水準(zhǔn)原理及操作分解

1、水準(zhǔn)原理及操作衣鳳彬水準(zhǔn)原理 測量地面點(diǎn)高程的工作稱為高程測量，按使用儀器和施測方法的不同，高程測量分為水準(zhǔn)測量、三角高程測量和氣壓高程測量。水準(zhǔn)測量是高程測量中最基本的和精度較高的一種測量方法，在國家高程控制測量、工程勘測和施工測量中被廣泛應(yīng)采用。 水準(zhǔn)測量是利用水準(zhǔn)儀建立一條水平視線，借助水準(zhǔn)尺來測定地面兩點(diǎn)間的高差，從而由已知點(diǎn)高程及測得的高差求出待測點(diǎn)高程。水準(zhǔn)原理高程基準(zhǔn)面高程基準(zhǔn)面就是地面點(diǎn)高程的統(tǒng)一起算面，由于大地水準(zhǔn)面所形成的體形大地體是與整個(gè)地球最為接近的體形，因此通常采用大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面是假想海洋處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)的海水面延伸到大陸地面

2、以下所形成的閉合曲面。事實(shí)上，海洋受著潮汐、風(fēng)力的影響，永遠(yuǎn)不會(huì)處于完全靜止的平衡狀態(tài)，總是存在著不斷的升降運(yùn)動(dòng)，但是可以在海洋近岸的一點(diǎn)處豎立水位標(biāo)尺，成年累月地觀測海水面的水位升降，根據(jù)長期觀測的結(jié)果可以求出該點(diǎn)處海洋水面的平均位置，人們假定大地水準(zhǔn)面就是通過這點(diǎn)處實(shí)測的平均海水面。 長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗(yàn)潮驗(yàn)潮，進(jìn)行這項(xiàng)工作的場所稱為驗(yàn)潮站驗(yàn)潮站。 根據(jù)各地的驗(yàn)潮結(jié)果表明，不同地點(diǎn)平均海水面之間還存在著差異，因此，對(duì)于一個(gè)國家來說，只能根據(jù)一個(gè)驗(yàn)潮站所求得的平均海水面作為全國高程的統(tǒng)一起算面高程基準(zhǔn)面。1957年確定青島驗(yàn)潮站為我國基本驗(yàn)潮站，以該站1950年至1956年7年

3、間的潮汐資料推求的平均海水面作為我國的高程基準(zhǔn)面。以此高程基準(zhǔn)面作為我國統(tǒng)一起算面的高程系統(tǒng)名謂“19561956年黃海高程系統(tǒng)年黃海高程系統(tǒng)”。 “1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程基準(zhǔn)面的確立，對(duì)統(tǒng)一全國高程有其重要的歷史意義，對(duì)國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)研究等方面都起了重要的作用。但從潮汐變化周期來看，確立“1956年黃海高程系統(tǒng)”的平均海水面所采用的驗(yàn)潮資料時(shí)間較短，還不到潮汐變化的一個(gè)周期（一個(gè)周期一般為18.61年），同時(shí)又發(fā)現(xiàn)驗(yàn)潮資料中含有粗差，因此有必要重新確定新的國家高程基準(zhǔn)。 新的國家高程基準(zhǔn)面是根據(jù)青島驗(yàn)潮站19521979年19年間的驗(yàn)潮資料計(jì)算確定，根據(jù)這個(gè)高程基準(zhǔn)面作為全國高

4、程的統(tǒng)一起算面，稱為“19851985國家高程基準(zhǔn)國家高程基準(zhǔn)”。水準(zhǔn)原理為了長期、牢固地表示出高程基準(zhǔn)面的位置，作為傳遞高程的起算點(diǎn)，必須建立穩(wěn)固的水準(zhǔn)原點(diǎn)，用精密水準(zhǔn)測量方法將它與驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行聯(lián)測，以高程基準(zhǔn)面為零推求水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程，以此高程作為全國各地推算高程的依據(jù)。 我國的水準(zhǔn)原點(diǎn)網(wǎng)建于青島附近。在“1985國家高程基準(zhǔn)”系統(tǒng)中，我國水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為我國水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260m72.260m。 “1985國家高程基準(zhǔn)”已經(jīng)國家批準(zhǔn)，并從1988年1月1日開始啟用，今后凡涉及高程基準(zhǔn)時(shí)，一律由原來的“1956年黃海高程系統(tǒng)”改用“1985國家高程基準(zhǔn)”。由于新布測的國家一等

5、水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)是以“1985國家高程基準(zhǔn)”起算的，因此，今后凡進(jìn)行各等級(jí)水準(zhǔn)測量、三角高程測量以及各種工程測量，盡可能與新布測的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測，也即使用國家一等水準(zhǔn)測量成果作為傳算高程的起算值，如不便于聯(lián)測時(shí)，可在“1956年黃海高程系統(tǒng)”的高程值上改正一固定數(shù)值，而得到以“1985國家高程基準(zhǔn)”為準(zhǔn)的高程值。 水準(zhǔn)原理國家高程控制測量主要是用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布測。國家水準(zhǔn)網(wǎng)是全國范圍內(nèi)施測各種比例尺地形圖和各類工程建設(shè)的高程控制基礎(chǔ)，并為地球科學(xué)研究提供精確的高程資料，如研究地殼垂直形變的規(guī)律，各海洋平均海水面的高程變化，以及其他有關(guān)地質(zhì)和地貌的研究等。 水準(zhǔn)原理國家水準(zhǔn)網(wǎng)分4個(gè)

6、等級(jí)布設(shè)，一、二等水準(zhǔn)測量路線是國家的精密高程控制網(wǎng)。一等水準(zhǔn)測量路線構(gòu)成的一等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時(shí)也是研究地殼和地面垂直運(yùn)動(dòng)以及有關(guān)科學(xué)問題的主要依據(jù)，每隔1520年沿相同的路線重復(fù)觀測一次。構(gòu)成一等水準(zhǔn)網(wǎng)的環(huán)線周長根據(jù)不同地形的地區(qū)，一般在1 0002000km之間。在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)布設(shè)的二等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制的全面基礎(chǔ)，其環(huán)線周長根據(jù)不同地形的地區(qū)在500750km之間。一、二等水準(zhǔn)測量統(tǒng)稱為精密水準(zhǔn)測量。國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)采用由高級(jí)到低級(jí)、從整體到局部逐級(jí)控制、逐級(jí)加密的原則。水準(zhǔn)原理我國一等水準(zhǔn)網(wǎng)由289條路線組成，其中284條路線構(gòu)成100個(gè)閉合環(huán)，共計(jì)

7、埋設(shè)各類標(biāo)石近2萬余座。全國一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)略圖如圖所示。水準(zhǔn)原理二等水準(zhǔn)網(wǎng)在一等水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)。我國已有1 138條二等水準(zhǔn)測量路線，總長為13.7萬公里，構(gòu)成793個(gè)二等環(huán)。 三、四等水準(zhǔn)測量直接提供地形測圖和各種工程建設(shè)所必須的高程控制點(diǎn)。三等水準(zhǔn)測量路線一般可根據(jù)需要在高級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)加密，布設(shè)附合路線，并盡可能互相交叉，構(gòu)成閉合環(huán)。單獨(dú)的附合路線長度應(yīng)不超過200km；環(huán)線周長應(yīng)不超過300km。四等水準(zhǔn)測量路線一般以附合路線布設(shè)于高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)之間，附合路線的長度應(yīng)不超過80km。水準(zhǔn)原理城市和工程建設(shè)高程控制網(wǎng)一般按水準(zhǔn)測量方法來建立。為了統(tǒng)一水準(zhǔn)測量規(guī)格，考慮到城市和工程建設(shè)的特點(diǎn)，

8、城市測量和工程測量技術(shù)規(guī)范規(guī)定：水準(zhǔn)測量依次分為二、三、四等3個(gè)等級(jí)。首級(jí)高程控制網(wǎng)，一般要求布設(shè)成閉合環(huán)形，加密時(shí)可布設(shè)成附合路線和結(jié)點(diǎn)圖形。各等級(jí)水準(zhǔn)測量的精度和國家水準(zhǔn)測量相應(yīng)等級(jí)的精度一致。 城市和工程建設(shè)水準(zhǔn)測量是各種大比例尺測圖、城市工程測量和城市地面沉降觀測的高程控制基礎(chǔ)，又是工程建設(shè)施工放樣和監(jiān)測工程建筑物垂直形變的依據(jù)。 水準(zhǔn)測量的實(shí)施，其工作程序是：水準(zhǔn)網(wǎng)的圖上設(shè)計(jì)、水準(zhǔn)點(diǎn)的選定、水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)、水準(zhǔn)測量觀測、平差計(jì)算和成果表的編制。水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)力求做到經(jīng)濟(jì)合理，因此，首先要對(duì)測區(qū)情況進(jìn)行調(diào)查研究，搜集和分析測區(qū)已有的水準(zhǔn)測量資料，從而擬定出比較合理的布設(shè)方案。如果測區(qū)的

9、面積較大，則應(yīng)先在1：25 000 1：100 000比例尺的地形圖上進(jìn)行圖上設(shè)計(jì)。水準(zhǔn)原理圖上設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則： （1）水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量沿坡度小的道路布設(shè)，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避免跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。 （2）水準(zhǔn)路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準(zhǔn)路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免電磁場對(duì)水準(zhǔn)測量的影響。 （3）布設(shè)首級(jí)高程控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)考慮到便于進(jìn)一步加密。 （4）水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)盡可能布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，個(gè)別情況下亦可布設(shè)成附合路線。水準(zhǔn)點(diǎn)間的距離：一般地區(qū)為24km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為12km。 （5）應(yīng)與國家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。 （6）

10、注意測區(qū)已有水準(zhǔn)測量成果的利用。 水準(zhǔn)原理 根據(jù)上述要求，首先應(yīng)在圖上初步擬定水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案，再到實(shí)地選定水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)點(diǎn)位置。在實(shí)地選線和選點(diǎn)時(shí)，除了要考慮上述要求外，還應(yīng)注意使水準(zhǔn)路線避開土質(zhì)松軟地段，確定水準(zhǔn)點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)考慮到水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后點(diǎn)位的穩(wěn)固安全，并能長期保存，便于施測。為此，水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)上最為可靠的地點(diǎn)，避免設(shè)置在水灘、沼澤、沙土、滑坡和地下水位高的地區(qū)；埋設(shè)在鐵路、公路近旁時(shí)，一般要求離鐵路的距離應(yīng)大于50m，離公路的距離應(yīng)大于20m，應(yīng)盡量避免埋設(shè)在交通繁忙的岔道口；墻上水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在永久性的大型建筑物上。 水準(zhǔn)點(diǎn)選定后，就可以進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)工作。我們知道，水準(zhǔn)點(diǎn)

11、的高程就是指嵌設(shè)在水準(zhǔn)標(biāo)石上面的水準(zhǔn)標(biāo)志頂面相對(duì)于高程基準(zhǔn)面的高度，如果水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)質(zhì)量不好，容易產(chǎn)生垂直位移或傾斜，那么即使水準(zhǔn)測量觀測質(zhì)量再好，其最后成果也是不可靠的，因此務(wù)必十分重視水準(zhǔn)標(biāo)石的埋設(shè)質(zhì)量。水準(zhǔn)原理國家水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的制作材料、規(guī)格和埋設(shè)要求，在國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（以下簡稱水準(zhǔn)規(guī)范）中都有具體的規(guī)定和說明。關(guān)于工程測量中常用的普通水準(zhǔn)標(biāo)石是由柱石和盤石兩部分組成，如左下圖所示，標(biāo)石可用混凝土澆制或用天然巖石制成。水準(zhǔn)標(biāo)石上面嵌設(shè)有銅材或不銹鋼金屬標(biāo)志，如右下圖所示。水準(zhǔn)原理水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 水準(zhǔn)測量的儀器和工具 水準(zhǔn)測量所使用的儀器為水準(zhǔn)儀，工具為水準(zhǔn)尺和尺墊。 水準(zhǔn)儀按儀器精度

12、分有DS05、DSl、DS3、DSl0等四種型號(hào)。D、S分別為“大地測量”和“水準(zhǔn)儀”的漢語拼音第一個(gè)字母；數(shù)字05、1、3、10表示該儀器的精度。 水準(zhǔn)儀的構(gòu)造（ DS3微傾式水準(zhǔn)儀） 根據(jù)水準(zhǔn)測量的原理，水準(zhǔn)儀的主要作用是提供一條水平視線，并能照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)。 它主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分構(gòu)成。圖22是我國生產(chǎn)的DS3型微傾式水準(zhǔn)儀。 圖2-2 DS3微傾式水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 望遠(yuǎn)鏡的作用是能使我們看清不同距離的目標(biāo)，并提供一條照準(zhǔn)目標(biāo)的視線。 DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造圖，主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構(gòu)成。物鏡、調(diào)焦透鏡和目鏡多采用復(fù)合透鏡組。物鏡固定在

13、物鏡筒前端，調(diào)焦透鏡通過調(diào)焦螺旋可沿光軸在鏡筒內(nèi)前后移動(dòng)。十字絲分劃板是安裝在物鏡與目鏡之間的一塊平板玻璃，上面刻有兩條相互垂直的細(xì)線，稱為十字絲。豎的一條是豎絲，中間橫的一條稱為中絲(或橫絲)，是為了瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀取讀數(shù)用的。在中絲的上下還對(duì)稱地刻有兩條與中絲平行的短橫線，是用來測距離的，稱為視距絲。十字絲分劃板通過壓環(huán)安裝在分劃板座上，套入物鏡筒后再通過校正螺釘與鏡筒固連。 物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線稱為視準(zhǔn)軸或視準(zhǔn)線(圖2-3)。視準(zhǔn)軸是水準(zhǔn)測量中用來讀數(shù)的視線。水準(zhǔn)測量是在視準(zhǔn)軸水平時(shí)，用十字絲的中絲截取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 望遠(yuǎn)鏡成像原理如圖24所示，目標(biāo)AB經(jīng)過物鏡后，形成一倒

14、立縮小的實(shí)像ab。移動(dòng)對(duì)光凹透鏡可使不同距離的目標(biāo)均能成像在十字絲平面上，再通過目鏡的作用，可看清同時(shí)放大了的十字絲和目標(biāo)影像ab。 圖2-4 望遠(yuǎn)鏡成像原理 通過望遠(yuǎn)鏡所看到的目標(biāo) 影像的視角與肉眼直接 觀察該目標(biāo)的視角之比， 稱為望遠(yuǎn)鏡的放大率。 通過望遠(yuǎn)鏡所看到的 目標(biāo)影像的視角為，用肉眼直接觀察該目標(biāo)的視角可近似的認(rèn)為是，故放大率。DS3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡放大率為28倍。水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器 水準(zhǔn)器是用來判別視準(zhǔn)軸是否水平或儀器豎軸是否豎直的裝置。水準(zhǔn)器有管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器兩種。管水準(zhǔn)器用來判別視準(zhǔn)軸是否水平，圓水準(zhǔn)器用來判別豎軸是否豎直。 管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器 管水準(zhǔn)器又稱水準(zhǔn)管，在管內(nèi)

15、存在一個(gè)氣泡。由于氣泡很輕，故恒處于管內(nèi)最高位置。水準(zhǔn)管圓弧中點(diǎn)O稱為水準(zhǔn)管零點(diǎn)。過零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧相切的直線LL，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡中心與零點(diǎn)重合時(shí)，稱氣泡居中，這時(shí)水準(zhǔn)管軸處于水平位置。 水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)水準(zhǔn)管2mm的弧長所對(duì)圓心角稱為水準(zhǔn)管分劃值即氣泡每移動(dòng)一格時(shí)，水準(zhǔn)管軸所傾斜的角值。該值為： (2-4) 式中：R水準(zhǔn)管圓弧半徑，mm；206265。 水準(zhǔn)管分劃值的大小反映了儀器置平精度的高低。式（2-4）說明水準(zhǔn)管半徑愈大，分劃值愈小，則水準(zhǔn)管靈敏度(整平儀器的精度)愈高。安裝在 圖2-6 水準(zhǔn)管分劃值DS3型儀器上的水準(zhǔn)管，其分劃值為202mm。為了提高調(diào)整水準(zhǔn)管氣泡居中的精度和速

16、度，微傾式水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)管上方安裝一組符合棱鏡，如圖27a所示。通過符合棱鏡的折光作用，使氣泡兩端各半個(gè)影像反映在望遠(yuǎn)鏡旁的氣泡觀察窗中。若氣泡兩端的半像吻合時(shí)，表示氣泡居中。若兩端半像錯(cuò)開(圖27b)，則表示氣泡不居中，這時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使氣泡半像吻合(圖27c)。這種水準(zhǔn)器稱為符合水準(zhǔn)器。 圖27 符合水準(zhǔn)器R2水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器(圖28)頂面的內(nèi)壁是一個(gè)球面，球面中央有圓分劃圈，圓圈的中心稱為水準(zhǔn)器零點(diǎn)。通過零點(diǎn)的球面法線，稱為圓水準(zhǔn)軸，當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)軸處于豎直位置。圓水準(zhǔn)器的分劃值是指通過零點(diǎn)的任意一個(gè)縱斷面上，氣泡中心偏離2mm的弧長所對(duì)圓心角的大小。D

17、S3水準(zhǔn)儀圓水準(zhǔn)器分劃值一般為810/2mm。由于它的精度較低，故只用于儀器的概略整平。 基座圖基座圖 2-8 圓水準(zhǔn)器基座的作用是支撐儀器的上部并與三腳架連接?；饕奢S座、腳螺旋和連接板構(gòu)成。儀器上部通過豎軸插入軸座內(nèi)，由基座托承。整個(gè)儀器用連接螺旋與三腳架連結(jié)。水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺是水準(zhǔn)測量時(shí)使用的標(biāo)尺。其質(zhì)量的好壞直接影響水準(zhǔn)測量的精度。因此，水準(zhǔn)尺需用不易變形且干燥的優(yōu)質(zhì)木材制成；要求尺長穩(wěn)定，分劃準(zhǔn)確。如圖29所示，常用的水準(zhǔn)尺有塔尺和雙面尺兩種，用優(yōu)質(zhì)木材或玻璃鋼制成。 塔尺由兩節(jié)或三節(jié)套接而成(圖29a)，長度有3m和5m兩種。尺的底部為零刻劃，尺面以黑

18、白相間的分劃刻劃，每格寬lcm，也有的為05cm，分米處注有數(shù)字，大于lm的數(shù)字注記加注紅點(diǎn)或黑點(diǎn)，點(diǎn)的個(gè)數(shù)表示米數(shù)。塔尺因節(jié)段接頭處存在誤差，故多用于精度要求較低的水準(zhǔn)測量中。雙面尺也叫直尺或板尺(圖29b)，多用于三、四等水準(zhǔn)測量。 圖29 水準(zhǔn)尺尺的長度有2m和3m兩種。尺的雙面均有刻劃，一面為黑白相間，稱為黑面尺(也稱基本分劃)，尺底端起點(diǎn)為零；尺的另一面為紅白相間，稱為紅面尺(也稱輔助分劃)，尺底端起點(diǎn)不為零，而是一常數(shù)K。一根尺常數(shù)為4.687m，另一根尺常數(shù)為4.787m。一根尺由4.687m開始至6.687m或7.687m，另一根尺由4.787m開始至6.787m或7.787m

19、。雙面尺一般成對(duì)使用，利用黑紅面尺零點(diǎn)差可對(duì)水準(zhǔn)測量讀數(shù)進(jìn)行檢核。水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu) 尺墊尺墊尺墊由三角形的鑄鐵塊制成(圖210)，上部中央有突起的半球。使用時(shí)，將尺墊踏實(shí)，以防下沉，把水準(zhǔn)尺立于突起的半球頂部。突起的半球頂點(diǎn)作為豎立水準(zhǔn)尺和標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)之用。 圖2-10 尺墊 我國水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目水準(zhǔn)儀系列型號(hào)S05S1S3S10每公里往返平均高差中誤差望遠(yuǎn)鏡放大率望遠(yuǎn)鏡有效孔徑管狀水準(zhǔn)器格值測微器有效量測范圍測微器最小分格值0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm20/2

20、mm自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償性能補(bǔ)償范圍安平精度安平時(shí)間不長于80.12s80.22s80.52s1022s圖aWild N3精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀 圖b圖cWild N3精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)儀的使用 水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用 水準(zhǔn)儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精平和讀數(shù)等操作步驟。(1)安置水準(zhǔn)儀在測站上安置三腳架，調(diào)節(jié)架腳使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架伸縮螺旋是否擰緊。然后打開儀器箱取出水準(zhǔn)儀，用連接螺旋把水準(zhǔn)儀安置在三腳架頭上，安裝時(shí)，應(yīng)用手扶住儀器，以防儀器從架頭滑落。(2)粗略整平粗略整平是用儀器腳螺旋將圓水準(zhǔn)器氣泡調(diào)節(jié)到居中位置，借助圓水準(zhǔn)器的氣泡局中，使儀

21、器豎軸大致鉛直，視準(zhǔn)軸粗略水平。具體作法是：先將腳架的兩架腳踏實(shí)，操縱另一架腳左右、前后緩緩移動(dòng)，使圓水準(zhǔn)氣泡基本居中(氣泡偏離零點(diǎn)不要太遠(yuǎn))，再將此架腳踏實(shí)，然后調(diào)節(jié)腳螺旋使氣泡完全居中。調(diào)節(jié)腳螺旋的方法如圖2-11所示。在整平過程中，氣泡移動(dòng)的方向與左手(右手)大拇指轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致 圖211 圓水準(zhǔn)氣泡整平 (相反)；有時(shí)要按上述方法反復(fù)調(diào)整腳螺旋，才能使氣泡完全居中。水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用(3)瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 首先進(jìn)行目鏡對(duì)光，即把望遠(yuǎn)鏡對(duì)著明亮背景，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)焦螺旋使十字絲成像清晰。再松開制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡筒上部的準(zhǔn)星和照門大致對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺后，擰緊制動(dòng)螺旋。然后從望遠(yuǎn)

22、鏡內(nèi)觀察目標(biāo)，調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋，使水準(zhǔn)尺成像清晰。最后用微動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使十字絲豎絲對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的中間稍偏一點(diǎn)，以便讀數(shù)。在物鏡調(diào)焦后，當(dāng)眼睛在目鏡端上下作少量移動(dòng)時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)十字絲與目標(biāo)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是目標(biāo)通過物鏡所成的像沒有與十字絲平面重合(圖212)。由于視差的存在會(huì)影響觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以必須加以消除。 圖212 視差現(xiàn)象消除視差的方法是仔細(xì)地反復(fù)進(jìn)行目鏡和物鏡調(diào)焦。直到眼睛上移動(dòng)，讀數(shù)不變?yōu)橹埂４藭r(shí)，從目鏡端見到十字絲與目標(biāo)的像都十分清晰。水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用水準(zhǔn)儀的使用(4)精確整平與讀數(shù) 精確整平是調(diào)節(jié)微傾螺旋，使目鏡左邊觀察窗內(nèi)的符

23、合水準(zhǔn)器的氣泡兩個(gè)半邊影像完全吻合。這時(shí)水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸處于精確水平位置。精平時(shí)，由于氣泡移動(dòng)有一個(gè)慣性，所以轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋的速度不能太快。只有符合氣泡兩端影像完全吻合而又穩(wěn)定不動(dòng)后，才表示水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸處于精確水平位置。符合水準(zhǔn)器氣泡居中后，即可讀取十字絲中絲截在水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。直接讀出米、分米和厘米，估讀出毫米(見圖2-13)?，F(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多采用倒像望遠(yuǎn)鏡，因此讀數(shù)時(shí)應(yīng)從小往大，即從上往下讀。也有正像望遠(yuǎn)鏡，讀數(shù)與此相反。精確整平與讀數(shù)雖是兩項(xiàng)不同的操作步驟，但在水準(zhǔn)測量的實(shí)施過程中，卻把兩項(xiàng)操作視為一體，即精平后在讀數(shù)，讀數(shù)后還要檢查管水準(zhǔn)氣泡是否完全符合，只有這樣，才能取得準(zhǔn)確的讀數(shù)。 圖21

24、3 水準(zhǔn)尺讀數(shù) 水準(zhǔn)測量方法 如圖2-l所示，欲測定A、B兩點(diǎn)間的高差，可在A、B兩點(diǎn)分別豎立有刻劃的尺子水準(zhǔn)尺，并在A、B之間安置一臺(tái)能提供水平線的儀器水準(zhǔn)儀。根據(jù)水準(zhǔn)儀的水平視線，分別讀取A點(diǎn)水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)a和B點(diǎn)水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)b，則A、B兩點(diǎn)高差為： 式2-1水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量方向是由已知高程點(diǎn) 開始向待測點(diǎn)方向行進(jìn)。在 圖21中，A為已知高程點(diǎn)， B為待測點(diǎn)， 則A尺上的讀數(shù)a稱為后視讀數(shù)， B尺上的讀數(shù)b稱為前視讀數(shù)。 若已知A點(diǎn)高程 ，則B點(diǎn)高程 為 ： 式2-2 由圖21可看出，還可通過儀器的視線高程來計(jì)算B點(diǎn)高程，即 式2-3 式（2-2）直接利用高差 計(jì)算B點(diǎn)高程，稱為高

25、差法； 式（2-3）是利用儀器視線高程 計(jì)算B點(diǎn)高程，稱為儀高法。 在某種情況下，要根據(jù)一個(gè)后視點(diǎn)的高程同時(shí)測定多個(gè)前視點(diǎn)的高程，這時(shí)儀高法比高差法方便。 AHBH)(baHhHHAABABABhiH水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量施測水準(zhǔn)測量施測當(dāng)已知水準(zhǔn)點(diǎn)與待測高程點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)或兩點(diǎn)間高差很大，安置一次儀器無法測到兩點(diǎn)高差時(shí)，就需要把兩點(diǎn)間分成若干段，連續(xù)安置儀器測出每段高差，然后依次推算高差和高程。如圖215所示，水準(zhǔn)點(diǎn)BMA的高程為54206m，現(xiàn)擬測定B點(diǎn)高程，施測步驟如下： 在離A適當(dāng)距離處選擇點(diǎn)TP1，安放尺墊，在A、1兩點(diǎn)上分別豎立水準(zhǔn)尺。在距A點(diǎn)和1點(diǎn)大致等距離處安置水準(zhǔn)儀，瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)

26、A，精平后讀得后視讀數(shù)a1為1.364，記入水準(zhǔn)測量手簿(表21)。旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，瞄準(zhǔn)前視點(diǎn)1，精平后讀得前視讀數(shù)b1為0.979，記人手簿。 圖215 水準(zhǔn)測量施測計(jì)算出A、1兩點(diǎn)高差為+0.385。此為一個(gè)測站的工作。點(diǎn)1的水準(zhǔn)尺不動(dòng)，將A點(diǎn)水準(zhǔn)尺，立于點(diǎn)2處，水準(zhǔn)儀安置在1、2點(diǎn)之間，與上述相同的方法測出1、2點(diǎn)的高差，依次測至終點(diǎn)B。水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量施測水準(zhǔn)測量施測每一測站可測得前、后視兩點(diǎn)間的高差，即h1=a1-b1h2=a2-b2hi=ai-bi 將各式相加，得 bahhAB水準(zhǔn)測量方法bahhAB在上述施測過程中，點(diǎn)1、2、3是臨時(shí)的立尺點(diǎn)，作為傳遞高程的過渡點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)(簡

27、記為TP)。由上述可知，在觀測過程中，TP.1,TP.2,TP.3僅起傳遞高程的作用，它們無固定標(biāo)志，無需算出高程。水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量檢核水準(zhǔn)測量檢核 測站檢核測站檢核在水準(zhǔn)測量每一站測量時(shí)，任何一個(gè)觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，都將導(dǎo)致所測高差不正確。因此，對(duì)每一站的高差，都必須采取措施進(jìn)行檢核測量，這種檢核稱為測戰(zhàn)檢核。測站檢核通常采用變動(dòng)儀高法和雙面尺法。(1)變動(dòng)儀高法 在每一測站上測出兩點(diǎn)高差后，改變儀器高度再測一次高差，測得兩次高差以進(jìn)行比較檢核。兩次高差之差不超過容許值(如圖根水準(zhǔn)測量容許值為土6mm)，取其平均值作最后結(jié)果；若超過容許值，則需重測。(2)雙面尺法在每一測站上，儀器高度不

28、變，分別測出兩點(diǎn)的黑面尺高差和紅面尺高差，測得兩次高差，相互進(jìn)行校核。若同一水準(zhǔn)尺紅面讀數(shù)與黑面讀數(shù)之差，以及紅面尺高差與黑面尺高差均在容許值范圍內(nèi)，取平均值作最后結(jié)果，否則應(yīng)重測。水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量檢核水準(zhǔn)測量檢核 成果檢核成果檢核測站檢核能檢查每一測站的觀測數(shù)據(jù)是否存在錯(cuò)誤，但有些誤差，例如在轉(zhuǎn)站時(shí)轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置被移動(dòng)，測站檢核是查不出來的。此外，每一測站的高差誤差如果出現(xiàn)符號(hào)一致性，隨著測站數(shù)的增多，誤差積累起來，就有可能使高差總和的誤差積累過大。因此，還必須對(duì)水準(zhǔn)測量進(jìn)行成果檢核，其方法是將水準(zhǔn)路線布設(shè)成如下幾種形式：(1)附合水準(zhǔn)路線 如圖216a，從一個(gè)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM5起，沿

29、各待測高程的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后連測到另一個(gè)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM7上，這種形式稱為附合水準(zhǔn)路線。附合水準(zhǔn)路線中各測 圖216 水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式站實(shí)測高差的代數(shù)和應(yīng)等于兩已知水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差。由于實(shí)測高差存在誤差，使兩者之間不完全相等，其差值 稱為高差閉合差，即 式中： 附合路線終點(diǎn)高程； 起點(diǎn)高程。)(始終ihHHhfkf終H始H水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量檢核水準(zhǔn)測量檢核 成果檢核成果檢核(2)閉合水準(zhǔn)路線如圖216b，從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM8出發(fā)，沿環(huán)形路線進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后測回到水準(zhǔn)點(diǎn)BM8，這種形式稱為閉合水準(zhǔn)路線。閉合水準(zhǔn)路線中各段高差的代數(shù)和應(yīng)為零，但實(shí)測高差總和不一定為零，從而產(chǎn)

30、生閉合差 ，即 式 (27)(3)支水準(zhǔn)路線如圖216c，從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)BM6出發(fā)，最后沒有連測到另一已知水準(zhǔn)點(diǎn)上，也未形成閉合，稱為支水準(zhǔn)路線。支水準(zhǔn)路線要進(jìn)行往、返測，往測高差總和與返測高差總和應(yīng)大小相等符號(hào)相反。但實(shí)測值兩者之間存在差值，即產(chǎn)生高差閉合差 (2-8)高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測量誤差，故閉合差的數(shù)值應(yīng)該在容許值范圍內(nèi)，否則應(yīng)檢查原因。kfikhf返往khhf水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量檢核水準(zhǔn)測量檢核 成果檢核成果檢核返工圖根水準(zhǔn)測量高差閉合差容許值為： (29)四等水準(zhǔn)測量高差閉合差容許值為： (210)式(29)和式(210)中：L為水準(zhǔn)路線總長(以公里為單位)；，n為

31、測站數(shù) 水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量成果計(jì)算水準(zhǔn)測量成果計(jì)算 附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算水準(zhǔn)測量的成果計(jì)算，首先要算出高差閉合差，它是衡量水準(zhǔn)測量精度的重要指標(biāo)。當(dāng)高差閉合差在容許值范圍內(nèi)時(shí)，再對(duì)閉合差進(jìn)行調(diào)整，求出改正后的高差，最后求出待測水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。圖217是根據(jù)水準(zhǔn)測量手簿整理得到的觀測數(shù)據(jù)，各測段高差和測站數(shù)如圖所示。A、B為已知高程水準(zhǔn)點(diǎn)， l、2、3點(diǎn)為待求高程的水準(zhǔn)點(diǎn)。 圖217 附合水準(zhǔn)路線計(jì)算圖水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量成果計(jì)算水準(zhǔn)測量成果計(jì)算 附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算列表22進(jìn)行高差閉合差的調(diào)整和高程計(jì)算。(1)高差閉合差的計(jì)算 由式(

32、2-6)： =-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m按山地及圖根水準(zhǔn)精確度計(jì)算閉合差容許值為： ，符合圖根水準(zhǔn)測量技術(shù)要求。水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量成果計(jì)算水準(zhǔn)測量成果計(jì)算 附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算(2)閉合差調(diào)整閉合差的調(diào)整是按與距離或與測站數(shù)成正比例反符號(hào)分配到各測段高差中。第i測段高差改正數(shù)按下式計(jì)算： (2-11)或 (2-12)式中：n路線總測站數(shù)；ni第i段測站數(shù)；L 路線總長； Di第i段距離。由式(211)算出第一段(A1)的改正數(shù)為：其他各測段改正數(shù)按式(211)算出后列入表22中。改正數(shù)的總和與高差閉合差大小相等符號(hào)相反。每測段實(shí)測高差加相應(yīng)的改正數(shù)便得到改正后的高差。水準(zhǔn)測量方法 水準(zhǔn)測量成果計(jì)算水準(zhǔn)測量成果計(jì)算 附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算附合水準(zhǔn)路線測量成果計(jì)算(3)計(jì)算各點(diǎn)