水準(zhǔn)儀使用方法及原理

1、2. .1 水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量原理 1. 水準(zhǔn)測量基本原理水準(zhǔn)測量基本原理目的：目的：測定兩點(diǎn)的高差測定兩點(diǎn)的高差儀器：儀器：水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀原理：原理：利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線對豎立在兩點(diǎn)之利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線對豎立在兩點(diǎn)之間的水準(zhǔn)尺進(jìn)行間的水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測觀測 ，并通過其，并通過其中一個點(diǎn)（中一個點(diǎn)（M M點(diǎn)）點(diǎn)）的高程推算另一的高程推算另一個點(diǎn)個點(diǎn)(N(N點(diǎn)點(diǎn)) )的高的高程。程。2. 水準(zhǔn)測量觀測方法水準(zhǔn)測量觀測方法 （1）高差法：）高差法： 在在M、N兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，在兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，在M、N兩兩點(diǎn)分別豎立水準(zhǔn)尺，利用水準(zhǔn)移的水平視線分別讀取點(diǎn)分別豎立水準(zhǔn)尺，利用水準(zhǔn)移的水平視線

2、分別讀取M點(diǎn)、點(diǎn)、N點(diǎn)上的讀數(shù)點(diǎn)上的讀數(shù)a、b，則兩點(diǎn)的高差為，則兩點(diǎn)的高差為則則N點(diǎn)的高程點(diǎn)的高程HN為為 a：后視讀數(shù)：后視讀數(shù)(后視觀測后視觀測讀數(shù)讀數(shù))；b：前視讀數(shù)前視讀數(shù)( (前視觀測前視觀測讀數(shù)讀數(shù)) )。M M：后視點(diǎn)后視點(diǎn)N N：前視點(diǎn)前視點(diǎn)永遠(yuǎn)是永遠(yuǎn)是后視減前視后視減前視bahMNMNMNhHH（2）視線高法（單站多測法）視線高法（單站多測法） 安置一次儀器可以測算多個點(diǎn)高程的方法。安置一次儀器可以測算多個點(diǎn)高程的方法。首先算出水準(zhǔn)儀的首先算出水準(zhǔn)儀的視線高程視線高程Hi，然后分別，然后分別計算出各個點(diǎn)的高程：計算出各個點(diǎn)的高程：bj為第為第j個前視點(diǎn)的讀數(shù)，個前視點(diǎn)的讀數(shù)

3、，Hj為第為第j個前視點(diǎn)的高程。個前視點(diǎn)的高程。這種方法常用于路線縱這種方法常用于路線縱斷面測量。斷面測量。大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面MjbjHMHjHi大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,)aHHMijijbHH(j=1,2,3,)3. . 連續(xù)水準(zhǔn)測量（路線水準(zhǔn)測量）連續(xù)水準(zhǔn)測量（路線水準(zhǔn)測量） 應(yīng)用前提應(yīng)用前提：兩待測點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)、高差較大，或中間：兩待測點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)、高差較大，或中間有障礙。有障礙。方法：方法：加設(shè)若干個臨時立尺點(diǎn)（稱為加設(shè)若干個臨時立尺點(diǎn)（稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)ZD），依此），依此測定相鄰兩個點(diǎn)的高差，取各高差的代數(shù)和即得到起測定相鄰兩

4、個點(diǎn)的高差，取各高差的代數(shù)和即得到起終兩個點(diǎn)的高差。終兩個點(diǎn)的高差。則則M、N兩點(diǎn)的高差為兩點(diǎn)的高差為 niiniiniiMNbahh111),.,3 , 2 , 1(ni iiibah4. 提高精度的觀測方法提高精度的觀測方法“中間法中間法”觀測：觀測：各測站前、后視線長度大致相各測站前、后視線長度大致相等等“中間法中間法” 觀測的作用觀測的作用削弱水準(zhǔn)管軸削弱水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平與視準(zhǔn)軸不平行的儀器誤差行的儀器誤差地球曲率和大地球曲率和大氣折光的影響氣折光的影響對光透鏡運(yùn)行對光透鏡運(yùn)行誤差誤差2.2 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 儀儀1. 水準(zhǔn)儀：水準(zhǔn)儀：提供水平視線（平行大地水準(zhǔn)面）的設(shè)備提供水平視線（平

5、行大地水準(zhǔn)面）的設(shè)備2. 水準(zhǔn)儀類型：水準(zhǔn)儀類型：（1）微傾式水準(zhǔn)儀微傾式水準(zhǔn)儀 （2）自動安平水準(zhǔn)儀自動安平水準(zhǔn)儀 （3）電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀3. 水準(zhǔn)儀的表示方法（國產(chǎn)儀器）水準(zhǔn)儀的表示方法（國產(chǎn)儀器） DSn：D表示大地測量表示大地測量S表示水準(zhǔn)儀，表示水準(zhǔn)儀，n為數(shù)字表示為數(shù)字表示儀器精度，數(shù)值儀器精度，數(shù)值n越小越小,表示儀器精度越高。如表示儀器精度越高。如DS0.5,表示表示每公里往返測量高差中數(shù)的偶然中誤差每公里往返測量高差中數(shù)的偶然中誤差小于或小于或等于等于0.5mm 4. 常用水準(zhǔn)儀的等級劃分及主要用途常用水準(zhǔn)儀的等級劃分及主要用途一般工程一般工程水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量國家三四等水

6、國家三四等水準(zhǔn)測量及一般準(zhǔn)測量及一般工程水準(zhǔn)測量工程水準(zhǔn)測量國家二等測國家二等測量及其他精量及其他精密水準(zhǔn)測量密水準(zhǔn)測量國家一等水國家一等水準(zhǔn)測量及地準(zhǔn)測量及地震測量震測量主要用途主要用途儀器精度儀器精度DS10DS3DS1DS0.5儀器系列型號儀器系列型號一般工程一般工程水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量國家三四等水國家三四等水準(zhǔn)測量及一般準(zhǔn)測量及一般工程水準(zhǔn)測量工程水準(zhǔn)測量國家二等測國家二等測量及其他精量及其他精密水準(zhǔn)測量密水準(zhǔn)測量國家一等水國家一等水準(zhǔn)測量及地準(zhǔn)測量及地震測量震測量主要用途主要用途儀器精度儀器精度DS10DS3DS1DS0.5儀器系列型號儀器系列型號mm5 . 0mm1mm3mm105.

7、水準(zhǔn)儀的主要結(jié)構(gòu)組成水準(zhǔn)儀的主要結(jié)構(gòu)組成主要為三部分：主要為三部分：（1）望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 （2）水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器 （3）基座基座其中望遠(yuǎn)鏡為主要組成部分。下圖為其中望遠(yuǎn)鏡為主要組成部分。下圖為WILD NAK-0X型型水準(zhǔn)儀（由北京測繪儀器廠組裝）水準(zhǔn)儀（由北京測繪儀器廠組裝）目鏡目鏡目鏡對光螺旋目鏡對光螺旋物鏡對光螺旋物鏡對光螺旋物鏡物鏡水平微調(diào)螺旋水平微調(diào)螺旋腳螺旋腳螺旋準(zhǔn)星準(zhǔn)星6. 望遠(yuǎn)鏡組成及其成像原理望遠(yuǎn)鏡組成及其成像原理望遠(yuǎn)鏡由望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲物鏡、目鏡、對光凹透鏡和十字絲四個四個主要部分組成。主要部分組成。成像原理：成像原理：目標(biāo)經(jīng)過物鏡和對光凹透鏡的作用，目標(biāo)經(jīng)

8、過物鏡和對光凹透鏡的作用，在鏡筒內(nèi)造成倒立、縮小的實像，通過調(diào)節(jié)對光在鏡筒內(nèi)造成倒立、縮小的實像，通過調(diào)節(jié)對光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。（望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)）視準(zhǔn)軸視準(zhǔn)軸 目鏡的作用：目鏡的作用：放大，人眼經(jīng)過目鏡，可以看到目標(biāo)放大，人眼經(jīng)過目鏡，可以看到目標(biāo)的小實像與十字絲一起放大了的虛像。的小實像與十字絲一起放大了的虛像。 十字絲的作用：十字絲的作用：提供照準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。其中心交點(diǎn)提供照準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。其中心交點(diǎn)和物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸，即視線。玻璃片上和物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲稱為視距絲

9、。水準(zhǔn)測量就是當(dāng)視線水的上、下短絲稱為視距絲。水準(zhǔn)測量就是當(dāng)視線水平時，用中間橫絲截取水準(zhǔn)尺讀數(shù)。平時，用中間橫絲截取水準(zhǔn)尺讀數(shù)。 視準(zhǔn)軸：視準(zhǔn)軸：十字絲中央交點(diǎn)和物鏡十字絲中央交點(diǎn)和物鏡 光心的連線光心的連線 （水準(zhǔn)儀四條軸線水準(zhǔn)儀四條軸線 之一之一） 豎軸：豎軸：望遠(yuǎn)鏡底部與基座相連的望遠(yuǎn)鏡底部與基座相連的 軸的中心線。軸的中心線。 （水準(zhǔn)儀四條軸水準(zhǔn)儀四條軸 線之一線之一）視距絲視距絲橫絲橫絲7. 水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器（1）水準(zhǔn)器的用途：）水準(zhǔn)器的用途： 衡量衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標(biāo)志。的標(biāo)志。（2）水準(zhǔn)器種類：）水準(zhǔn)器種類：水準(zhǔn)盒及水準(zhǔn)管水準(zhǔn)盒及水準(zhǔn)管水準(zhǔn)盒

10、用于粗調(diào)整平，水準(zhǔn)管則用于精密整平水準(zhǔn)盒用于粗調(diào)整平，水準(zhǔn)管則用于精密整平（3）水準(zhǔn)盒軸線：水準(zhǔn)盒軸線：水準(zhǔn)盒頂面中心（水準(zhǔn)盒零點(diǎn)）水準(zhǔn)盒頂面中心（水準(zhǔn)盒零點(diǎn)）的球面法線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一）的球面法線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一）（4）水準(zhǔn)管軸線水準(zhǔn)管軸線： 過水準(zhǔn)管圓弧中心點(diǎn)（水準(zhǔn)管零點(diǎn)）與頂面圓弧內(nèi)過水準(zhǔn)管圓弧中心點(diǎn)（水準(zhǔn)管零點(diǎn)）與頂面圓弧內(nèi)壁相切的直線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一）壁相切的直線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一）（5）水準(zhǔn)器靈敏度：水準(zhǔn)器靈敏度： 用分劃值表示，即當(dāng)氣泡移動用分劃值表示，即當(dāng)氣泡移動2mm時，水準(zhǔn)盒（管）時，水準(zhǔn)盒（管）軸相應(yīng)傾斜的角度軸相應(yīng)傾斜的角度8. 水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)

11、尺用途：用途：用于水準(zhǔn)測量的目標(biāo)點(diǎn)觀測用于水準(zhǔn)測量的目標(biāo)點(diǎn)觀測種類：種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的 塔尺一般長塔尺一般長3米，由三節(jié)組成。板尺一般米，由三節(jié)組成。板尺一般2米。米。水準(zhǔn)尺的刻度與標(biāo)注：水準(zhǔn)尺的刻度與標(biāo)注：精度比較：精度比較：板尺精度高于塔尺。板尺精度高于塔尺。用用 途：途：板尺一般常用于三、四等水準(zhǔn)板尺一般常用于三、四等水準(zhǔn)測量，而塔尺則用于等外水準(zhǔn)測量。測量，而塔尺則用于等外水準(zhǔn)測量。 使用注意事項：使用注意事項：使用前應(yīng)認(rèn)清尺子使用前應(yīng)認(rèn)清尺子刻劃線刻劃線與數(shù)字之間的位置關(guān)系與數(shù)字之間的位置關(guān)系，是否為正、倒，是否為正、倒數(shù)字，數(shù)字，

12、尺底的數(shù)值尺底的數(shù)值。對于塔尺，當(dāng)使用。對于塔尺，當(dāng)使用兩節(jié)以上時應(yīng)注意兩節(jié)以上時應(yīng)注意兩節(jié)接口位置是否對兩節(jié)接口位置是否對準(zhǔn)、卡簧是否卡住。準(zhǔn)、卡簧是否卡住。2.3 水準(zhǔn)儀使用方法水準(zhǔn)儀使用方法儀器儀器安放整平安放整平 對光照準(zhǔn)對光照準(zhǔn)消除視差消除視差照準(zhǔn)讀數(shù)照準(zhǔn)讀數(shù)三角架三角架腳螺旋腳螺旋目、物鏡目、物鏡對光螺旋對光螺旋腳架張開腳架張開角度勿太角度勿太大或太小大或太小不可對準(zhǔn)不可對準(zhǔn)太陽太陽水平微調(diào)水平微調(diào)螺旋螺旋刻度大小刻度大小正、倒像正、倒像注意：如何辨別及消除視差？注意：如何辨別及消除視差？用腳螺旋整平儀器用腳螺旋整平儀器 視差存在的根本原因：視差存在的根本原因：目標(biāo)像和十字絲目標(biāo)像

13、和十字絲分劃板不重合！分劃板不重合！水準(zhǔn)尺讀數(shù)方法：水準(zhǔn)尺讀數(shù)方法：2.375m2.4 水準(zhǔn)測量的實施水準(zhǔn)測量的實施1. 水準(zhǔn)點(diǎn)及其選擇水準(zhǔn)點(diǎn)及其選擇 水準(zhǔn)測量必須要有已知水準(zhǔn)點(diǎn)（即其高程已水準(zhǔn)測量必須要有已知水準(zhǔn)點(diǎn)（即其高程已知的點(diǎn)，用知的點(diǎn)，用BM表示，如表示，如BM0、BM1等）等）水準(zhǔn)點(diǎn)選擇：水準(zhǔn)點(diǎn)選擇：結(jié)合測區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況、結(jié)合測區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況、被測點(diǎn)的分布以及地形地勢情況、所采取的被測點(diǎn)的分布以及地形地勢情況、所采取的路線形式選擇。路線形式選擇。水準(zhǔn)點(diǎn)類型：水準(zhǔn)點(diǎn)類型：永久性和臨時性永久性和臨時性水準(zhǔn)點(diǎn)制成：水準(zhǔn)點(diǎn)制成：依永久性及臨時性水準(zhǔn)點(diǎn)而制做。依永久性及臨時性水準(zhǔn)

14、點(diǎn)而制做。2. 水準(zhǔn)路線布置水準(zhǔn)路線布置（1）閉合水準(zhǔn)路線）閉合水準(zhǔn)路線 高差閉合差：高差閉合差：（2）附合水準(zhǔn)路線）附合水準(zhǔn)路線 高差閉合差：高差閉合差：附合水準(zhǔn)路線附合水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線閉合水準(zhǔn)路線3測hfh)(始終測HHhfh（3）支水準(zhǔn)路線：）支水準(zhǔn)路線：從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿線測量各待定從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿線測量各待定點(diǎn)，其線路既不閉合到原來的已知點(diǎn)，也不附合到點(diǎn)，其線路既不閉合到原來的已知點(diǎn)，也不附合到另一已知點(diǎn)。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理另一已知點(diǎn)。而是通過往返觀測來檢查觀測差。理論上往返高差應(yīng)為絕對值相等而符號相反。論上往返高差應(yīng)為絕對值相等而符號相反。（4）結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)：）結(jié)

15、點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)：由若干條單水準(zhǔn)路線相互連接而成由若干條單水準(zhǔn)路線相互連接而成的圖形。可分為附合水準(zhǔn)網(wǎng)及獨(dú)立水準(zhǔn)網(wǎng)。的圖形。可分為附合水準(zhǔn)網(wǎng)及獨(dú)立水準(zhǔn)網(wǎng)。 往 測返支支 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 路路 線線測往 測返支支 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 路路 線線測往 測返支支 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 路路 線線往 測返支支 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 路路 線線測返往hhfh3. 水準(zhǔn)測量施測水準(zhǔn)測量施測 （1）觀測與記錄：）觀測與記錄：采用連續(xù)水準(zhǔn)路線測量方法進(jìn)行采用連續(xù)水準(zhǔn)路線測量方法進(jìn)行測量。點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離大小取決于通視條件、讀數(shù)測量。點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離大小取決于通視條件、讀數(shù)清晰度以及保證視線在尺子范圍內(nèi)，一般為清晰度以及保證視線在尺子范圍內(nèi)，一般為5

16、0100米。米。注意：待測點(diǎn)必須要立尺觀測。注意：待測點(diǎn)必須要立尺觀測。對每一測站分別記錄對每一測站分別記錄后視讀數(shù)及前視讀數(shù)后視讀數(shù)及前視讀數(shù)。注意：記錄方法。注意：記錄方法（2）測量結(jié)果校核）測量結(jié)果校核 1）計算校核：）計算校核：檢查計算結(jié)果有無錯誤：高差計檢查計算結(jié)果有無錯誤：高差計算結(jié)果；采用公式是否正確等。算結(jié)果；采用公式是否正確等。 2）測站校核：）測站校核：對每一站的觀測和記錄都及時地對每一站的觀測和記錄都及時地在現(xiàn)場進(jìn)行校核。校核方法有：變動儀器高法、在現(xiàn)場進(jìn)行校核。校核方法有：變動儀器高法、雙面尺法或雙儀器法；雙面尺法或雙儀器法； 3）路線校核：）路線校核：根據(jù)計算的閉合差

17、，與規(guī)定的允根據(jù)計算的閉合差，與規(guī)定的允許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。許誤差比較，判斷觀測精度是否合格。 平地平地 (L 為水準(zhǔn)路線總長度為水準(zhǔn)路線總長度km） 山地山地 (n為測站總數(shù)）為測站總數(shù)）)(40容mmLfh)(12容mmnfh4. 水準(zhǔn)測量的高程計算水準(zhǔn)測量的高程計算（1）高差閉合差計算高差閉合差計算 計算閉合差及閉合差允許值，寫在計算閉合差及閉合差允許值，寫在“路線校核路線校核”欄欄內(nèi)。內(nèi)。（2）高差閉合差分配及高程計算）高差閉合差分配及高程計算 當(dāng)導(dǎo)線閉合差滿足技術(shù)要求時，可進(jìn)行閉合差分配。當(dāng)導(dǎo)線閉合差滿足技術(shù)要求時，可進(jìn)行閉合差分配。分配的原則：改正數(shù)分配的原則：改正數(shù)

18、v與測站數(shù)與測站數(shù)n（或路線長度（或路線長度L）成）成正比，與閉合差反號，即正比，與閉合差反號，即 各點(diǎn)高程值各點(diǎn)高程值 H0：已知點(diǎn)的高程，已知點(diǎn)的高程，Hi為改正前的高程值。為改正前的高程值。nfvh每站11)(ijiivHH每站2.5 水準(zhǔn)測量的誤差來源及削減措施水準(zhǔn)測量的誤差來源及削減措施儀器誤差（水準(zhǔn)儀器誤差（水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺）儀、水準(zhǔn)尺）觀測誤差（視差、觀測誤差（視差、估讀、氣泡、尺傾斜）估讀、氣泡、尺傾斜）外界條件影響外界條件影響（設(shè)備下沉、地球（設(shè)備下沉、地球曲率、大氣折光等）曲率、大氣折光等） 1. 校正儀器校正儀器 2. 偶數(shù)測站數(shù)觀測偶數(shù)測站數(shù)觀測 1. 消除視差消除視差

19、2. 相同人觀測相同人觀測 3. 嚴(yán)格調(diào)平儀器嚴(yán)格調(diào)平儀器 4.立尺豎正立尺豎正 1. 往返觀測取平均往返觀測取平均 2. 控制前后視點(diǎn)距離控制前后視點(diǎn)距離 3. 選擇良好氣候觀測選擇良好氣候觀測 4.視線盡量高于地面視線盡量高于地面2.6 水準(zhǔn)儀校驗水準(zhǔn)儀校驗 1. 水準(zhǔn)儀軸線幾何關(guān)系水準(zhǔn)儀軸線幾何關(guān)系（1）水準(zhǔn)盒軸平行豎軸；水準(zhǔn)盒軸平行豎軸；（2）十字絲橫絲垂直豎軸；十字絲橫絲垂直豎軸；（3）水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。2. 檢驗方法：檢驗方法：（1）檢驗水準(zhǔn)盒軸與豎軸是否平行：檢驗水準(zhǔn)盒軸與豎軸是否平行： 調(diào)平水準(zhǔn)盒調(diào)平水準(zhǔn)盒氣泡居中，然后旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡氣泡居中，然后旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡180度，若氣泡依然度，若氣泡依然居中則兩軸平行。居中則兩軸平行。（2）檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直：檢驗十字絲橫軸與豎軸是否垂直： 將十字絲將十字絲橫絲左端對準(zhǔn)某一目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平微動螺旋使目橫絲左端對準(zhǔn)某一目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平微動螺旋使目標(biāo)移到十字絲的右端，若目標(biāo)依然位于十字絲橫標(biāo)移到十字絲的右端，若目標(biāo)依然位于十字絲橫絲上則表明兩軸垂直。絲上則表明兩軸垂直。（3）檢驗水準(zhǔn)管軸是否平行視準(zhǔn)軸：檢驗水準(zhǔn)管軸是否平行視準(zhǔn)軸： 在已知高差在已知高