2水準(zhǔn)儀的原理與應(yīng)用ppt課件

1、精密測量儀器的原理與應(yīng)用第二講 水準(zhǔn)儀的原理與應(yīng)用授課人：王磊郵箱：wl19861371632019.9.8主要內(nèi)容n水準(zhǔn)測量原理n地球曲率與大氣折光n光學(xué)水準(zhǔn)儀工作原理n電子水準(zhǔn)儀簡介n水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正n外業(yè)水準(zhǔn)測量n內(nèi)業(yè)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理水準(zhǔn)測量原理HA（知）（知）ABabhAB前進(jìn)方向前進(jìn)方向大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面HB（ 待（ 待定）定）水平視線水平視線水準(zhǔn)測量原理n設(shè)水準(zhǔn)測量的前進(jìn)方向是由A點(diǎn)向B點(diǎn)，則規(guī)定A點(diǎn)為后視點(diǎn)，其水準(zhǔn)尺讀數(shù)為a，稱為后視讀數(shù)；B點(diǎn)為前視點(diǎn)，其水準(zhǔn)尺讀數(shù)為b，稱為前視讀數(shù)。nA,B 兩點(diǎn)間的高差計(jì)算公式：nhAB=a-b;nB點(diǎn)的高程計(jì)算公式：nHB=HA+(a-b)

2、=HA+hAB水準(zhǔn)測量原理n如果兩點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，或高差較大時(shí)，僅安置一次儀器便不能測得它們的高差，這時(shí)需要加設(shè)若干個(gè)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)。每安置一次儀器，稱為一個(gè)測站 。地球曲率和大氣折光的影響n為了討論地球曲率對水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的影響，現(xiàn)把水準(zhǔn)面看作圓球面。地球曲率對水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的影響分別用 p1，p2表示稱為球差改正）n由于大氣折光的影響，實(shí)際視線不是水平直線，而是曲線。實(shí)際視線的形狀十分復(fù)雜，但當(dāng)視線不太長時(shí)，可將其當(dāng)做圓弧看待。大氣折光的影響分別用f1, f2表示稱為氣差改正）。 地球曲率和大氣折光的影響地球曲率和大氣折光的影響n地球曲率對一根水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的影響

3、 n設(shè)通過儀器中心的水準(zhǔn)面的半徑為，儀器至水準(zhǔn)尺的弧長為，儀器至水準(zhǔn)尺的切線長為t，地球曲率對水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的影響為p。得 RSp22地球曲率和大氣折光的影響n大氣折光對一根水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的影響n設(shè)彎曲視線的曲率為 ，此處k為折光系數(shù)。由于R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R，故k小于1，通常取平均值 k=0.11KRR RSKKRSf2)(222光學(xué)水準(zhǔn)儀原理水 準(zhǔn) 儀 的 構(gòu) 造 、 望 遠(yuǎn) 鏡 和 水 準(zhǔn) 管 固 連 在 一 起 ， 使 水 準(zhǔn) 儀 提 供 一 條 水平 視 線 。 、 圓 水 準(zhǔn) 器 用 于 粗 略 整 平 儀 器 。 、 制 動 螺 旋 和 微 動 螺 旋 是 控 制 望 遠(yuǎn) 鏡 的 水 平 方

4、 向 的 轉(zhuǎn)動 。 轉(zhuǎn) 動 調(diào) 焦 螺 旋 使 物 像 清 晰 。 、 調(diào) 節(jié) 微 傾 螺 旋 使 水 準(zhǔn) 管 氣 泡 居 中 。精密光學(xué)水準(zhǔn)儀光學(xué)水準(zhǔn)儀構(gòu)造n1物鏡；2.目鏡；3.調(diào)焦透鏡；4.十字絲分劃板；5.物鏡調(diào)焦螺旋；6.目鏡調(diào)焦螺旋；7.十字絲放大像視差的產(chǎn)生與消除n觀測者的眼睛作上、下或左、右挪動，若發(fā)覺目標(biāo)像與十字絲之間有相對移動，這種現(xiàn)象稱為“視差”n解決方法：先調(diào)目鏡，再調(diào)物鏡水準(zhǔn)器n水準(zhǔn)管：單個(gè)方向整平，精確整平n圓水準(zhǔn)器：所有方向n ，粗略整平光學(xué)測微原理n帶有光學(xué)測微器裝置的水準(zhǔn)儀自動安平水準(zhǔn)儀的原理n方法1：在光路中裝置一個(gè)“補(bǔ)償器”使光線偏轉(zhuǎn)而通過十字絲交點(diǎn)補(bǔ)償器

5、的原理n補(bǔ)償器的具體結(jié)構(gòu)類型有多種，但一般均采用吊掛光學(xué)零件的方法，借助重力的作用達(dá)到視線自動補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｑa(bǔ)償器的阻尼裝置擺動桿磁鐵金屬薄板擺動桿氣缸體小孔活塞P擺 動 桿磁 鐵金 屬 薄 板擺 動 桿氣 缸 體小 孔活 塞 P空氣阻尼器磁阻尼器自動安平水準(zhǔn)儀的原理n方法2：移動十字絲的“補(bǔ)償裝置n視準(zhǔn)軸始終是鉛垂位置，n兩個(gè)反光鏡構(gòu)成45度角，n視準(zhǔn)軸經(jīng)兩次反射后射出n望遠(yuǎn)鏡的光線必是水平光n線因此十字絲交點(diǎn)上始n終得到水平視線的瀆數(shù)。磁阻尼器磁阻尼器精密光學(xué)水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)尺和尺墊水 準(zhǔn) 尺 的 種 類 和 尺 墊常 用 水 準(zhǔn) 尺 有 兩 種 ： 直 尺 和 塔 尺直 尺 為 兩 面 尺 ，

6、塔 尺 可 以 伸 縮 ， 攜 帶 方 便 。尺 墊 用 于 轉(zhuǎn) 點(diǎn) 處 放 置 水 準(zhǔn) 尺 。因瓦水準(zhǔn)尺 尺墊與尺樁 區(qū)格式木質(zhì)雙面水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)儀的使用n 操作步驟：n1.安置儀器n2.粗平n3.瞄準(zhǔn)水淮尺n4.精平n5.讀數(shù)電子水準(zhǔn)儀特點(diǎn)：速度快、精度高、讀數(shù)客觀、使用方便、能減輕作業(yè)勞動強(qiáng)度、可自動記錄、存儲測量數(shù)據(jù)、易于實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)一體化 電子水準(zhǔn)儀n目前電子水準(zhǔn)儀采用的自動電子讀數(shù)方法有以下三種：n相關(guān)法，如Leica公司NA2019，NA3003的電子水準(zhǔn)儀；n幾何法，如蔡司廠的DiNi10，DiNi20；n相位法，如拓普康公司的DL-101C，DL-102C。 電子水準(zhǔn)儀的結(jié)

7、構(gòu)n在望遠(yuǎn)鏡中裝置了一個(gè)由光敏二極管構(gòu)成的行陣探測器，儀器采用數(shù)字圖像識別處理系統(tǒng)，并配用條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺電子水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)nLeica DNA03 的各個(gè)部件DNA03精密數(shù)字水準(zhǔn)儀Trimble DiNi03精密水準(zhǔn)儀Topcon精密電子水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀的誤差分析n水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺下沉誤差 n大氣折光的影響n日照及風(fēng)力引起的誤差n水準(zhǔn)尺磨損(標(biāo)尺零點(diǎn)差)n水準(zhǔn)尺彎曲誤差的處理方法n若水準(zhǔn)儀在測站上隨安置時(shí)間的增加而下沉 ，采用“后前前后的觀測程序可減少儀器下沉對高差的影響。 n視線應(yīng)高出地面0.3m，選擇合適的天，避開不利的環(huán)境 減弱大氣折光影響。n選擇好的天氣測量，給儀器打傘遮光等。減弱日照，風(fēng)力影

8、響n偶數(shù)站消除標(biāo)尺零點(diǎn)差。n尺長改正消除水準(zhǔn)尺彎曲水準(zhǔn)儀的檢校n水準(zhǔn)儀主要軸線：n水準(zhǔn)管水準(zhǔn)軸n望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸n圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)軸n儀器旋轉(zhuǎn)軸水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)n水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的主要條件有：n水準(zhǔn)管的水準(zhǔn)軸應(yīng)與望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸平行n望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸不因調(diào)焦而變動位置n水準(zhǔn)儀應(yīng)滿足的次要條件有：n圓水準(zhǔn)器的水準(zhǔn)軸應(yīng)與儀器的旋轉(zhuǎn)軸平行n 十字絲的橫絲應(yīng)與儀器的旋轉(zhuǎn)軸垂直圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)軸與儀器旋轉(zhuǎn)軸平行的檢驗(yàn)n先用腳螺旋將圓水準(zhǔn)器氣泡居中，然后將儀器旋轉(zhuǎn)，若氣泡仍在居中位置，則表明此項(xiàng)條件已得到滿足；若氣泡有了偏移，則表明條件沒有滿足。n氣泡偏移弧長代表了儀器旋轉(zhuǎn)軸和水準(zhǔn)軸的交角的兩倍。 圓水準(zhǔn)器水準(zhǔn)軸與儀器旋轉(zhuǎn)軸平行

9、的檢驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸應(yīng)與水準(zhǔn)管水準(zhǔn)軸平行的檢驗(yàn)n望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管水準(zhǔn)軸，n在豎直面上的投影是否平行的檢驗(yàn)稱為i角檢驗(yàn)。n在水平面上的投影是否平行的檢驗(yàn)稱為交叉誤差檢驗(yàn)。i角檢驗(yàn)原理n在地面選定兩個(gè)固定點(diǎn)、B，測出、B 間的兩次高差hAB和hAB 。設(shè)儀器存在i角誤差，BAABABSSihhBAABABSSihh BABAABABSSSShhii角檢驗(yàn)原理ni角檢驗(yàn)方法1：BASS BAABABSShhii角檢驗(yàn)原理ni角檢驗(yàn)方法2：)(BABAABSSSSSABABABShhi2i角檢驗(yàn)原理n水準(zhǔn)測量規(guī)范規(guī)定，n用于一、二等水準(zhǔn)測量的儀器i角不得大于15；n用于三、四等水準(zhǔn)測量的儀器i角不得

10、大于20，否則應(yīng)進(jìn)行校正。 交叉誤差的消除n水準(zhǔn)測量時(shí)儀器旋轉(zhuǎn)軸不嚴(yán)格豎直，兩軸在水平面上的投影不平行可能會導(dǎo)致兩軸在豎直面上不平行，即交叉誤差轉(zhuǎn)變?yōu)閕角誤差交叉誤差的消除n在水準(zhǔn)測量中，儀器旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向相對于三腳架大體保持在某一固定的位置，三腳架的某兩個(gè)腳如果固定在線路的一方，儀器旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向沒有變化，各測站交叉誤差在水準(zhǔn)測量成果中的影響便是系統(tǒng)性的。為了消除這種系統(tǒng)誤差，水準(zhǔn)測量規(guī)范規(guī)定：在連續(xù)各站上安置水準(zhǔn)儀的三腳架時(shí)，應(yīng)使其中兩腳與水準(zhǔn)線路方向平行，而第三腳輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。水準(zhǔn)尺分劃的檢驗(yàn)水準(zhǔn)尺分劃的檢驗(yàn)水準(zhǔn)尺每米平均真長的測定水準(zhǔn)尺每米平均真長的測定 每米長度誤

11、差，不得超過每米長度誤差，不得超過0.5mm水準(zhǔn)尺每分米分劃誤差的測定水準(zhǔn)尺每分米分劃誤差的測定 分劃線位置誤差不得超過分劃線位置誤差不得超過0.1mm水準(zhǔn)尺紅黑面零點(diǎn)差的測定水準(zhǔn)尺紅黑面零點(diǎn)差的測定 應(yīng)為應(yīng)為4687或或4787mm一對水準(zhǔn)尺黑面零點(diǎn)差一對水準(zhǔn)尺黑面零點(diǎn)差 設(shè)置偶數(shù)測站設(shè)置偶數(shù)測站外業(yè)觀測要求n 國家三、四等水準(zhǔn)測量 n一測站上水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)雙面水準(zhǔn)尺的順序?yàn)椋簄照準(zhǔn)后視標(biāo)尺黑面，進(jìn)行視距絲、中絲讀數(shù)；n照準(zhǔn)前視標(biāo)尺黑面，進(jìn)行中絲、視距絲讀數(shù)；n照準(zhǔn)前視標(biāo)尺紅面，進(jìn)行中絲讀數(shù)；n照準(zhǔn)后視標(biāo)尺紅面，進(jìn)行中絲讀數(shù)；n 即“后前前后”（黑、黑、紅、紅）n四等水準(zhǔn)測量每站觀測順序也可為“

12、后后前前”（黑、紅、黑、紅）普通水準(zhǔn)(三四等)規(guī)范要求等級儀器類型標(biāo)準(zhǔn)視線長度后前視距差后前視距差累計(jì)黑紅面讀數(shù)差黑紅面所測高差之差檢測間歇點(diǎn)高差之差三等S365m3.0m6.0m2.0mm3.0mm3.0mm四等S380m5.0m10.0m3.0mm5.0mm5.0mm精細(xì)(一二等)水準(zhǔn)測量 n在兩相鄰測站上，應(yīng)按奇、偶數(shù)測站的觀測順序進(jìn)行觀測： n（1往測：奇數(shù)站為后前前后；偶數(shù)站為前后后前。n（2返測：奇數(shù)站為前后后前；偶數(shù)站為后前前后。n 在一測段的水準(zhǔn)測量路線上，測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。每一測段的水準(zhǔn)路線應(yīng)進(jìn)行往測與返測，且應(yīng)分別在上午和下午觀測。 水準(zhǔn)觀測中的注意事項(xiàng)水準(zhǔn)觀測中的注意事項(xiàng)（1觀測之前應(yīng)將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時(shí)應(yīng)用測傘遮蔽陽光；遷站時(shí)應(yīng)罩以儀器罩。（2觀測前應(yīng)測出傾斜螺旋的置平零點(diǎn)，并做標(biāo)記；隨著氣溫變化，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整置平零點(diǎn)的位置。（3除路線拐彎處外，每一測站上儀器和前后視標(biāo)尺的3個(gè)位置，應(yīng)盡可能接近于一條直線。（4同一測站上觀測時(shí)， 不得重復(fù)調(diào)焦。轉(zhuǎn)動儀器的傾斜螺旋和測微輪時(shí)，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進(jìn)。（5每一測段的往測與返測，其測