水准仪使用方法及原理

2.1水准测量原理1.水准测量基本原理目的：测定两点的高差仪器：水准仪原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行观测，并通过其中一个点（M点）的高程推算另一个点(N点)的高程。2.水准测量观测方法（1）高差法：在M、N两点间安置水准仪，在M、N两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取M点、N点上的读数a、b，则两点的高差为则N点的高程HN为a：后视读数(后视观测读数)；b：前视读数(前视观测读数)。M：后视点N：前视点永远是后视减前视bahMNMNMNhHH（2）视线高法（单站多测法）安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的视线高程Hi，然后分别计算出各个点的高程：bj为第j个前视点的读数，Hj为第j个前视点的高程。这种方法常用于路线纵断面测量。大地水准面MjbjHMHjHi大地水准面MjbjHMHjHiaHHMijijbHH(j=1,2,3,……)aHHMijijbHH(j=1,2,3,……)3.连续水准测量（路线水准测量）应用前提：两待测点之间距离较远、高差较大，或中间有障碍。方法：加设若干个临时立尺点（称为转点ZD），依此测定相邻两个点的高差，取各高差的代数和即得到起终两个点的高差。则M、N两点的高差为niiniiniiMNbahh111),......,3,2,1(niiiibah4.提高精度的观测方法“中间法”观测：各测站前、后视线长度大致相等“中间法”观测的作用削弱水准管轴与视准轴不平行的仪器误差地球曲率和大气折光的影响对光透镜运行误差2.2水准仪1.水准仪：提供水平视线（平行大地水准面）的设备2.水准仪类型：（1）微倾式水准仪（2）自动安平水准仪（3）电子水准仪3.水准仪的表示方法（国产仪器）DSn：D表示大地测量S表示水准仪，n为数字表示仪器精度，数值n越小,表示仪器精度越高。如DS0.5,,表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或等于0.5mm4.常用水准仪的等级划分及主要用途一般工程水准测量国家三四等水准测量及一般工程水准测量国家二等测量及其他精密水准测量国家一等水准测量及地震测量主要用途仪器精度DS10DS3DS1DS0.5仪器系列型号一般工程水准测量国家三四等水准测量及一般工程水准测量国家二等测量及其他精密水准测量国家一等水准测量及地震测量主要用途仪器精度DS10DS3DS1DS0.5仪器系列型号mm5.0mm1mm3mm105.水准仪的主要结构组成主要为三部分：（1）望远镜（2）水准器（3）基座其中望远镜为主要组成部分。下图为WILDNAK-0X型水准仪（由北京测绘仪器厂组装）目镜目镜对光螺旋物镜对光螺旋物镜水平微调螺旋脚螺旋准星6.望远镜组成及其成像原理望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个主要部分组成。成像原理：目标经过物镜和对光凹透镜的作用，在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。（望远镜的放大倍数）视准轴•目镜的作用：放大，人眼经过目镜，可以看到目标的小实像与十字丝一起放大了的虚像。•十字丝的作用：提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时，用中间横丝截取水准尺读数。•视准轴：十字丝中央交点和物镜光心的连线（水准仪四条轴线之一）•竖轴：望远镜底部与基座相连的轴的中心线。（水准仪四条轴线之一）视距丝横丝7.水准器（1）水准器的用途：衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。（2）水准器种类：水准盒及水准管水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平（3）水准盒轴线：水准盒顶面中心（水准盒零点）的球面法线（水准仪四条主要轴线之一）（4）水准管轴线：过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内壁相切的直线（水准仪四条主要轴线之一）（5）水准器灵敏度：用分划值表示，即当气泡移动2mm时，水准盒（管）轴相应倾斜的角度8.水准尺用途：用于水准测量的目标点观测种类：塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的塔尺一般长3米，由三节组成。板尺一般2米。水准尺的刻度与标注：精度比较：板尺精度高于塔尺。用途：板尺一般常用于三、四等水准测量，而塔尺则用于等外水准测量。使用注意事项：使用前应认清尺子刻划线与数字之间的位置关系，是否为正、倒数字，尺底的数值。对于塔尺，当使用两节以上时应注意两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住。2.3水准仪使用方法仪器安放整平对光照准消除视差照准读数三角架脚螺旋目、物镜对光螺旋脚架张开角度勿太大或太小不可对准太阳水平微调螺旋刻度大小正、倒像注意：如何辨别及消除视差？用脚螺旋整平仪器视差存在的根本原因：目标像和十字丝分划板不重合！！！水准尺读数方法：2.375m2.4水准测量的实施1.水准点及其选择水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。水准点类型：永久性和临时性水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。2.水准路线布置（1）闭合水准路线高差闭合差：（2）附合水准路线高差闭合差：附合水准路线闭合水准路线3测hfh)(始终测HHhfh（3）支水准路线：从一水准点出发，沿线测量各待定点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。（4）结点水准网：由若干条单水准路线相互连接而成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。往测返支水准路线测往测返支水准路线测往测返支水准路线往测返支水准路线测结点水准网结点水准网返往hhfh3.水准测量施测（1）观测与记录：采用连续水准路线测量方法进行测量。点与点之间的距离大小取决于通视条件、读数清晰度以及保证视线在尺子范围内，一般为50~100米。注意：待测点必须要立尺观测。对每一测站分别记录后视读数及前视读数。注意：记录方法（2）测量结果校核1）计算校核：检查计算结果有无错误：高差计算结果；采用公式是否正确等。2）测站校核：对每一站的观测和记录都及时地在现场进行校核。校核方法有：变动仪器高法、双面尺法或双仪器法；3）路线校核：根据计算的闭合差，与规定的允许误差比较，判断观测精度是否合格。平地(L为水准路线总长度km）山地(n为测站总数）)(40容mmLfh)(12容mmnfh4.水准测量的高程计算（1）高差闭合差计算计算闭合差及闭合差允许值，写在“路线校核”栏内。（2）高差闭合差分配及高程计算当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正数v与测站数n（或路线长度L）成正比，与闭合差反号，即各点高程值H0：已知点的高程，Hi为改正前的高程值。nfvh每站11)(ijiivHH每站2.5水准测量的误差来源及削减措施仪器误差（水准仪、水准尺）观测误差（视差、估读、气泡、尺倾斜）外界条件影响（设备下沉、地球曲率、大气折光等）1.校正仪器2.偶数测站数观测1.消除视差2.相同人观测3.严格调平仪器4.立尺竖正1.往返观测取平均2.控制前后视点距离3.选择良好气候观测4.视线尽量高于地面2.6水准仪校验1.水准仪轴线几何关系（1）水准盒轴平行竖轴；（2）十字丝横丝垂直竖轴；（3）水准管轴平行视准轴。2.检验方法：（1）检验水准盒轴与竖轴是否平行：调平水准盒气泡居中，然后旋转望远镜180度，若气泡依然居中则两轴平行。（2）检验十字丝横轴与竖轴是否垂直：将十字丝横丝左端对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横丝上则表明两轴垂直。（3）检验水准管轴是否平行视准轴：在已知高差的两点间架设仪器，并使仪器距两点之间的距离悬殊，首先在其中一个点立尺观测读数a，并根据a计算出仪器对另一点的应该读数b。然后对其进行观测读数得b’，利用b’、b及两测点之间的距离DMN可以计算出两轴线的夹角γ(单位为秒)，若γ大于20秒不平行。2.7其它用于水准测量的仪器1.精密水准仪光学测微器+精密水准尺2.自动安平水准仪自动补偿装置，补偿视准轴出现轻微倾斜带领的误差。3.电子水准仪（数字水准仪）分光镜和探测器+条纹编码标尺+图象处理电子系统。自动读数、记录和计算。4.激光水准仪激光发射器，测定激光双程走时计算两点间的距离。5.全站测量仪光学理论+几何理论+计算机理论+计算方法。可在一个测站上同时测角（水平角和竖直角）和测距（斜距、水平距离和高差），并能自动计算出待测点的三维坐标。