【正文】 成，最常用的形狀有桿式和箱式兩種 (圖 2－ 5)，長度分別為 3m 和 5m。雙面水準(zhǔn)尺是一 面為黑色另一面為紅色的分劃，每兩根為一對(duì)。使用時(shí)把三個(gè)尖腳踩入土中，把水準(zhǔn)尺立在突出的圓頂上。 基座 用于置平儀器，它支承儀器的上部并能使儀器的上部在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋用來控制望遠(yuǎn)鏡在水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此這種水準(zhǔn)儀稱為 微傾式水準(zhǔn)儀 。為了使物像清晰并消除單透鏡的一些缺陷，物鏡和目鏡都是用兩種不同材料的透鏡組合而成 (圖 2－ 9)。視準(zhǔn)軸是水準(zhǔn)儀的主要軸線之一。觀測不同距離處的目標(biāo)，可旋轉(zhuǎn)調(diào)焦螺旋改變調(diào)焦透鏡的位置，從而能在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)清晰地看到十字絲和所要觀測的目標(biāo)。當(dāng)小于這最小視角時(shí)，在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)就不能分辨出兩個(gè)物點(diǎn)。視場角與放大率成反比。例如增大放大率也增強(qiáng)了分辨率，可提高觀測精度，但減小了視場角和亮度，不利于觀測。管內(nèi)盛酒精或乙醚或兩者混合的液體，并留有一氣 泡 (圖 2－ 11)。 圖 2－ 11 水準(zhǔn)管上一格 (2mm)所對(duì)應(yīng)的圓心角稱為水準(zhǔn)管的分劃值。在這些因素的綜合 影響下，使氣泡移動(dòng) 格時(shí)水準(zhǔn)管軸所變動(dòng)的角值稱水準(zhǔn)管的靈敏度。故這種水準(zhǔn)器稱為 符合水準(zhǔn)器 ，是微傾式水準(zhǔn)儀上普遍采用的水準(zhǔn)器。圓水準(zhǔn)器的分劃值，是頂蓋球面上 2mm弧長所對(duì)應(yīng)的圓心角值，水準(zhǔn)儀上圓水準(zhǔn)器的角值為 8?至 15?。 2. 儀器的粗略整平 儀器的粗略整平是用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。操作時(shí)必須記住以下三條要領(lǐng)： (1)先旋轉(zhuǎn)兩個(gè)腳螺旋，然后旋轉(zhuǎn)第三個(gè)腳螺旋； (2)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)腳螺旋時(shí)必須作相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反。這兩步不可顛倒。當(dāng)觀測時(shí)把眼睛稍作上下移動(dòng)，如果尺像與十字絲有相對(duì)的移動(dòng)，即讀數(shù)有改變，則表示有視差存在。 (a) (b) (c) 圖 2－ 16 4. 視線的精 確整平 由于圓水準(zhǔn)器的靈敏度較低，所以用圓水準(zhǔn)器只能使水準(zhǔn)儀粗略地整平。 5. 讀數(shù) 用十字絲中間的橫絲讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。由于望遠(yuǎn)鏡一般都為倒像，所以從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)讀數(shù)時(shí)應(yīng)由上向下讀，即由小數(shù)向大數(shù)讀。由于水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀在用微傾螺旋使氣泡符合時(shí)要花一定的時(shí)間，水準(zhǔn)管靈敏度愈高，整平需要的時(shí)間愈長。因此它具有觀測速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在各種等級(jí)的水準(zhǔn)測量中。由于α和β角都很小，故從圖中可得： ?? ???? fsZZ 0 故 vsf???? (2－ 8) 式 f 為物鏡的等效焦距， s 為補(bǔ)償器到十字絲的距離， v 為補(bǔ)償器的放大系數(shù)。 (二 )補(bǔ)償器的構(gòu)造和補(bǔ)償原理 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的核心部分是 補(bǔ)償器 。水平光線進(jìn)入物鏡后，經(jīng)三棱鏡 3 和固定在望遠(yuǎn)鏡上的反射鏡 6 兩次反射后，就能通過十字絲交點(diǎn) 7，起到自動(dòng)安平的作用。 這種補(bǔ)償器的原理見圖 2－ 21， O 代表物鏡， b 代表三棱鏡的反射面， c 為固定的反射鏡。因此只要把補(bǔ)償器安裝在 2f 處，就可使水平光線最終通過十字絲交點(diǎn) z，即經(jīng) 33cOb 而到達(dá) z(圖中粗線 )，從而在十字絲交點(diǎn)處可以讀到水平視線在尺上的讀數(shù) a 0 達(dá)到自動(dòng)安平的目的。然后用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)水 準(zhǔn)尺，即可用十字絲橫絲讀取水準(zhǔn)尺讀數(shù)，所得的就是水平視線讀數(shù)。如果每次觸動(dòng)按鈕后，水準(zhǔn)尺讀數(shù)變動(dòng)后又能恢復(fù)原有讀數(shù)測表示工作正常。 2－ 4 水準(zhǔn)測量的方法 一、水準(zhǔn)路線的形式 水準(zhǔn)測量的任務(wù)，是從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始測量其他水準(zhǔn)點(diǎn)或地面點(diǎn)的高程。 (二 ) 閉合水準(zhǔn)路線 是水準(zhǔn)測量從一已知高程的水準(zhǔn) 點(diǎn)開始，最后又閉合到起始點(diǎn)上的水準(zhǔn)路線。 (四 ) 水準(zhǔn)網(wǎng) 當(dāng)幾條附合水準(zhǔn)路線或閉合水準(zhǔn)路線連接在一起時(shí)，就形成了水準(zhǔn)網(wǎng) (圖 2－ 22d、 e)。在離這兩點(diǎn)等距離處 I 安置水準(zhǔn)儀。此后在轉(zhuǎn)點(diǎn) Z1 處的水準(zhǔn)尺不動(dòng)，僅把尺面轉(zhuǎn)向前進(jìn)方向。 圖 2－ 23 觀測所得每一讀數(shù)應(yīng)立即記入手簿，水準(zhǔn)測量手簿格式見表 2－ 1。以后各測站觀測所得 均按同樣方法記錄和計(jì)算。 表 2－ 1 水準(zhǔn)測量手簿 (一 ) 測站 測點(diǎn) 后視讀數(shù) 前視讀數(shù) 高差 高程 備注 ＋ － Ⅰ A Z1 已知 A 點(diǎn)高程 = Ⅱ Z1 Z2 Ⅲ Z2 Z3 Ⅳ Z3 Z4 Ⅴ Z4 B Σ 計(jì)算檢核 ????? ba ???h ??? AB HH 為了節(jié)省手簿的篇幅，在實(shí)際工作中常把水準(zhǔn)手簿格式簡化成表 2－ 2 所示。檢查后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和? ?ba ??? 是否等于各站高差之和 ? ?h? ，并等于終點(diǎn)高程減起點(diǎn)高程。 三、水準(zhǔn)測量成果的檢核 為了保證水準(zhǔn)測量成果的正確可靠，對(duì)水準(zhǔn)測量的成果必須進(jìn)行檢核。用雙面尺進(jìn)行水準(zhǔn)測量的檢核方法詳見第八章。所以附合水準(zhǔn)路線的高程閉合差為： ? ?起終 HHhf h ???? (2－ 10) 高程閉合差的大小在一定程度上反映了測量成果的質(zhì)量。即
。對(duì)于閉合水準(zhǔn)路線，因?yàn)樗鹌谕粋€(gè)點(diǎn)，所以理論上全線各站高差之和應(yīng)等于零。對(duì)于附合水準(zhǔn)路線，理論上在兩已知 高程水準(zhǔn)點(diǎn)間所測得各站高差之和應(yīng)等于起迄兩水準(zhǔn)點(diǎn)間高程之差。對(duì)于一般水準(zhǔn)測量，當(dāng)兩次所得高差之差小于 5mm 時(shí)可認(rèn)為合格，取其平均值作為該測站所得高差，否則應(yīng)進(jìn)行檢查或重測。但應(yīng)注意這種檢核只能檢查計(jì)算工作有無錯(cuò)誤，而不能檢查出測量過程中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤，如讀錯(cuò)記錯(cuò)等。其他計(jì)算和檢核均相同。終點(diǎn) B 的高程等于起點(diǎn) A 的高程 A、 B 間的高差。例如儀器在測站 I 時(shí)，起點(diǎn) A 上所得水準(zhǔn)尺讀數(shù) 應(yīng)記入該點(diǎn)的后視讀數(shù)欄內(nèi)，照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn) Z1 所得讀數(shù) 應(yīng)記入 Z1 點(diǎn)的前視讀數(shù)欄內(nèi)。按在第 I 站同樣的步驟和方法讀取后視讀數(shù)和前視讀數(shù)，并計(jì)算出高差。然后照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn) Z1 上的水準(zhǔn)尺，氣泡符合后讀取 Z1 點(diǎn)的前視讀數(shù)。 二、水準(zhǔn)測量的施測方法 水準(zhǔn)測量施測方法如圖 2－ 23 所示，圖中 A 為已知高程的點(diǎn)， B 為待求高程的點(diǎn)。 (三 ) 水準(zhǔn)支線 是由一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開始，最后既不附合也不閉合到已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)上的一種水準(zhǔn)路線。水準(zhǔn)路線有以下幾種形式： 圖 2－ 22 (一 ) 附合水準(zhǔn)路線 是水準(zhǔn)測量從一個(gè)高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)開始，結(jié)束于另一高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)路線。由于要確保補(bǔ)償器處于 工作范圍內(nèi)，使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)應(yīng)十分注意圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。有的儀器在目鏡旁有一按鈕，它可以直接觸動(dòng)補(bǔ)償器。 (三 ) 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用方法較微傾式水準(zhǔn)儀簡便。當(dāng)補(bǔ)償器起作用時(shí)，擺臂將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角，三棱鏡反射面則由 22bb? 移至 33bb? ，顯然 33bb? 平行于 11bb? ，而反射鏡仍在 22cc? ?；钊?4 和三棱鏡一樣固定在擺臂 的下端，氣缸 5 則固定在儀器的支架上。 圖 2－ 20 圖 2－ 20 中補(bǔ)償棱鏡 3 被固定在擺臂 2 的下端，擺臂的上端為軸承 1，通過一個(gè)小軸被懸掛在儀器的支架上，所以三棱鏡和擺臂能在視線方向內(nèi)自由擺動(dòng)。 圖 2－ 18 圖 2－ 19 2. 移動(dòng)像點(diǎn)的方法 按照同樣設(shè)想，如果當(dāng)望遠(yuǎn)鏡傾斜α角時(shí)，水平光線通過補(bǔ)償器后，能相對(duì)于水平線按相同方向擺動(dòng)一 ?? 角，從而使水平方向上的像點(diǎn)從 Z 0 移到 Z。若儀器傾斜了一個(gè)小角α，則十字絲交點(diǎn)將從 Z0 移到 Z，讀數(shù)將變?yōu)?a。 而自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀在用圓水準(zhǔn)器使儀器粗略整平后，經(jīng)過 1～ 2s 即可直接讀取水平視線讀數(shù)。為了保證得出正確的水平視線讀數(shù)，在讀數(shù)前和讀數(shù)后都應(yīng)該檢查氣泡是否符合。如果某一位數(shù)是零，也必須讀出并記錄。由于微傾螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)常在改變望遠(yuǎn)鏡和豎軸的關(guān)系，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡由一個(gè)方向轉(zhuǎn)變到另一個(gè)方向時(shí)，水準(zhǔn)管氣泡一般不再符合。存在視差時(shí)不可能得出準(zhǔn)確的讀數(shù)。當(dāng)照準(zhǔn)不同距離處的水準(zhǔn)尺時(shí)，需重新調(diào) 節(jié)調(diào)焦螺旋才能使尺像清晰，但十字絲可不必再調(diào)。 圖 2－ 15 3 照準(zhǔn)目標(biāo) 用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)，必須先調(diào)節(jié)目鏡使十字絲清晰。然后單獨(dú)用第三個(gè)腳螺旋使氣泡居中，如此使原兩個(gè)腳螺旋連線的垂線方向亦處于水平位置，從而使整個(gè)儀器置平。微傾式水準(zhǔn)儀的操作應(yīng)按下列步驟和方法進(jìn)行： 1. 安置水準(zhǔn)儀 首先打開三腳架，安置三腳架要求高度適當(dāng)、架頭大致水平并牢固穩(wěn)妥，在山坡上 應(yīng)使三腳架的兩腳在坡下一腳在坡上。容器頂蓋中央刻有一小圈，小圈的中心是圓水準(zhǔn)器的零點(diǎn)。 圖 2－ 12 為了提高氣泡居中的精度，在水準(zhǔn)管的上面安裝一套棱鏡組 (圖 2－ 13)，使兩端各有半個(gè)氣泡的像被反射到一起。水準(zhǔn)儀上水準(zhǔn)管的分劃值為 10?～ 20?，水準(zhǔn)管的分劃值愈小，視線置平的精度愈高。過零點(diǎn)與管內(nèi)壁在縱向相切的直線稱 水準(zhǔn)管軸 。 2. 水準(zhǔn)器 水準(zhǔn)器是用以置平儀器的一種設(shè)備，是測量儀器上的重要部件。它與物鏡有效孔徑的平方成正比，與放大率的平方成反比。 (3)視場角 是表示望遠(yuǎn)鏡內(nèi)所能看到的視野范圍?；虻扔谖镧R的有效孔徑 D 與目鏡的有效孔徑 d 之比 。為此必須使物像落在十字絲分劃板平面上。水準(zhǔn)儀上十字絲的圖形如圖 2－ 10 所示，水準(zhǔn)測量中用它中間的橫絲或楔形絲讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。 1. 望遠(yuǎn)鏡 最簡單的望遠(yuǎn)鏡是由物鏡和目鏡組成。旋轉(zhuǎn)微動(dòng)螺旋可使望遠(yuǎn)鏡在水平方向作緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，但只有在制動(dòng)螺旋旋緊時(shí)，微動(dòng)螺旋才能起作用?；嫌腥齻€(gè)腳螺旋，調(diào)節(jié)腳螺旋可使圓水準(zhǔn)器的氣泡移至中央，使儀器粗略整平。 圖 2－ 6 一、微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造和使用 (一 ) DS3 微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造 圖 2－ 7 為在一般水準(zhǔn)測量中使用較廣的 DS3 型微傾式水準(zhǔn)儀，它由下列三個(gè)主要部分組成： 望遠(yuǎn)鏡 它可以提供視線，并可讀出遠(yuǎn)處水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。利用雙面尺可對(duì)讀數(shù)進(jìn)行檢核。水準(zhǔn)尺尺面繪有 1cm 或 5mm黑白相間的分格，米和分米處注有數(shù)字，尺底為零。角碼的數(shù)字表示儀器的精度。目前通用的水準(zhǔn)儀從構(gòu)造上可分為兩大類：即利用水準(zhǔn)管來獲得水平視線的水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀，其主要形式稱“微傾式水準(zhǔn)儀”；另一類是利用補(bǔ)償器來獲得水平視線的“自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀”。圖中 IZ 、 IIZ 、?為傳遞高程的轉(zhuǎn)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)點(diǎn)上既有前視讀數(shù)又有后視讀數(shù)。 從以上可見：水準(zhǔn)測量的基本原理是利用水平視線來比較兩點(diǎn)的高低，求出兩點(diǎn)的高差。通常要同時(shí)用 h?和 ? ?ba ??? 進(jìn)行 計(jì)算，用來檢核計(jì)算是否有誤。高差 ABh 的值可能是正，也可能是負(fù)，正值表示待求點(diǎn) B 高于已知點(diǎn) A，負(fù)值表示待求點(diǎn) B 低于已知點(diǎn) A。例如圖 2－ 2 中，為了求出 A、 B 兩點(diǎn)的高差 ABh ，在A、 B 兩個(gè)點(diǎn)上豎立帶有分劃的標(biāo)尺 —— 水準(zhǔn)尺 ，在 A、 B 兩點(diǎn)之間安置 可提供水平視線的儀器 —— 水準(zhǔn)儀 。在城鎮(zhèn)居民區(qū)，也可以采用把金屬標(biāo)志嵌在墻上的“墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)”。 高程測量也是按照“從整體到局部”的原則來進(jìn)行。水準(zhǔn)原點(diǎn)作為全國高程測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。為了建立一個(gè)全國統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，必須確定一個(gè)統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)面，通常采用大地水準(zhǔn)面即平均海水面作為高程基準(zhǔn)面。三角高程測量是測量兩點(diǎn)間的水平距離或斜距和豎直角 (即傾斜角 )，然后利用三角公式計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差。高程測量的目的是要獲得點(diǎn)的高程，但一般只能直接測得兩點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)其中一點(diǎn)的已知高程推算出另一點(diǎn)的高程。 (5) 大地水準(zhǔn)面 ____________（亦稱為，不同于）參考橢球面。 選擇題 (1) 任意高度的平靜水面 ________（都不是，都是，有的是）水準(zhǔn)面。 (7) 實(shí)際測量工作中依據(jù)的基準(zhǔn)面是 ________________面。 (3) 地球陸地表面上一點(diǎn) A 的高程是 A 至平均海水面在 ____________方向的長度。 圖 112 測量的基本工作 二、測量工作的原則 測量工作必須遵循的第一條基本原則是“從整體到局部”，“先控制后碎部”的原則； 測量工作的目的之一是測繪地形圖，地形圖是通過測量一系列碎部點(diǎn)（地物點(diǎn)和地貌點(diǎn)）的平面位置和高程，然后按一定的比例，應(yīng)用 地形圖符號(hào)和注記縮繪而成。從 A、 B、 C、 D、 E 分別向水平面作鉛垂線，這些垂線的垂足在水平面上構(gòu)成多邊形 abcde，水平面上各點(diǎn)就是空間相應(yīng)各點(diǎn)的正射投影；水平面上多邊形的各邊就是各空間斜邊的正射投影；水平面上的角就是包含空間兩斜邊的兩面角在水平面上的投影。 167。地面點(diǎn)沿鉛垂線至 假定水準(zhǔn)面的距離，稱為該點(diǎn)的 相對(duì)高程 或 假定高程 。我國規(guī)定以 1950~1956 年間青島驗(yàn)潮站多年記錄的黃海平均海水面作為我國的大地水準(zhǔn)面，由此建立的高程系統(tǒng)稱為“ 1956 年黃海高程系”。美國的全球定位系統(tǒng)（ GPS）用的 WGS84 坐標(biāo)就屬這類坐標(biāo)。 地心空間直角坐標(biāo)系 ：坐標(biāo)系原點(diǎn) O 與地球質(zhì)心重合， Z 軸指向地球北極， X 軸指向格林尼治平子午面與地球赤道的交點(diǎn) E， Y 軸垂直于 XOZ 平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。如圖 19