《土木工程测量》第2章教案2

1、2) 十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正十字丝分划板的横丝垂直于竖轴的检验与校正检验：检验：整平仪器后，用十字丝横丝的一端对准远处一明显标志点P，旋紧制动螺旋，旋转微动螺旋转动水准仪，如果标志点P始终在横丝上移动，说明横丝垂直于竖轴。否则，需要校正。校正：校正：旋下十字丝分划板护罩，用螺丝刀松开四个压环螺丝，按横丝倾斜的反方向转动十字丝组件，再进行检验。如果P点始终在横丝上移动，则表示横丝已经水平，最后拧紧四个压环螺丝。 2.5 水准测量的误差及其消减方法水准测量的误差及其消减方法水准测量误差包括仪器误差、观测误差和外界环境的影响三个方面。(1) 仪器误差仪器误差1) 仪器校正后的残余误

2、差：规范规定，DS3水准仪的i角大于20才需要校正，因此，正常使用情况下，i角将保持在20以内。i角引起的水准尺读数误差与仪器至标尺的距离成正比，只要观测时注意使前、后视距相等，便可消除或减弱角误差的影响。在水准测量的每站观测中，使前、后视距完全相等是不容易做到的，因此规范规定，对于四等水准测量，一站的前、后视距差应小于等于5m，任一测站的前后视距累积差应小于等于10m。2) 水准尺误差：由于水准尺分划不准确、尺长变化、尺弯曲等原因而引起的水准尺分划误差会影响水准测量的精度，因此须检验水准尺上米间隔平均真长与名义长之差。规范规定，对于区格式木质标尺不应大于0.5mm，否则，应在所测高差中进行米

3、真长改正。至于一对水准尺的零点差，可在一水准测段的观测中安排偶数个测站予以消除。(2) 观测误差观测误差1) 管水准气泡居中误差：视准轴水平是通过管水准气泡居中来实现的。如果精平仪器时，管水准气泡没有精确居中，将造成管水准器轴偏离水平面而产生误差。由于这种误差在前视与后视读数中不相等，所以，高差计算中不能抵消。2) 读数误差：普通水准测量观测中的mm位数字是根据十字丝横丝在水准尺的厘米分划内的位置进行估读的，在望远境内看到的横丝宽度相对于厘米分划格宽度的比例决定了估读的精度。读数误差与望远镜的放大倍数和视距长有关。视距愈长，读数误差愈大。因此，规范规定，使用DS3水准仪进行四等水准测量时，视距

4、应小于等于80m。3) 水准尺倾斜：读数时水准尺必须竖直。如果水准尺前后倾斜，在水准仪望远镜的视场中不会察觉，但由此引起的水准尺读数总是偏大。且视线高度愈大，误差就愈大。在水准尺上安装圆水准器是保证尺子竖直的主要措施。4) 视差：视差是指在望远镜中，水准尺的像没有准确地成在十字丝分划板上，造成眼睛的观察位置不同时，读出的标尺读数也不同，由此产生读数误差。 (3) 外界环境的影响外界环境的影响1) 仪器下沉和尺垫下沉：仪器或水准尺安置在软土或植被上时，容易产生下沉。采用“后前前后”的观测顺序可以削弱仪器下沉的影响，采用往返观测取观测高差的中数可以削弱尺垫下沉的影响。2) 大气折光影响：晴天在日光

5、的照射下，地面的温度较高，靠近地面的空气温度也较高，其密度较上层为稀。水准仪的水平视线离地面越近，光线的折射也就越大。规范规定，三、四等水准测量时应保证上、中、下三丝应能读数，二等水准测量则要求下丝读数大于等于0.3m。3) 温度影响：当日光照射水准仪时，由于仪器各构件受热不匀而引起的不规则膨胀，将影响仪器轴线间的正常关系，使观测产生误差。观测时应注意撑伞遮阳。 2.6自动安平水准仪自动安平水准仪自动安平水准仪(compensator level)的结构特点是没有管水准器和微倾螺旋。国产自动安平水准仪的型号是在DS后加字母Z，即为：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10，其中Z代表“自动安

6、平”汉语拼音的第一个字母。自动安平水准仪的视线安平原理如图所示。 图2-28为北京光学仪器厂生产的DZS3-1自动安平水准仪，图2-29为其望远镜视场，左边为补偿器状态窗口，当仪器安置好、补偿器指标线位于补偿器指标附近时，即可以进行读数。 2.7精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺精密水准仪(precise level)主要用于国家一、二等水准测量(the first and second order leveling)和高精度的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。(1) 精密水准仪的特点精密水准仪的特点1) 望远镜的放大倍数大

7、，分辨率高，如规范要求DS1不小于38倍，DS05不小于40倍；2) 管水准器分划值为10/2mm，精平精度高；3) 望远镜的物镜有效孔径大，亮度好；4) 望远镜外表材料一般采用受温度变化小的因瓦合金钢，以减小环境温度变化的影响；5) 采用平板玻璃测微器读数，读数误差小；6) 配备精密水准尺。(2) 精密水准尺精密水准尺(因瓦水准尺因瓦水准尺)精密水准尺(invar leveling staff)是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精

8、密水准尺的分划值有10mm和5mm两种。(2) 精密水准尺精密水准尺(因瓦水准尺因瓦水准尺)精密水准尺(invar leveling staff)是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值有10mm和5mm两种。图2-30a为徕卡公司生产的与新N3精密水准仪配套的精密水准尺，因为新N3的望远镜为正像望远镜，所以水准尺上的注记也是正立的。水准尺全长约3.2m，在因瓦合金钢带上刻有两排分划，左边一排分划为基本分划，数字注记从0

9、到300cm，右边一排分划为辅助分划，数字注记从300cm到600cm，基本分划与辅助分划的零点相差一个常数301.55cm，称为基辅差或尺常数。水准测量作业时用以检查读数是否存在粗差。 (3) N3精密水准仪及其读数原理精密水准仪及其读数原理图2-31就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer)，N3的平行玻璃板测微器的结构见图2-32。 (3) N3精密水准仪及其读数原理精密水准仪及其读数原理图2-31就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差

10、为0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器(parallel plate micrometer)，N3的平行玻璃板测微器的结构见图2-32。它由平行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。平行玻璃板安装在物镜前，它与测微尺之间用带有齿条的传动杆连接，当旋转测微螺旋时，传动杆带动平行玻璃板绕其旋转轴作俯仰倾斜。视线经过倾斜的平行玻璃板时产生上下平行移动，可以使原来并不对准尺上某一分划的视线能够精确对准某一分划，从而读到一个整分划读数(见图2-32中的148cm分划)，而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。 旋转N3的平行玻

11、璃板可以产生的最大视线平移量为10mm，它对应测微尺上的100个分格。测微尺上1个分格等于0.1mm，如在测微尺上估读到0.1分格，则可以估读到0.01mm。将标尺上的读数加上测微尺上的读数就等于标尺的实际读数。如图2-33的读数为148+0.655= 148.655cm=1.48655m。 2.8数字水准仪和条码水准尺数字水准仪和条码水准尺数字水准仪(digital level)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件，采用条形码分划水准尺(coding level staff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。数字水准仪的特点是：

12、用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差；精度高，多条码(等效为多分划)测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响；速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化。数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。(1) 数字水准仪的原理数字水准仪的原理图2-34为采用相关法的徕卡NA3003数字水准仪的机械光学结构图。当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上；分光镜将其分为可见光和红外光两部份，可见光影像成像在分

13、划板上，供目视观测；红外光影像成像在CCD(charge-coupled device电荷耦合器件)线阵光电探测器上(探测器长约6.5mm，由256个口径为25m的光敏二极管组成，一个光敏二极管就是线阵的一个像素)，探测器将接收到的光图像先转换成模拟信号，再转换为数字信号传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码本源数字信息进行相关比较，当两信号处于最佳相关位置时，即可获得水准尺上的水平视线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。 (2) 条码水准尺条码水准尺与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，形式有直尺和折叠尺两种，规格有1m、2

14、m、3m、4m、5m几种，尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线(配徕卡仪器)或规则分划线(配蔡司仪器)，其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码，图2-35为与徕卡数字水准仪配套的条码水准尺，它用于数字水准测量；双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。(3) 徕卡徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介中文精密数字水准仪简介1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪DNA03，见图2-36所示。其中销往中国市场的DNA03的显示界面全部为中文，同时内置了适合我国测量规范的观测程序。DNA03的主要技术参数如下： 精度：0.3mm/km(采用因瓦水准尺)最小读数：0.01mm测距精度：1cm/20m内存：可以存储1650组测站数据或6000个测量数据补偿器：磁性阻尼补偿器补偿范围：8补偿精度：0.3单次测量时间：3秒 GEB电池：连续测量12小时为确保外业观测数据的安全，DNA03上还插有一个PCMCIA闪存卡，全部测量数据同时保存在仪器内存和PCMCIA卡中。