【正文】 教學(xué)課件 167。 水準(zhǔn)測(cè)量原理 一、定義： 利用水準(zhǔn)儀測(cè)定地面點(diǎn)高程的方法稱為 水準(zhǔn)測(cè)量 。 利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線對(duì)豎立在兩點(diǎn)之間的水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測(cè) ，并通過(guò)其中一個(gè)點(diǎn)（ A點(diǎn)）的高程推算另一個(gè)點(diǎn) (B點(diǎn) )的高程，稱為 水準(zhǔn)測(cè)量的原理； 即 ， 如圖 21所示： A B 大地水準(zhǔn)面 水準(zhǔn)尺 水平視線 a b h AB H B H A 圖 21 H i hAB=ab =后視讀數(shù) 前視讀數(shù) B點(diǎn)高程為 ： HB=HA+ hAB =HA+(ab) 視線高程： Hi=HA+a B點(diǎn)高程： HB=Hib 前進(jìn)方向 二、 水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)方法： （ 1） 高差法： 在 M、 N兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀 ， 在 M、 N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 M點(diǎn) 、 N點(diǎn)上的讀數(shù) a、 b，則兩點(diǎn)的高差為： 則 N點(diǎn)的高程 HN為 a：后視讀數(shù) (后視觀測(cè) 讀數(shù) )； b：前視讀數(shù) (前視觀測(cè) 讀數(shù) )。 M： 后視點(diǎn) N： 前視點(diǎn) 永遠(yuǎn)是 后視 減 前視 bah MN ??MNMN hHH ??（ 2） 視線高法 （ 單站多測(cè)法 ） ： 安置一次儀器可以測(cè)算多個(gè)點(diǎn)高程的方法；首先算出水準(zhǔn)儀的 視線高程 Hi， 然后分別計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的高程： bj為第 j個(gè)前視點(diǎn)的讀數(shù)； Hj為第 j個(gè)前視點(diǎn)的高程； 這種方法常用于路線縱斷面測(cè)量。 大地水準(zhǔn)面MjbjHMHjHi大地水準(zhǔn)面aHH Mi ??jij bHH ??( j= 1 ,2 ,3 ,…… )…… 高差法： 利用高差計(jì)算高程。 （安置一次儀器測(cè)定一個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） 視線高法： 利用視線高計(jì)算高程。 （安置一次儀器測(cè)定多個(gè)前視點(diǎn)高程時(shí)采用） （ 3） 連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量（路線水準(zhǔn)測(cè)量）： 應(yīng)用前提： 兩待測(cè)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn) 、 高差較大 ， 或中間有障礙 。 方 法： 加設(shè)若干個(gè)臨時(shí)立尺點(diǎn) （ 稱為 轉(zhuǎn)點(diǎn) ZD） ， 依此測(cè)定相鄰兩個(gè)點(diǎn)的高差 ， 取各高差的代數(shù)和即得到起終兩個(gè)點(diǎn)的高差 ， 即： 則 M、 N兩點(diǎn)的高差為 ： ?????????niiniiniiMN bahh111),......,3,2,1( ni ?iii bah ??（ 4） 提高精度的觀測(cè)方法： “ 中間法 ” 觀測(cè)： 各測(cè)站前、后視線長(zhǎng)度大致相等 “ 中間法” 觀測(cè)的作用 削弱水準(zhǔn)管軸 與視準(zhǔn)軸不平 行的儀器誤差 地球曲率和大 氣折光的影響 對(duì)光透鏡運(yùn)行 誤差 注 意 要測(cè)算地面上兩點(diǎn)間的高差，所依據(jù)的就是一條水平視線，如果視線不水平，上述公式不成立。因此， 視線必須水平 ，是水準(zhǔn)測(cè)量中要牢牢記住的操作要領(lǐng)。 167。 22 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺 （ 1）表示方法： DSn： D表示大地測(cè)量 S表示水準(zhǔn)儀， n為數(shù)字表示儀器精度，數(shù)值 n越小 ,表示儀器精度越高。如 ,表示 每公里往返測(cè)量高差中數(shù)的偶然中誤差小于或等于 ； （ 2）常用水準(zhǔn)儀的等級(jí)劃分及主要用途： 一般工程水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量及一般工程水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家二等測(cè)量及其他精密水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量及地震測(cè)量主要用途儀器精度DS 10DS 3DS 1DS 0 . 5儀器系列型號(hào)一般工程水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量及一般工程水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家二等測(cè)量及其他精密水準(zhǔn)測(cè)量國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量及地震測(cè)量主要用途儀器精度儀器系列型號(hào)? mm1? mm3? mm10?一、水準(zhǔn)儀的表示方法及其等級(jí)（國(guó)產(chǎn)儀器）： 二、 DS3水準(zhǔn)儀的構(gòu)造： 儀器各部件的名稱 管水準(zhǔn)器 準(zhǔn)星 缺口 目鏡調(diào)焦螺旋 目鏡 符合水準(zhǔn)器 影像觀測(cè)鏡 管水準(zhǔn)器 校正螺釘 園水準(zhǔn)器 園水準(zhǔn)器 校正螺絲 基座 腳螺旋 2 DS3水準(zhǔn)儀的構(gòu)造： 儀器各部件的名稱 基座底板 微傾螺旋 物鏡調(diào)焦螺旋 望遠(yuǎn)鏡 物鏡 望遠(yuǎn)鏡制 動(dòng)螺旋 望遠(yuǎn)鏡微 動(dòng)螺旋 DS3微傾式水準(zhǔn)儀 DS3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀（北京光學(xué)儀器） 目鏡調(diào) 焦螺旋 目鏡 圓水準(zhǔn)器 校正螺絲 堵蓋 粗瞄準(zhǔn)器 反光鏡 圓水準(zhǔn)器 度盤(pán)指標(biāo) 腳螺旋 制動(dòng)微動(dòng)螺旋 望遠(yuǎn)鏡： 它主要由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板等組成；它的作用的照準(zhǔn)和看清目標(biāo)及讀數(shù)的設(shè)備。 水準(zhǔn)器： 它分為圓水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器；它的作用是保證水準(zhǔn)儀提供一條水平視線。 （ 1）圓水準(zhǔn)器 ：當(dāng)圓氣泡居中時(shí)，視線大概水平（即粗平） （ 2）管水準(zhǔn)器 ：當(dāng)氣泡居中時(shí)，視線水平（即精平）。 為了便于觀測(cè)長(zhǎng)氣泡的居中情況和提高居中的精度，在水準(zhǔn)管的上方裝有符合棱鏡系統(tǒng)。當(dāng)氣泡居中時(shí)，在觀察窗內(nèi)看到兩邊的半圓弧吻合成一拋物線狀。見(jiàn)圖 ： 基座： 粗平 精平 DS3級(jí)微傾水準(zhǔn)儀的構(gòu)造： 望遠(yuǎn)鏡組成及其成像原理 望遠(yuǎn)鏡由 物鏡、目鏡、對(duì)光凹透鏡和十字絲 四個(gè)主要部分組成。 成像原理： 目標(biāo)經(jīng)過(guò)物鏡和對(duì)光凹透鏡的作用 ， 在鏡筒內(nèi)造成倒立 、 縮小的實(shí)像 ， 通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)光凹透鏡 ， 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) ） 視準(zhǔn)軸 ? 目鏡的作用： 放大，人眼經(jīng)過(guò)目鏡，可以看到目標(biāo)的小實(shí)像與十字絲一起放大了的虛像。 ? 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)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。水準(zhǔn)測(cè)量就是當(dāng)視線水平時(shí)，用中間橫絲截取水準(zhǔn)尺讀數(shù)。 ? 視準(zhǔn)軸： 十字絲中央交點(diǎn)和物鏡光心的連線； （水準(zhǔn)儀四條軸線 之一） ? 豎軸： 望遠(yuǎn)鏡底部與基座相連的軸的中心線； （水準(zhǔn)儀四條軸線之一） 視距絲 橫絲 水準(zhǔn)器 （ 1）水準(zhǔn)器的用途： 衡量 視線是否水平、豎軸是否鉛垂 的標(biāo)志； （ 2）水準(zhǔn)器種類(lèi)： 水準(zhǔn)盒及水準(zhǔn)管； 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） （ 4）水準(zhǔn)管軸線： 過(guò)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） （ 5）水準(zhǔn)器靈敏度： 用 分劃值 表示，即 當(dāng)氣泡移動(dòng) 2mm時(shí)，水準(zhǔn)盒（管）軸相應(yīng)傾斜的角度 ； （ 6） 水準(zhǔn)器 分類(lèi)： 水準(zhǔn)器 是用來(lái)標(biāo)志視準(zhǔn)軸是否水平或 儀器豎軸是否鉛垂的裝置； ① 管水準(zhǔn)器 (水準(zhǔn)管 )—— 用來(lái)指示視準(zhǔn)軸是否水平； 水準(zhǔn)管圓弧中點(diǎn) O稱為水準(zhǔn)管零點(diǎn) 。 過(guò)零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧相切的直線 LL， 稱為水準(zhǔn)管軸 。 當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡中心與零點(diǎn)重合時(shí) ， 稱氣泡居中 ， 此時(shí)水準(zhǔn)管軸處于水平位置；若氣泡不居中 ， 則水準(zhǔn)管軸處于傾斜位置 。 水準(zhǔn)管零點(diǎn) 水準(zhǔn)管軸 氣泡居中 水準(zhǔn)管 2mm的弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角 τ 稱為 水準(zhǔn)管分劃值 。 (24) ?? R2?R——水準(zhǔn)管圓弧半徑 ， mm ρ ——206265″ DS3型水準(zhǔn)管分劃值為 20″ /2mm 水準(zhǔn)管分劃值 符合水準(zhǔn)器 ② 圓水準(zhǔn)器 —— 用來(lái)指示豎軸是否豎直 。 球面中央圓圈 ， 圓圈的圓心稱為水準(zhǔn)器零點(diǎn) 。 過(guò)零點(diǎn)的球面法線 ， 稱為 圓水準(zhǔn)軸 ， 當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)， 圓水準(zhǔn)軸處于豎直位置 。 圓水準(zhǔn)器分劃值 是指通過(guò)零點(diǎn)的任意一個(gè)縱斷面上 ， 氣泡中心偏離 2mm的弧長(zhǎng)所對(duì)圓心角的大小 。 DS3水準(zhǔn)儀圓水準(zhǔn)器分劃值一般為 8′～ 10′/2mm， 故只用于儀器的概略整平 。 基座 軸座： 承托儀器上部 腳螺旋： 調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中 連接板： 連接三腳架 組成 軸座 腳螺旋 連接板 水準(zhǔn)尺： 三、水準(zhǔn)尺和尺墊： 塔尺 —— 由兩節(jié)或三節(jié)套接而成， 長(zhǎng) 3m或 5米 ， 接頭處存在誤差 ， 多用于精度較低的水準(zhǔn)測(cè)量中 。 雙面尺 (直尺或板尺 )： 黑面尺 (基本分劃 )、 紅面尺 (輔助分劃 )；常數(shù) K1=， K2=。 用于三 、 四等精度以下的水準(zhǔn)測(cè)量中 。 尺墊 ： 水準(zhǔn)尺 用途： 用于水準(zhǔn)測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)觀測(cè) 種類(lèi)： 塔尺和板尺兩種 。 塔尺是可以伸縮的塔尺一般長(zhǎng) 3米 ， 由三節(jié)組成 。 板尺一般 2米 。 水準(zhǔn)尺的刻度與標(biāo)注： 精度比較： 板尺精度高于塔尺； 用 途： 板尺一般常用于三、四等水準(zhǔn)測(cè)量，而塔尺則用于等外水準(zhǔn)測(cè)量。 使用注意事項(xiàng)： 使用前應(yīng)認(rèn)清尺子 刻劃線與數(shù)字之間的位置關(guān)系 ，是否為正、倒數(shù)字， 尺底的數(shù)值 ；對(duì)于塔尺，當(dāng)使用兩節(jié)以上時(shí)應(yīng)注意 兩節(jié)接口位置是否對(duì)準(zhǔn)、卡簧是否卡住。 標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺： 是一對(duì)雙面尺，其中 : A尺和 B尺黑面 0～ 3m。 A尺紅面 ～ ； B尺紅面 ～ ； 腳架張開(kāi)角度 勿太大或太小 四、水準(zhǔn)儀的使用： 安置儀器 粗平 瞄準(zhǔn) 三角架 腳螺旋 圓水準(zhǔn)器泡 腳螺旋與左手 大拇指方向一致 水準(zhǔn)尺 誤差 如何識(shí)別 和消除誤差 精平 水準(zhǔn)管氣泡 微傾螺旋 讀數(shù) 中絲讀數(shù) 刻度大小 正、倒像 安置水準(zhǔn)儀 ? 打開(kāi)三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開(kāi)儀器箱取出水準(zhǔn)儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。 粗平 目的 ： 調(diào)節(jié) 腳螺旋 ，使 圓 水準(zhǔn)氣泡居中。 方法： 對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋 2—— 使氣泡移至 2方向中間 —— 轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋 3，使氣泡居中。 規(guī)律： 氣泡移動(dòng)方向與 左手大拇指 運(yùn)動(dòng)的方向一致； 瞄準(zhǔn)目標(biāo) 目的：使目標(biāo)和十字絲成像清晰。 方法： ① 初步瞄準(zhǔn) （用準(zhǔn)星對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)） ② 目鏡調(diào)焦 （使十字絲清晰） ③ 物鏡調(diào)焦 （使目標(biāo)成像清晰） ④ 精確瞄準(zhǔn) （使縱絲對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)） 注意：瞄準(zhǔn)時(shí)應(yīng)消除視差。 視差：當(dāng)目鏡、物鏡對(duì)光不夠精細(xì)時(shí)，目標(biāo)的影像 不在十字絲平面上，以致兩者不能同時(shí)被看清。 消除方法：仔細(xì)進(jìn)行目鏡、物鏡調(diào)焦。 在每次讀數(shù)之前，都應(yīng) 注視 符合水準(zhǔn)氣泡觀測(cè)窗，轉(zhuǎn)動(dòng) 微傾螺旋 使水準(zhǔn)管氣泡居中，即符合水準(zhǔn)器的 兩端氣泡影像對(duì)齊 ，只有當(dāng)氣泡已經(jīng)穩(wěn)定不動(dòng)而又居中的時(shí)候，