模塊1水準(zhǔn)測(cè)量教材

1、模塊一水準(zhǔn)測(cè)量本章主要介紹了水準(zhǔn)測(cè)量的原理和方法、水準(zhǔn)儀的技術(shù)操作和檢驗(yàn)校、水準(zhǔn)測(cè)量誤差的影響與消除 方法，并介紹了三、四等水準(zhǔn)測(cè)量和精密、自動(dòng)安平、數(shù)字水準(zhǔn)儀。其重點(diǎn)內(nèi)容包括水準(zhǔn)測(cè)量原理、水 準(zhǔn)器的作用和分劃值、水準(zhǔn)儀的技術(shù)操作和檢驗(yàn)校正、水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)程序與成果檢核、閉合差調(diào)整、 誤差的消除方法以及三、四等水準(zhǔn)測(cè)量。其難點(diǎn)為水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)程序與成果檢核、閉合差調(diào)整及誤差的 消除方法。地面點(diǎn)的高程是地面點(diǎn)的定位元素之一，測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作稱為高程測(cè)量，是測(cè)量的基 本工作之一。按使用的測(cè)量?jī)x器和獲得高程的方法有水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量，此外還有液體靜力水準(zhǔn) 測(cè)量、氣壓高程測(cè)量和 GPS高程測(cè)量等

2、。本章主要介紹水準(zhǔn)測(cè)量。1.1水準(zhǔn)測(cè)量概述高程是確定地面點(diǎn)位置的基本要素之一，所以高程測(cè)量是四種基本測(cè)量工作之一。高程測(cè)量的目的 是要獲得點(diǎn)的高程，但一般只能直接測(cè)得兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)其中一點(diǎn)的已知高程推算出另一點(diǎn)的 高程。進(jìn)行高程測(cè)量的主要方法有水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量是利用水平視線來測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的高 差。由于水準(zhǔn)測(cè)量的精度較高，所以是高程測(cè)量中最主要的方法。三角高程測(cè)量是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的水平距 離或斜距和豎直角（即傾斜角），然后利用三角公式計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差。三角高程測(cè)量一般精度較低，只 是在適當(dāng)?shù)臈l件下才被采用。除了上述兩種方法外，還有利用大氣壓力的變化，測(cè)量高差的氣壓高程測(cè) 量；

3、利用液體的物理性質(zhì)測(cè)量高差的液體靜力高程測(cè)量；以及利用攝影測(cè)量的測(cè)高等方法，但此方法較 少采用。在一般的測(cè)量工作中都以大地水準(zhǔn)面作為高程起算的基準(zhǔn)面。因此，地面任一點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面 的距離就稱為該點(diǎn)的絕對(duì)高程或海拔，簡(jiǎn)稱高程，用H表示。如圖1-1所示，圖中的Ha、Hb分別表示地面上A、B兩點(diǎn)的高程。我國(guó)規(guī)定以19501956年間青島驗(yàn)潮站多年記錄的黃海平均海水面作為我國(guó)的大地水準(zhǔn)面，由此建立的高程系統(tǒng)稱為“ 1956年黃海高程系”。新的國(guó)家高程基準(zhǔn)面是根據(jù)青島驗(yàn)潮站19521979年間的驗(yàn)潮資料 計(jì)算確定的，依此基準(zhǔn)面建立的高程系統(tǒng)稱為“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”并于1987年開始啟用。

4、圖1-11.2水準(zhǔn)測(cè)量的原理水準(zhǔn)測(cè)量是利用水平視線來求得兩點(diǎn)的高差。例如圖2- 2中，為了求出A、B兩點(diǎn)的高差 ，在A、B兩個(gè)點(diǎn)上豎立帶有分劃的標(biāo)尺一一水準(zhǔn)尺，在A、B兩點(diǎn)之間安置可提供水平視線的儀器一一水準(zhǔn)儀。當(dāng)視線水平時(shí)，在 A、B兩個(gè)點(diǎn)的標(biāo)尺上分別讀得讀數(shù) 差。即：hAB=a-b(2 1)如果A為已知高程的點(diǎn)，B為待求高程的點(diǎn)，貝UHB=HA+hAB(2 2)讀數(shù)a是在已知高程點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，稱為后視讀數(shù)” 視讀數(shù)”。高差必須是后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。高差 hAB的值可能是正，也可能是負(fù)，正值表示待求點(diǎn) B高于已知點(diǎn)A，負(fù)值表示待求點(diǎn) B低于已知點(diǎn)A。此外，高差的正負(fù)號(hào)又與測(cè)量進(jìn)行的方向

5、有關(guān)，例如圖1 2中測(cè)量由A向B進(jìn)行，高差用hAB表示， 其值為正；反之由B向A進(jìn)行，則高差用hBA表示， 其值為負(fù)。所以說明高差時(shí)必須標(biāo)明高差的正負(fù)號(hào)， 同時(shí)要說明測(cè)量進(jìn)行的方向。當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差太大時(shí)，則可分段連續(xù)進(jìn)行，從圖hi a( bih2a2 b2hna和b,則A、B兩點(diǎn)的高差等于兩個(gè)標(biāo)尺讀數(shù)之B點(diǎn)的高程為：;b是在待求高程點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，稱為前1 3中可得:an b24hAB圖1 3hAB=刀h=刀a-刀b(2 3)即兩點(diǎn)的高差等于連續(xù)各段高差的代數(shù)和，也等于后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和。通常要同時(shí)用刀h和 (刀a-刀b)進(jìn)行計(jì)算，用來檢核計(jì)算是否有誤。1、2、稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)，它們

6、在前一測(cè)站先作為圖2 3中置儀器的點(diǎn)I、稱為測(cè)站。立標(biāo)尺的點(diǎn) 待求高程的點(diǎn)，然后在下一測(cè)站再作為已知高程的點(diǎn)，轉(zhuǎn)點(diǎn)起傳遞高程的作用。轉(zhuǎn)點(diǎn)非常重要，轉(zhuǎn)點(diǎn)上產(chǎn) 生的任何差錯(cuò)，都會(huì)影響到以后所有點(diǎn)的高程。1.3水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)儀是進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的主要儀器，它可以提供水準(zhǔn)測(cè)量所必需的水平視線。目前通用的水準(zhǔn)儀從構(gòu) 造上可分為兩大類：即利用水準(zhǔn)管來獲得水平視線的水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀，其主要形式稱“微傾式水準(zhǔn)儀”；另一類是利用補(bǔ)償器來獲得水平視線的“自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀”。此外，尚有一種新型水準(zhǔn)儀一一電子水準(zhǔn)儀，它配合條紋編碼尺，利用數(shù)字化圖像處理的方法，可自動(dòng)顯示高程和距離，使水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。我國(guó)的水準(zhǔn)儀系列標(biāo)

7、準(zhǔn)分為 DS05、DS1、DS3和DS20四個(gè)等級(jí)。D是大地測(cè)量?jī)x器的代號(hào)， S是水 準(zhǔn)儀的代號(hào)，均取大和水兩個(gè)字漢語拼音的首字母。角碼的數(shù)字表示儀器的精度。其中DS05和DS1用于精密水準(zhǔn)測(cè)量，DS3用于一般水準(zhǔn)測(cè)量，DS20則用于簡(jiǎn)易水準(zhǔn)測(cè)量。水準(zhǔn)尺用優(yōu)質(zhì)木材或鋁合金制成，最常用的形狀有桿式和箱式兩種（圖1 5），長(zhǎng)度分別為3m和5m。箱式尺能伸縮攜帶方便，但接合處容易產(chǎn)生誤差，桿式尺比較堅(jiān)固可靠。水準(zhǔn)尺尺面繪有1cm或5mm黑白相間的分格，米和分米處注有數(shù)字，尺底為零。為了便于倒像望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)，注的數(shù)字常倒寫。雙面水準(zhǔn) 尺是一面為黑色另一面為紅色的分劃，每?jī)筛鶠橐粚?duì)。兩根的黑面都以尺底為零

8、，而紅面的尺底分別為 4.687m和4.787m。利用雙面尺可對(duì)讀數(shù)進(jìn)行檢核。尺墊是用于轉(zhuǎn)點(diǎn)上的一種工具，用鋼板或鑄鐵制成（圖1 6）。使用時(shí)把三個(gè)尖腳踩入土中，把水準(zhǔn)尺立在突出的圓頂上。尺墊可使轉(zhuǎn)點(diǎn)穩(wěn)固防止下沉。W一、微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造和使用（一）DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造圖 1 7(a)(b)1.物鏡2.目鏡、3.調(diào)焦螺旋、4.管水準(zhǔn)器、5.圓水準(zhǔn)器、6.腳螺旋7.制動(dòng)螺旋、8.微動(dòng)螺旋、9.微傾螺旋、10.基座 圖1 7為在一般水準(zhǔn)測(cè)量中使用較廣的DS3型微傾式水準(zhǔn)儀，它由下列三個(gè)主要部分組成：望遠(yuǎn)鏡 它可以提供視線，并可讀出遠(yuǎn)處水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。水準(zhǔn)器 用于指示儀器或視線是否處于水平位置。

9、基座用于置平儀器，它支承儀器的上部并能使儀器的上部在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)。水準(zhǔn)儀各部分的名稱見圖1 7?；嫌腥齻€(gè)腳螺旋，調(diào)節(jié)腳螺旋可使圓水準(zhǔn)器的氣泡移至中央，使儀器粗略整平。望遠(yuǎn)鏡和管水準(zhǔn)器與儀器的豎軸聯(lián)結(jié)成一體，豎軸插入基座的軸套內(nèi)，可使望遠(yuǎn)鏡和管水 準(zhǔn)器在基座上繞豎軸旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋用來控制望遠(yuǎn)鏡在水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)螺旋松開時(shí)，望 遠(yuǎn)鏡能自由旋轉(zhuǎn)；旋緊時(shí)望遠(yuǎn)鏡則固定不動(dòng)。旋轉(zhuǎn)微動(dòng)螺旋可使望遠(yuǎn)鏡在水平方向作緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，但只有 在制動(dòng)螺旋旋緊時(shí)，微動(dòng)螺旋才能起作用。旋轉(zhuǎn)微傾螺旋可使望遠(yuǎn)鏡連同管水準(zhǔn)器作俯仰微量的傾斜，從 而可使視線精確整平。因此這種水準(zhǔn)儀稱為微傾式水準(zhǔn)儀。下面先說明微傾式

10、水準(zhǔn)儀上主要的部件一一望遠(yuǎn)鏡和水準(zhǔn)器的構(gòu)造和性能。1. 望遠(yuǎn)鏡測(cè)量?jī)x器上的望遠(yuǎn)鏡還必須有一個(gè)十字絲分劃板，它是刻在玻璃片上的一組十字絲，被安裝在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)靠近目鏡的一端。水準(zhǔn)儀上十字絲的圖形如圖1 8所示，水準(zhǔn)測(cè)量中用它中間的橫絲或楔形絲讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。十字絲交點(diǎn)和物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸，也就是視線。視準(zhǔn)軸是水準(zhǔn)儀的主要軸線之一。圖1 8為了能準(zhǔn)確地照準(zhǔn)目標(biāo)或讀數(shù)，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)必須同時(shí)能看到清晰的物像和十字絲。為此必須使物像落在 十字絲分劃板平面上。為了使離儀器不同距離的目標(biāo)能成像于十字絲分劃板平面上，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)還必須安裝 一個(gè)調(diào)焦透鏡。觀測(cè)不同距離處的目標(biāo)，可旋轉(zhuǎn)調(diào)焦螺旋改變調(diào)焦透鏡的位置，

11、從而能在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)清晰地 看到十字絲和所要觀測(cè)的目標(biāo)。2. 水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器是用以置平儀器的一種設(shè)備，是測(cè)量?jī)x器上的重要部件。水準(zhǔn)器分為管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器兩種：（1）管水準(zhǔn)器 又稱水準(zhǔn)管，是一個(gè)封閉的玻璃管，管的內(nèi)壁在縱向磨成圓弧形，其半徑可自0.2m至100m。管內(nèi)盛酒精或乙醚或兩者混合的液體，并留有一氣泡（圖1-9）。管面上刻有間隔為 2mm的分劃線，分劃的中點(diǎn)稱水準(zhǔn)管的零點(diǎn)。過零點(diǎn)與管內(nèi)壁在縱向相切的直線稱水準(zhǔn)管軸。當(dāng)氣泡的中心點(diǎn)與零點(diǎn)重合 時(shí)，稱氣泡居中，氣泡居中時(shí)水準(zhǔn)管軸位于水平位置。II血圖1 9水準(zhǔn)管上一格（2mm）所對(duì)應(yīng)的圓心角稱為水準(zhǔn)管的分劃值。根據(jù)幾何關(guān)系可以看出，分劃值也是氣泡

12、 移動(dòng)一格水準(zhǔn)管軸所變動(dòng)的角值（圖1 8）。水準(zhǔn)儀上水準(zhǔn)管的分劃值為1020，水準(zhǔn)管的分劃值愈小,視線置平的精度愈高。但水準(zhǔn)管的置平精度還與水準(zhǔn)管的研磨質(zhì)量、液體的性質(zhì)和氣泡的長(zhǎng)度有關(guān)。在這 些因素的綜合影響下，使氣泡移動(dòng)0.1格時(shí)水準(zhǔn)管軸所變動(dòng)的角值稱水準(zhǔn)管的靈敏度。能夠被氣泡的移動(dòng)反映出水準(zhǔn)管軸變動(dòng)的角值愈小，水準(zhǔn)管的靈敏度就愈高。（2）圓水準(zhǔn)器是一個(gè)封閉的圓形玻璃容器，頂蓋的內(nèi)表面為一球面，半徑可自0.12m至0.86m，容器內(nèi)盛乙醚類液體，留有一小圓氣泡（圖1 10）。容器頂蓋中央刻有一小圈，小圈的中心是圓水準(zhǔn)器的零點(diǎn)。通過零點(diǎn)的球面法線是圓水準(zhǔn)器的軸，當(dāng)圓水準(zhǔn)器的氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)器

13、的軸位于鉛垂位置。圓水準(zhǔn)器的分劃值，是頂蓋球面上2mm弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角值，水準(zhǔn)儀上圓水準(zhǔn)器的角值為8至 15。圖 1 10（二）DS3微傾式水準(zhǔn)儀的使用使用水準(zhǔn)儀的基本作業(yè)是：在適當(dāng)位置安置水準(zhǔn)儀，整平視線后讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。微傾式水準(zhǔn)儀 的操作應(yīng)按下列步驟和方法進(jìn)行：1. 安置水準(zhǔn)儀 首先打開三腳架，安置三腳架要求高度適當(dāng)、架頭大致水平并牢固穩(wěn)妥，在山坡上應(yīng)使三腳架的兩腳 在坡下一腳在坡上。 然后把水準(zhǔn)儀用中心連接螺旋連接到三腳架上， 取水準(zhǔn)儀時(shí)必須握住儀器的堅(jiān)固部位， 并確認(rèn)已牢固地連結(jié)在三腳架上之后才可放手。2. 儀器的粗略整平 儀器的粗略整平是用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。不論圓水

14、準(zhǔn)器在任何位置，先用任意兩個(gè)腳螺旋使氣泡移到通過圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)并垂直于這兩個(gè)腳螺旋連線的方向上，如圖2- 15中氣泡自a移到b,如此可使儀器在這兩個(gè)腳螺旋連線的方向處于水平位置。然后單獨(dú)用第三個(gè)腳螺旋使氣泡居中，如此使原兩個(gè) 腳螺旋連線的垂線方向亦處于水平位置,從而使整個(gè)儀器置平。如仍有偏差可重復(fù)進(jìn)行。操作時(shí)必須記住 以下三條要領(lǐng)：(1) 先旋轉(zhuǎn)兩個(gè)腳螺旋,然后旋轉(zhuǎn)第三個(gè)腳螺旋；(2) 旋轉(zhuǎn)兩個(gè)腳螺旋時(shí)必須作相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng),即旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反。(3) 氣泡移動(dòng)的方向始終和左手大拇指移動(dòng)的方向一致。3. 照準(zhǔn)目標(biāo) 用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo),必須先調(diào)節(jié)目鏡使十字絲清晰。然后利用望遠(yuǎn)鏡上的準(zhǔn)星從外部瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺,再旋

15、轉(zhuǎn)調(diào)焦螺旋使尺像清晰,也就是使尺像落到十字絲平面上。這兩步不可顛倒。最后用微動(dòng)螺旋使十字絲 豎絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺,為了便于讀數(shù),也可使尺像稍偏離豎絲一些。當(dāng)照準(zhǔn)不同距離處的水準(zhǔn)尺時(shí),需重新調(diào) 節(jié)調(diào)焦螺旋才能使尺像清晰,但十字絲可不必再調(diào)。照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)必須要消除視差。當(dāng)觀測(cè)時(shí)把眼睛稍作上下移動(dòng),如果尺像與十字絲有相對(duì)的移動(dòng),即讀數(shù)有改變，則表示有視差存在。其原因是尺像沒有落在十字絲平面上(圖2- 16a、b)。存在視差時(shí)不可能得出準(zhǔn)確的讀數(shù)。消除視差的方法是一面稍旋轉(zhuǎn)調(diào)焦螺旋一面仔細(xì)觀察,直到不再出現(xiàn)尺像和十字絲有相對(duì) 移動(dòng)為止,即尺像與十字絲在同一平面上4. 視線的精確整平 由于圓水準(zhǔn)器的靈敏度較低,

16、所以用圓水準(zhǔn)器只能使水準(zhǔn)儀粗略地整平。因此在每次讀數(shù)前還必須用微傾螺旋使水準(zhǔn)管氣泡符合,使視線精確整平。由于微傾螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí),經(jīng)常在改變望遠(yuǎn)鏡和豎軸的關(guān)系, 當(dāng)望遠(yuǎn)鏡由一個(gè)方向轉(zhuǎn)變到另一個(gè)方向時(shí),水準(zhǔn)管氣泡一般不再符合。所以望遠(yuǎn)鏡每次變動(dòng)方向后,也就 是在每次讀數(shù)前,都需要用微傾螺旋重新使氣泡符合。5. 讀數(shù) 用十字絲中間的橫絲讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。從尺上可直接讀出米、分米和厘米數(shù),并估讀出毫米數(shù),所以每個(gè)讀數(shù)必須有四位數(shù)。 如果某一位數(shù)是零, 也必須讀出并記錄。 不可省略, 如 1.002m、 0.007m 、 2.100m等。由于望遠(yuǎn)鏡一般都為倒像，所以從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)讀數(shù)時(shí)應(yīng)由上向下讀，即由小數(shù)向大

17、數(shù)讀。讀數(shù)前應(yīng)先認(rèn)清水準(zhǔn)尺的分劃特點(diǎn)， 特別應(yīng)注意與注字相對(duì)應(yīng)的分米分劃線的位置。為了保證得出正確的水平視線讀數(shù),在讀數(shù)前和讀數(shù)后都應(yīng)該檢查氣泡是否符合。、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的構(gòu)造和使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)安裝一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償器代替水準(zhǔn)管。儀器經(jīng)粗平后，由于 補(bǔ)償器的作用，無需精平即可通過中絲獲得視線水平時(shí)的讀數(shù)。簡(jiǎn)化了操作，提高了觀測(cè) 速度；同時(shí)還補(bǔ)償了如溫度、風(fēng)力、震動(dòng)等對(duì)測(cè)量成果一定限度的影響，從而提高了觀測(cè)精度。（一）構(gòu)造自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是一種不用水準(zhǔn)管而能自動(dòng)獲得水平視線的水準(zhǔn)儀（圖1 -11）。由于水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀在用微傾螺旋使氣泡符合 時(shí)要花一定的時(shí)間，水準(zhǔn)管靈敏度愈高，整平需要的時(shí)間愈

18、長(zhǎng)。在松軟的土地上安置水準(zhǔn)儀時(shí)，還要隨時(shí)注意氣泡有無變動(dòng)。而自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀在用圓水準(zhǔn)器使儀器粗略整平后，經(jīng)過12s即可直接讀取水平視線讀數(shù)。當(dāng)儀器有微小的傾斜變化時(shí)，補(bǔ)償器能隨時(shí)調(diào)整，始終給出正確的 水平視線讀數(shù)。因此它具有觀測(cè)速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛 地應(yīng)用在各種等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量中。圖 1 - 11（二）自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用方法較微傾式水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)便。首先也是用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，完成儀器 的粗略整平。然后用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，即可用十字絲橫絲讀取水準(zhǔn)尺讀數(shù)，所得的就是水平視線讀數(shù)。由于補(bǔ)償器有一定的工作范圍，即能起到補(bǔ)償作用的范圍，所以使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)，要防止補(bǔ)償

19、器貼 靠周圍的部件，不處于自由懸掛狀態(tài)。有的儀器在目鏡旁有一按鈕，它可以直接觸動(dòng)補(bǔ)償器。讀數(shù)前可輕 按此按鈕，以檢查補(bǔ)償器是否處于正常工作狀態(tài)，也可以消除補(bǔ)償器有輕微的貼靠現(xiàn)象。如果每次觸動(dòng)按 鈕后，水準(zhǔn)尺讀數(shù)變動(dòng)后又能恢復(fù)原有讀數(shù)測(cè)表示工作正常。如果儀器上沒有這種檢查按鈕測(cè)可用腳螺旋 使儀器豎軸在視線方向稍作傾斜，若讀數(shù)不變則表示補(bǔ)償器工作正常。由于要確保補(bǔ)償器處于工作范圍內(nèi)，使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)應(yīng)十分注意圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。數(shù)字水準(zhǔn)儀又稱電子水準(zhǔn)儀。數(shù)字水準(zhǔn)儀的光學(xué)系統(tǒng)采用了自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基本形式，是一種集電子、光學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的自動(dòng)化智能水準(zhǔn)儀。如圖2.34所示，它由基

20、座、水準(zhǔn)器、望遠(yuǎn)鏡、操作面板和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。數(shù)字水準(zhǔn)儀具有內(nèi)藏應(yīng)用軟件和良好的操作界面，可以完成讀數(shù)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處理、數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化等工作，具有速度快、精度高、作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度小、實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化等優(yōu) 點(diǎn)。由電子手簿或儀器自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行后續(xù)處理，還可以通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)將測(cè) 量數(shù)據(jù)直接傳輸給其他用戶。若使用普通水準(zhǔn)尺，也可當(dāng)普通水準(zhǔn)儀使用。三、數(shù)字水準(zhǔn)儀的構(gòu)造和使用1.構(gòu)造1.物鏡；2.提環(huán)；3.物鏡調(diào)焦螺旋；4.測(cè)量按鈕；5.微動(dòng)螺旋；6.RS接口； 7.圓水準(zhǔn)器觀察窗；8.顯示器；9.目鏡；10.操作面板；11.帶度盤的軸座；12.條碼水準(zhǔn)尺條碼水準(zhǔn)尺是與數(shù)字水準(zhǔn)儀配套

21、使用的專用水準(zhǔn)尺，如圖1- 12所示，它由玻璃纖維塑料制成，或用銦鋼制成 尺面鑲嵌在尺基上形成，？全長(zhǎng)為2m 4.05m。？尺面上 刻相互嵌套、寬度不同、黑 白相間的碼條（稱為條碼）, 該條碼相當(dāng)于普通水準(zhǔn)尺 上的分劃和注記。精密水準(zhǔn) 尺上附有安平水準(zhǔn)器和扶 手，在尺的頂端留有撐桿固 定螺孔，以便用撐桿固定條 碼尺使之長(zhǎng)時(shí)間保持準(zhǔn)確而豎直的狀態(tài)，？減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。圖 1 - 12=三=三_=三三=三=8=討訂詐24-豐日2.目前的數(shù)字水準(zhǔn)儀采用的讀數(shù)方法有幾何法、相關(guān)法和相位法，其基本原理如下。2.1幾何法讀數(shù)標(biāo)尺采用雙相位碼，標(biāo)尺上每2cm為一個(gè)測(cè)量間距，其中的碼條構(gòu)成碼詞，每個(gè)測(cè)量

22、間距的邊界由過渡碼條構(gòu)成，其下邊界到標(biāo)尺底部的高度，可由該測(cè)量間距中的碼條判讀出來。水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，一般只利用標(biāo)尺上中絲的上下邊各 15cm尺截距，即15個(gè)測(cè)量間距來計(jì)算視距和視線高。如Zeiss Dini 系列電子水準(zhǔn)儀。2.2.相關(guān)法讀數(shù)標(biāo)尺上與常規(guī)標(biāo)尺相對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼事先儲(chǔ)存在儀器中作為參考信號(hào)（條碼本源信息），測(cè)量時(shí)望遠(yuǎn)鏡攝取標(biāo)尺某段偽隨機(jī)碼（條碼影像），轉(zhuǎn)換成測(cè)量信號(hào)后與儀器內(nèi)的參考信號(hào)進(jìn)行比較，形成相關(guān)過程。按 相關(guān)方法由電子耦合與本源信息相比較，若兩信號(hào)相同，即得到最佳相關(guān)位置時(shí)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后讀數(shù)就可 確定。比較十字絲中絲位置周圍的測(cè)量信號(hào)，得到視線高；比較上、下絲的測(cè)量信號(hào)及條碼影

23、像的比例， 得到視距。如Leica NA系列電子水準(zhǔn)儀。2.3相位法讀數(shù)尺面上刻有三種獨(dú)立相互嵌套在一起的碼條，三種獨(dú)立條碼形成一組參考碼 R和兩組信息碼A、B。R碼為三道2mm寬的黑色碼條，以中間碼條的中線為準(zhǔn)，全尺等距分布（一般間隔3cm）。A、B碼分別位于R碼上、下方10mm處，寬度在010mm之間按正弦規(guī)律變化， A碼的周期為600mm B碼的周期為570mm這樣 在標(biāo)尺長(zhǎng)度方向形成明暗強(qiáng)度按正弦規(guī)律周期變化的亮度波。將R、A、B碼與儀器內(nèi)部條碼本源信息進(jìn)行相關(guān)比較確定讀數(shù)。如 Topcon DL系列電子水準(zhǔn)儀。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，光電二極管陣列攝取的數(shù)碼水準(zhǔn)尺條碼 信息（圖像），通過分光器將

24、其分為兩組，一組轉(zhuǎn)射到CCD探測(cè)器上，并傳輸給微處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到視距和視線高；另一組成像于十字絲分劃板上，便于目鏡觀測(cè)（圖2.36b）。利用電子水準(zhǔn)儀不僅可以進(jìn)行普通水準(zhǔn)儀所能進(jìn)行的測(cè)量，還可以進(jìn)行高程連續(xù)計(jì)算、多次測(cè)量平均值測(cè)量、水平角測(cè)量、距離測(cè) 量、坐標(biāo)增量測(cè)量、斷面計(jì)算、水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量閉合差調(diào)整（平差）與測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、傳輸?shù)?。尤其是自?dòng)連續(xù)測(cè)量的功能對(duì)大型建筑物的變形（瞬時(shí)變化值）觀測(cè)，相當(dāng)便利而準(zhǔn)確，具有其獨(dú)特之處，是普通水準(zhǔn)儀無法比擬的。下面為瑞士Leica NA3000型電子水準(zhǔn)儀的主要技術(shù)參數(shù) （電子讀數(shù)）。每公里往返測(cè)量中誤差土 0.4mm測(cè)距精度 土 5

25、mm 測(cè)角精度0. 1 _ 最小視距2.0m最大測(cè)程120m高差最小顯示值 0.01mm視場(chǎng)角2_安平補(bǔ)償精度0. 4外業(yè)作業(yè)溫度 20 C+50C數(shù)字水準(zhǔn)儀的技術(shù)操作 數(shù)字水準(zhǔn)儀的操作步驟同自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣，分為粗平、照準(zhǔn)、讀數(shù)三步。 現(xiàn)以NA3000型為例介紹其操作方法。粗平同普通水準(zhǔn)儀一樣，轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中即可。氣泡居中情況可在圓水準(zhǔn)器觀察窗中看到。而后打開儀器電源開關(guān)（開機(jī)），儀器進(jìn)行自檢。當(dāng)儀器自檢合格后顯示器顯示程序清單，此時(shí)即可進(jìn)行測(cè)量工作。照準(zhǔn)先轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)焦螺旋，看清十字絲；照準(zhǔn)標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡調(diào)焦螺旋，消除視差，看清目標(biāo)。按相應(yīng)鍵選擇測(cè)量模式和測(cè)量程序，如僅測(cè)量

26、不記錄、？測(cè)量并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)等；如按PROG鍵，調(diào)出程序清單；按DSPf丨鍵或DSP?J鍵選擇相應(yīng)的測(cè)量程 序，？并按RUN鍵予以確認(rèn)。當(dāng)僅測(cè)量水準(zhǔn)尺的讀數(shù)和距離時(shí)的程序?yàn)椤癙 MEAS ONLY；開始進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的程序?yàn)椤?P STARTLEVELING”，?水準(zhǔn)線路連續(xù)高程測(cè)量和輸入起始點(diǎn)高程的程序?yàn)椤癙 CONTLEVELING，視準(zhǔn)軸誤差檢查的程序?yàn)椤?P CHECK& ADJUST，刪除記錄器中數(shù)據(jù)記錄的程序?yàn)椤癙ERASEDATA。而后用十字絲豎絲照準(zhǔn)條碼尺中央，并制動(dòng)望遠(yuǎn)鏡。讀數(shù)輕按一下測(cè)量按鈕（紅色），顯示器將顯示水準(zhǔn)尺讀數(shù)；按測(cè)距鍵即可得到儀器至水準(zhǔn)尺的距離，若按相應(yīng)鍵即可

27、得到所需要的相應(yīng)數(shù)據(jù)。若在“測(cè)量并記錄”模式，儀器將自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)高程測(cè)量時(shí)，后視觀測(cè)完畢后，儀器自動(dòng)顯示提示符“FORE三”提醒觀測(cè)員觀測(cè)前視；前視觀測(cè)完畢后，儀器又自動(dòng)顯示提示符“BACG”提醒進(jìn)行下一測(cè)站后視的觀測(cè)；如此連續(xù)進(jìn)行直至觀測(cè)至終點(diǎn)。儀器顯示的待定點(diǎn)的高程是以前一站轉(zhuǎn)點(diǎn)的高程推算的。一站觀測(cè)完畢，按IN/SO丨鍵結(jié)束測(cè)量工作，關(guān)機(jī)、搬站。數(shù)字水準(zhǔn)儀使用注意事項(xiàng)，數(shù)字水準(zhǔn)儀是自動(dòng)化程度較高的電子測(cè)量?jī)x器，屬高精度精密儀器，使用時(shí)除普通水準(zhǔn)儀應(yīng)注意的事項(xiàng)外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。(1) 避免強(qiáng)陽光下進(jìn)行測(cè)量，以防損傷眼睛和光線折射導(dǎo)致條碼尺圖像不清晰產(chǎn)生錯(cuò)誤；必要時(shí)，可采用儀器和

28、條碼尺撐傘遮陽。(2) 儀器照準(zhǔn)時(shí)，盡量照準(zhǔn)條碼尺中部，避免照準(zhǔn)條碼尺的底部和頂部，以防儀器識(shí)別讀數(shù)產(chǎn)生誤差。(3) 一般來講，物體在條碼尺上的陰影不影響讀數(shù)，但是當(dāng)陰影形成與水準(zhǔn)尺條碼圖形相似的圖像化投影時(shí)，儀器將接收到錯(cuò)誤編碼信息，此時(shí)不能進(jìn)行測(cè)量。(4) 條碼尺使用時(shí)要防摔、防撞，保管時(shí)要保持清潔、干燥，以防變形，影響測(cè)量成果精度。有的條碼尺可導(dǎo)電，應(yīng)嚴(yán)防與帶電電線(纜)接觸，以免危及人身安全。(5) 數(shù)字水準(zhǔn)儀和條碼尺在使用前，必須認(rèn)真閱讀操作手冊(cè)。1.4水準(zhǔn)測(cè)量的方法、水準(zhǔn)路線的形式水準(zhǔn)測(cè)量的任務(wù)，是從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始測(cè)量其他水準(zhǔn)點(diǎn)或地面點(diǎn)的高程。測(cè)量前應(yīng)根據(jù)要求布 置并選定水準(zhǔn)

29、點(diǎn)的位置，埋設(shè)好水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石，擬定水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行的路線。水準(zhǔn)路線有以下幾種形式:（一）附合水準(zhǔn)路線 是水準(zhǔn)測(cè)量從一個(gè)高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)開始，結(jié)束于另一高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)路線。這種形式的水準(zhǔn)路線，可使測(cè)量成果得到可靠的檢核（圖1 12a）。（二）閉合水準(zhǔn)路線 是水準(zhǔn)測(cè)量從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始，最后又閉合到起始點(diǎn)上的水準(zhǔn)路線。這種形式的水準(zhǔn)路線也可以使測(cè)量成果得到檢核（圖1 12b）。（三）水準(zhǔn)支線 是由一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始，最后既不附合也不閉合到已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)上的一種水準(zhǔn) 路線。這種形式的水準(zhǔn)路線由于不能對(duì)測(cè)量成果自行檢核，因此必須進(jìn)行往測(cè)和返測(cè)，或用兩組儀器進(jìn)行 并測(cè)（圖1 12c）。（四） 水準(zhǔn)網(wǎng)

30、當(dāng)幾條附合水準(zhǔn)路線或閉合水準(zhǔn)路線連接在一起時(shí)，就形成了水準(zhǔn)網(wǎng)（圖1 12d、e）。水準(zhǔn)網(wǎng) 可使檢核成果的條件增多因而可提高成果的精度。二、水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)方法如圖1 13所示，圖中A為已知高程的點(diǎn)，B為待求高程的點(diǎn)。首先在已知高程的起始點(diǎn)A上豎立水準(zhǔn)尺，在測(cè)量前進(jìn)方向離起點(diǎn)不超過200m處設(shè)立第一個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn) Z1，必要時(shí)可放置尺墊，并豎立水準(zhǔn)尺。在離這兩點(diǎn)等距離處I安置水準(zhǔn)儀。儀器粗略整平后，先照準(zhǔn)起始點(diǎn)A上的水準(zhǔn)尺，用微傾螺旋使氣泡符合后，讀取A點(diǎn)的后視讀數(shù)。然后照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)Z1上的水準(zhǔn)尺，氣泡符合后讀取Z1點(diǎn)的前視讀數(shù)。把讀數(shù)記入手簿，并計(jì)算出這兩點(diǎn)間的高差。此后在轉(zhuǎn)點(diǎn)Z1處的水準(zhǔn)尺

31、不動(dòng)，僅把尺面轉(zhuǎn)向前進(jìn)方向。在A點(diǎn)的水準(zhǔn)尺和I點(diǎn)的水準(zhǔn)儀則向前轉(zhuǎn)移，水準(zhǔn)尺安置在與第一站有同樣間距的轉(zhuǎn)點(diǎn)Z2，而水準(zhǔn)儀則安置在離 Z1、Z2兩轉(zhuǎn)點(diǎn)等距離處的測(cè)站n。按在第I站同樣的步驟和方法讀取后視讀數(shù)和前視讀數(shù)，并計(jì)算出高差。如此繼續(xù)進(jìn)行直到待求高程點(diǎn)B。觀測(cè)所得每一讀數(shù)應(yīng)立即記入手簿，水準(zhǔn)測(cè)量手簿格式見表 11。填寫時(shí)應(yīng)注意把各個(gè)讀數(shù)正確地填寫在相應(yīng)的行和欄內(nèi)。例如儀器在測(cè)站I時(shí)，起點(diǎn)A上所得水準(zhǔn)尺讀數(shù) 2.073應(yīng)記入該點(diǎn)的后視讀數(shù)欄內(nèi)，照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)Z1所得讀數(shù)1.526應(yīng)記入Z1點(diǎn)的前視讀數(shù)欄內(nèi)。后視讀數(shù)減前視讀數(shù)得 A、Z1兩點(diǎn)的高差+0.547 記入高差欄內(nèi)。以后各測(cè)站觀測(cè)所得均按同樣

32、方法記錄和計(jì)算。各測(cè)站所得的高差代數(shù)和刀h,就是從起點(diǎn)A到終點(diǎn)B總的高差。終點(diǎn)B的高程等于起點(diǎn) A的高程A、B間的高差。因?yàn)闇y(cè)量的目的是求B點(diǎn)的高程，所以各轉(zhuǎn)點(diǎn)的高程不需計(jì)算。測(cè)站測(cè)點(diǎn)后視讀數(shù)前視讀數(shù)高差咼程備注+IA2.07350.118已知A點(diǎn)高nZ11.6241.5260*44750.665程 =50.118出Z21.6781.4070.21750.882IVZ31.5951.3920.28651.168VZ40.9211.4020.19351.361B1.5030.58250.779計(jì)算檢核7.8917.230ab 0.661h 0.661HB H a0.661表1 -1水準(zhǔn)測(cè)量手簿（

33、一）為了節(jié)省手簿的篇幅，在實(shí)際工作中常把水準(zhǔn)手簿格式簡(jiǎn)化成表1-2所示。這種格式實(shí)際上是把同一轉(zhuǎn)點(diǎn)的后視讀數(shù)和前視讀數(shù)合并填在同一行內(nèi)，兩點(diǎn)間的高差則一律填寫在該測(cè)站前視讀數(shù)的同一行內(nèi)。其他計(jì)算和檢核均相同。測(cè)點(diǎn)后視讀數(shù)前視讀數(shù)咼差咼程備注+A2.07350.118H a 50.118Z11.6241.5260.54750.665Z21.6781.4070.21750.882Z31.5951.3920.28651.168Z40.9211.4020.19351.361B1.5030.58250.779藝7.8917.2301.2430.582計(jì)算檢核a b0.661 h0.661HbH A0.6

34、61表1-2（刀在每一測(cè)段結(jié)束后或手簿上每一頁之末， 必須進(jìn)行計(jì)算檢核。檢查后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和 a-刀b）是否等于各站高差之和（刀h）,并等于終點(diǎn)高程減起點(diǎn)高程。如不相等，則計(jì)算中必有錯(cuò)誤，應(yīng)進(jìn)行 檢查。但應(yīng)注意這種檢核只能檢查計(jì)算工作有無錯(cuò)誤，而不能檢查出測(cè)量過程中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤，如讀錯(cuò)記 錯(cuò)等。檢查測(cè)量過程中的差錯(cuò)，要采用下面將要敘述的方法。三、水準(zhǔn)測(cè)量成果的檢核為了保證水準(zhǔn)測(cè)量成果的正確可靠，對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的成果必須進(jìn)行檢核。檢核方法有測(cè)站檢核和水準(zhǔn)路 線檢核兩種：(一 ) 測(cè)站檢核 為防止在一個(gè)測(cè)站上發(fā)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致整個(gè)水準(zhǔn)路線結(jié)果的錯(cuò)誤，可在每個(gè)測(cè)站上對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行檢 核，方法如下

35、：1. 兩次儀器高法 在每個(gè)測(cè)站上一次測(cè)得兩轉(zhuǎn)點(diǎn)間的高差后，改變一下水準(zhǔn)儀的高度，再次測(cè)量?jī)赊D(zhuǎn) 點(diǎn)間的高差。對(duì)于一般水準(zhǔn)測(cè)量，當(dāng)兩次所得高差之差小于 5mm 時(shí)可認(rèn)為合格，取其平均值作為該測(cè)站 所得高差，否則應(yīng)進(jìn)行檢查或重測(cè)。2. 雙面尺法 利用雙面水準(zhǔn)尺分別由黑面和紅面讀數(shù)得出的高差，扣除一對(duì)水準(zhǔn)尺的常數(shù)差后，兩個(gè) 高差之差小于 5mm 時(shí)可認(rèn)為合格，否則應(yīng)進(jìn)行檢查或重測(cè)。用雙面尺進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的檢核方法詳見第八 章。(二 ) 水準(zhǔn)路線的檢核1. 附合水準(zhǔn)路線 為使測(cè)量成果得到可靠的檢核，最好把水準(zhǔn)路線布設(shè)成附合水準(zhǔn)路線。對(duì)于附合水 準(zhǔn)路線，理論上在兩已知高程水準(zhǔn)點(diǎn)間所測(cè)得各站高差之和應(yīng)等于起迄兩水準(zhǔn)點(diǎn)間高程之差。即刀h=H終-H起如果它們不能相等，其差值稱為高程閉合差，用 表示。所以附合水準(zhǔn)路線的高程閉合差為：fh=刀 h-(H 終-H 起) (210)高程閉合差的大小在一定程度上反映了測(cè)量成果的質(zhì)量。2. 閉合水準(zhǔn)路線 在閉合水準(zhǔn)路線上亦可對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行檢核。對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線，因?yàn)樗鹌谕粋€(gè)點(diǎn)，所以理論上全線各站高差之和應(yīng)等于零。即刀h=0如果高差之