現(xiàn)代普通測量學分析學習教案

1、會計學1第一頁，共79頁。第三章第三章 水準測量水準測量學習要求：掌握水準測量的原理，熟悉水準儀的構造，掌握普通水準測量的基本方法、水準測量的內業(yè)計算方法，應會對儀器進行檢驗與校正，了解自動安平水準儀及精密水準儀，了解水準測量誤差產生的原因及消減學習要求：掌握水準測量的原理，熟悉水準儀的構造，掌握普通水準測量的基本方法、水準測量的內業(yè)計算方法，應會對儀器進行檢驗與校正，了解自動安平水準儀及精密水準儀，了解水準測量誤差產生的原因及消減(xio jin)方法。方法。本章重點：水準測量的原理，水準測量的外業(yè)工作及內業(yè)計算，水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正。本章重點：水準測量的原理，水準測量的外業(yè)工作

2、及內業(yè)計算，水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正。第1頁/共79頁第二頁，共79頁。高程高程(gochng)測量測量確定地面上各點高程確定地面上各點高程(gochng)的工作。的工作。高程測量高程測量(cling)概述概述水準測量水準測量用水準儀進行高程用水準儀進行高程(gochng)測量的工作。測量的工作。三角高程測量三角高程測量物理高程測量物理高程測量GPS高程測量高程測量氣壓高程測量氣壓高程測量液體靜力水準測量液體靜力水準測量水準測量水準測量高高程程測測量量高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同,可分為可分為:水準測量是高程測量的主要方法水準測量是高程測

3、量的主要方法。水準測量使用儀器：水準儀水準測量使用儀器：水準儀第2頁/共79頁第三頁，共79頁。水準測量的等級水準測量的等級(dngj)水準測量分為一等、二等、三等、四等四個等級，以一等精度最高。水準測量分為一等、二等、三等、四等四個等級，以一等精度最高。上一等水準測量成果作為下一等水準測量的起算依據(jù)。上一等水準測量成果作為下一等水準測量的起算依據(jù)。為滿足為滿足(mnz)測圖以及一般工程測量的需要，還須進行測區(qū)的高程控制加密，采用普通水準測量方法，也稱圖根水準測量或等外水準測量測圖以及一般工程測量的需要，還須進行測區(qū)的高程控制加密，采用普通水準測量方法，也稱圖根水準測量或等外水準測量(本章主要

4、介紹本章主要介紹)。第3頁/共79頁第四頁，共79頁。3.1 水準測量原理水準測量原理(yunl)水準測量水準測量(cling)的實質是測量的實質是測量(cling)地面上兩點之間的高差。地面上兩點之間的高差。水準儀的主要功能是能指出一條水平水準儀的主要功能是能指出一條水平(shupng)視線。視線。前進方向水平視線大地水準面HiHAHBAB后視尺前視尺abhab第4頁/共79頁第五頁，共79頁。 hAB 0，高差為正，前視點高； hAB 0，高差為負，前視點低。 高差必須帶“+、 -”號； hAB的下標次序(cx)必須與測量的前進方向一致。 例:已知 hAB= +1.436 m 則 hBA=

5、 -1.436 m3.1 水準測量原理水準測量原理(yunl)高差高差(o ch) = 后視讀數(shù)后視讀數(shù)-前視讀數(shù)：前視讀數(shù)： hAB = a - b第5頁/共79頁第六頁，共79頁。 高程(gochng)的計算： HB HAhAB HA(ab) 高差法：高差法： Hi HAa HB Hib 儀高法儀高法第6頁/共79頁第七頁，共79頁。一一.水準儀的精度水準儀的精度(jn d)和和類型類型2.水準儀類型水準儀類型(lixng) 微傾式水準儀微傾式水準儀 自動安平水準儀自動安平水準儀 電子水準儀電子水準儀1.精度精度(jn d)系列：系列： DS05 DS1 DS3 DS103.2 水準儀及其

6、使用水準儀及其使用 型號下標：毫米數(shù)，表示每公里往、返測量的高差型號下標：毫米數(shù)，表示每公里往、返測量的高差 平均值的中誤差平均值的中誤差(由儀器引起的由儀器引起的) 。 DS05、DS1屬精密水準儀，有測微讀數(shù)裝置，配置銦屬精密水準儀，有測微讀數(shù)裝置，配置銦 鋼帶精密水準尺，用于一、二等水準測量及精密水鋼帶精密水準尺，用于一、二等水準測量及精密水 準測量。準測量。DS3用于三、四等水準測量及一般工程測量。用于三、四等水準測量及一般工程測量。 目前某些型號的自動安平水準儀，也有目前某些型號的自動安平水準儀，也有DS1.5、DS2.5 級別的。級別的。 第7頁/共79頁第八頁，共79頁。二二.

7、微傾式水準儀的構造微傾式水準儀的構造(guzo) 三大部件三大部件：望遠鏡望遠鏡 水準器水準器基基 座座第8頁/共79頁第九頁，共79頁。第9頁/共79頁第十頁，共79頁。第10頁/共79頁第十一頁，共79頁。測量測量(cling)望望遠鏡遠鏡上絲下絲豎絲橫絲(hn s)望遠鏡十字(sh z)絲第11頁/共79頁第十二頁，共79頁。消除視差的步驟：消除視差的步驟： 目鏡調焦，使十字目鏡調焦，使十字(sh z)絲最清晰；絲最清晰； 物鏡調焦，使目標像最清晰，且無視差。物鏡調焦，使目標像最清晰，且無視差。視差視差: 望遠鏡內目標像與十字絲分劃板未重合。望遠鏡內目標像與十字絲分劃板未重合?，F(xiàn)象：觀測

8、時，改變眼睛與目鏡現(xiàn)象：觀測時，改變眼睛與目鏡(mjng)的相對位置，十字的相對位置，十字 絲與目標的像有相對移動。絲與目標的像有相對移動。視準軸視準軸(CC):十字絲交點與物鏡光心十字絲交點與物鏡光心(un xn)的連線。的連線。第12頁/共79頁第十三頁，共79頁。水水準準器器圓水準器、管水準器圓水準器、管水準器第13頁/共79頁第十四頁，共79頁。L圓水準器圓水準器LLO管水準器管水準器圓水準器：用于儀器圓水準器：用于儀器(yq)粗平，精度粗平，精度 = 8/2 管水準器：用于儀器管水準器：用于儀器(yq)精平，精度精平，精度 = 20/2 水水準準器器第14頁/共79頁第十五頁，共79

9、頁。水準水準(shuzhn)管軸：管軸：通過水準管零點(ln din)作水準管圓弧的切線(LL)。圓水準圓水準(shuzhn)軸：軸： 過圓水準器球面零點 的法線（LL ）。圓圓水準器分劃值水準器分劃值：氣泡中心偏移零點2mm，軸線所傾斜的角值。水準管分劃值水準管分劃值：水準管圓弧形玻璃管外表面刻有2mm間隔的分劃線，2mm所對的圓心角。LLO管水準器管水準器L圓水準器圓水準器第15頁/共79頁第十六頁，共79頁。三三.水準尺、尺墊水準尺、尺墊直尺：雙面直尺：雙面(黑、紅黑、紅)水準尺，尺水準尺，尺常數(shù)常數(shù)(chngsh)4.687m、 4.787m，用于三等以下水準，用于三等以下水準路線測量

10、。路線測量。塔尺：可伸縮，伸足為塔尺：可伸縮，伸足為3米、米、5米，用于一般米，用于一般(ybn)工程測量。工程測量。尺墊尺墊：轉點立尺用。：轉點立尺用。精密精密(jngm)水準尺：銦鋼帶精密水準尺：銦鋼帶精密(jngm)水準尺，精密水準尺，精密(jngm)水準測量用。水準測量用。第16頁/共79頁第十七頁，共79頁。四四.水準儀的使用水準儀的使用(shyng)2.粗平：用腳螺旋調節(jié)圓水準氣泡居中，縱軸鉛垂。粗平：用腳螺旋調節(jié)圓水準氣泡居中，縱軸鉛垂。用用“左手大拇指法左手大拇指法”：氣泡移動的方向與左手大拇：氣泡移動的方向與左手大拇 指轉動腳螺旋的方向一致。指轉動腳螺旋的方向一致。 a ab

11、 bc c操作步驟：安置操作步驟：安置(nzh)粗平粗平瞄準瞄準精平、讀數(shù)精平、讀數(shù)1.安置安置(nzh):儀器位置（前、后視等距）儀器位置（前、后視等距） 腳架頭放平腳架頭放平第17頁/共79頁第十八頁，共79頁。3.瞄準瞄準瞄準水準尺，消除視差。瞄準水準尺，消除視差。 操作操作(cozu)： 調節(jié)目鏡螺旋，使十字絲最清晰調節(jié)目鏡螺旋，使十字絲最清晰(消除視差的關鍵消除視差的關鍵)。粗瞄粗瞄制動制動物鏡調焦、消除視差物鏡調焦、消除視差水平微動。水平微動。4.精平精平符合氣泡符合，水準符合氣泡符合，水準(shuzhn)管軸與視線水平。管軸與視線水平。操作：用微傾螺旋調節(jié)管水準操作：用微傾螺旋調

12、節(jié)管水準(shuzhn)器的符合氣泡符合。器的符合氣泡符合。符合氣泡符合尚未符合:(:第18頁/共79頁第十九頁，共79頁。讀數(shù)讀數(shù)用橫絲在水準尺上讀數(shù)。用橫絲在水準尺上讀數(shù)。每次讀數(shù)時都必須保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。每次讀數(shù)時都必須保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米(ho m)(讀出四位讀數(shù)讀出四位讀數(shù))。讀數(shù)(dsh):0.859第19頁/共79頁第二十頁，共79頁。讀數(shù)讀數(shù)用橫絲在水準尺上讀數(shù)。用橫絲在水準尺上讀數(shù)。每次讀數(shù)時都必須每次讀數(shù)時都必須(bx)保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。保持精平狀態(tài)（符合氣泡符合）。讀數(shù)以米為單位，估讀到

13、毫米讀數(shù)以米為單位，估讀到毫米(讀出四位讀數(shù)讀出四位讀數(shù))。第20頁/共79頁第二十一頁，共79頁。水準水準(shuzhn)點的類型：點的類型： 永久性永久性 臨時性臨時性外業(yè)：用水準路線測量方法，在新建水準點和已知水外業(yè)：用水準路線測量方法，在新建水準點和已知水 準點之間進行高差測量。準點之間進行高差測量。內業(yè)：評定內業(yè)：評定(pngdng)測量精度，計算新建水準點的高程。測量精度，計算新建水準點的高程。一一.水準點水準點 用水準測量的方法測定了高程的高程控制點。用水準測量的方法測定了高程的高程控制點。 各等水準點均應埋設永久性標石或標志，水準點的等級各等水準點均應埋設永久性標石或標志，水準

14、點的等級應注記在水準點標石或標記面上。應注記在水準點標石或標記面上。 水準點標石的類型可分為：基巖水準標石、基本水準標石水準點標石的類型可分為：基巖水準標石、基本水準標石、普通水準標石和墻腳水準標志四種，、普通水準標石和墻腳水準標志四種， 其中混凝土普通水準標石和墻腳水準標志的埋設要求見下其中混凝土普通水準標石和墻腳水準標志的埋設要求見下圖。圖。第21頁/共79頁第二十二頁，共79頁。水準點的編號：水準點的編號： 例：例：BM（Bench Mark)： BM.1、BM.2，BM.A、BM.B TBM (Temporary Bench Mark)： TBM.1、TBM.2 也可根據(jù)也可根據(jù)(gn

15、j)工程情況編號：工程情況編號： 水水-1、水、水-2, 水水-3, ； 固固-1, 固固-2, 固固-3, 第22頁/共79頁第二十三頁，共79頁。二二.水準路線水準路線 進行進行(jnxng)水準測量的路線，由已水準測量的路線，由已知水準知水準 點和新建水準點組成。點和新建水準點組成。水準路線水準路線1.閉合水準路線閉合水準路線2.附合水準路線附合水準路線3.支水準路線支水準路線第23頁/共79頁第二十四頁，共79頁。1.閉合閉合(b h)水準路線水準路線0理論h實際上：理論(lln)上：0觀測h觀測hfh，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff令：有：BM14321閉合水

16、準(shuzhn)路線分析：結論：閉合水準路線具有嚴密的檢核條件。結論：閉合水準路線具有嚴密的檢核條件。第24頁/共79頁第二十五頁，共79頁。2.附合水準附合水準(shuzhn)路線路線附合(f h)水準路線分析：BM1123BM2理論(lln)上：12BMBMHHh理論實際上：12BMBMHHh觀測令：)HH(hfBMBMh12觀測有：，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff結論：附合水準路線具有嚴密的檢核條件。結論：附合水準路線具有嚴密的檢核條件。第25頁/共79頁第二十六頁，共79頁。3.支水準支水準(shuzhn)路線路線支線水準路線(lxin)分析：理論(lln)上

17、：實際上：無法比較與理論觀測hh令：返測往測hhfh有：，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff結論：支水準路線往返觀測具有嚴密性。結論：支水準路線往返觀測具有嚴密性。BM1123支線水準路支線水準路線不嚴密，線不嚴密，必須作往返必須作往返測！測！?h理論第26頁/共79頁第二十七頁，共79頁。三三.連續(xù)安置水準儀的測量連續(xù)安置水準儀的測量(cling)方法方法 兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設若若干轉點，分段測量干轉點，分段測量(cling)高差，取各分段高差的高差，取各分段高差的總和。總和。hAB = h1+ h2+ hn = (

18、a a1 1-b-b1 1)+(a)+(a2 2-b-b2 2)+)+(a+(an n-b-bn n) = a-a- b b第27頁/共79頁第二十八頁，共79頁。 BMABMB1.444 1.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.543水準測量記錄水準測量記錄(jl)格式格式第28頁/共79頁第二十九頁，共79頁。水準測量記錄表水準測量記錄表第29頁/共79頁第三十頁，共79頁。四四.水準測量的檢核水準測量的檢核(jin h)(適

19、用于等外水準路線適用于等外水準路線)2.2.計算計算(j (j sun)sun)檢核檢核3.路線路線(lxin)檢核（成果檢核）檢核（成果檢核）1.測站檢核測站檢核第30頁/共79頁第三十一頁，共79頁。四四.水準測量的檢核水準測量的檢核(適用適用(shyng)于等外水準路線于等外水準路線)1.測站檢核測站檢核對每一站高差進行檢核，每站對每一站高差進行檢核，每站 進行（避免讀錯、聽錯、記錯、進行（避免讀錯、聽錯、記錯、 未精平等粗差）。未精平等粗差）。a a b b BA h =a b h =ab兩次儀器高法兩次儀器高法 BAa黑a紅 b紅b黑h = a黑b黑h = a紅b紅雙面尺法雙面尺法讀

20、數(shù)讀數(shù)(dsh)要求要求 （黑（黑+常數(shù)常數(shù) 紅）紅） 3mm高差要求高差要求 h h 5mm 取取 h=(h +h ) / 2兩尺常數(shù)不一致時，考慮兩尺常數(shù)差兩尺常數(shù)不一致時，考慮兩尺常數(shù)差 0.100米。米。要求要求: 改變儀器高度改變儀器高度(god)應在應在10cm以上以上 h h 5mm 取取 h=(h +h ) / 2第31頁/共79頁第三十二頁，共79頁。2.2.計算計算(j sun)(j sun)檢核檢核黑面: h黑 = a-b紅面： h紅 = a-b平均(pngjn)高差： h =（h黑 + h紅）/2 或 h =（h黑 + h紅0.1）/2 h = ( a-b )/2 或

21、h = ( a-b0.1 )/2第32頁/共79頁第三十三頁，共79頁。2.2.計算計算(j (j sun)sun)檢核檢核黑面: h黑 = a-b紅面：h紅 = a-b平均(pngjn)高差： h =（ h黑 + h紅0.1）/2第33頁/共79頁第三十四頁，共79頁。h測 =h1+h2+h3+h4+h5h理 = H終-H始 fh = h測-h要求(yoqi)：fh fh容3.路線檢核（成果路線檢核（成果(chnggu)檢核）檢核） 計算路線高差閉合差，檢驗整條路線的測量精度。計算路線高差閉合差，檢驗整條路線的測量精度。（1）附合水準）附合水準(shuzhn)路線路線BM1123BM2h4h

22、3h2h1第34頁/共79頁第三十五頁，共79頁。BMAh測 =h1+h2+h3+h4+h5h1h4（2）閉合水準）閉合水準(shuzhn)路線路線h理=0fh = h測 要求(yoqi)：fh fh容（3）支水準）支水準(shuzhn)路線路線fh = h往+h返要求：fh fh容BM14321BM1123h3h2h1h5h往h返第35頁/共79頁第三十六頁，共79頁。fh容 = mm fh容 = mm等外(圖根)水準路線(lxin)測量容許高差閉合差公式：式中：L路線長，以公里為單位 n路線測站(c zhn)總數(shù)n12L40第36頁/共79頁第三十七頁，共79頁。五五.水準路線成果水準路線

23、成果(chnggu)計算計算1 1、高差、高差( (o ch)o ch)閉合差計算與比較閉合差計算與比較閉合(b h)水準路線高差閉合(b h)差觀測hfh附合水準路線高差閉合差)(12BMBMhHHhf觀測支水準路線高差閉合差返測往測hhfh，觀測不合格，重測。，觀測成果合格；容容hhhhffff第37頁/共79頁第三十八頁，共79頁。五五.水準路線成果水準路線成果(chnggu)計算計算2 2、高差閉合差的分配和各點高程、高差閉合差的分配和各點高程(gochng)(gochng)的計算的計算高差高差(o ch)改正數(shù)改正數(shù)為：為：hiihiifnnVfLLV或改正后高差為：改正后高差為：i

24、iiVhh計算各點高程：計算各點高程：iiihHH 1第38頁/共79頁第三十九頁，共79頁。五五.水準路線成果水準路線成果(chnggu)計算計算1.附合水準路線成果附合水準路線成果(chnggu)整理例：整理例：第39頁/共79頁第四十頁，共79頁。H前 H后h 1.高差閉合差的計算高差閉合差的計算 2.高差(o ch)閉合差的 調整與各待定點高程的計算iihiiihllflVVlfV測段改正數(shù)每公里改正數(shù)第40頁/共79頁第四十一頁，共79頁。2.閉合水準閉合水準(shuzhn)路線成果計算路線成果計算 與附合水準與附合水準(shuzhn)路線不同之處是終點和起點是同一點，因此：路線不同

25、之處是終點和起點是同一點，因此： h理理 = H終終-H始始= 0 fh = h測測-h理理 = h測測 其余計算與附合水準其余計算與附合水準(shuzhn)路線相同路線相同第41頁/共79頁第四十二頁，共79頁。3.5 微傾式水準儀的檢驗微傾式水準儀的檢驗(jinyn)和和校正校正一一.水準儀的軸線水準儀的軸線(zhu xin)及其應滿足的條件及其應滿足的條件(1)圓水準軸平行于圓水準軸平行于豎豎軸軸 LL/ VV(2)十字橫絲垂直于十字橫絲垂直于豎豎軸軸 橫絲橫絲VV(3)水準管軸平行于視準軸水準管軸平行于視準軸 LL / CC (3)為主要條件為主要條件 應滿足的三個條件應滿足的三個條件

26、四條軸線四條軸線 視視 準準 軸軸 CC 望遠鏡十字絲交點與物鏡光心的連線，其望遠鏡十字絲交點與物鏡光心的連線，其 延長線即視線。延長線即視線。 水水 準準 管管 軸軸LL 水準管零點處的切線，氣泡居中，水準管零點處的切線，氣泡居中，LL水平。水平。 圓水準圓水準器器軸軸LL水準器球面圓圈中心與球面所對球心的連線。水準器球面圓圈中心與球面所對球心的連線。 豎豎 軸軸VV 儀器旋轉軸儀器旋轉軸第42頁/共79頁第四十三頁，共79頁。(d)用腳螺旋將氣泡(qpo)調回一半 VV鉛垂檢驗(jinyn)校正(jiozhng)二二.檢驗與校正檢驗與校正1.圓水準器的檢驗與校正圓水準器的檢驗與校正(a)用

27、腳螺旋調節(jié)圓氣泡居中(b)照準部旋轉180 (c)校正圓氣泡居中LL鉛垂第43頁/共79頁第四十四頁，共79頁。(a)用腳螺旋調節(jié)(tioji)圓氣泡居中(b)照準(zho zhn)部旋轉180檢驗(jinyn)校正(c)用腳螺旋將氣泡調回一半 VV鉛垂 (d)校正圓氣泡居中LL鉛垂二二.檢驗與校正檢驗與校正1.圓水準器的檢驗與校正圓水準器的檢驗與校正第44頁/共79頁第四十五頁，共79頁。2. 十字十字(sh z)橫絲垂直于豎軸的檢驗與校正橫絲垂直于豎軸的檢驗與校正(橫絲橫絲VV)檢驗檢驗 (a) 粗平、調焦，在橫絲一端找一參照粗平、調焦，在橫絲一端找一參照(cnzho)點點M (b) 望遠

28、鏡水平微動，觀測望遠鏡水平微動，觀測M點相對于橫絲的移動軌跡。點相對于橫絲的移動軌跡。校正校正(jiozhng)：校正：校正(jiozhng)十字絲環(huán)十字絲環(huán)2134十字絲環(huán)固定螺絲十字絲校正螺絲第45頁/共79頁第四十六頁，共79頁。3.水準管軸平行于視準軸的檢驗水準管軸平行于視準軸的檢驗(jinyn)與校正與校正 ( LL / CC ) (1) 檢驗檢驗(jinyn) a.場地準備場地準備(CA、CB等距，約等距，約40米米) b.在在C測定測定A、B的正確高差：的正確高差： h正確正確=(a1-)-(b1-)=a1-b1=h c.儀器至儀器至B近旁，讀數(shù)近旁，讀數(shù)b2、a2：h=a2-

29、a2 22ABDhihba第46頁/共79頁第四十七頁，共79頁。（2）校正）校正方法1：校正水準管 a. 計算A尺水平視線(shxin)讀數(shù)： a2=b2+h b. 轉動微傾螺旋，使橫絲瞄準讀數(shù) a2 ：CC水平 c. 校正水準管氣泡居中：LL水平（LL / CC） d. 重復檢驗直至符合要求。第47頁/共79頁第四十八頁，共79頁。校正(jiozhng)水準管水準管的 校正螺絲水準管 的一端第48頁/共79頁第四十九頁，共79頁。方法方法(fngf)2：校正十字絲：校正十字絲 a.保持水準管氣泡居中即保持水準管氣泡居中即LL水平；水平； b.調整十字絲環(huán)上、下校正螺絲，使橫絲對準調整十字絲

30、環(huán)上、下校正螺絲，使橫絲對準 讀數(shù)讀數(shù) a2即即CC水平，從而水平，從而LL / CC。2134十字絲環(huán)十字絲環(huán)校正螺絲校正螺絲十字絲環(huán)十字絲環(huán)校正螺絲校正螺絲第49頁/共79頁第五十頁，共79頁。3.3 自動安平自動安平(n pn)水準儀和數(shù)字水水準儀和數(shù)字水準儀準儀一一.自動安平自動安平(n pn)水準儀原理水準儀原理dtgftgdtglftgl第50頁/共79頁第五十一頁，共79頁。二二.自動自動(zdng)安平補償器結構安平補償器結構第51頁/共79頁第五十二頁，共79頁。上圖為北京光學儀器廠生產的上圖為北京光學儀器廠生產的DZS3-1自動安平水準儀，右圖自動安平水準儀，右圖為補償器狀

31、態(tài)窗口，當儀器安置為補償器狀態(tài)窗口，當儀器安置好、補償器指標線位于補償器指好、補償器指標線位于補償器指標附近時，即可以標附近時，即可以(ky)進行讀進行讀數(shù)。數(shù)。 DZS3-1自動自動(zdng)安平水準儀安平水準儀第52頁/共79頁第五十三頁，共79頁。激光激光(jgung)水準儀水準儀第53頁/共79頁第五十四頁，共79頁。數(shù)字數(shù)字(shz)水準儀和條碼水準尺水準儀和條碼水準尺 數(shù)字水準儀(digital level)是在儀器望遠鏡光路中增加了分光鏡和光電探測器(CCD陣列)等部件，采用條形碼分劃水準尺(coding level staff)和圖像處理(t xin ch l)電子系統(tǒng)構成光

32、、機、電及信息存儲與處理的一體化水準測量系統(tǒng)。第54頁/共79頁第五十五頁，共79頁。一、數(shù)字一、數(shù)字(shz)水準儀的特點水準儀的特點用自動電子讀數(shù)代替人工讀數(shù)，不存在讀錯、記錯等問題，沒有人用自動電子讀數(shù)代替人工讀數(shù)，不存在讀錯、記錯等問題，沒有人為讀數(shù)誤差；為讀數(shù)誤差；精度高，多條碼精度高，多條碼( (等效為多分劃等效為多分劃) )測量，削弱標尺分劃誤差，自動多測量，削弱標尺分劃誤差，自動多次測量，削弱外界環(huán)境變化的影響；次測量，削弱外界環(huán)境變化的影響；速度快、效率高，實現(xiàn)自動記錄、檢核、處理和存儲，可實現(xiàn)水準速度快、效率高，實現(xiàn)自動記錄、檢核、處理和存儲，可實現(xiàn)水準測量從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到

33、最后成果計算的內外業(yè)一體化。測量從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到最后成果計算的內外業(yè)一體化。數(shù)字數(shù)字(shz)(shz)水準儀一般是設置有補償器的自動安平水準儀，當水準儀一般是設置有補償器的自動安平水準儀，當采用普通水準尺時，數(shù)字采用普通水準尺時，數(shù)字(shz)(shz)水準儀又可當作普通自動安水準儀又可當作普通自動安平水準儀使用。平水準儀使用。第55頁/共79頁第五十六頁，共79頁。下圖為采用相關法的徠卡下圖為采用相關法的徠卡NA3003NA3003數(shù)字水準儀的機械數(shù)字水準儀的機械(jxi)(jxi)光學結構圖光學結構圖第56頁/共79頁第五十七頁，共79頁。二、數(shù)字二、數(shù)字(shz)(shz)水準儀的原理

34、水準儀的原理當用望遠鏡照準標尺并調焦后，標尺上的條形碼影像入射到分當用望遠鏡照準標尺并調焦后，標尺上的條形碼影像入射到分光鏡上；分光鏡將其分為可見光和紅外光兩部份，可見光影像光鏡上；分光鏡將其分為可見光和紅外光兩部份，可見光影像成像在分劃板上，供目視觀測；成像在分劃板上，供目視觀測；紅外光影像成像在紅外光影像成像在CCDCCD線陣光電探測器上線陣光電探測器上( (探測器長約探測器長約6.5mm6.5mm，由由256256個口徑為個口徑為25m25m的光敏二極管組成，一個光敏二極管就是的光敏二極管組成，一個光敏二極管就是線陣的一個像素線陣的一個像素) )，探測器將接收到的光圖像通過，探測器將接收

35、到的光圖像通過A/DA/D轉換數(shù)字轉換數(shù)字信號；信號；傳送給儀器的處理器，通過與機內事先存儲傳送給儀器的處理器，通過與機內事先存儲(cn ch)(cn ch)好的好的標尺條形碼本源數(shù)字信息進行相關比較，當兩信號處于最佳相標尺條形碼本源數(shù)字信息進行相關比較，當兩信號處于最佳相關位置時，即可獲得水準尺上的水平視線讀數(shù)和視距讀數(shù)，最關位置時，即可獲得水準尺上的水平視線讀數(shù)和視距讀數(shù)，最后將處理結果存儲后將處理結果存儲(cn ch)(cn ch)并送往屏幕顯示。并送往屏幕顯示。第57頁/共79頁第五十八頁，共79頁。三、條碼水準三、條碼水準(shuzhn)尺尺與數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺一般與數(shù)字水準

36、儀配套的條碼水準尺一般(ybn)(ybn)為因瓦帶尺、玻璃鋼或鋁合金制成為因瓦帶尺、玻璃鋼或鋁合金制成的單面或雙面尺，形式有直尺和折疊尺兩種，的單面或雙面尺，形式有直尺和折疊尺兩種，規(guī)格有規(guī)格有1m1m、2m2m、3m3m、4m4m、5m5m幾種，尺子的分幾種，尺子的分劃一面為二進制偽隨機碼分劃線劃一面為二進制偽隨機碼分劃線( (配徠卡儀器配徠卡儀器) )或規(guī)則分劃線或規(guī)則分劃線( (配蔡司儀器配蔡司儀器) )，其外形類似于，其外形類似于一般一般(ybn)(ybn)商品外包裝上印制的條紋碼。商品外包裝上印制的條紋碼。右圖為與徠卡數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺，右圖為與徠卡數(shù)字水準儀配套的條碼水準尺

37、，它用于數(shù)字水準測量；雙面尺的另一面為長它用于數(shù)字水準測量；雙面尺的另一面為長度單位的分劃線，用于普通水準測量。度單位的分劃線，用于普通水準測量。第58頁/共79頁第五十九頁，共79頁。四、徠卡四、徠卡DNA03DNA03中文精密數(shù)字中文精密數(shù)字(shz)(shz)水準儀簡水準儀簡介介 1990年，徠卡在世界上首次推出了第一代精密數(shù)字水準儀NA3003，現(xiàn)在又在NA3003的基礎上推出了第二代精密數(shù)字水準儀DNA03，見圖所示。界面為中文(zhngwn)，同時內置了適合我國測量規(guī)范的觀測程序。第59頁/共79頁第六十頁，共79頁。徠卡徠卡DNA03DNA03中文精密數(shù)字中文精密數(shù)字(shz)(

38、shz)水準儀簡介水準儀簡介DNA03DNA03的主要技術參數(shù)如下：的主要技術參數(shù)如下： 精度：精度：0.3mm/km(0.3mm/km(采用因瓦水準尺采用因瓦水準尺) )最小讀數(shù)：最小讀數(shù)：0.01mm0.01mm測距精度：測距精度：1cm/20m1cm/20m內存：可以存儲內存：可以存儲16501650組測站數(shù)據(jù)或組測站數(shù)據(jù)或60006000個測量數(shù)據(jù)個測量數(shù)據(jù)補償器：磁性阻尼補償器補償器：磁性阻尼補償器補償范圍：補償范圍：88補償精度：補償精度：0.30.3單次測量時間：單次測量時間：3 3秒秒 GEBGEB電池：連續(xù)測量電池：連續(xù)測量1212小時小時為確保為確保(qubo)(qubo)

39、外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的安全，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的安全，DNA03DNA03上還插有一個上還插有一個PCMCIAPCMCIA閃存卡，全部測量數(shù)據(jù)同時保存在儀器內存和閃存卡，全部測量數(shù)據(jù)同時保存在儀器內存和PCMCIAPCMCIA卡中?？ㄖ?。 第60頁/共79頁第六十一頁，共79頁。第61頁/共79頁第六十二頁，共79頁。SDL30數(shù)字(shz)水準儀第62頁/共79頁第六十三頁，共79頁。DiNi12數(shù)字(shz)水準儀第63頁/共79頁第六十四頁，共79頁。精密水準測量的兩個重要條件： 精密水準儀提供精確(jngqu)的水平視線； 精密水準尺刻度精確(jngqu)(銦鋼帶水準尺)，能讀得精確(jngqu)的

40、讀數(shù)。一一.精密精密(jngm)水準儀水準儀每公里往返平均高差每公里往返平均高差(o ch)中誤差中誤差1mm；國產國產 S05 S1國外國外 Ni004(Zeiss) N3 (Wild)自動安平自動安平 Ni002(Zeiss) Koni007(Zeiss) 用于： 國家一、二等水準測量以及建構筑物的沉降觀測，大型橋梁工程的施工測量和大型精密設備安裝等。3.2.2 精密水準儀及其使用精密水準儀及其使用第64頁/共79頁第六十五頁，共79頁。精密精密(jngm)水準儀水準儀第65頁/共79頁第六十六頁，共79頁。1.水準器靈敏度高水準器靈敏度高 水準器格值達到水準器格值達到(d do)510/

41、2mm。2.望遠鏡放大率大，孔徑望遠鏡放大率大，孔徑(kngjng)大大 放大率放大率V在在40倍以上，孔徑倍以上，孔徑(kngjng)D大于大于50mm，照準精度高。，照準精度高。3.望遠鏡結構嚴密，視準軸變化小望遠鏡結構嚴密，視準軸變化小 有隔熱罩。有隔熱罩。4.裝有平行玻璃板測微裝置裝有平行玻璃板測微裝置 測微范圍測微范圍10mm，測微器刻度，測微器刻度100格，格值為格，格值為0.1mm，可估讀，可估讀 至至0.01mm。第66頁/共79頁第六十七頁，共79頁。二二.平行平行(pngxng)玻璃板測微裝置玻璃板測微裝置 轉動測微螺旋，改變平行玻璃板的傾斜角度，可使 視線(shxin)作

42、上、下平移，平移量在測微分劃尺上讀取。測微器結構測微器結構(jigu)與測微原理與測微原理第67頁/共79頁第六十八頁，共79頁。二二.平行平行(pngxng)玻璃板測微裝置玻璃板測微裝置測微尺的讀數(shù)測微尺的讀數(shù)(dsh) 旋轉平行旋轉平行(pngxng)(pngxng)玻璃板可以產生的最大視線平移量為玻璃板可以產生的最大視線平移量為10mm10mm，它對應測微尺上的它對應測微尺上的100100個分格。個分格。 測微尺上測微尺上1 1個分格等于個分格等于0.1mm0.1mm，如在測微尺上估讀到，如在測微尺上估讀到0.10.1分格，則可分格，則可以估讀到以估讀到0.01mm0.01mm。 將標尺

43、上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標尺的實際讀數(shù)。如下將標尺上的讀數(shù)加上測微尺上的讀數(shù)就等于標尺的實際讀數(shù)。如下圖的讀數(shù)為圖的讀數(shù)為148+0.655=148.655cm=1.48655m148+0.655=148.655cm=1.48655m。第68頁/共79頁第六十九頁，共79頁。三三.精密精密(jngm)水準尺水準尺精密水準尺：是在木質尺身的精密水準尺：是在木質尺身的凹槽內，引張一根因瓦合金鋼凹槽內，引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在尺身上帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力，另一端用彈簧以一定的拉力將其引張在尺身上，以使因瓦將其引張在尺身上，以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸

44、縮變形的合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。影響。長度長度(chngd)分劃在因瓦合分劃在因瓦合金鋼帶上，數(shù)字注記在木質尺金鋼帶上，數(shù)字注記在木質尺身上，精密水準尺的分劃值有身上，精密水準尺的分劃值有10mm和和5mm兩種。兩種。第69頁/共79頁第七十頁，共79頁。三三.精密精密(jngm)水準尺水準尺 右圖（右圖（a）為徠卡公司生產的與新）為徠卡公司生產的與新NA2精密水準儀配套的精密水準尺精密水準儀配套的精密水準尺，因為新，因為新NA2的望遠鏡為正像望遠的望遠鏡為正像望遠鏡，所以水準尺上的注記也是正立鏡，所以水準尺上的注記也是正立的。的。 水準尺全長約水準尺全長約3.2m，在因瓦合金鋼，在因

45、瓦合金鋼帶上刻有兩排分劃，右邊一排分劃帶上刻有兩排分劃，右邊一排分劃為 基 本 分 劃 ， 數(shù) 字 注 記 從為 基 本 分 劃 ， 數(shù) 字 注 記 從 0 到到300cm，左邊一排分劃為輔助分劃，左邊一排分劃為輔助分劃，數(shù)字注記從，數(shù)字注記從300cm到到600cm， 基本分劃與輔助分劃的零點相差基本分劃與輔助分劃的零點相差(xin ch)一個常數(shù)一個常數(shù)301.55cm，稱為基輔差或尺常數(shù)。水準測量作稱為基輔差或尺常數(shù)。水準測量作業(yè)時用以檢查讀數(shù)是否存在粗差。業(yè)時用以檢查讀數(shù)是否存在粗差。第70頁/共79頁第七十一頁，共79頁。四四.測微尺的讀數(shù)測微尺的讀數(shù)(dsh)148+0.650=1

46、48.650cm=1.48650m148+0.650=148.650cm=1.48650m。1.97+0.00150=1.97150m 0.98575m第71頁/共79頁第七十二頁，共79頁。3.8 水準測量的誤差水準測量的誤差(wch)分析及注意事項分析及注意事項 水準測量誤差包括儀器(yq)誤差、觀測誤差和外界環(huán)境的影響三個方面。 一、儀器(yq)誤差 二、觀測誤差 三、外界環(huán)境的影響第72頁/共79頁第七十三頁，共79頁。3.8 水準測量的誤差水準測量的誤差(wch)分析及注意事項分析及注意事項一、儀器一、儀器(yq)誤差誤差1) 1) 儀器校正后的殘余誤差：規(guī)范規(guī)定，儀器校正后的殘余誤

47、差：規(guī)范規(guī)定，DS3DS3水準儀的水準儀的i i角大于角大于2020才需要校正，因此，才需要校正，因此，正常使用情況下，正常使用情況下，i i角將保持在角將保持在2020以內。以內。i i角引起的水準尺讀數(shù)誤差與儀器至標尺的距離成正比，只要觀測時注意使前、后視角引起的水準尺讀數(shù)誤差與儀器至標尺的距離成正比，只要觀測時注意使前、后視距相等，便可消除或減弱角誤差的影響。距相等，便可消除或減弱角誤差的影響。在水準測量的每站觀測中，使前、后視距完全在水準測量的每站觀測中，使前、后視距完全(wnqun)(wnqun)相等是不容易做到的，因相等是不容易做到的，因此規(guī)范規(guī)定，對于四等水準測量，一站的前、后視

48、距差應小于等于此規(guī)范規(guī)定，對于四等水準測量，一站的前、后視距差應小于等于5m5m，任一測站的前，任一測站的前后視距累積差應小于等于后視距累積差應小于等于10m10m。2) 2) 水準尺誤差：由于水準尺分劃不準確、尺長變化、尺彎曲等原因而引起的水準尺水準尺誤差：由于水準尺分劃不準確、尺長變化、尺彎曲等原因而引起的水準尺分劃誤差會影響水準測量的精度，因此須檢驗水準尺上米間隔平均真長與名義長之差。分劃誤差會影響水準測量的精度，因此須檢驗水準尺上米間隔平均真長與名義長之差。規(guī)范規(guī)定，對于區(qū)格式木質標尺不應大于規(guī)范規(guī)定，對于區(qū)格式木質標尺不應大于0.5mm0.5mm，否則，應在所測高差中進行米真長，否則，應在所測高差中進行米真長改正。至于一對水準尺的零點差，可在一水準測段的觀測中安排偶數(shù)個測站予以消除。改正。至于一對水準尺的零點差，可在一水準測段的觀測中安排偶數(shù)個測站予以消除。第73頁/共79頁第七十四頁，共79頁。3.8 水準測量的誤差水準測量的誤差(wch)分析及注意事項分析及注意事項二、觀測二、觀測(gunc)誤差誤差1)1)管水準氣泡管水準氣泡(qpo)(qpo)居中誤差：視準軸水平是通過管水居中誤差：視準軸水平是通過管水準氣泡準氣泡(qpo)(qpo)居中來實現(xiàn)的。如果精平儀器時，管水準居中來實現(xiàn)的。如果精平儀