水準儀及全站儀的測量原理及使用方法

1、工程測量二板斧： 水準儀、全站儀的使用方法一、水準儀及其使用方法高程測量是測繪地形圖的基本工作之一，另外大量的工程、建筑施工也必須量測地面高程，利用水準儀進行水準測量是精密測量高程的主要方法一、水準儀器組合：1.望遠鏡 2.調(diào)整手輪 3.圓水準器 4.微調(diào)手輪 5.水平制動手輪 6.管水準器 7.水平微調(diào)手輪 8.腳架二、操作要點：在未知兩點間，擺開三腳架，從儀器箱取出水準儀安放在三腳架上，利用三個機座螺絲調(diào)平，使圓氣泡居中，跟著調(diào)平管水準器。水平制動手輪是調(diào)平的，在水平鏡內(nèi)通過三角棱鏡反射，水平重合，就是平水。將望遠鏡對準未知點（1）上的塔尺，再次調(diào)平管水平器重合，讀出塔尺的讀數(shù)（后視），把

2、望遠鏡旋轉(zhuǎn)到未知點（2）的塔尺，調(diào)整管水平器，讀出塔尺的讀數(shù)（前視），記到記錄本上。計算公式：兩點高差=后視前視。三、校正方法：將儀器擺在兩固定點中間，標出兩點的水平線，稱為a、b線，移動儀器到固定點一端，標出兩點的水平線，稱為a、b 。計算如果abab時，將望遠鏡橫絲對準偏差一半的數(shù)值。用校針將水準儀的上下螺釘調(diào)整，使管水平泡吻合為止。重復以上做法，直到相等為止。四、水準儀的使用方法   水準儀的使用包括：水準儀的安置、粗平、瞄準、精平、讀數(shù)五個步驟。1. 安置安置是將儀器安裝在可以伸縮的三腳架上并置于兩觀測點之間。首先打開三腳架并使高度適中，用目估法使架頭大致水平并檢查

3、腳架是否牢固，然后打開儀器箱，用連接螺旋將水準儀器連接在三腳架上。2. 粗平粗平是使儀器的視線粗略水平，利用腳螺旋置園水準氣泡居于園指標圈之中。具體方法用儀器練習。在整平過程中，氣泡移動的方向與大姆指運動的方向一致。3. 瞄準瞄準是用望遠鏡準確地瞄準目標。首先是把望遠鏡對向遠處明亮的背景，轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲最清晰。再松開固定螺旋，旋轉(zhuǎn)望遠鏡，使照門和準星的連接對準水準尺，擰緊固定螺旋。最后轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準尺的清晰地落在十字絲平面上，再轉(zhuǎn)動微動螺旋，使水準尺的像靠于十字豎絲的一側(cè)。4. 精平精平是使望遠鏡的視線精確水平。微傾水準儀，在水準管上部裝有一組棱鏡，可將水準管氣泡兩端，折

4、射到鏡管旁的符合水準觀察窗內(nèi)，若氣泡居中時，氣泡兩端的象將符合成一拋物線型，說明視線水平。若氣泡兩端的象不相符合，說明視線不水平。這時可用右手轉(zhuǎn)動微傾螺旋使氣泡兩端的象完全符合，儀器便可提供一條水平視線，以滿足水準測量基本原理的要求。注意？氣泡左半部份的移動方向，總與右手大拇指的方向不一致。5. 讀數(shù)用十字絲，截讀水準尺上的讀數(shù)。現(xiàn)在的水準儀多是倒象望遠鏡，讀數(shù)時應由上而下進行。先估讀毫米級讀數(shù)，后報出全部讀數(shù)。注意，水準儀使用步驟一定要按上面順序進行，不能顛倒，特別是讀數(shù)前的符合水泡調(diào)整，一定要在讀數(shù)前進行。五、水準儀的測量測定地面點高程的工作，稱為高程測量。高程測量是測量的基本工作之一。高

5、程測量按所使用的儀器和施測方法的不同，可以分為水準測量、三角高程測量、GPS高程測量和氣壓高程測量。水準測量是目前精度最高的一種高程測量方法，它廣泛應用于國家高程控制測量、工程勘測和施工測量中。水準測量的原理是利用水準儀提供的水平視線，讀取豎立于兩個點上的水準尺上的讀數(shù)，來測定兩點間的高差，再根據(jù)已知點高程計算待定點高程。如下圖所示，在地面上有A、B兩點，已知A點的高程為HA、為求B點的高程HB，在A、B兩點之間安骨水準儀，A、B兩點亡各豎立一把水準尺，通過水準儀的望遠鏡讀取水平視線分別在A、B兩點水準尺上截取的讀數(shù)為a和b，可以求出A、B兩點問的高差為： 設水準測量的前進方向為A點至B點，則

6、稱A點為后視點，其水準尺讀數(shù)a為后視讀數(shù)；稱B點為前視點，其水準尺讀數(shù)b為前視讀數(shù)。因此，兩點間的高差等于：hAB=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)若后視讀數(shù)大于前視讀數(shù)，則高差為正，表示B點比A點高，hAB>0；若后視讀數(shù)小于前視讀數(shù)，則高差為負，表示B點比A點低，hAB<0。如果A、B兩點相距不遠，且高差不大，則安置一次水準儀，就可以測得高差hAB。此時B點高程為：當架設一次水準儀需要測量多個前視點B1，B2，Bn的高程時，采用視線高程計算這些點的高程就非常方便。設水準儀對豎立在B1，B2，Bn點上的水準尺讀數(shù)分別為b1，b2，bn時，則高程計算公式為：如果A、B兩點相距較遠或高差較大，安置

7、一次儀器無法測得其高差時，就需要在兩點間增設若干個作為傳遞高程的臨時立尺點，稱為轉(zhuǎn)點(簡稱TP點)，如圖中的TP1，TP 2，點，并依次連續(xù)設站觀測，設測得的各站高差為：六、保養(yǎng)與維修1水準儀是精密的光學儀器，正確合理使用和保管對儀器精度和壽命有很大的作用；2避免陽光直曬，不許可證隨便拆卸儀器；3每個微調(diào)都應輕輕轉(zhuǎn)動，不要用力過大。鏡片、光學片不準用手觸片；4儀器有故障，由熟悉儀器結構者或修理部修理；5每次使用完后，應對儀器擦干凈，保持干燥。全站儀的使用方法一、全站儀簡介全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是

8、集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領域。 全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測角儀器，與光學經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學度盤換為光電掃描度盤，將人工光學測微讀數(shù)代之以自動記錄和顯示讀數(shù)，使測角操作簡單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。全站儀與光學經(jīng)緯儀區(qū)別在于度盤讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編

9、碼盤）和讀數(shù)傳感器進行角度測量的。 根據(jù)測角精度可分為0.5，1，2，3，5，10等幾個等級。二、全站儀的組成全站儀幾乎可以用在所有的測量領域。電子全站儀由電源部分、測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤等組成。 同電子經(jīng)緯儀、光學經(jīng)緯儀相比，全站儀增加了許多特殊部件，因此而使得全站儀具有比其它測角、測距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構成了全站儀在結構方面獨樹一幟的特點。 1同軸望遠鏡 全站儀的望遠鏡實現(xiàn)了視準軸、測距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠物鏡與調(diào)焦透鏡間設置分光棱鏡系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)實現(xiàn)望遠鏡的多功能，即既可瞄準目標，使之成像于十

10、字絲分劃板，進行角度測量。同時其測距部分的外光路系統(tǒng)又能使測距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光在經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測距需要在儀器內(nèi)部另設一內(nèi)光路系統(tǒng)，通過分光棱鏡系統(tǒng)中的光導纖維將由光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進行而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。 同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現(xiàn)同時測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。 2雙軸自動補償 在儀器的檢驗校正中已介紹了雙軸自動補償原理，作業(yè)時若全站儀縱軸傾

11、斜，會引起角度觀測的誤差，盤左、盤右觀測值取中不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統(tǒng)，可對縱軸的傾斜進行監(jiān)測，并在度盤讀數(shù)中對因縱軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正(某些全站儀縱軸最大傾斜可允許至±6'），也可通過將由豎軸傾斜引起的角度誤差，由微處理器自動按豎軸傾斜改正計算式計算，并加入度盤讀數(shù)中加以改正，使度盤顯示讀數(shù)為正確值，即所謂縱軸傾斜自動補償。 雙軸自動補償?shù)乃捎玫臉嬙?現(xiàn)有水平,包括Topcon,Trimble):使用一水泡（該水泡不是從外部可以看到的，與檢驗校正中所描述的不是一個水泡）來標定絕對水平面，該水泡是中間填充液體，兩端是氣體。在水泡

12、的上部兩側(cè)各放置一發(fā)光二極管，而在水泡的下部兩側(cè)各放置一光電管，用一接收發(fā)光二極管透過水泡發(fā)出的光。而后，通過運算電路比較兩二極管獲得的光的強度。當在初始位置，即絕對水平時，將運算值置零。當作業(yè)中全站儀器傾斜時，運算電路實時計算出光強的差值，從而換算成傾斜的位移，將此信息傳達給控制系統(tǒng)，以決定自動補償?shù)闹怠Ｗ詣友a償?shù)姆绞匠跤晌⑻幚砥饔嬎愫笮拚敵鐾?，還有一種方式即通過步進馬達驅(qū)動微型絲桿，把此軸方向上的偏移進行補正，從而使軸時刻保證絕對水平。3鍵盤 鍵盤是全站儀在測量時輸入操作指令或數(shù)據(jù)的硬件，全站型儀器的鍵盤和顯示屏均為雙面式，便于正、倒鏡作業(yè)時操作。 4存儲器 全站儀存儲器的作用是將實時采

13、集的測量數(shù)據(jù)存儲起來，再根據(jù)需要傳送到其它設備如計算機等中，供進一步的處理或利用，全站儀的存儲器有內(nèi)存儲器和存儲卡兩種。 全站儀內(nèi)存儲器相當于計算機的內(nèi)存(RAM)，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱PC卡，作用相當于計算機的磁盤。 5通訊接口 全站儀可以通過BS232C通訊接口和通訊電纜將內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)輸入計算機，或?qū)⒂嬎銠C中的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)通訊電纜傳輸給全站儀，實現(xiàn)雙向信息傳輸。三、全站儀的使用全站儀具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標測量、導線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。內(nèi)置專用軟件后，功能還可進一步拓展。 全站儀的基本操作與使用方法 ：1、水平角測量 （1）按角度

14、測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準第一個目標A。 （2）設置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°0000。 （3）照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。 2、距離測量 （1）設置棱鏡常數(shù) 測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。 （2）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值 光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15和760mmHg是儀器設置的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結果進行改正。 （3）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。 （4）距離測量 照準目

15、標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。 全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是最常用的測距模式，測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標或放樣時連續(xù)測距，最小顯示一般為1cm，每次測距時間約0.3S；粗測模式，測量時間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。 應注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。 3、坐標測量 （1）設定測站點的三維坐標。 （2）設定后視點的坐標或設定后視方向

16、的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當設定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。 （3）設置棱鏡常數(shù)。 （4）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。 （5）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。 （6）照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。四、全站儀的數(shù)據(jù)通訊 全站儀的的數(shù)據(jù)通訊是指全站儀與電子計算機之間進行的雙向數(shù)據(jù)交換。全站儀與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊的方式主要有兩種，一種是利用全站儀配置的PCMCIA（personal computer memory card internation association）,個人計算機存儲卡國際協(xié)會，

17、簡稱PC卡，也稱存儲卡）卡進行數(shù)字通訊，特點是通用性強，各種電子產(chǎn)品間均可互換使用；另一種是利用全站儀的通訊接口，通過電纜進行數(shù)據(jù)傳輸。五、全站儀詳細放線步驟（一）、建立文件，輸入導線點及放樣點坐標（如果臨時現(xiàn)場輸入坐標，則不需此步）1按（MENU）鍵進入菜單/2翻頁到菜單第2頁有存儲管理項，選存儲管理/3翻頁到 存儲管理 第3頁，選輸入坐標/4按（輸入）鍵，輸入文件名：“DXA”(導線A)或“DXB”（導線B），用于存導線點的坐標/5按（輸入）鍵，輸入導線點的點號/6按（輸入）鍵，輸入導線點的坐標/7最后，按ESC鍵退出菜單回到測量模式（二）、選定測站數(shù)據(jù)文件1按（MENU）鍵進入菜單2選子菜單放樣項3按（輸入）鍵，輸入文件名“DXA”，按（確定）鍵4顯示回到放樣界面（三）、設置測站點坐標（采用從內(nèi)存DXA或DXB坐標文件取數(shù)據(jù)設置測站）1在菜單/ 放樣顯示界面，選測站設置2.按（輸入）鍵，輸入測站點號，按（確定）3按（確定）鍵，顯示回到放樣界面（四）、設置后視（采用從內(nèi)存DXA或DXB坐標文件取數(shù)據(jù)設置后視）1在菜單/ 放樣顯示界面，選后視點設置項2按（輸入）鍵，輸入后視點號，按（確定）鍵3按（確定），顯示坐標