测量与地图学第二讲水准测量

《测量与地图学第二讲水准测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量与地图学第二讲水准测量（106页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 （ 1） 了 解 微 倾 水 准 仪 的 检 验 、 校 正 的 方 法 。（ 2） 熟 悉 水 准 测 量 误 差 和 注 意 事 项 。（ 3） 掌 握 水 准 点 、 水 准 路 线 概 念 及 水 准 测 量 原 理 ， 掌 握 DS3水 准 仪 和 自 动 安 平 水 准 仪 的 构 造 及 使 用 方 法 ， 掌 握 水 准 测 量的 施 测 、 记 录 和 内 业 成 果 计 算 方 法 。教 学 目 标 重 点 ： 水 准 测 量 的 施 测 、 记 录 和 计 算 方 法 ，水 准 测 量 内 业 成 果 计 算 难 点 ： 水 准 测 量 内 业 成 果 计 算 u高 程

2、 测 量 概 念（ Height Measurement） 根 据 已 知 点 高 程 ， 测 定 该 点 与 未知 点 的 高 差 ， 然 后 计 算 出 未 知 点 的高 程 的 方 法 。 1、 水 准 测 量 (leveling)2、 三 角 高 程 测 量 (trigonometric leveling)3、 气 压 高 程 测 量 (air pressure leveling)4、 GPS测 量 。 (GPS leveling) 水 准 测 量 采 用 水 准 仪 和 水 准 尺 根 据 水 平 视 线 测 定 两 点的 高 差 ， 一 般 适 用 于 平 坦 地 区 ， 是 一

3、种 精 密 的 高 程 测量 方 法 。三 角 高 程 测 量 是 用 经 纬 仪 (或 电 磁 波 测 距 仪 )测 量 竖 直角 和 距 离 ， 用 三 角 学 的 公 式 ， 计 算 两 点 间 的 高 差 ， 适用 于 丘 陵 或 山 区 。 三 角 高 程 测 量 的 精 度 较 水 准 测 量 低 。气 压 高 程 测 量 是 利 用 大 气 压 与 该 气 层 距 地 面 的 高 程 (海拔 )成 反 比 的 原 理 (也 就 是 大 气 压 的 水 银 柱 高 度 随 地 面高 程 增 加 而 减 少 )， 将 两 个 气 压 计 放 在 两 个 不 同 高 程 的地 点 ，

4、同 时 读 出 气 压 ， 由 其 差 数 可 以 推 算 出 两 点 的 高差 。 气 压 高 程 测 量 一 般 用 于 踏 勘 测 量 和 路 线 勘 测 上 ，其 测 量 精 度 较 前 两 种 低 。 第 一 节 水 准 测 量 原 理一 .基 本 原 理 利 用 水 准 仪提 供 的 “ 水 平 视线 ” ， 测 量 两 点间 高 差 ， 再 由 已知 点 高 程 推 算 出未 知 点 高 程 。 大 地 水 准 面 hABA BH A H B=H A+hAB水 平 视 线水准尺 水准尺a b前 进 方 向 A后 视 点 a后 视 读 数B前 视 点 b前 视 读 数 bHaHH

5、BAi ABAB hHH 1、 A、 B两 点 间 高 差2. B点 的 高 程3.视 线 高 程 bahAB 大 地 水 准 面 hABA BH A H B=H A+hAB水 平 视 线水准尺 水准尺a b前 进 方 向 注 意 ： 高 差 hAB本 身 可 正 可 负 。 当 ab时 ， hAB值 为正 ； 此 时 B点 高 于 A点 ； 当 ab时 ， hAB值 为 负 ， 即 B点 低 于 A点 。为 避 免 计 算 中 发 生 正 负 符 号 的 错 误 ， 在 求 算 高 差时 ， 必 须 注 意 h的 下 标 小 字 。 例 hAB是 表 示 由 已 知高 程 的 A点 推 算

6、至 未 知 高 程 的 B点 的 高 差 ， ABAB HHh 在实际工作中，亦可利用水准仪的视线高Hi来计算前视点B的高程。这一做法对安置一次仪器，以一个已知高程点作后视，求取多个前视点高程时，计算较为方便。 Hi=HA+a HB=HA+(a-b）= Hi -b视 线 高 程 法 转 点 (turning point) 、 测 站 当 A、 B两 点 相 距 较 远 或 其 高 差 较 大 时 ， 往 往安 置 一 次 仪 器 不 可 能 测 定 其 间 的 高 差 值 ， 则必 须 在 两 点 之 间 加 设 若 干 个 临 时 的 立 尺 点 ，作 为 高 程 传 递 的 过 渡 点 （

7、 转 点 ） ， 并 分 段 连续 安 置 仪 器 竖 立 水 准 尺 ， 依 次 测 定 转 点 之 间的 高 差 ， 每 安 置 一 次 仪 器 ， 称 为 一 个 测 站 ，最 后 取 其 代 数 和 ， 从 而 求 得 A、 B两 点 间 的 高差 h。 测 站 转 点 hAB=h1+ h2+ .+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+ .+(an-bn) =a-b HB=HA+ hi 第 二 节 水 准 仪 和 水 准 尺一 、 DS3水 准 仪 (level)构 造 1、 望 远 镜 (telescope)精 确 瞄 准 远 处 目 标 和 提 供 水 平 视 线 进 行 读

8、数 的 设 备 。目 镜 中 可 看 到 目 标 经 放 大 后 在 十 字 丝 分 划 板 上 成 的 像 。视 准 轴 （ 视 线 ） ： 十 字 丝 分 划 中 心 与 物 镜 光 心 的连 线 。组 成 ： 物 镜 、 目 镜 、 调 焦 透 镜 、 十 字 丝 分 划 板 、 物 镜和 目 镜 调 焦 螺 旋 等 。 1)望 远 镜 各 组 成 部 分 的 作 用物 镜 的 作 用 ： 使 目 标 成 象 （ 拉 近 ） 。目 镜 的 作 用 ： 把 十 字 丝 （ 和 目 标 象 ） 放 大 。 十 字 丝 固 定 不 动 。 为 了 让 仪 器 适 用 于 不 同 视 力 的人

9、， 可 用 目 镜 调 焦 螺 旋 前 后 调 节 目 镜 -目 镜 调 焦 。调 焦 透 镜 的 作 用 ： 使 远 近 不 同 的 目 标 都 能 成 象 于 十 字丝 面 上 。 通 过 物 镜 调 焦 螺 旋 移 动 调 焦 镜 称 为 物 镜 调焦 。 十 字 丝 分 划 板 作 用 ： 准 确 瞄 准 目 标 中 间 一 根 长 横 丝 称 为 中 丝 (水 平 视 线 在 尺 上 的位 置 ） ， 与 之 垂 直 的 一 根 丝 称 为 竖 丝 ， 在 中 丝 上下 对 称 的 两 根 与 中 丝 平 行 的 短 横 丝 称 为 上 、 下 丝（ 又 称 视 距 丝 ） 。 水

10、准 测 量 时 ， 用 中 丝 在 水 准 尺 上 进 行 前 、 后视 读 数 ， 用 以 计 算 高 差 ； 用 上 、 下 丝 在 水 准 尺 上读 数 ， 用 以 计 算 水 准 仪 至 水 准 尺 的 距 离 （ 视 距 ） 。视 距 公 式 =（ 上 丝 读 数 -下 丝 读 数 ） *100 3） 望 远 镜 成 像 原 理目 标 AB-物 镜 -倒 立 缩 小 的 实 像 ab。移 动 对 光 凹 透 镜 ， （ 不 同 距 离 的 )目 标 成 像 在 十 字 丝 平 面 上 ，目 镜 -放 大 十 字 丝 和 目 标 影 像 a b (正 立 或 倒 立 虚 像 ）望 远

11、镜 的 放 大 率 ： 通 过 望 远 镜 看 到 的 目 标 影 像 的 视 角 与 肉眼 直 接 观 察 该 目 标 的 视 角 之 比 。 若 望 远 镜 目 标 影 像 的 视 角 为 ， 用 肉 眼 直 接 观 察 视 角 是 ， 则 放 大 率 v= / 。 DS3型水 准 仪 望 远 镜 放 大 率 为 28倍 。 4） 视 差 及 视 差 的 消 除当 望 远 镜 瞄 准 目 标 后 ， 眼 睛 在 目 镜 处 上 下 左右 作 少 量 的 移 动 ， 发 现 十 字 丝 和 目 标 有 着相 对 的 运 动 ， 这 种 现 象 称 为 视 差 。测 量 作 业 是 不 允 许

12、 存 在 视 差 的 ， 因 为 这 说 明不 能 判 明 是 否 精 确 地 瞄 准 了 目 标 。 产 生 视 差 的 原 因 ： 目 标 通 过 物 镜 之 后 的象没有与十字丝分划板重合。 如 图 （ a） 和 （ b） 所 示 ： 人 眼 位 于 中 间 位 置 时 ， 十 字丝 交 点 O 与 目 标 的 象 a点 重 合 ， 当 眼 睛 略 为 向 上 ， O 点 又 与b点 重 合 ， 当 眼 睛 略 为 向 下 时 ， O 点 便 与 O 点 重 合 了 。 如 果连 续 使 眼 睛 上 下 移 动 ， 就 好 象 看 到 O 点 在 目 标 的 象 上 面 运动 一 样 。

13、 图 （ c） 是 没 有 视 差 的 情 况 。 象与十字丝分划板不重合的原因：（ 1） 未 按 正 确 的 操 作 程 序 调 焦 ；（ 2） 目 镜 调 焦 看 十 字 丝 时 眼 睛 有 一 个 焦 距 ， 而 瞄 准 目 标 看目 标 的 象 时 ， 眼 睛 本 身 自 行 调 焦 用 了 另 一 个 焦 距 。消除视差的方法： 首 先 必 须 按 操 作 程 序 依 次 调 焦 ， 特 别 注 意在 物 镜 调 焦 时 要 控 制 眼 睛 本 身 不 再 调 焦 ， 保 持 十 字 丝 始 终 是清 晰 的 。 要 做 到 后 一 点 ， 必 修 做 到 无 论 调 节 十 字 丝

14、 或 目 标 ，都 不 要 使 眼 睛 紧 张 ， 即 保 持 眼 睛 处 于 松 驰 状 态 。 由 于 望 远 镜 目 镜 的 出 瞳 直 径 约 为 1.5mm， 人 眼 的 瞳 孔 直 径约 为 2.0mm， 所 以 检 查 有 无 视 差 时 ， 眼 睛 上 下 左 右 移 动 的 距离 不 宜 大 于 0.5mm， 否 则 会 因 观 察 物 象 不 清 晰 引 起 错 觉 。 2、 水 准 器 (bubble)整 平 仪 器 的 装 置 -使 视 线 水 平利用液体受重力作用后气泡居最高处的特性，使水准器的一条特定的轴线位于水平或竖直位置的一种装置。u圆 水 准 器 (circu

15、lar bubble) ： 用 于 粗 平u水 准 管 (bubble tube) ： 用 于 精 平 (1)、水准管(bubble tube) 水 准 管 的 管 子 用 玻 璃 制 成 ， 其 纵 剖 面 方 向 的 内 表 面为 具 有 一 定 半 径 的 圆 弧 。 精 确 水 准 管 的 圆 弧 半 径 约 为80 100m， 最 精 确 的 可 达 200m。 内 表 面 琢 磨 后 ， 将 一 端封 闭 ， 由 开 口 的 一 端 装 入 质 轻 而 易 流 动 的 液 体 如 酒 精 或氯 化 锂 ， 装 满 后 再 加 热 使 液 体 膨 胀 而 排 去 一 部 分 ， 然

16、后将 开 口 端 封 闭 或 用 玻 璃 塞 塞 住 ， 待 液 体 冷 却 后 ， 管 内 即形 成 了 一 个 被 液 体 蒸 气 充 塞 的 空 间 -水准气泡。 水准管零点 水准管上刻有2mm间隔的分划线。分划线以中点S对称，S称为零 点 ， 零 点附近无分划，水准管轴 零点与圆弧相切的切线LL。根据气泡在管内占有最高位置的特性，当气泡中点位于管子的零点位置时，称气泡居中（此时管子的零点最高），此时水准轴成水平位置。 水 准 管 分 划 值 ： 指水准管上2mm分划对应的圆心角。用来衡量置平精度的指标。测量仪器的水准管分划值小的可达2，大者可达25。水准管的分划值与圆弧半径R成反比；半

17、径愈大分划值愈小，精度也就愈高。 式 中 ： R水 准 管 圆 弧 半 径 ， 单 位 mm； 206265 。 水 准 管 分 划 值 水 准 管 的 灵 敏 度 ： 气 泡 准 确 而 快 速 移 居 管 中 最 高位 置 的 能 力 。测 量 仪 器 上 水 准 管 的 灵 敏 度 须 与 其 用 途 相 适 应 。用 灵 敏 度 较 高 的 水 准 管 可 以 更 精 确 地 使 仪 器 的某 部 分 达 到 水 平 位 置 或 竖 直 位 置 ； 但 灵 敏 度 愈高 ， 置 平 愈 费 时 间 ， 所 以 水 准 管 灵 敏 度 应 与 仪器 其 他 部 分 的 精 密 情 况 相

18、 适 应 。 (2)、圆水准器(circular bubble) 将 一 圆 柱 形 的 玻 璃 盒 子 装 嵌 在 金 属 框 内 ， 盒 内 装 满 酒 精或 氯 化 锂 后 加 热 密 封 。 盒 顶 面 内 壁 磨 成 圆 球 形 ， 顶 面 的 中央 画 一 小 圆 ， 其 圆 心 即 为 水 准 器 零 点 S。 连 接 零 点 S与 球 面的 球 心 O的 直 线 称 为 圆 水 准 轴 。 当 气 泡 位 于 圆 内 中 央 位 置 时 ，圆 水 准 轴 即 成 竖 直 ， 这 时 切 于 零 点 的 平 面 也 就 成 水 平 了 。 圆水准器的 是粗略置平仪器，故其分划值制

19、做得较水准管的分划值为大，其圆弧半径一般为0.5 2m。以使粗略置平操作迅速完成。 圆 水 准 器 一 般 装 在 基 座 上 ， 作 粗 略 整 平 使 竖轴 竖 直 之 用 。 圆 水 准 器 灵 敏 度 8/2mm 用 于 仪 器 粗 平 管 水 准 器 灵 敏 度 20”/2mm 用 于 仪 器 精 平 (3)、 符 合 水 准 器装 有 符 合 棱 镜 系 统 的 水 准 管 ， 当 气 泡 两 端 影 象 符 合 一 致 时 就 表 明 气 泡 已经 居 中 。 判 断 两 端 气 泡 的 符 合 程 度 时 常 会 出 现 误 差 ， 而 气 泡 不 符 合 的 程度 是 指 两

20、 个 端 点 之 间 的 距 离 ， 它 正 好 是 距 完 全 符 合 位 置 的 两 倍 。 因 此 ，用 符 合 水 准 器 作 业 可 使 气 泡 居 中 的 精 度 提 高 一 倍 。 符 合 水 准 器 3、基座(tribrach) 1、 尺 面 分 划 为 1cm， 每 10cm处 （ E字 形 刻 划的 尖 端 ） 注 有 阿 拉 伯 数 字 。2、 双 面 尺 的 红 面 尺 底 刻 划 ： 一 把 为 4687mm，另 一 把 为 4787mm。 用 于 三 、 四 等 水 准 测 量 ，称 之 为 双 面 水 准 标 尺 。 5、 尺 垫 (staff plate) 放

21、在 转 点 上 ， 可 防 水 准 尺 下 沉 。 第 三 节 水 准 仪 技 术 操 作注 意 ： 仪 器 的 各 种 螺 旋 都 调 整 到 适 中 位 置 调 节 脚 螺 旋 ， 使 圆 水 准 气 泡 居 中 。 a1 23 b31 2 c31 2规 律 ： 四 、 精 平 水 准 仪 读 数 实 例0.7256.252 b c a 1.477 看看读数是多少？ 将 水 准 尺 立 于 测 点 的 铅 垂 线 位 置 .检 查 仪 器 中 心 连 接 螺 旋 ， 将 脚 螺 旋 调 至 等高 ， 收 拢 脚 架 ， 一 手 扶 托 着 仪 器 基 座 ， 一手 斜 抱 着 架 腿 夹

22、在 腋 下 ， 安 全 搬 站 。 1.何 为 1985国 家 高 程 基 准 ？ 水 准 测 量 分 哪 些 等 级 ？2.进 行 水 准 测 量 时 ， 设 A为 后 视 点 ， B为 前 视 点 ， 后视 水 准 尺 读 数 a = 1124,前 视 水 准 尺 读 数 b = 1428,则 A， B两 点 的 高 差 hAB ？ 设 已 知 A点 的 高 程 HA20.016m， 则 B点 的 高 程 HB ？3.水 准 仪 由 哪 些 主 要 部 分 构 成 ？ 各 起 什 么 作 用 ？4.用 测 量 望 远 镜 瞄 准 目 标 时 ， 为 什 么 会 产 生 视 差 ？如 何 消

23、 除 视 差 ？5.试 述 使 用 水 准 仪 时 的 操 作 步 骤 。 （ a） 国 家 等 级 水 准 点 （ b） 墙 上 水 准 点 二 、 三 等 水 准 点 标 石 埋 设 图 (单 位 ： mm) 水 准 测 量 通 常 是 从 水 准 点 引 测 其 它 点 的 高 程 。水 准 点 的 位 置 应 选 在 土 质 坚 硬 、 便 于 长 期 保 存 和使 用 方 便 的 地 点 。水 准 点 按 其 精 度 分 为 不 同 的 等 级 。 国 家 水 准 点 分为 四 个 等 级 ， 即 一 、 二 、 三 、 四 等 水 准 点 ， 按 国家 规 范 要 求 埋 设 永

24、久 性 标 石 标 志 。地 面 水 准 点 按 一 定 规 格 埋 设 ， 一 般 用 石 料 或 钢 筋混 凝 土 制 成 ， 埋 深 到 地 面 冻 结 线 以 下 。 在 标 石 顶部 设 置 有 不 易 腐 蚀 的 材 料 制 成 的 半 球 状 标 志 (图 a)；墙 脚 水 准 点 应 按 规 格 要 求 设 置 在 永 久 性 建 筑 物 上(图 b)。 1、 附 合 水 准 路 线从 一 个 已 知 高 程 的 水 准 点 BM1（ 例 如 国 家 某 一 级 的水 准 点 ） 起 ， 沿 一 条 路 线 测 量 各 测 段 高 差 ， 以 确定 沿 线 其 他 各 点 的

25、高 程 ， 最 后 连 测 到 另 一 个 已 知高 程 的 水 准 点 BM2所 形 成 的 路 线 。特 点 ： 路 线 相 邻 点 高 差 代 数 和 等 于 两 已 知 端 点 高差 附 合 水 准 路 线BM1 BM2 1 2 3 1BM 2 3 4闭 合 水 准 路 线2、 闭 合 水 准 路 线 从 一 已 知 高 程 的 水准 点 出 发 ， 沿 一 条 环 形路 线 测 量 各 测 段 的 高 差 ，以 确 定 沿 线 其 他 点 的 高程 ， 最 后 又 回 到 原 水 准点 。特 点 ： 路 线 相 邻 点 高 差代 数 和 为 零 支 水 准 路 线BM 1 23、 支

26、 水 准 路 线从 一 已 知 水 准 点 出 发 ， 沿 线往 测 到 终 点 ， 再 从 终 点 返 测到 已 知 起 点 ， 既 不 闭 合 也 不附 合 ， 必 须 往 返 测 。特 点 ： 往 返 测 高 差 的 代 数 和大 小 相 等 符 号 相 反 。 4、 水 准 网若 干 条 单 一 水 准 路 线 相 互 连 接 构 成 的 形 状 。 BMA BMB前 进 方 向1.134 1.677TP1h1=-0.543 1.444 1.324TP2h2=+0.120 1.822 0.876TP3h3=+0.946 1.820 1.435TP4h4=+0.385 1.422 1.3

27、04h5=+0.118 BMA BMB1.444 1.324TP2h2=+0.120 1.822 0.876TP3h3=+0.946 1.820 1.435TP4h4=+0.385 1.422 1.304h5=+0.118前 进 方 向1.134 1.677TP1h1=-0.543123 BMA 1.134TP1 1.677 -0.543TP1 1.444 TP2 1.324 +0.120TP2 1.822 TP3 0.876 +0.946 3、 水 准 测 量 的 校 核1）测站校核(1)双 仪 高 法 a2a1 b2b1 在 每 一 测 站 测 得 高 差 后 ， 改 变 仪 器 高 度

28、（ 即重 新 安 置 与 整 平 仪 器 ） 0.lm以 上 再 测 一 次 高 差 ， 或者 用 2台 水 准 仪 同 时 观 测 ， 当 两 次 测 得 高 差 的 差 值在 土 5mm以 内 时 ， 则 取 两 次 高 差 平 均 值 作 为 该 站测 得 的 高 差 值 。 否 则 需 要 检 查 原 因 ， 重 新 观 测 。 (2)双 面 尺 法 ： A Ba b a bA B校 核 : a红 -a黑 =K, K-常 数 4.687(4.787)m 要 求 :(a红 -a黑 )-K 3mm h 黑 =a黑 -b黑 ， h红 =a红 -b红 0.100m 要 求 : h黑 - h红

29、5mm 分 别 读 取 每 根 双 面 尺 的 黑 面 与 红 面 读 数 ， 分 别计 算 黑 面 与 红 面 读 数 之 差 ， 及 两 个 黑 面 尺 的 高 差 h黑与 两 个 红 面 尺 的 高 差 h红 ， 若 精 度 达 到 标 准 ， 则 取 黑、 红 面 高 差 平 均 值 作 为 该 站 测 得 的 高 差 值 。 2)计 算 校 核 （ 3） 成 果 检 核 理测 hhfh公 式 ： 容hh ff 适 用 于 山 区适 用 于 平 原 区容容 nf Lfhh 1240 适 用 于 山 区适 用 于 平 原 区 容容 nf Lfhh 412 适 用 于 山 区适 用 于 平

30、 原 区容容 nf Lfhh 620 闭 合 水 准 路 线 ， 有 ： 测理测 hhhfh附 合 水 准 路 线 ， 有 ： )( 始终测理测 HHhhhfh 支 水 准 路 线 ， 有 ： 返往 hhfh 适 用 于 山 区适 用 于 平 原 区容容 nf Lfhh 1240 hf 说 明 观 测 成 果 符 合 要 求容hf ihi nnfv ihi llfv 或 iii vhh 测检 核 ： hfv 则 （ 三 ） 计 算 各 待 定 点 高 程 11 hHH A 212 hHH 已 知算 BB HH 检 核 ： A n 16 hf 容hf 2 6、 何 为 水 准 器 分 划 值 ，

31、 圆 水 准 器 与 管 水 准 器 的作 用 有 何 不 同 ？7、 水 准 测 量 为 何 要 按 一 定 路 线 施 测 ？ 转 点 的 作用 是 什 么 ?8、 水 准 测 量 的 测 站 检 核 有 几 种 ?如 何 进 行 ？9、 试 述 水 准 测 量 的 计 算 检 核 方 法 。10、 已 知 后 视 A的 读 数 为 1.456米 ， 前 视 B的 读数 为 1.579米 ， A的 高 程 为 20.123米 ， 试 计 算B的 高 程 ， 并 绘 图 说 明 。 11、 根 据 下 表 中 测 量 数 据 ， 求 算 各 点 高 程 。 24.644 12、 调 整 下

32、图 所 示 闭 合 水 准 的 观 测 成 果 ， 并求 出 各 点 的 高 程 。 HBM4=50米 Bm4 A B CD( )1 ( )2 ( )3 ( )4( )5 h1=+1.224;n1=10站h2=-1.424;n2=8站h3=+1.781;n3=8站h4=-1.714;n4=11站h5=+0.108;n5=12站 （ 即 ： VV） C CL LVV LL 检 验 方 法 将 仪 器 安 置 于 脚 架上 ， 转 动 脚 螺 旋 使 圆 水 准 器气 泡 居 中 ， 此 时 圆 水 准 轴 竖直 ， 如 右 图 （ a） ， 若 LL不 平行 于 VV， 且 其 交 角 为 ,则

33、 竖轴 与 竖 直 位 置 偏 差 。 然 后将 望 远 镜 在 水 平 方 向 旋 转180 ， 此 时 ， 若 气 泡 不 居 中 ，偏 于 一 边 ， 说 明 LL不 平 行 于仪 器 竖 轴 VV， 且 偏 差 为 2 ，需 要 校 正 。 目 的 ： 使 圆 水 准 器 轴 LL平 行 于 仪 器 竖 轴 VV 2 校正方法 转 动 脚 螺 旋 使 气 泡 向 中 间 移 动 偏 离 量的 一 半 ， 然 后 ， 用 校 正 针 拨 动 圆 水 准 器 底 下 的三 个 校 正 螺 旋 ， 使 气 泡 达 到 完 全 居 中 的 位 置 。检 验 和 校 正 应 反 复 进 行 ，

34、直 至 仪 器 转 至 任 何 位置 气 泡 始 终 居 中 为 止 ， 此 时 ， LL VV的 条 件 得到 满 足 。 检验方法 检 验 目 的 ： 使 十 字 丝 横 丝 垂 直 于 仪 器 的 竖 轴 ， 即 当 仪 器 竖轴 处 于 铅 垂 位 置 时 ， 横 丝 应 在 水 平 位 置 。 规 范 规 定 ， 用 于 一 、 二 等 水 准 测 量 的 仪 器 i角不 得 大 于 15 ， 用 于 三 、 四 等 水 准 测 量 的 仪器 i角 不 得 大 于 20 ， 否 则 应 进 行 校 正 。 检 验 方 法 BA ABAB SS hh i= =206265 选 取 相

35、距 约 6080m的 A、 B两 点 ， 各 打 一 木 桩 ， 竖 立 水 准 尺 ， 先 将 水 准 仪安 置 在 离 两 点 等 距 离 处 ， 此 时 所 测 两 点 的 高 差 hAB是 正 确 的 。 再 将 水 准 仪搬 到 离 B点 约 3-5m处 ， 先 读 取 近 尺 读 数 b2， 由 于 仪 器 距 B点 很 近 ， 可 将 b2近似 地 看 作 视 线 水 平 时 的 读 数 b2， 由 此 计 算 出 视 线 水 平 时 远 尺 读 数a2=b2+ hAB。 如 果 远 尺 的 实 际 读 数 不 是 a2， 而 是 a2， 说 明 水 准 管 轴 不 平 行 于视

36、 准 轴 ， 需 要 校 正 。a 2= a2 - X A 校正方法 习 题 与 思 考 题13、 设 A、 B两 点 相 距 80米 ， 在 其 中 点 安 置水 准 仪 ， 精 确 测 得 高 差 hAB=+0.204m； 仪器 搬 至 B点 附 近 ， 又 测 得 B尺 读 数b2=1.466m,A尺 读 数 a2=1.695m。 试 问 该水 准 仪 的 水 准 管 轴 是 否 平 行 于 视 准 轴 ？ 如否 ， 如 何 校 正 ？14、 水 准 仪 有 哪 几 条 轴 线 ， 它 们 间 应 满 足 哪些 条 件 ？ 何 谓 主 条 件 ？ 为 什 么 ？ 检 验 原 理 如 果

37、补 偿 器 的 补 偿 性 能 正 常 ，无 论 视 线 下 倾 （ 后 视 ） 或 上 倾 （ 前 视 ） 都 可 读得 水 平 视 线 的 读 数 ， 测 得 的 高 差 亦 是 A、 B两点 间 的 正 常 高 差 ； 如 果 补 偿 器 的 性 能 不 正 常 ，则 由 于 前 后 视 的 倾 斜 方 向 不 一 致 ， 视 线 倾 斜 产生 的 读 数 误 差 将 不 可 能 在 高 差 计 算 中 抵 消 。检 验 方 法 左 右 倾 与 上 下 倾 相 结 合 一、仪器误差(1)仪 器 校 正 后 的 残 余 误 差例 如 水 准 仪 的 水 准 管 轴 与 视 准 轴 不 平

38、行 残 存 误 差 ， 因 而产 生 读 数 误 差 。 这 项 误 差 与 仪 器 至 立 尺 点 的 距 离 成 正比 。 只 要 在 测 量 中 ， 使 前 、 后 视 距 离 相 等 ， 便 可 消 除 。(2)水 准 尺 误 差水 准 尺 刻 划 不 准 确 、 尺 长 变 化 、 弯 曲 等 都 会 影 响 水 准 测量 的 精 度 。 因 此 ， 水 准 尺 须 经 过 检 验 才 能 使 用 。水 准 尺 的 零 点 误 差 在 成 对 使 用 水 准 尺 时 ， 可 采 取 设 置 偶数 测 站 的 方 法 来 消 除 ； 也 可 在 前 、 后 视 中 使 用 同 一 根水

39、 准 尺 来 消 除 。 二、观测误差(1)水 准 管 气 泡 居 中 误 差由 于 水 准 管 内 液 体 与 管 壁 的 粘 滞 作 用 和 观 测 者 眼 睛分 辨 能 力 的 限 制 ， 致 使 气 泡 没 有 严 格 居 中 引 起 的误 差 。水 准 管 气 泡 居 中 误 差 一 般 为 0.15 ( 为 水准 管 分 划 值 )， 采 用 符 合 水 准 器 时 ， 气 泡 居 中 精度 可 提 高 一 倍 。 故 由 气 泡 居 中 误 差 引 起 的 读 数 误差 为 ： 式 中 ： D水 准 仪 到 水 准 尺 的 距 离 。2M=+ D0.15 (2)读 数 误 差在

40、水 准 尺 上 估 读 毫 米 数 的 误 差 ， 该 项 误 差 与 人 眼 分辨 能 力 、 望 远 镜 放 大 率 以 及 视 线 长 度 有 关 。 通 常按 下 式 计 算 ：式 中 ： V望 远 镜 放 大 率 ； 60 人 眼 能 分 辨 的 最 小 角 度 。 为 保 证 估 读 数 精 度 ， 各 等 级 水 准 测 量 对 仪 器 望 远镜 的 放 大 率 和 最 大 视 线 长 都 有 相 应 规 定 。mv= 60V D （ 3)视 差 影 响 视 差 存 在 时 ， 十 字 丝 平 面 与 水 准 尺 影 像 不 重 合 ， 若眼 睛 观 察 位 置 的 不 同 ，

41、便 读 出 不 同 的 读 数 ， 因 此产 生 读 数 误 差 。 操 作 中 应 仔 细 调 焦 ， 避 免 出 现 视差 。(4)水 准 尺 倾 斜 误 差水 准 尺 倾 斜 将 使 尺 上 读 数 增 大 ， 其 误 差 大 小 与 尺 倾斜 的 角 度 和 在 尺 上 的 读 数 大 小 有 关 。 例 如 ， 尺 子倾 斜 3 30 ， 视 线 在 尺 上 读 数 为 1.0 m时 ， 会 产生 约 2mm的 读 数 误 差 。 因 此 ， 测 量 过 程 中 ， 要 尽 可能 保 持 尺 上 水 准 气 泡 居 中 ， 将 尺 立 直 。 三 、 外 界 条 件 的 影 响 (1

42、)仪 器 下 沉仪 器 安 置 在 土 质 松 软 的 地 方 ， 在 观 测 过 程 中 会 产 生下 沉 。 由 于 仪 器 下 沉 ， 使 视 线 降 低 ， 从 而 引 起 高差 误 差 。 若 采 用 “ 后 、 前 、 前 、 后 ” 的 观 测 程 序 ，可 减 小 其 影 响 。 此 外 ， 应 选 择 坚 实 的 地 面 作 测 站 ，并 将 脚 架 踏 实 。 (2)尺 垫 下 沉仪 器 搬 站 时 ， 如 果 在 转 点 处 尺 垫 下 沉 ， 会 使 下 一 站后 视 读 数 增 大 ， 这 将 引 起 高 差 误 差 。 所 以 转 点 也应 选 在 坚 实 地 面

43、并 将 尺 垫 踏 实 ， 或 采 取 往 返 观 测的 方 法 ， 取 其 成 果 的 平 均 值 ， 可 以 消 减 其 影 响 。 (3)地 球 曲 率 的 影 响如 图 ， 水 准 测 量 时 ， 水 平 视 线 在 尺 上 的 读 数 b， 理 论上 应 改 算 为 相 应 水 准 面 截 于 水 准 尺 的 读 数 b ， 两者 的 差 值 c称 为 地 球 曲 率 差 。 由 第 一 章 知式 中 ： D水 准 仪 到 水 准 尺 的 距 离 。 R地 球 半 径 ， 取 6371km。水 准 测 量 中 ， 当 前 、 后 视 距 相 等 时 ， 通 过 高差 计 算 可 消

44、除 该 误 差 对 高 差 的 影 响 。C=D2/2R (4)大 气 折 光 影 响由 于 地 面 上 空 气 密 度 不 均 匀 ， 使 光 线 发 生折 射 。 故 水 准 测 量 时 ， 尺 的 实 际 读 数 不 是一 水 平 视 线 的 读 数 ， 而 是 一 向 下 弯 曲 视 线的 读 数 。 两 者 之 差 称 为 大 气 折 光 差 ， 用 表 示 。 在 稳 定 的 气 象 条 件 下 ， 大 气 折 光 差约 为 地 球 曲 率 差 的 l 7， 即 = 2X7RD2 水 准 测 量 中 ， 当 前 、 后 视 距 相 等 时 ， 通 过高 差 计 算 可 消 除 该

45、误 差 对 高 差 的 影 响 。 精 密 水 准 测 量 还 应 选 择 良 好 的 观 测 时 间 (一般 认 为 在 日 出 后 或 日 落 前 两 个 小 时 为 好 )，并 控 制 视 线 高 出 地 面 一 定 距 离 ， 以 避 免 视线 发 生 不 规 则 折 射 引 起 的 误 差 。 地 球 曲 率 差 和 大 气 折 光 差 是 同 时 存 在 的 ，两 者 对 读 数 的 共 同 影 响 可 用 下 式 计 算 ：f=C- r= D22R 2X7RD2 (5)温 度 的 影 响温 度 的 变 化 不 仅 会 引 起 大 气 折 光 变 化 ， 造 成水 准 尺 影 像

46、在 望 远 镜 内 十 字 丝 面 内 上 、 下跳 动 ， 难 以 读 数 。 当 烈 日 直 晒 仪 器 时 也 会影 响 水 准 管 气 泡 居 中 ， 造 成 测 量 误 差 。 因此 水 准 测 量 时 ， 应 撑 伞 保 护 仪 器 ， 选 择 有利 的 观 测 时 间 。 自 动 安 平 水 准 仪 是 用 设 置 在 望 远 镜 内 的 自 动 补 偿 器 代 替水 准 管 ， 观 测 时 ， 只 需 将 水 准 仪 上 的 圆 水 准 器 气 泡 居 中 ，便 可 通 过 中 丝 读 到 水 平 视 线 在 水 准 尺 上 的 读 数 。 由 于 仪器 不 用 调 节 水 准

47、 管 气 泡 居 中 ， 从 而 简 化 了 操 作 ， 提 高 了观 测 速 度 （ 约 为 40 ） 。 自 动 安 平 水 准 仪 照 片 1、 自 动 安 平 水 准 仪 的 基 本 原 理 如 图 ， 视 准 轴 水 平 时 ， 十 字 丝 交 点 在 B处 ， 读 到 水 平 视 线 的 读数 a。 当 视 准 轴 倾 斜 了 一 个 小 角 时 ， 十 字 丝 交 点 从 B移 到 A处 ， 显 然 ， AB=f ,(f为 物 镜 等 效 焦 距 )， 这 时 的 读 数 a不 是水 平 视 线 的 读 数 ； 为 使 视 准 轴 倾 斜 时 ， 仍 能 在 十 字 丝 交 点

48、A处 读 得 水 平 视 线 的 读 数 a0 ， 在 光 路 中 装 置 一 个 光 学 补 偿 器 ，使 读 数 为 a的 水 平 光 线 经 过 补 偿 器 偏 转 角 后 恰 好 通 过 倾 斜视 准 轴 的 十 字 丝 交 点 A。 这 时 AB=s (s为 补 偿 器 到 十 字 丝 交点 A的 距 离 )。 因 此 ， 补 偿 器 必 须 满 足 条 件 ： f =s这 样 ， 即 使 视 准 轴 存 在 一 定的 倾 斜 (倾 斜 角 限 度 为 10 ),在 十 字 丝 交 点 A处 却 能 读 到 水平 视 线 的 读 数 ， 达 到 了 自 动安 平 的 目 的 。 2、

49、 自 动 安 平 补 偿 器 补 偿 器 的 结 构 形 式 较 多 ， 我 国 生 产 的 DSZ3型 自 动 安平 水 准 仪 采 用 悬 吊 棱 镜 组 借 助 重 力 作 用 达 到 补 偿 。右 图 为 该 仪 器 的 补 偿 结 构 图 。补 偿 器 装 在 对 光 透 镜 和 十 字 丝分 划 板 之 间 ， 其 结 构 是 将 一 个屋 脊 棱 镜 固 定 在 望 远 镜 筒 上 ，在 屋 脊 棱 镜 下 方 用 交 叉 金 属 丝悬 吊 着 两 块 直 角 棱 镜 。 当 望远 镜 有 微 小 倾 斜 时 ， 直 角 棱 镜在 重 力 P的 作 用 下 ， 与 望 远 镜作

50、相 反 的 偏 转 。 空 气 阻 尼 器 的作 用 是 使 悬 吊 的 两 块 直 角 棱 镜 迅 速 处 于 静 止 状 态 (在 1 2s内 )。 根 据 光 线 全 反 射 的 特 性 可 知 ， 在 入 射 线 方 向 不 变的 条 件 下 ， 当 反 射 面 旋 转 一 个 角 度 时 ， 反 射 线将 从 原 来 的 行 进 方 向 偏 转 2 的 角 度 ， 如 下 图 所 示 。补 偿 器 的 补 偿 光 路 即 根 据 这 一 光 学 原 理 设 计 的 。当 仪 器 处 于 水 平 状 态 、 视 准 轴 水 平 时 ，水 平 光 线 与 视 准 轴 重 合 ， 不 发

51、生 任 何偏 转 。 见 上 页 图 ， 水 平 光 线 进 入 物 镜后 经 第 一 个 直 角 棱 镜 反 射 到 屋 脊 棱 镜， 在 屋 脊 棱 镜 内 作 三 次 反 射 ， 到 达 另一 个 直 角 棱 镜 ， 又 被 反 射 一 次 ， 最 后水 平 光 线 通 过 十 字 丝 交 点 Z， 这 时 可 读到 视 线 水 平 时 的 读 数 。 当 望 远 镜 倾 斜 了 一 个 小 角 时 (下 图 )， 屋 脊 棱 镜 也 随 之 倾斜 角 ， 两 个 直 角 棱 镜 在 重 力 作 用 下 ， 相 对 望 远 镜 的 倾 斜方 向 沿 反 方 向 偏 转 角 。 这 时 ，

52、 经 过 物 镜 的 水 平 光 线 经 过第 一 个 直 角 棱 镜 后 产 生 2 的 偏 转 ， 再 经 过 屋 脊 棱 镜 ， 在屋 脊 棱 镜 内 作 三 次 反 射 ， 到 达 另 一 个 直 角 棱 镜 后 又 产 生2 的 偏 转 ， 水 平 光 线 通 过 补 偿 器 产 生 两 次 偏 转 的 和 为 4 。 要 使 通 过 补 偿 器 偏 转 后 的 光 线 经 过 十 字 丝 交 点 Z，将 4 代 入 f =s 得 ： f=4s, 即 将 补 偿 器 安 置 在 距 十 字 丝 交 点 Z的 f/4处 ， 可 使 水 平 视 线的 读 数 a0， 正 好 落 在 十

53、字 丝 交 点 上 ， 从 而 达 到 自 动 安 平 的目 的 。 使 用 自 动 安 平 水 准 仪 观 测 时 ， 在 安 置 好 仪 器 、 将 圆 水 准 器气 泡 居 中 后 ， 即 可 照 准 水 准 尺 ， 直 接 读 出 水 准 尺 读 数 。 二 、 精 密 水 准 仪 (precise level)1、 精 密 水 准 仪 提 供 精 确 的 水 平 视 线 和 精确 读 数 ；2、 精 密 水 准 尺 刻 度 精 确 (铟 瓦 尺 invar leveling staff)。 三 、 电 子 水 准 仪 (digital level)及 条 纹 码水 准 尺 (coding level staff)优 点 :具 有 自 动 安 平 、 显 示 读 数 和 视 距 功 能 。与 计 算 机 数 据 通 讯 ， 避 免 人 为 观 测 误 差 。 第 二 章 完