任务3-1精密水准测量仪器的认识与使用.

项目三精密高程控制测量【项目概述】项目三精密高程控制测量本项目主要介绍常规精密高程控制测量（即精密水准测量）作业的基本原理、方法、内容及工作过程，包括精密水准测量基本仪器的使用，外业观测的误差来源、影响规律及减弱（或消除）方法；精密水准测量技术设计、外业实施、内业计算的基本方法、原理和作业过程。【学习目标】（1）知识目标：①了解精密水准测量基本仪器的结构、性能，清楚其基本测量方法，和影响其外业观测成果质量的误差来源、影响规律及减弱（或消除）方法；②学会精密水准测量技术设计的内容及步骤；③了解精密水准测量选点、埋石的要求；④知晓精密水准仪检校的方法；⑤掌握精密水准测量外业观测实施的方法、内容及注意事项；⑥清楚精密水准测量内业计算的内容及过程。【关键内容】（1）重点：电子水准仪的使用及测量方法；精密水准测量技术设计；精密水准点的选点与埋石；电子水准仪的测前常规检校；一、二等精密水准测量的施测；利用控制测量数据处理软件进行精密水准测量的内业计算。（2）难点：影响精密水准测量观测成果质量的误差来源、影响规律及减弱（或消除）方法。（2）技能目标：①能够熟练使用精密水准测量仪器及高程控制测量数据处理软件；②能够团队协作完成精密水准测量的技术设计、外业实施、内业数据处理工作，并获得符合规范要求的精密水准测量成果。（3）素养目标：①具备应用测量规范对观测过程及结果进行质量控制的主动意识和基本素养；②逐步培养沟通交流的习惯、分工协作的团队意识；③注重形成认真细致、精益求精的工作作风。任务3-1精密水准测量仪器的认识与使用任务3-1精密水准测量仪器的认识与使用精密水准仪、水准尺是进行精密水准测量的主要仪器工具。我国水准仪的系列标准是以水准仪所能达到的每公里往返测高差中数的偶然中误差这一精度指标为依据制定的。水准仪系列按精度分类有S05型、S1型、S3型等。S是“水”字的汉语拼音第一个字母,S的下标表示该类仪器所能达到的每公里往返测高差中数的偶然中误差，它是以mm为单位的数值。精密水准仪一般指S3以上的各种水准仪。由于仪器的功能不同，常见的精密水准仪可分为普通精密光学水准仪、自动安平水准仪和数字编码水准仪。一、我国水准仪的系列标准同的目镜中所见到的影像如图3-2所示。二、精密光学水准仪及配套水准标尺1.精密光学水准仪如图3-1所示为WildN3精密水准仪的外形。望远镜物镜的有效孔径为50mm，放大倍率为40倍，管状水准器格值10/2mm。N3精密水准仪与分格值为l0mm的精密因瓦水准标尺配套使用，标尺的基辅差为301.550cm。在望远镜目镜的左边上下有两个小目镜它们是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜，在3个不图31WildN3精密水准仪的外形转动倾斜螺旋，使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合，则视线精确水平，此时可转动测微螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝夹准水准标尺上的148分划线，也就是使148分划线平分楔角，再在测微器目镜中读出测微器读数653(即6.53mm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。图32N3水准仪的读数影像图3-3所示为北光光学仪器厂生产的AL132-C自动安平水准仪，该仪器主要用于国家二等水准测量，也可用于高精度的工程测量、地形测量及其它水准测量当中。平板测微器采用直接读数形式，直读0.1mm，估读0.01mm。可在-25°～+45°温度范围内使用。仪器的基本部件如图3-3所示。1.壳体2.标牌3.测微手轮4.平板玻璃5.锁紧手柄图33AL132C自动安平水准仪2.精密光学水准仪配套的精密水准尺1）精密水准标尺的构造特点精密水准标尺是测定高差的长度标准，如果水准标尺的长度有误差，则对精密水准测量的观测成果带来系统性质的误差影响，为此，对精密水准标尺应满足如下要求：（1）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。（2）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。（3）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。图34精密水准标尺为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如图3-5所示。（4）在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。（5）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，一般精密水准标尺都为黑色线条分划和浅黄色的尺面相配合，有利于观测时对水准标尺分划精确照准。图35尺垫和尺桩2）精密水准标尺的格值线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm和5mm两种。分格值为lOmm的精密水准标尺如图3-4（a）所示，它有两排分划，尺面右边一排分划注记从0cm～300cm，称为基本分划，左边一排分划注记从300cm～600cm称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，其值为3.01550m，称为基辅差，通常又称尺常数，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm的精密水准尺如图3-4（b）所示，它也有两排分划，但两排分划彼此错开5mm,所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划，也就是单数分划和双数分划各占一排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边注记的是分米数，整个注记从0.1m～5.9m，实际分格值为5mm，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。3、精密光学水准仪的使用这里以北光生产的AL132-C自动安平水准仪为例进行介绍。1）仪器使用前的准备工作（1）调整好三角架，使三脚架架头平面基本处于水平位置，其高度应使望远镜与观测者的眼睛基本一致。（2）将仪器安置在三脚架架头上，并用中心螺旋手把将仪器可靠紧固。（3）旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中。（4）观察望远镜目镜，旋转目镜罩，使分划板刻划成像清晰。（5）用仪器上的粗瞄准器瞄准标尺，旋转调焦手轮，使标尺成像清晰，这时眼睛作上、下、左、右的移动，目镜影像与分划板刻线应无任何相对位移，即无视差存在，然后旋转微动手轮，使标尺成像于视场中心。图36视场内标尺影像2）仪器的读数精密水准标尺读数：（1）高度读数；仪器瞄准标尺后，读数时读取水平十字丝在标尺所截的数值，因是正像望远镜，标尺数字在视场内是由下往上增大，读数时读取十字丝以下，最近的整厘米值（102cm），并由十字丝截住的厘米间隔估测到毫米（6mm），如图3-6所示，读数是1.026m。（2）视距读数量测距离时，视距丝读取上丝A1值和下丝A2值，两者读数差乘100，即得仪器到标尺的水平距离，如图3-6所示：上丝A1=1.115m，下丝A2=0.943m，A1-A2=0.172m，视距D=17.2m。（3）旋转测微手轮，使分划板水平横丝与水准标尺最近的厘米格值重合，读取标尺读数和测微器读数，两者相加即为所测值。上下读数方法相同。如图3-7所示。图37视场内标尺读数及测微器读数标尺读数为1.48m测微器刻度轮读数为0.00457m总读数为1.48457m当使用传统水准标尺进行测量时，电子水准仪也可以像普通自动安平水准仪一样使用，不过这时的测量精度低于电子测量的精度，特别是精密电子水准仪，由于没有光学测微器，当成普通自动安平水准仪使用时，其精度更低。三、精密电子水准仪及配套精密水准标尺1.精密电子水准仪电子水准仪又称数字水准仪，是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和读数器，并采用条码标尺和图象处理电子系统构成的光机电测一体化的高科技产品，如图3-8所示。图38电子水准仪下面以TRIMBLEDINI03数字水准仪为例进行介绍。1）基本部件TRIMBLEDINI03数字水准仪的外观如图3-9所示1-望远镜遮阳板；2-望远镜调焦旋钮；3-触发键；4-水平微调；5-刻度盘；6-脚螺旋；7-底座；8-电源/通讯口；9-键盘；10-显示器；11-圆水准气泡；12-十字丝；13-可以动圆水准气泡调节器；14-电池盒图3-9TRIMBLEDINI数字水准仪的基本部件2）面板DINI的面板含义如图3-10所示。大小字母、数字开关测量键测量程序方向键取消确定数字英文显示切换键天宝程序菜单数字和字母键盘删除图3-10DINI的面板3）软件主菜单天宝DINI03电子水准仪的主菜单如图3-11所示，其主菜单所包含的内容见表3-2。仪器设置线路平差文件管理水准测量图3-11天宝DINI电子水准仪的主菜单2.精密电子水准仪配套的精密水准标尺与数字水准仪配套使用的条形码水准标尺如图3-12所示。它是通过数字水准仪的探测器来识别水准尺上的条形码，再经过数字影像处理，给出水准尺上的读数，取代了在水准尺上的目视读数。图312条码水准标尺3.精密电子水准仪的使用精密电子水准仪的使用操作步骤如下：1）安置、整平仪器方法同普通水准仪。2）十字丝调焦将望远镜对准明亮或色彩鲜艳的物体表面，调整望远镜的目镜十字丝，直至图像最清晰显示。3）按键开机打开【文件】菜单，选择【项目管理】，确定后点击【选择项目】（选择已有的项目）或【新建项目】（新建一个项目）。如图3-13所示。图3-13新建项目4）设置大气折光系数打开【配置】菜单，点击【输入】，输入大气折光系数、尺子读数加常数等。如图3-14所示。1、大气折光系数.2、输入尺子读数的改正数（尺读数加常数）3、日期4、时间图3-14相关参数的输入5）设置测量限差设置测量限差的步骤如图3-15所示。限差值为规范规定的值。1.最大允许视距长度(当测量的距离超过此距离时会警告用户).2.最小视高(尺子离地高度)3.最大视高（尺子离地高度）1、设置单次测量和一测站限差2、检测测量时所用的30cm尺面1、设置单站前后视距差2、整条水准线路前后视距差图3-15设置限差6）照准目标7）测量（1）单点测量。如图3-16所示。图3-16单点测量步骤（2）水准线路测量。如图3-17所示。设置线路名1、新建线路2、继续已有线路3、从项目中选取线路起始水准点名和高程选取测量模式BF,BFFB,BBFF,BFBF，aBF,aBFFB,aBBFF,aBFBF带a为奇偶站交换前后尺)读尺子先后信息和测站数测量结果:Rb=后视尺子的读数Rf=前视尺子的读数HD=当前视距输入测点信息1、信息：仪器状态和前后累距2、重测：重复测量单次测量重复本站测量图3-17水准线路测量步骤1.实训目的（1）了解精密水准仪和铟钢水准尺的基本结构，以及精密水准仪各螺旋的作用；（2）掌握使用精密水准仪在铟瓦水准标尺上读数的方法。2.实训任务与要求1）精密水准仪、水准尺的认识将各校现有的精密水准测量仪器与书本上仪器外貌图对照，熟悉仪器各部件的名称及其作用，着重比较不同仪器的特点。2）精密水准仪、水准尺的使用（1）了解精密水准尺的特点，它与一般普通水准尺有何区别；（2）掌握几种仪器在水准尺上的读数方法。四、技能训练——精密水准仪、水准尺的认识及使用【实训3-1】4.实训内容（1）将仪器与书本上仪器外貌图对照，熟悉仪器各部件的名称及其作用，着重比较不同仪器的特点。（2）掌握S1水准仪在水准尺上的读数方法。5.注意事项（1）实训之前认真阅读实训内容，在实训过程中，要注意各实习设备安全；（2）各小组按实习内容精心策划好工作，服从老师，听从指挥，团结协作，按时按质按量完成任务；（3）实训中要共同探索，相互协调，学会独立解决问题的方法；（4）扶尺员在观测之前必须将标尺立直扶稳。严禁双手脱开标尺，以防摔坏精密水准尺。6.提交成果每小组提交一份实训报告。【实训3-1】谢谢！