第3章水準(zhǔn)測(cè)量與水準(zhǔn)儀.

1、第2章水準(zhǔn)測(cè)量與水準(zhǔn)儀廠水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器水準(zhǔn)測(cè)量方法水準(zhǔn)測(cè)量誤差2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理一、高程測(cè)量方法幾何水準(zhǔn)測(cè)量(dirtct/spirit leveling)三角高程測(cè)量(trigonomdric leveling) GPS高程測(cè)量二、水準(zhǔn)測(cè)量原理前進(jìn)方向水平視線大地水準(zhǔn)面A若A點(diǎn)的高程已知，貝仏的高程為:A. 3兩點(diǎn)間的高差為則3點(diǎn)的高程為:hAB =a_bggj/7 =H +(a-b)2.2水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺一、水準(zhǔn)儀的基本結(jié)構(gòu)1.水準(zhǔn)儀的功能與分類水準(zhǔn)儀的功能最基本功能是提供一條，進(jìn)而獲取兩點(diǎn)間的高差；根據(jù)已知點(diǎn)與待定點(diǎn)之間的高差，將待定點(diǎn)放樣到地面上.水準(zhǔn)儀的分類按精度分為：精密水

2、準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)儀（工程水準(zhǔn)儀）按結(jié)構(gòu)分為：微傾式準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀按原理分為：光學(xué)水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀冃物鏡II微傾螺旋腳螺旋2.微傾水準(zhǔn)儀的基本結(jié)構(gòu)微傾水準(zhǔn)儀(title level )的主要部件有望遠(yuǎn) 鏡.水準(zhǔn)器和基座(tribrach ).水準(zhǔn)儀的精度劃分目前，我國(guó)按“每千米往返測(cè)高差中數(shù)的偶然中誤差” 將水準(zhǔn)儀分為四個(gè)等級(jí)，分別為DS05、DS1、DS3和DS10。 DS05和DS1為精密水準(zhǔn)儀，DS3和DS10為普通水準(zhǔn)儀。D 大地測(cè)量S 水準(zhǔn)儀05、 1、 3、 10_ ? -1-3水平制動(dòng)螺旋水平微動(dòng)螺旋水準(zhǔn)儀系列型號(hào)DSO5DSIDS3DS1O毎往返測(cè)応左 中數(shù)(W

3、燃中誤簽SO. 5mmSlmmS3mmSlOmm主耍用途國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)錄 及地嘏監(jiān)測(cè)國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)嚴(yán) 及英他粘密水準(zhǔn)測(cè)國(guó)家三四等水準(zhǔn) 測(cè)燃及一般匸程水ftt 1UV水準(zhǔn)測(cè)尿儀器的精度二、測(cè)量望遠(yuǎn)鏡(telescope)的結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x器上的望遠(yuǎn)鏡用于瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)和讀數(shù)。由物鏡、 目鏡、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、物鏡調(diào)焦螺旋和目鏡調(diào) 焦螺旋組成。視準(zhǔn)軸：物鏡光心與十字絲中心的連線，如圖中eq十宇絲分劃飯十宇絲放大圖視差(parallax):眼睛在目鏡后作上下或 左右微微移動(dòng)時(shí)，物像與十字絲發(fā)生相對(duì) 移動(dòng)的現(xiàn)象。三、水準(zhǔn)器(bubble)1水準(zhǔn)器的功能與類別水準(zhǔn)器的功能(1)使儀器的豎軸處于鉛垂位置；(

4、2 )使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸位于水平位置;(3 )使豎直度盤指標(biāo)處于零位。水準(zhǔn)器的分類圓水準(zhǔn)器(ci rcular bubble ) 管水準(zhǔn)器(bubble tube )2.水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器是將一圓柱形 的玻璃盒裝嵌在金屬框內(nèi)， 如圖所示。盒內(nèi)裝有酒精或 乙醛，玻璃盒頂面內(nèi)壁被磨 成圓球面，中央刻有一個(gè)小 圓圈，其圓心是圓水準(zhǔn)器的 零點(diǎn)，通過(guò)零點(diǎn)的球面法線, 稱為圓水準(zhǔn)軸。當(dāng)氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn) 軸處于鉛垂位置。由于其靈敏度較低，只用于粗略整平儀器O3.水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管是一個(gè)內(nèi)裝酒精或乙醛并留有氣泡的密封玻璃管,其縱向內(nèi)壁被磨成一定半徑的圓弧面，外表面刻有2mm間隔的分劃線，2mm所對(duì)的圓心角淋為水準(zhǔn)管通過(guò)

5、分劃線的對(duì)稱中心做水準(zhǔn)管圓弧的縱切線，稱為2nun|川|匸niiii|ii2min四、水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺：三、四等水準(zhǔn)測(cè)量或普通水 準(zhǔn)測(cè)量所使用的水準(zhǔn)尺是用干燥木料或玻璃 纖維合成材料制成，一般長(zhǎng)約34米，按其 構(gòu)造不同可分為折尺、塔尺、直尺等數(shù)種。 折尺可以對(duì)折，塔尺可以縮短，這兩種尺運(yùn) 輸方便，但用舊后的接頭處容易損壞，彩響 尺長(zhǎng)的精度，所以。尺面每隔一厘米涂有黑白或紅白 相間的分格，每分米有數(shù)字注記。為倒像望 遠(yuǎn)鏡觀測(cè)方便起見，注字常倒寫。尺子底面 釘以鐵片，以防磨損。水準(zhǔn)尺一般式樣如右 圖所示。三、四等水準(zhǔn)測(cè)量采用的尺長(zhǎng)為 3m,以厘米為分劃單位的區(qū)格式 木質(zhì)雙面水準(zhǔn)尺。雙面水準(zhǔn)尺的

6、一面分劃黑白相間稱為黑面尺 （也叫主尺）。另一面分劃紅口 相間稱為紅面尺（也叫輔助尺）。 黑面分劃的起始數(shù)字為“零”， 而紅面底部起始數(shù)字不是“零”， 一般為4687mm或4787mmo為使 水準(zhǔn)尺能更精確的處于豎直位置, 可在水準(zhǔn)尺側(cè)面裝一圓水準(zhǔn)器。尺墊（尺臺(tái)）作為轉(zhuǎn)點(diǎn)用，系用生鐵鑄成，一般 為三角形，中央有一突起的圓頂，以 便放置水準(zhǔn)尺，下有三尖腳可以插入 土中。在土質(zhì)松軟地區(qū)，可用尺樁。尺樁 長(zhǎng)約30cm,粗約23cm,使用時(shí)打 入土中，比尺墊穩(wěn)固。五.水準(zhǔn)儀的使用安置水準(zhǔn)儀、粗平、瞄準(zhǔn)、精平和讀數(shù)。1 安置水準(zhǔn)儀在測(cè)站打開三腳架，高度適中，架頭大致水平，穩(wěn)固地架設(shè)在地面上；將水準(zhǔn)儀安放

7、在三腳架頭上并旋緊中心嫄旋.2.粗平首先用雙手分別以相對(duì)方向同時(shí)等量轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)腳螺旋1、2,使圓氣泡移到1、2腳螺旋連線方向的中間，如圖(a)所示;然后再轉(zhuǎn)動(dòng)第三個(gè)腳螺旋，使圓氣泡居中，如圖(b)所示。3瞄準(zhǔn)對(duì)光：將望遠(yuǎn)鏡對(duì)向明亮的背景，調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋使十 字絲清晰，粗瞄：用望遠(yuǎn)鏡上的瞄準(zhǔn)器粗略照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，并立即用制 動(dòng)螺旋將儀器制動(dòng)；精瞄：調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋，看清水準(zhǔn)尺，利用水平微調(diào)螺 旋使十字豎絲瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的中央，并檢査是否有。4.精平與讀數(shù)從望遠(yuǎn)鏡的一側(cè)觀察管水準(zhǔn)氣泡偏離零點(diǎn)的方向，旋轉(zhuǎn)微 傾螺旋，使氣泡大致居中，這時(shí)再?gòu)哪跨R左邊的附合氣泡 觀察窗中察看兩個(gè)氣泡影像是否吻合，如不吻合，再漫

8、漫 旋轉(zhuǎn)微傾螺旋直至完全吻合為止。儀器精平的同時(shí)，應(yīng)用十字絲的橫絲在水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)。(a)(b)七、數(shù)字水準(zhǔn)儀數(shù)字水準(zhǔn)儀在望遠(yuǎn)鏡中安置了一個(gè)由光敏二極管 構(gòu)成的線陣探測(cè)器，儀器釆用數(shù)字圖像識(shí)別處 理系統(tǒng)，并配用條碼水準(zhǔn)尺。水準(zhǔn)尺的分劃用 條紋編碼代替厘米間隔的米制長(zhǎng)度分劃。線陣 探測(cè)器將水準(zhǔn)尺上的條碼圖像用電信號(hào)傳送給 信息處理機(jī)。信息經(jīng)處理后即可求得水平視線 的水準(zhǔn)尺讀數(shù)和視距值。其特點(diǎn)：具有測(cè)量1 數(shù)字水準(zhǔn)儀的一般結(jié)構(gòu)提手0o目鏡%iiuiLIIIB圓水準(zhǔn)器PCMCIA插槽諒板字母數(shù)字式混排鍵盤無(wú)限位微動(dòng)螺旋補(bǔ)償器檢測(cè)按鈕LCD液晶顯示屏電源開關(guān)11莊2.3水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)施測(cè)一、概述1水準(zhǔn)測(cè)

9、量的基本方法2 水準(zhǔn)點(diǎn)及轉(zhuǎn)點(diǎn)水準(zhǔn)點(diǎn)：標(biāo)志和保存水準(zhǔn)測(cè)量成果的固定地面點(diǎn),可以是永久性的（用水準(zhǔn)標(biāo)石在實(shí)地進(jìn)行標(biāo)定），也可以是臨時(shí)性的（用木樁或其它標(biāo)志在實(shí)地標(biāo)志） 轉(zhuǎn)點(diǎn)：在兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間設(shè)置前、后視水準(zhǔn)尺，用于傳遞高程的過(guò)渡點(diǎn)。3.水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)測(cè)段：兩相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)間的觀測(cè)路線單一水準(zhǔn)路線：連接于高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)之上、由若干 個(gè)測(cè)段首尾相連構(gòu)成的單一路線。單一水準(zhǔn)路線的形式：附合水準(zhǔn)路線、閉合水準(zhǔn) 路線.支水準(zhǔn)路線。水準(zhǔn)網(wǎng)：由若干個(gè)單一水準(zhǔn)路線相互連接構(gòu)成的 網(wǎng)狀圖形。1（C）附合水準(zhǔn)路線:導(dǎo)線起始于一個(gè)已知控制點(diǎn)而 終止于另外一個(gè)已知控制點(diǎn)。已知控制點(diǎn)可 以有一條或幾條定向邊與之相連，也可以沒

10、 有。閉合導(dǎo)線：由一個(gè)已知點(diǎn)出發(fā)，最終又回到 該點(diǎn)。已知的控制點(diǎn)上至少應(yīng)有一條定向邊。支導(dǎo)線：從一個(gè)已知控制點(diǎn)出發(fā)，既不符合 于另外一個(gè)已知的控制點(diǎn)，也不閉合于原來(lái) 的起始控制點(diǎn)。二、普通水準(zhǔn)測(cè)量將水準(zhǔn)尺立于上作為后視，水準(zhǔn)儀置于施測(cè)路線附近合適位置，在施測(cè)路線的 前進(jìn)方向上 尺墊 尺墊作為前視。立尺點(diǎn)的選擇應(yīng)盡量保持O粗平水準(zhǔn)儀后瞄準(zhǔn)后視標(biāo)尺，用微傾螺旋將水準(zhǔn) 管氣泡居中，用中絲讀后視讀數(shù)至毫米。掉轉(zhuǎn)望 遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)前視標(biāo)尺，再次將水準(zhǔn)管氣泡居中，用 中絲讀前視讀數(shù)至毫米。將讀數(shù)記錄在手薄中，并立即計(jì)算高差。此為第 一測(cè)站的全部工作。第一測(cè)站結(jié)束后，記錄員通知后視標(biāo)尺員向前轉(zhuǎn) 移，選定第二站的前

11、視點(diǎn)，并將儀器隨之遷至第 二測(cè)站。前視尺的尺墊保持不動(dòng)，而作為第二測(cè) 站的后視尺。然后依第一測(cè)站相同的工作程序進(jìn) 行第二測(cè)站的工作。如此依次沿水準(zhǔn)路線方向施 測(cè)直至全部路線觀測(cè)完為止。進(jìn)行連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，若其中任何一個(gè)后視讀數(shù) 或前視讀數(shù)有錯(cuò)誤，都會(huì)影響高差的正確性。因 此，在每一測(cè)站的水準(zhǔn)測(cè)量中，為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn) 觀測(cè)中的錯(cuò)誤，通常采用雙面尺法或兩次儀器高 法進(jìn)行觀測(cè)，以檢査高差測(cè)定中可能發(fā)生的錯(cuò)誤。雙面尺法在每一測(cè)站上將水準(zhǔn)儀安置在兩立尺點(diǎn)之間，高 度不變。分別讀取后視、前視水準(zhǔn)尺的黑、紅面 讀數(shù)各一次，測(cè)得兩次高差。（應(yīng)相等） 兩次儀器高法每一測(cè)站上用兩次不同儀器高度測(cè)得兩次高差， 以相互

12、進(jìn)行比較。按理，兩次測(cè)得的高差應(yīng)相等, 據(jù)此檢査觀測(cè)中是否存在錯(cuò)誤。日期人氣儀器白至觀測(cè)者記錄者測(cè)站點(diǎn)號(hào)水準(zhǔn)尺讀數(shù) 后視前視高差h高程H備注1A034746.215轉(zhuǎn)點(diǎn)11631-12842轉(zhuǎn)點(diǎn)10306轉(zhuǎn)點(diǎn)2262423183轉(zhuǎn)點(diǎn)20833轉(zhuǎn)點(diǎn)31516-06834轉(zhuǎn)點(diǎn)31528轉(zhuǎn)點(diǎn)40501+10275轉(zhuǎn)點(diǎn)42368R0694+167444.631三、國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量1基本要求S3級(jí)及其以上等級(jí)，并配以區(qū)格式木質(zhì)水準(zhǔn)尺, 在作業(yè)期間應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺按規(guī)定的項(xiàng)目 進(jìn)行檢驗(yàn)與校正。國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求見下表：等級(jí)縊標(biāo)準(zhǔn)視 線長(zhǎng)度(m)后、前 視距差(m)視計(jì)前累m) 、差5 后距

13、黑紅面 讀數(shù)差 (mm)黑紅面所測(cè) 高差之差 (mm)檢測(cè)間歇點(diǎn) 高差之差 (mm)三等S3653.06.02.03-03.0四等S3805.010.03.05.05.02. 觀測(cè)方法三等水準(zhǔn)測(cè)量釆用中絲讀數(shù)法進(jìn)行往返觀測(cè)，每 測(cè)站的觀測(cè)順序?yàn)椋汉?前T前-后，即：(1) 照準(zhǔn)后視尺黑面，按視距絲及中絲讀數(shù)；(2) 照準(zhǔn)前視尺黑面，按視距絲及中絲讀數(shù)；(3) 照準(zhǔn)前視尺紅面，按中絲讀數(shù)；(4) 照準(zhǔn)后視尺紅面，按中絲讀數(shù)。四等水準(zhǔn)測(cè)量采用中絲讀數(shù)法。對(duì)于,可只進(jìn)行單程觀測(cè)；對(duì)于,必須進(jìn)行往返觀測(cè)或單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)。每測(cè)站的觀測(cè)順序?yàn)椋汉骉后T前T前。3.家三.四等水準(zhǔn)測(cè)量的記錄及計(jì)算 三、四水準(zhǔn)

14、測(cè)量的記錄o三、四水準(zhǔn)測(cè)量的計(jì)算與檢核測(cè)站上的計(jì)算與檢核一測(cè)段的計(jì)算與檢核成果超限處理 凡超限成果，均應(yīng)重測(cè)； 測(cè)站觀測(cè)超限時(shí)，若在本站發(fā)現(xiàn)后，應(yīng)立即重測(cè)，若遷 站后發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)從水準(zhǔn)點(diǎn)或間歇點(diǎn)重新觀測(cè)； 測(cè)段往返測(cè)不符值超限時(shí)，應(yīng)選可靠程度較小的往測(cè)或 返測(cè)進(jìn)行整段重測(cè)，并與原測(cè)成果比較，若不超限，則 取其中數(shù)。2.4水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析水準(zhǔn)測(cè)量誤差包括、和一、儀器誤差1.視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差x = stani sP”心=(a-xA)-(b-xB)P如2(心)-宦(ST)當(dāng)前后視距相等時(shí)，i角誤差對(duì)觀測(cè)高差沒有影響。 由此，在可釆取將水準(zhǔn)儀安置在前、后水準(zhǔn)尺中點(diǎn) 處的辦法消除該誤差對(duì)觀測(cè)

15、高差的影響。2. 水準(zhǔn)尺誤差水準(zhǔn)尺刻劃不準(zhǔn)確、尺長(zhǎng)變化、彎曲和水準(zhǔn)尺的 零點(diǎn)差等會(huì)影響水準(zhǔn)測(cè)量的精度。因此水準(zhǔn)尺須進(jìn) 行檢驗(yàn)后才能使用；對(duì)于零點(diǎn)差，可在一測(cè)段中設(shè) 置偶數(shù)站予以消除。忙=（ - j 一 （乞 一 ）=g 一 “）+（-,）二、觀測(cè)誤差1. 精平誤差精平的程度反映了視準(zhǔn)軸的水平程度。對(duì)于分劃 值為2（T/mm的水準(zhǔn)器，視線長(zhǎng)度為 時(shí)，若 水準(zhǔn)管氣泡偏離中心 格，則引起的讀數(shù)誤差可 達(dá) 。（嚴(yán)格精平，快速.果斷讀數(shù)）2. 調(diào)焦誤差望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦必然導(dǎo)致視準(zhǔn)軸發(fā)生變化，而引起讀 數(shù)誤差。在一測(cè)站的觀測(cè)中不允許兩次調(diào)焦。由 于前、后視距大致相等，因此，是可以做到的。3估讀誤差毫米讀數(shù)的準(zhǔn)確

16、度與厘米分劃像的寬度、十字絲的粗細(xì)有關(guān)。而厘米分劃像的寬度與望遠(yuǎn)鏡的放大倍率和視線的長(zhǎng)度有關(guān)。 因此規(guī)范中規(guī)定了遠(yuǎn)鏡的放大倍率和視線的長(zhǎng)度。4. 視差應(yīng)徹底消除視差5. 水準(zhǔn)尺傾斜誤差水準(zhǔn)尺未豎直的影響總是使讀數(shù)偏大。ta=ci(1 cos/) = 2m-(l cos 2) = 1.2m.a照準(zhǔn)標(biāo)尺的高度；y標(biāo)尺的傾角三、外界環(huán)境的影響1-地球曲率與大氣折光的影響折射后視線SP 2R2.儀器和尺墊升沉的影響在土質(zhì)松軟地段作業(yè)時(shí)，儀器和尺墊在重力作用下會(huì)下 沉，還可能因土壤和雜草的彈性而使儀器和尺墊升高，在春 季、解凍地段特別突出。在松軟地段和解凍地段作業(yè)時(shí)，采取特殊措施避免其升沉; 在一般地段

17、，釆取適當(dāng)?shù)挠^測(cè)程序來(lái)限制其影響，如后（） 前（久）一前（2）T后（。2）。h = q _ （b、_ ）=（企 一 b） _ A h （6Z, A） b、=（d, &） + b = U （e _$）+（匕 _I 2 -2 I3. 溫度和風(fēng)力的影響溫度變化使木質(zhì)水準(zhǔn)尺伸縮、水準(zhǔn)管的靈敏度降 低以及大氣折光的變化等。觀測(cè)時(shí)O氣溫的變化還會(huì)使密度不同的空氣發(fā)生湍動(dòng)，導(dǎo) 致視線發(fā)生跳動(dòng)，特別是在日出后與日落前半小 時(shí)，和太陽(yáng)中天前后較為明顯，故O風(fēng)力大于四級(jí)時(shí)，會(huì)使水準(zhǔn)尺和儀器的整置難以 穩(wěn)定，因此要避免在2.5水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正一、水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的條件V1 主要條件：LL/CC；不因調(diào)焦而變動(dòng)視準(zhǔn)軸位

18、置。2次要條件：LfLf/VV；十字絲的橫絲應(yīng)水平。二、水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正1. LfLf/VV的檢驗(yàn)與校正檢驗(yàn)原理L9| VL9檢驗(yàn)方法先用腳螺旋將圓水準(zhǔn)器氣泡居中，然后將儀器旋轉(zhuǎn)180。， 若氣泡偏離了中央，則表明條件沒有滿足，應(yīng)予以校正。校正方法校正可用圓水準(zhǔn)器下面的校正螺釘進(jìn)行。操作時(shí)，可微微松 開固緊螺旋，調(diào)整二個(gè)校正螺釘使氣泡向居中位置移動(dòng)偏離 長(zhǎng)度的一半，用腳螺旋改正另一半，使氣泡回到中央。如 此反復(fù)，直至條件得到滿足。2.十字絲橫絲應(yīng)與儀器旋轉(zhuǎn)軸垂直檢驗(yàn)方法首先安置好儀器，用十字絲橫絲瞄準(zhǔn)一個(gè)明顯的 點(diǎn)狀目標(biāo)，并固定制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)水平微動(dòng)螺旋。 若目標(biāo)點(diǎn)沿橫絲移動(dòng)，則橫絲垂直于豎軸。否則, 則需要校正。 校正方法：用固定十字絲的校正螺釘進(jìn)行。3. 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸平行的檢驗(yàn)與校正(1)，角誤差檢驗(yàn)h =(a -b)-(S -S)= h -(S -Spph =(a -b)-(S -S ) = K -(S -SPP1(6當(dāng)使Effl時(shí)，有h = hut,7,于是上式簡(jiǎn)化為