点高程的准确性和现势性。
每千米水准测量的全中误差肘w应按式(4．3-3)计算： MW
1WW (4．3-3) 4nL
式中MW——高差全中误差(mm)； W一附合线路或环线闭合差(mm)； L—计算W时的相应路线长度(km)； N—往返路线和闭合路线的个数。
4．3．1．2水准网数据处理
水准网数据的平差处理按照分级处理的原则进行。城市轨道交通工程的水准网的数据处理采用严密平差的方法，在城市一、二等水准点的控制下分别进行一、二等水准网平差。 4．3．2水准网检测与处理
在城市轨道交通工程的施工期间为了保证高程控制的统一性、连续性和稳定性，必须对所布设和使用的一、二等水准网进行周期检测。
4．3．2．1水准网检测周期
对一、二等水准网应按各等级技术要求进行100％的检查测量。在地面沉降不明显的地区，一般在全线贯通后或线路调整之前必须进行全线的水准网检测。在地面沉降严重的地区，应收集有关地面沉降资料，根据当地的年沉降速率确定全线水准网的检测周期。在城市轨道交通工程的施工期间可以根据实际情况进行局部区域的高程控制检测。
4．3．2．2水准网检测原则及数据处理
水准网检测一般采用与原测相同的精度、相同的路线和相同的测量方法。在水准网检测中，拟定的检测方案中至少应包括三个以上的已知高级水准点，尽量由闭合环、结点、附合路线构成水准网络。对原测水准点标石的完好性、稳定性必须进行实地考查。对位于工程变形区内不稳定的或遭到破坏的水准点应重新选点并补埋标石。
按照分级处理的原则进行水准网数据的平差处理，方法与首期水准网数据处理相同。 4．3．3水准网检测结果精度分析与评价 4．3．3．1两期水准点间高差较差的限差
设两相邻水准点间的原测与检测高差分别为h和h，测量精度相同，即mh=mh =mh。因为hhh，根据误差传播定律可得: mhmhmh
22 则有 mh2mh (4．3-4) 而 mhMWK (4．3-5) K (4．3-6) K (4．3-7)
故 mh2MW 则 h限22MW 式中K——水准点间水准路线长度(km)；
MW——水准测量每千米高差中数的全中误差(一等水准2mm，二等水准4mm)。 4．3．3．2两期水准点高程较差的限差
由于水准网是沿城市轨道交通工程线路布设并附合在城市一、二等水准点上的。按照城市二等水准点平均间距4km推算，则水准点的最弱点位于中间2kin处，该点一次测量的高
程中误差可表示为
22mH0mH0mh (4．3-8)
而 mh2mH (4．3-9)
i式中mH——距检测水准点最近的已知高程点的高程中误差(ⅡⅡn)；
0 mh——最近已知点至所测水准点间高差中误差(mm)； MW——水准测量每千米高差中数的全中误系； L——最近已知点至所测水准点间水准路线长度(km)。
当两期水准测量精度相同时，检测与原测水准点高程较差的中误差为 m2mHi (4．3-10) 两期水准点高程较差的限差为 H限22mHi (4．3—11)
MW2mm 根据城市轨道交通工程高程控制布设的实际情况，取L=2km,mH±0.5mm，
o代人式(4．3-9)、式(4．3-8)和式(4．3-1)，得mh=±2.87mm和限≤8．12mm。
i 考虑到城市轨道交通贯通的严格要求，一般对原测成果可按以下原则处理：检测与原测
高程较差的中误差小于4mm的可以使用原成果；大于4mm的应进行复测，如发现水准点有下沉现象，要使用新成果。当然还要根据当地的地面沉降情况，对沉降因素进行综合全面分析后，确定检测点的最终高程。
4．4城市轨道交通工程地面高程控制测量实例
4·4·l北京地铁9号线水准网测量简介 4．4．1．1工程概况
北京地铁9号线位于北京市西部，线路总体为南北走向，主要分布在丰台区和海淀区的城市交通干道下。线路全长约16.5km，均为地下线。全线共设车站13座，与建成的地铁1号线、4号线相交，并与规划中的3号、6号、7号、11号、14号线相交。线路走向见图4．4-1北京地铁9号线线路示意图。
北京地铁9号线横穿永定河冲洪积扇的中上部，属于平原地貌。沿线地形基本平坦，无明显起伏现象，全线地势北高南低。沿线地表水主要有马草河、莲花河、玉渊潭东湖，属于永定河水系。马草河在线路经过处已被填埋。莲花河位于西客站已建成地段。玉渊潭东湖与西湖以人工堤相隔，水体相通，地铁线路穿越处水面宽度300m左右。
经踏勘现场有北京市一等水准点I京良6、I京良7、玉渊潭东参考点和两个原地铁4号线水准点BM[9]28、BM[9]29，均保存完好。北京市一等水准点可以作为起算依据，原地铁4号线水准点可纳入水准路线中，作为4号和9号线的共用检核点。
4．4．1．2水准点选点和埋石
根据现场情况，水准点均选择在远离施工场地变形影响区外的稳固的永久性建筑物上，并设立墙上水准标志。墙上水准点按《城市轨道交通工程测量规范》GB．50308—2008规定的形式和规格埋设，水准点名统一编号：BM[9]××(其中：BM表示水准点，[9]表示地铁9号线)，沿里程方向顺序编号，并绘制点之记略图。 4．4．1．3水准网测量 (1)网形布设
水准点沿北京地铁9号线线路布设，在已有北京市一等水准点I京良6、I京良7、玉渊潭东参考点间，依据现场特点布设成附合路线、闭合路线或结点网，重点在车站、竖井附近及在与规划中的3号、6号、7号、11号、14号线相交处设置水准点，并联测与地铁4号线衔接处2个原4号线水准点，形成北京地铁9号线整体水准网。水准测量中，为方便施工测量
使用，联测了所有9号线地面导线点，水准网示意图见图4．4-2。
(2)外业观测
水准外业观测在具备观测条件的地段均采用TrimbleDINll2电子水准仪，少数通视困难地段外业观测采用Leica NA2+GPM3自动安平水准仪，外业观测按城市轨道交通一等水准的方法施测，主要遵循以下技术要求：
1)水准网采用往返观测的方法进行施测；
2)外业观测过程中固定仪器、固定观测人员、固定观测路线；
3)水准测量观测视线长度不大于50m，前后视距差不大于1.0m，前后视距累计差不大于3.0m，基辅分划读数差不大于0.3mm，基辅分划所测高差之差不大于0.5mm，上下丝读数平均值与中丝读数之差不大于3.0mm，采用偶数站上点；
4)选择有利的气象条件进行水准测量的外业观测，由往测转向返测时，两根标尺互换位置。
(3)内业数据处理
内业数据处理前，首先对外业观测数据进行100％复核，并统计各段线路闭合差，确 认外业观测数据无误，起算控制点稳固、可靠后，采用清华山维平差软件进行严密平差， 平差后最大高程中误差为±1.2mm，最大高差中误差为±0.8mm，满足规范要求。各段线路闭合差精度见水准分段闭合差统计表(表4．4—1)。 水准分段闭合差统计表 表4．4-1 测段 1 2 3 4 范 围 BM[4]28~BM[9]20~玉渊潭东参考点 玉渊潭东参考点~BM[9]16~I京良6 I京良6~I京良7 I京良7~BM[9]01~京良7 线路长度(km) 10．20 6．66 1．69 29．75 闭合差(mm) 6．3 5．1 1．8 6．8 限差(mm) 12．8 L0．3 5．2 21．8 4．4．1．4提交主要资料
(1)水准控制网起算点成果表； (2)水准点控制网成果表； (3)水准网示意图； (4)水准点点之记。
4．4．2广州市轨道交通工程高程控制网简介 4．4．2．1概述
根据《广州市快速轨道交通线网规划(2010年线网实施目标)》的要求，到2010年广州市城市轨道开通地铁1号至7号线，合计181.9km，为满足城市快速轨道交通发展要求，广州市地下铁道总公司委托广州市城市规划勘测设计研究院，完成广州市轨道交通工程2010年建设线路城市二等水准控制测量工程(即城市轨道交通工程一等水准网)，以下简称水准网。2010年轨道交通线网规划范围基本上覆盖整个广州市城区，相应的高程控制的水准网测量也覆盖广州市区。
4．4．2．2已有资料利用情况
由于地铁必须建立统一的高精度高程控制系统，且与广州地铁l号线、2号线、3号线及广佛线相衔接，因此本工程高程控制网的高程系统采用跟地铁1号线、2号线、3号线及广佛线一样的高程系统：广州市高程系统。
经查阅资料和实地踏勘，广州市二等水准点白云宾馆主点(基岩)、瘦狗岭主点(基 岩)、黄花岗主点(基岩)、基1(基岩)、Ⅱ537(基岩)、Ⅱ587(基岩)、Ⅱ597(基岩)、地32(基岩)、Ⅱ市108、Ⅱ西左01、Ⅱ133、Ⅱ575、Ⅱ598、Ⅱ600、Ⅱ607、Ⅱ696共16点保存完好，经过测段检测，检测成果与原资料的较差均在规范限差范围内，检测成果表明这些点稳定、可
靠，可作为本次工程的起算数据。
4．4．2．3水准网的布设
广州市轨道交通工程2010年建设线路覆盖面大，北至嘉禾，南至番禺黄阁，东至黄 埔经济开发区、西至芳村滘口。本工程水准网顾及了地铁的远期规划，如南部的南沙岛环 线轨道交通、北部的新机场、东部的科学城，留有了拓展延伸的余地。每条地铁线路基本 是一条水准线路的走向。本工程水准网由16个广州市二等水准点、已有的24个地铁水准 点(1号线、2号线、3号线、4号线、广佛线)和132个新埋设的水准点构成。
根据二等水准网应布设成闭合环线的原则，新设的水准路线的起、终点均与广州市二 等高程基准网的水准点连接。本工程水准网共177个水准点，组成10个水准闭合环，过 河水准23处，水准网布设图示意图见图4．4-3。
4．4．2．4仪器设备
为了确保水准观测精度，本工程二等水准线路观测使用蔡司DiNi11电子数字水准仪及与之相配套的铟钢条码水准尺；跨河水准观测采用威特N3、T3及线条式铟瓦合金水准尺。 蔡司电子数字水准仪DiNi和威特N3、T3仪器都按要求送质验部门进行检定，取得合格证书。观测期间(观测前、观测中、观测后)按《国家一、二等水准测量规范》GB 12897一2006的要求进行检测，检测结果均符合规定要求。
4．4．2．5选点与埋石 (1)选点
水准点选择在地基坚实稳定、安全僻静，并利于长期保存与观测的地方。例如选择在路线附近的机关、学校、公园内等，满足地铁的走向及站口位置、拆迁改建范围、地铁远期规划建设用地等要求。 (2)埋石
根据《城市轨道交通工程测量规范》GB 50308一2008要求，每个车站均埋设2个基岩式水准点，共埋设132个水准点。
基岩点的埋设：采用钻探的方式，打钻孔到岩层并进入岩层0.55m，钻孔直径不小于108mm，放人直径与钻孔相同的金属套管直至岩层，将铜质标志焊在金属套管的盖上，埋设时将此盖套在金属管上，并现场浇灌混凝土。地面敷设水泥护圈和金属护盖。 墙上水准点的埋设：使用冲击钻在永久性建筑物的柱子上钻孔，安装膨胀螺栓并将不锈钢标志头固定在膨胀螺栓上。
4．4．2．6水准观测 (1)观测线路
水准观测路线基本沿坡度较小的、铺装材料为混凝土的公路、大路进行，避开了土质
松软的地段，避开了行人、车辆来往繁多的街道等。土质松软的地段，采用打钢钎代替尺垫进行施测；行人、车辆来往繁多的街道等地段，选取行人、车辆较少的时段进行施测，保证了观测精度。 (2)观测方式
采用单路线往返观测，一条路线的往返测必须使用同一类型的仪器和转点尺承，沿同一路线进行。在每一区段内，先连续进行所有测段的往测(或返测)随后再连续进行该区段的返测(或往测)。同一测段的往测(或返测)或返测(或往测)分别在上午与下午进行。 (3)观测方法
每个测站观测顺序按表4．4-2要求进行。
每个测站观测顺序 表4．4-2
往测时 奇数站：后—前—前—后 偶数站：前—后—后—前 奇数站：前—后—后—前 偶数站：后—前—前—后 反侧时
4．4．2．7外业计算及精度统计
外业观测记录手簿按各项限差和要求进行认真细致的检查后，根据观测成果编制外业高差与概略高程表，进行正常水准面不平行的改正、计算每千米水准测量偶然中误差、计算环线闭合差，并进行外业观测精度评定。
(1)正常水准面不平行的改正
水准测量所经路线不同，测得的高差结果也不相同，从而引起地面点高程的多值性。为把观测高程化为唯一确定的高程，就必须在观测高差中加入水准面不平行的改正。每个 测段均按下面公式进行了正常水准面不平行的改正：
AH (4．4-1) 式中A—常系数，A=1537．1×10一sin2咖； H一测段始、末点近似高程的平均值； —测段始、末点纬度差。 (2)环线闭合差
本水准网共177个水准点，组成10个闭合环。将各测段高差加入正常水准面不平行的改正数，再计算各环线闭合差。各环线闭合差见表4．4-3。
各环线闭合差统计表 表4．4-3 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
闭合环路线 Ⅱ537一Ⅱ地2-54一Ⅱ地2—1一Ⅱ537 Ⅱ地2-1一Ⅱ地2-54一Ⅱ地2-7一Ⅱ地6-4一Ⅱ地2-1 Ⅱ地2-7一Ⅱ地5-23一Ⅱ地6-7一Ⅱ地5-7一Ⅱ地2-7 黄花岗一Ⅱ地4．15一Ⅲ1501一Ⅱ地5_23一黄花岗 Ⅱ575一Ⅲ1501_Ⅱ地4-15一Ⅱ575 Ⅱ587_Ⅱ地7-7一Ⅱ地6_7_÷Ⅱ地5_4一Ⅱ587 Ⅱ地6．7一Ⅱ地5-23一Ⅱ地7．15一Ⅱ地7_7一Ⅱ地6_7 11607一Ⅱ575一Ⅱ地5-31一Ⅱ地7·15一Ⅱ607 Ⅱ600一Ⅱ地4七2一Ⅱ607一Ⅱ地7—15一Ⅱ597—11600 闭合环长度(km) 35．096 39．529 37．494 40．534 51．977 59．888 75．726 60．832 72．628 闭合差(mm) 3．7 -6．2 2．0 40．534 4．9 -7．8 4．6 13．2 9．6 允许值(mm) ±23．7 ±25．1 ±24．5 ±25．5 ±28．8 ±31．0 ±34．8 ±31．2 ±34．1
10 11600—11696一Ⅱ地4-22一Ⅱ600 72．090 -0.6 ±34．0 (3)水准测量的精度评定 水准测量作业结束后，利用每条水准路线测段往返测高差不符值计算每千米水准测量高差中数的偶然中误差，计算公式见式(4．3-2)。
水准网共有186个测段，按上式计算整网的M为±0.39m。《国家一、二等水准测量规范》GB 12897—2006要求每千米水准测量高差中数的偶然中误差M在±1mm以内，M小于限差要求，可见水准观测精度较高。
4．4．2．8跨河水准测量
水准网观测线路跨河水准测量23处，河宽在100～200m有10处，200～300m有5处，300～500m有7处，1000m以上的有1处。河宽在500m以下的采用光学测微法进行观测，河宽在500m以上采用经纬仪倾角法进行观测。
跨河水准测量严格按《国家一、二等水准测量规范》GB 1289r7—2006和《技术设计书》要求选定与布设场地，使仪器及标尺点构成平行四边形。作业方法、视线距水面的高度、时间段数、测回数、组数及仪器检查等按《国家一、二等水准测量规范》GB 1289r7—2006要求执行，保证了观测质量。跨河水准各路线的观测精度统计见表4．4—4。
表4．4．4中二等跨河水准观测高差中误差最大为3.71mm，最小为0.14mm；高差中数中误差最大为1.07mm，最小为0.06mm，跨河水准测量精度较高。
跨河水准各路线的观测精度统计表 表4．4-4 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 跨河路线 Ⅱ地2．1←→Ⅱ地6-1① Ⅱ地2-31←→Ⅱ地2-38 Ⅱ地5-7←→Ⅱ地6-4 Ⅱ地7．8←→Ⅱ地7-9 Ⅱ地6-7←→Ⅱ地8-1 Ⅱ537←→Ⅱ地2-1 Ⅱ地241←→Ⅱ地7-15 Ⅱ地2-59←→Ⅱ地7-7 Ⅱ537←→Ⅱ地2-48 Ⅱ地4-24←→Ⅱ地4-25① Ⅱ地5-2←→Ⅱ地5-3 Ⅱ地2-38←→Ⅱ地2-40 Ⅱ地2-l←→Ⅱ地6-1② Ⅱ地74←→Ⅱ地7-5 Ⅱ地7-12←→Ⅱ地7-13 Ⅱ地6-2←→Ⅱ地6-3 Ⅱ地7-14←→Ⅱ地7-15 Ⅱ600←→Ⅱ696 Ⅱ地8-3←→Ⅱ地2-58 Ⅱ地2-45←→Ⅲ1648 Ⅱ地4-24←→Ⅱ地4-25② 跨河视线长度(m) 104 106 116 138 15l 152 154 156 158 190 203 226 288 290 292 312 336 350 406 434 443 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 6 6 6 6 测回数 每测回高中误差(一)差 ±0．14 ±0．32 ±0．12 ±0．44 ±0．83 ±0．66 ±0．87 ±0．10 ±O．74 ±1．00 ±1．25 ±O．14 ±0．65 ±1．64 ±0．78 ±1．16 ±l_88 ±0．86 士1．69 ±1．81 ±2．03 高差中数中误差(mm) ±0．07 ±0．16 ±0．06 ±0．22 ±0．42 ±0．29 ±0．44 ±0．05 ±0．37 ±0．50 ±0．62 ±0．07 ±0．32 ±0．82 ±0．39 ±0．58 ±0．84 ±0．43 ±0．76 ±0．74 ±0．83
22 23 Ⅱ133←→Ⅱ地5-3l Ⅱ地5.50←→Ⅱ607 492 1105 6 12 ±1．25 ±3．7l ±0．51 ±1．07 注：表中有②符号的测段是该测段有2处跨河水准测量。 4．4．2．9水准网平差及平差方案
广州地处珠江三角洲前沿的河网地带，有不少冲积平原。原有的广州市二等水准点多采用普通标石埋设，经过多年来的地壳变化或受水准点附近施工工地的影响或多或少发生沉降，鉴于此因素，本高程控制网采用经检测且符合检测要求的16个广州市二等水准点作为本工程的起算点进行平差计算。乎差后得出每千米高差中误差1．18mm；高程中误差最大值2．5mm，最小值0．2mm，平均值1．6mm。
平差后将地铁1号线、2号线、3号线及广佛线已有水准点原有高程与新高程比较， 比较结果见表4．4-5
地铁1号线、2号线、3号线及广佛线已有水准点原有高程与新高程比较表表4．4-5 点名 标石类型 较差(mm) 点名 标石类型 较差(mm) Ⅱ地2-l Ⅱ地2-2 Ⅱ地2-3 Ⅱ地2-4 Ⅱ地2-41 Ⅱ地2-45 Ⅱ地2-47 Ⅱ地3-1 Ⅱ地3-6 Ⅱ地3-7 Ⅱ地3-8 Ⅱ地3-15 Ⅱ地3-16 Ⅱ地3-28 Ⅱ地3-29 基岩 基岩 普通 普通 基岩 基岩 基岩 基岩 普通 普通 基岩 普通 普通 基岩 普通 +0．2 -1．7 -2．2 -3．5 +3．9 +2．3 0 -4．1 -19．6 -21．6 -3．7 -3．9 -4．O +3．5 -1．2 Ⅱ地2-7 Ⅱ地2-12 Ⅱ地2-38 Ⅱ地2-40 Ⅱ广佛-40 Ⅱ广佛-49 Ⅱ广佛-50 Ⅱ地3-35 Ⅱ地2-3l Ⅱ695 Ⅲ1404 Ⅲ150l Ⅲ1648 谷Ⅲ6 基岩 基岩 基岩 基岩 基岩 基岩 基岩 普通 普通 普通 普通 普通 普通 普通 -1．1 -4．0 -0．7 +3．2 -0．5 +0．1 +0．2 -3．7 -225．5 -30．9 -19．5 +1．2 -30．8 -4．5 从表4．4x中看出，Ⅲ1404、Ⅲ150l、Ⅲ1648、谷Ⅲ6、Ⅱ695、Ⅱ地3-6、Ⅱ地3-7、Ⅱ地3-35、Ⅱ地2-31原高程与新测高程较差较大，这些点中包括原有地铁水准点。 为使地铁高程控制网统一，根据水准网形及原有水准点的分布情况，将符合两期水准点高程较差要求的原地铁水准点中的13个基岩水准点加上广州市二等水准点(16个)作为起算点，重新对水准网进行平差。平差后得出每千米高差中误差1．26mm；高程中误差最大值2．7mm，最小值0．2mm，平均1．7mm。成果满足《国家一、二等水准测量规范》GB 12897一2006和《城市轨道交通工程测量规范》GB 50308—2008要求，并以此作为广州市轨道交通工程2010年建设线路二等水准网的最终成果。 4．4．3天津地铁1号线水准网检测简介
4．4．3．1工程概况
天津地铁1号线北起北辰区刘园，南至津南区双林，总长度为26．188km。其中天津西站至新华路段为既有线，长7．4km，既有线以北新建路段长7．5km，以南新建路段长11．4km。全线共设22座车站，其中高架站有8座，地下站有13座，地面车站有l座。北段线路设有6座车站，其中刘园、西横堤、果酒厂、本溪路4站为高架站，勤俭道、洪湖里为地下站。中段线路设有7座车站，西站、西北角、西南角、二纬路、海光寺、鞍山道、营口道站全部为地下站。南段线路设有9座车站，其中小白楼、下瓦房、南楼、土城4站为地
下站，陈塘庄、复兴门、华山里、财经学院4站为高架站，双林为地面站。全部车站中有4个是岛式站台，其余为侧式站台。站间距离最小为0．784km，最大为l.624km，平均为1．225km。线路走向见图4．4-4天津地铁1号线线路示意图。
4．4．3．2天津地铁1号线水准网概况
天津地铁1号线水准点沿1号线线路布设，依据现场特点，高程控制网布设成城市轨道交通一等水准附合路线，水准网示意图见图4．4-5。天津地铁l号线水准网于2002年1月首次施测，采用大沽高程系2000年高程。
天津市是我国地面沉降严重城市之一，多年来由于过量开采地下流体资源的结果，宝坻断裂和蓟运河断裂以南均有不同程度的沉降现象。其中形成市区、塘沽、汉沽、大港和海河下游区为中心的五个沉降漏斗。多年的沉降资料显示，天津市区平均每年沉降20mm左右。
地铁l号线贯穿整个天津市区，处于沉降区内，因此对l号线的水准网进行定期检测，以便为地铁施工提供可靠的高程控制是非常必要的。根据天津市的沉降情况，最终确定天津地铁l号线水准网检测频率为每半年检测一次。
4．4．3．3天津地铁1号线水准网检测方法 (1)检测原则
天津地铁1号线水准网的检测以采用同等精度仪器、同等方法施测为原则，采用城市轨道交通一等水准测量的观测方法及限差要求，附合路线闭合差限差采用4Lmm(L为路线长度，单位为km)。
(2)外业观测
外业观测严格按照城市轨道交通一等水准测量的方法及测站限差执行。在开始观测前及结束观测时测定水准仪i角误差，同时观测严格按照城市轨道交通一等水准测量对作业时间、视线高度、视距差、视距累计差及测站限差的要求执行。
(3)内业数据处理
首先对外业观测数据进行100%复核，并统计各段线路闭合差。由于天津市地面沉降比较严重，作为起算点的国家二等水准点也在沉降，因此在计算线路闭合差时控制点的高程值应采用与观测时间最接近的年代的数值。
在确认外业观测数据无误后，采用威远图公司WELTOP软件进行严密平差计算。平差计算时已知点的高程统一采用设计单位提供的数值，进行强制附合平差。由于天津市地面沉
降比较严重，所以最终高程较差可能不能满足规范要求，因此，综合考虑沉降因素比较测段高差的较差，根据高差较差的情况确定水准点的稳定情况。
4．4．3．4天津地铁l号线水准网第三期检测概况
天津市地下铁道1号线工程全线水准网的第三次外业检测工作于2003。年7月完成。检测采用：N1007水准仪一台及配套铟瓦钢尺一副，仪器标称精度为：1mm/km。外业观测严格按照城市轨道交通一等水准测量的方法及测站限差执行，所有外业检测资料均经100％内业检查，往返测等各项限差均满足要求。
(1)外业观测数据可靠性及已知点相对稳定性分析
天津地铁1号线的水准起算点不同年代的已知高程值见表4．4—6，表中已知水准点2002年高程值为2002年11月天津市地面沉降监测整体平差结果，从表4．4-6中可以看出，不2007与不1860两水准点间不均匀沉降值最大为24mm。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 地铁1号线水准网起算点2000年、21102年高程值比较 表4．4—6 点名 2000年高程值(m) 2002年高程值(m) 2000～2002年沉降值(mm) 不1710 高天32 不1562 不320A 不2361 不382 JC-109 不2007 不1860 (2)数据处理
平差计算采用威远图公司WEXXTOP软件进行解算。
首先采用2002年高程进行整体平差计算，平差计算结果表明：成果精度满足规范要求，外业观测成果正确可靠。
然后再采用2000年高程进行强制约束整体平差计算，其中各项精度指标为：每千米高差中误差为±0.472mm；平差后最弱点高程中误差为±9.92mm；相邻点的相对高差中误差为±7.33mm。
(3)检测结果分析
通过与最近一次检测(2003年1月第二次检测)的测段高差进行比较，对检测点稳定性进行分析，两期检测段高差的较差见表4．4-7。 起点 不1710 BM01 BM02 高天32 BM03 BM04 不1562 BM08 BMCl9 不320A
3．812 3．27 4．296 2．698 3．803 2．774 1．928 3．774 3．651 3．7785 3．2438 4．2806 2．669 3．7747 2．7607 1．8956 3．7557 3．6087 33．5 26．2 15．4 29 28．3 13．3 32．4 18．3 42．3 天津地铁l号线水准网两期检测高差比较 表4．4-7 终点 2003年1月检测高差(m) 2003年7月检测高差(m) BM01 BMGl2 高天32 BM03 BM04 不1562 BM08 BM09 不320A JBM3 0.917l 0.0162 -1.6983 1.1831 0.2216 -0.1416 0.2504 -0.4794 -1.0678 0.6642 0.9188 0.0059 -1.6859 1.1827 0.2231 -0.1399 0.2480 -0.4790 -1.0649 0.6665 较差(mm) 01.7 10.3 -12.4 0.4 -1.5 -1.7 2.4 -0.4 -2.9 -2.3
JBM3 JBM6 不2361 JBM7 JBM11 不382 BMl7 BMl8 JC-109 BM24 BM25 不2007 BM31 JBM6 不2361 JBM7 JBM11 不382 BMl7 BMl8 JCl09 BM24 BM25 不2007 BM31 BM32 不1860 -2.1674 0.5651 -0.7832 0.8045 -1.5230 -1.4595 0.2472 -0.1864 1.2024 -0.5254 0．0350 -0．080 0．4368 -2.1660 0.5649 -0. 7854 0.8010 -1.5209 -1.4602 0.2406 -0.1848 1.2018 -0.05289 0.010348 -0.0784 0.4341 -1.4 0.2 2.2 3.5 -2.1 0.7 0.6 -1.6 0.6 3.5 0.2 -1.7 2.7 -0．3202 BM32 -0.3215 -1.3 从表4．4-7中可以看出，由于水准点BM01与BM02之间两期观测高差的较差为10.3mm，出现异常，水准点BM02与已知点高天32之间两期观测高差的较差为-12.4mm，出现异常，可以推断出水准点BM02发生了沉降异常。
(4)检测结论
从两期检测结果的比较分析中可以得出水准点BM02发生了沉降异常，其他水准点相对沉降正常，因此建议在施工过程中BM02水准点的高程应采用检测结果。
4．5．1概述
4．5数字水准仪简介
数字水准仪是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。1990年由Leica公司率先推出的世界上第一台数字水准仪NA2000，标志着水准测量技术的一个巨大的突破。它采用线阵CCD取代观测员的肉眼来读取标尺编码，并首次采用了数字图像处理技术处理标尺影像来获取高程和距离信息。进入21世纪，数字水准仪在中、高精度水准测量方面已获得了长足的发展，其测量精度已达到0.3～0.5mm／km。目前占据数字水准仪市场的主要瑞士Leica公司、德国Zeiss公司以及日本Topcon公司生产的几种型号的产品。国内各大家虽然也在积极进行数字水准仪方面的研究工作，但是由于数字水准仪本身是一种集光学、电子技术、计算机图像处理技术等于一体的高科技产品，与数字水准仪配套的数字编码水准尺也是一种高精度的水准标尺，其编码规则、刻画工艺、读数原理等一些关键性的技术难点没有解决，所以目前还没有相关国产产品上市。
4．5．2数字水准测量的工作原理
数字水准仪测量系统主要是由编码标尺、光学望远镜、补偿器、CCD传感器以及微处理控制器和相关的图像处理软件等组成，如图4．5．1所示。
虽然各厂家生产的数字水准仪采用的结构不完全相同，但是其基本工作原理相似，即标尺上的条码图案经过光反射，一部分光束直接成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一部分光束通过分光镜被转折到线阵CCD传感器的像平面上；经光电转换、整形后再经过模数转换，输出的数字信号被送到微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码(参考信号)按一定方式进行比较，即可获得高精度读数。在数字水准测量系统中，作为高程标准其使用的数字水准标尺的编码方式、读数原理对系统测量精度的影响是显而易见的。 4．5．3数字水准仪的特点
数字水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器(CCD)，并采用条码标尺和图象处理电子系统构成的光机电一体化的高科技测量仪器。数字水准仪与传统光学仪器相比有以下特点：
(1)读数客观。不存在误读、误记问题，没有人为读数误差。
(2)精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图像经处理后得出来的。
(3)容易掌握。由于采用自动安平和电子读数，不熟练的作业人员也能进行高精度的水准测量。
(4)速度快。自动读数和记录省去了报数、听记、现场计算等人工环节，减少了人为出错的几率，大大减少了因为人为出错而造成的重测，提高了整体的观测速度。
(5)效率高。只需照准、调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度。
(6)受调焦和折光差影响较大。当调焦不清晰或标尺光线昏暗或分画部分被遮挡时，会延迟读数时间甚至停止工作。
4．5．4几种常见的数字水准仪 4．5．4．1 DNA03数字水准仪
DNA03数字水准仪为徕卡公司研制的新型数字水准仪，每千米水准测量的偶然中误差±0.3mm。DNA03外观见图4．5-2。
DNA03数字水准仪的读数采用相关法。它的标尺一面是伪随机条形码，供电子测量用，另一面为区格式划分，供光学测量用。标尺条码采用的是一种非周期性的伪随机二进制代码，在全长为3037．5mm的标尺上分布有1500个宽度为2．025mm的码元。标尺片段见图4．5．3。水准尺的伪随机条形码图像已经事先被存储在数字水准仪中。测量时，由望远镜截取的某段条码被CCD传感器转换成测量信号后，与水准仪内存的参考信号作二维离散相关，相关函数值最大的地方其坐标值即为所求的高度读数；根据所成像的放大倍率司以求出视距的大小。在一个高度为0—3m、距离为l_8～100m的测量范围内，高度或距离上毫米级的微小 变化都将导致微处理器做几万次的相关系数计算。为减少次数，提高测量速度，读数过程被分为三步。第一步首先通过调焦透镜的位置算出一个粗略的视距；第二步是作粗相关，即根据精度要求在第一步所确定的大致距离的基础上以一定的步距改变仪器内存参考信号的宽窄与测量信号进行比较来探求近似值；最后一步是在粗相关结果的基础上进行精相关，找到其最佳相关位置，高精度地确定标尺条码相对于行阵探测器的位置以及标尺条码的比例，最终高精度的获取视距和高度的值。
4．5．4．2 DiNil2数字水准仪
DiNil2数字水准仪为蔡司公司研制的数字水准仪，每千米水准测量的偶然中误差为±0.3mm。DiNil2数字水准仪外观见图4．5．4。
DiNil2数字水准仪的读数采用几何法。其标尺采用双相位码，标尺每2cm划分为一个测量间距，由多个码条构成一个码词，每个测量间距的边界由黑白过渡线构成。标尺片段见图4．5-5。其下边界到标尺底部的高度，可由该测量间距中的码词判读出来。测量间距与该间距在CCD上的成像形成相似三角形，根据三角形相似定理可以求出测量间距与该间距在CCD上的成像之比，根据物像比可以计算视距等读数。它在1.5—100m范围内用。一个仅为30cm的最小视场就足以确定高程和视距的大小。标尺上的码元只被用来作粗测，精测则是通过探测码元间边界的明暗过渡来进行的。
4．5．4．3 DL-101C数字水准仪
DL．101C数字水准仪为拓普康公司研制的数字水准仪，每千米水准测量的偶然中误差 为±0．4ram。DL-101C外观见图4．5-6。
DL-101C数字水准仪的读数采用相位法。标尺片段见图4．5-7，其标尺采用RAB编码，共有3种不同的码条。R表示参考码，每隔30ram就有1组R码重复出现。在每组参考码R的左边10mm处有一道B码条，在每组参考码R的右边10ram处有一道A码条。A、B码条的宽度按正弦规律变化，A码条的周期为600mm，B码条的周期为570mm。根据A、B码在标尺某处的相位差可计算出该处到标尺底部的高度。
4．5．5数字水准仪的误差源及检定项目
4．5．5．1数字水准仪的误差来源
数字水准仪的误差源可分为与主机有关的误差、与条码尺有关的误差、与光电读数有关的误差3类。
(1)与主机有关的误差
与主机有关的误差包括圆水准器位置不正确误差、补偿器误差、视准轴误差和光电两分划板一致性误差。
1)圆水准器位置不正确误差
一般数字水准仪上安装有灵敏度为8'／2mm的圆水准器，如果其位置安装不正确，将导致水准仪的竖轴倾斜，同补偿器的补偿误差联合形成“水平面倾斜”误差，当然对某一测站，该项误差可能很小，但对于精密水准测量，该项误差会形成系统误差，从而影响测量结果的精度。
2)补偿器误差
当圆水准气泡整置在圆圈之内，具有8′补偿范围的吊丝重力摆补偿器将起到补偿作用。但仍存在着补偿器安置误差、补偿器滞后误差、补偿器补偿剩余误差及磁致误差。补偿器的安置误差反映补偿器建立水平视线的重复精度，即视线安平的精度，它不能通过测方法来改善，但它代表整个系统的质量。这是出厂的重要指标，要求DSZ05；级数字水准仪补
偿器的安平精度高于0.3″，DSZ1高于0.35″，DSZ3高于0．5″。补偿器滞后误差指其平衡位置与静止位置之差，反映了在时间上的延迟。在进行水准测量过程中，无论是整平仪器后或由后视转到前视时，如果没有足够时间等待补偿器充分稳定，由于补偿器重力摆居中力的影响，致使测量结果产生系统误差。因此置平仪器后或转向后不可立即测量，要有1—2s的延迟时间。
补偿器性能不完善导致仪器视准轴倾斜，会对前后视观测带来“水平面倾斜”误差。圆气泡倾斜l′的补偿剩余误差为 LS (4．5-1)
式中L——仪器倾斜与气泡居中韵标尺读数差(mm)； S——检定时仪器至标尺的距离(m)； ——仪器倾斜补偿极限角(″)。
自动安平水准仪处于磁场中补偿器将受到磁场的影响，从而影响视准线位置，造成读数误差。由于数字水准仪采用非磁性材料制造，在地球均匀磁场中影响小，但在交变磁场中仍有较大影响。因此，布设水准仪测量线路时，应避开大的发电厂、高压输电线、电气化铁路等强磁环境。
3)视准轴i角误差
数字水准仪具有光、电两个视准轴，光视准轴与常规仪器相同，电视准轴是由CCD传感器中点附近的一个参考像素和望远镜中心构成。因此数字水准仪有两个x界环境温度变化、振动、调焦及磁场都会引起i角的变化。光学视准轴用于条码尺的照准、调焦和光学读数，电子视准轴用于电子读数，电子读数是以CCD传感器上认定的中点附近参考像素为基准读数的。水准测量视除i角绝对值有限制外，i角的变化也不应太大。
4)十字丝竖丝与CCD焦线的一致性
数字水准仪有两个分画板，除传统的十字丝分画板外，还有一个线阵CCD传感器的光敏面，它是由无数个竖向排列的像素构成的一条“电竖丝”，用于电子读数。要求两竖丝应铅直并都位于望远镜物镜系统的焦平面上，这个条件称为光电两分画板的一致性。如果二者不一致将导致光学调焦清晰后，在CCD光敏面上的条码成像模糊，会引起读数误差或延长读数时间。如果电竖丝偏高或与光竖丝有交角，将会引起较大的测量误差，甚至会出现读不出数的情况。
(2)与条码尺有关的误差
目前精密数字水准仪配备的编码铟瓦尺多由德国蔡司公司制造，平均温度膨胀系数很 小约为O．75×10 16／cC，尺身由铝合金制成故不受温度影响，但是还存在以下缺陷和误差。
1)尺底面缺陷 ‘
标尺底面应当是标尺分画的零位置，若不为零其差值称零点差，两标尺零点差不会相等，其零点差的差值称为一对标尺的零点不等差。它对观测高差会带来误差，必须预先进行检验，在观测时应考虑到这种影响。在一测段内设偶数站且标尺交替前进，其影响在测段高差中得到清除。另外，尺底面不平和标尺底面垂直性误差，会对测量结果带来系统误差，也应加以检定，若超出0．1mm应采用尺圈作业。 2)水准尺缺陷
主要有水准尺的圆水准器不正确，铟瓦钢带拉力不正确、水准尺比例误差及变化、温度
膨胀系数、尺面弯曲和扭曲等影响。其中圆水准器不正确使尺子倾斜会导致较大的系统误差。 3)水准尺分画误差
包括标尺条码线的条码分画误差和有缺陷条码线引起的分画误差。通过对标尺的条码进行检定，然后与该种编码方法的条码理论宽度进行对比，求出条码的分画误差。是否改正要了解厂家的数据软件是否加入了此项改正。
(3)与条码尺光电读数有关的误差
主要有最小读数的进位误差和读数误差等。数字水准仪上的最小显示位数为0.1mm或0.0lmm，这将导致原始测量值的进位误差，最大可达最小显示位数之半。由于望远镜视场中部分条码被遮挡，测量过程中断及续测，对水准测量结果影响可达0.2—0.4mm。标尺照度不均匀或亮度不合适会产生读数误差或无法读数。此外视线位于尺子顶部或底部导致视场内有效条码个数减少、调焦位置不正确及测量信号分析和图像处理误差等内在因素影响，也会引起数字水准仪的读数误差。
4．5．5．2数字水准仪的检定项目
数字水准仪的检定方法可分为两类：分项检定和整体系统精度检定。
(1)分项检定项目
数字水准仪分项检定项目中，有一部分与光学自动安平水准仪相同，另一部分为数字水准仪的特殊检定项目，则需要设计专门的检定装置。表4．5—1为数字水准仪的分项检定项目。
数字水准仪的分项检定项目 表4．5．1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 被检部分 检定项目 通电检验 圆水准器的检校 所需检定设备 专用平行光管或检定场 专用平行光管或条码尺+两维倾台 专用平行光管或条码尺 专用平行光管或条码尺 磁致误差检定装置 专用平行光管或条码尺 专用平行光管、条码尺或专用检定场 条码尺+长度标准器 条码尺或专用平行光管 条码尺或专用平行光管 条码尺 专用检定场 两台经纬仪 钢直尺 长度标准器具 高低温实验室 专用检定设备或数字水准仪 数字水准仪 数字水准仪主机 调焦透镜运行误差 视线观测精度(安平精度) 视准轴误差(光学i角和电子i角) 望远镜分画板横丝与竖丝的垂直度 补偿误差的检定 磁致误差 测站单次高差的标准差 数字水准仪主机 每千米往返测高差标准差 鉴别率 CCD传感器位置正确性检定 条码尺不清晰对测量结果的影响 条码尺亮度对测量结果的影响 视距测量精度的检定 标尺的检验 圆水准器的检校 条码尺 标尺条码面弯曲差的测定 条码尺米真长及其条码分划误差 标尺温度膨胀系数 标尺零点差及一副标尺的零点不等差 标尺中轴线与标尺底面垂直性检定
(2)系统精度检定
数字水准仪系统精度检定是指将数字水准仪视线的高度的测量结果与已知值进行比较，求其视线高改正数、尺度改正数、是否存在视差及视线高测量精度等参数的过程。数字水准仪系统精度检定方法分为野外检定法和室内检定法。野外检定法就是在野外建立一组高程不等的标志点，其已知高程值由其他仪器测定。再用数字水准仪测量这些标志点并与已知值比较而得到系统精度。室内检定法是以双频激光干涉仪作为长度标准，用数字水准仪和双频激光干涉仪同时对条码尺的位移量进行测量，获得系统的尺长改正因子和视线高测量精度。室内检定的设备和装置由几大部分构成：数字水准仪支撑系统、比长器架及标尺支撑系统、双频激光干涉仪系统、标尺照明系统和数据处理软件。图4．5．8为室内检定装置原理图。
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