03第三章水准仪及其使用.

1、第三章水准仪及其使用§3-1水准测暈原理水准测显足测岀地面点高程的方法之一。己知A点高 程为,欲测定B点的高程。忤先测出A、B两点之间的高 差。贝IJB点的高程为：Hb- % + 1恤一、水准测量的原理为测出AB两点Z间的高差，可在AB两点上分别竖立两 根标尺，在两点之间安迓-架能捉供水平视线的仪器，使 视线水平照准人点标尺读数，设为a,再照准13点标尺读数, 设为b,则AB两点间的高差为:11 = a - b大地水准观因为A点高程己知，通常称“为后视读数，而称b为前-视 读数。即1】屈二后视读数一前视读数。高差1加本身可正可负。当8大丁 b时，1加值为正，这种 怙:况是B点高丁A点

2、；当缸小丁b时1】屈值为负，即B点低丁A 点。为了避免计算中发生正负符号的错误,在书写高差 %的符号时必须注总h的下标小字。例足表示山己知 高程的A点推算至未知高程的B点的高差。二、转点、测站如果两点之间的距离佼远，或高差较大时，仅安置 一次仪器便不能测得它们的再差，这时需要加设若干 个临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点。 欲求A点至B点的高差1诂，选择条施测路线，用水准 仪依次测出AP的高差1山、PQ的高差1恼等，直到最各测站的高差均为后视渎数减去前视读数Z 值,卩 1悅二丐-虬 hpQ=a2-b2 hBW= an-bn下标1、2n表示第一站、第二站第I】站 的后视读数和前视读数。

3、hAB= (a1-b1) + (a2-b2) +.+ (anbn) =X(a-b)在实际作业中可先算出各测站的高差，然后 取它们的总和而得1%。再用上式，即用后视读 数Z和沪减去前视读数Z和来计算高差h肿 检核计算是否有错误。三、DS3水准仪及其操作水准仪是水准测量的匸要仪器，按其所能达到 的楷度分为DS°5、DS|、DS3及DS10等儿种等级。“D沙和“S”表示中文“大地”和“水准仪”中 "大”字和“水”字的汉语拼音的第一个字母， 通常在书写吋可省略字母“D",下标“05”、“厂、 “3，及“10"等数字表示该类仪器的粋度。S3型和S10型水准仪称为普

4、通水准仪，用于国 家三、四等水准及普通水准测量，S05型和S1型水 准仪称为精密水准仪，用于国家一、二等梢密水 准测量。1、S3型水准仪的构造仪器的上部有望远镜、水准管、水准管气泡观察窗、闘水准器、H镜及物镜对光螺旋、制动螺旋、微动及微倾螺旋等。S3型微倾式水准仪组成，它卞耍市望远镜、水准器 和基座三部分。仪器竖轴与仪器基座相连：望远镜和水准管连成一个 整体，转动微倾螺旋可以调卩水准管连同望远镜一起相 对丁支架作上下微小转动，使水准管气泡居中，从而使 塑远镜视线精确水平，由于用微倾螺旋使望远镜上、下 倾斜有一定限度，町先调整脚螺旋使圆水准器气泡居中, 粗略定平仪器。幣个仪器的上部口丁以绕仪器竖

5、轴在水平方向旋转，水 平制动螺旋和微动螺旋川于控制望远镜在水平方向转动, 松开制动螺旋，笔远镜町在水平方向任意转动，只有为1）基座拧紧制动螺旋后，微动螺旋才能使里远镜在水平方向上 作微小转动，以精确瞄准目标。2）望远镜基座的作川是文承仪器的上部并通过连接螺旋使仪器 与二脚架相连。它包括轴套、脚螺旋、二角形底板等，仪 器竖轴插入轴套内。卑远镜是用來粘确瞄准远处H标和捉供水平视线进行读 数的设备。它主耍山物镜、口镜、调焦透镜及I字丝分划 板等组成。从I镜中看到的经过放大后的十7丝分划板上 的像。卜字丝分划板足用來准确HiVi准目标用的，中间一根氏横 丝称为中丝.与之垂直的一根丝称为竖丝.在中丝上下

6、 对称的两根与屮丝平行的短横丝称为上、卜丝（乂称观 距丝）。在水准测星时，用中丝4水准尺上进行询、后 视读数，川以计舁高差，丿IJ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）。用谢远镜瞄准H标或在水准尺上读数，均以十字丝的 |交点为准。前面分析远镜成彖时都以物镜主半面利匸轴 线的交点为主要通过点，一般称该点为物镜光心。物镜光 心与十字丝交点的连线构成架远镜的机准轴，川见观测的 视线即为视准轴的延长线。|视差及视差的消除' 当望远镜瞄准口标后，眼晴在口镜处上下左右作少暈 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。测虽作业是不允许存在视差的，因为这说明不

7、能 判明是否精确地瞄准了日标。产牛视差的原因足I标通过物镜之后的彖没冇9 I字 丝分划板垂合，如图（a）和（b）所示：人眼位丁中间 位置时，十字丝交点O与I标的象a点重合，为眼睛略为 向上，O点乂与b点重合，当眼睛略为向下时，O点便与O 点重合了。如來连续使眼睛上下移动，就好象看到O点在 耳标的彖上面运动一样。图（c）是没有视差的情况。目乐的效±Tii产牛视差的原因是未按正确的操作程序调焦，或在II 调焦看十字丝时眼睛有一个焦距,而转向瞄准目标看 忖标的象时，眼睛本身自行调焦用了另一个焦距，因而 使彖和十字丝不在同一个平面上。消除视差的方法，首先必须按操作程序依次调焦， 特别是最后物

8、镜调焦时耍控制眼睛木身不作调焦，保持 十字丝始终是消晰的。能做到后一点的办法是，无论调 节十字丝或I丨标，都不要使眼睛紧张，而要保持眼睛处 于松驰状态。由丁望远镜11镜的出脯直径约为1.5mm,人眼的瞳孔 直径约为2. Omm,所以检査有无视差时，眼睛卜.下左右移 动的距离不宜人于0. 5mm,否则会因观察物彖不淸晰而引 起错觉。望远镜和水准管固连在一起，而且便水准管的水准轴与 视准轴V行。水准管的水准轴水即气泡居中时，视准 轴也就处于水平位置。农水准仪一般均采用插轴式三脚基座。与望远镜一体 的水旌仪竖轴鬥接插入基朋轴食内，并由连接螺丝固定。 其结构如图所示，体积较小。连接三脚架的中心螺旋尺

9、寸有公、英制两制。圆水准器的用途是丿IJ它机略地整平仪器。构造上要求 圆水准器的水准轴应与仪器的旋转轴平行，因此按一定的 操作方法，调廿基座的三个脚螺旋将圆水准器气泡亍致中 央后，仪器的旋转轴即处于皐木竖苴状态。管水准器，通常称为水准借。関水准器。3)水准器水准仪的水平视线是应用一个称为水准器的部件获得的水准器是利用液体受重力作用后气泡居军高处的特性， 使水准器的一条特定的直线位丁 水平或竖直位置的一种装水准器分两种:(1) 、水准管水准管m管子用玻璃制成，其纵剖I Hi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80100m,最桔确的可达200iiio内衣面琢濟后，将 -端

10、封闭，山开口的-端装入质轻而易流动的液体如 酒梢或氯化理，装满后再加热便液体膨胀而排去一部 分,然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，这个 爭问禾宋询永准坷泊在水准管上刻有2 m川间隔的分划线。分划线与中间的S 点成对称，S点称为水准管的冬点，冬点附近无分划，冬点 与圆弧相切的切线I丄称为水准管的水准轴。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，也就是管子的零点最髙时，水准轴成水 平位置。测量仪器上的水准管分划值，小的可达2",人者可 达2，。水准管的分划值与圆弧的半径R成反比：半 径愈大分划值愈

11、小，则用以导致仪器某部分成水平位置 或竖直位置及测定倾斜角的精度也就愈高。气泡准确而快速移居管中最高位蜀的能力，称为水准 管的灵敏度。测量仪器上水准管的灵敏度须适介它的用 途。用杲敏度较高的水准管可以更梢确地导致仪器的某 部分成水平位置或竖育位置；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梢密悄况 相适应。(2) 、圆水准器I员I水准器是将一 I员1柱形的玻璃盒子装懺在金属的框 内，盒内部是装满酒桔或氯化钾后加热密封的。盒须面 的内壁磨成圆球形,顶面的中央画一小圆，其圆心S即 为水准器的否点。连接零点S与球而的球心0的直线称为 圆水准器的水准轴。当气泡位于圆内中央位置时，

12、圆水 准器的水准轴即成竖育.这时切十零点的平面也就成水 平了。岡水准器的匸耍是用它粗略闪平O仪器,故圆水准器的分划值制做得 较水准管的分划值为大,其圆弧半 径为0.52m。这样可使粗略用平的 操作能迅速完成。(3) 、符合水准器在水nm I：装有符介棱镜系统.=气泡两端影彖符介致时就衣明气泡已经居中。此种水准器称符合水准器。在判斯两瑞气泡的符合程度时常会出现谋热而气泡不符合的程度是指两个端点之.间的距离.它止好足距完全符介位胃的两倍。因此，用符介水准器作业2、水准尺及附件水准尺使用干燥木料制成，一般长约34m, 按其构造不同町分为折尺、塔尺、H尺等数种。 折尺可以对折,塔尺町以缩短,但用旧后的

13、接 头处容易损坏，影响尺氏的梢度，所以也尺粘 度较髙。为便尺子不弯曲，其横剖面作成丁字 型、槽盘、工字盘等。尺面每隔一用米涂有黑 口或红门相间的分格，毎分米有数字注记。为 倒象塑远镜观测方便起见，注字常倒吗。尺子 底面钉以铁片，以防磨损。作为转点用的尺塑（或称尺台系用生铁铸 成，一般为三角形，中央有一突起的闘顶，以 便放置水准尺，卜尙三尖脚町以插入七中。尺 垫应重而坚固，方能稳定。3、水准仪的使用使用水准仪时，将仪器装于三脚架上，安 置在选好的测站上，三脚架头大致水平，仪器 的各种螺旋都调整到适中位置，以便螺旋向两 个方向均能转动。用脚螺旋导致圆水准器的气 泡居中，称为粗平；放松制动螺旋，水平

14、方向转动望远镜,用准星和照门大致瞄准水准标尺；固定制动螺旋，用微动螺旋使望远镜楮确備准 水准尺;用微倾螺旋使水准管气泡居中，称为 精平；最后通过望远镜川十字丝中间的横丝 水准尺上读数。1）.水准仪的安置安置水准仪的方法，通常是先将脚架的两条 腿取适当位置安置好，然后一手握住第三条腿 作前壽动和左右摆动。手扶住脚架顶部, 眼睛注意圆水准器气泡的移动，使之不要偏离 屮心太远。如果地面比较坚实，如在公路上、 城镇中有铺装面的街道上等等可以不用脚踏,如果地面比较松软则应用脚踏实，使仪器稳定。 当地面倾斜较大吋，应将三脚架的个脚女置在倾斜方向上，将另外两个脚安置在与倾斜方 向垂直的方向这样可以使仪器比较

15、稳固。梅;2）机平<fr>粗平I作是用脚螺旋将圆水准器的气泡导致居中。方 法如下：用两手分别以和对方向转动两个脚螺旋，此时气 泡移动方向与圧手大抑指旋转时的移动方向相同，如图（乩 所示。然后再转动第三个脚螺旋使气泡居中，见图（b）。 实际操作时町以不转动第三个脚螺旋，而以相同方向同IT 速度转动原来的两个脚螺旋使气泡居中，如图（C）所示。 在操作熟练以后，不必将气泡的移动分解为地步，而町以 转动两个脚螺旋直接导致气泡居屮。3) 瞄准在用望远镜瞄准目标Z询，必须先将丨字丝调至清附。 瞄准口标应酋先使用望远镜面的瞄准器，在施本瞄准水准 尺后立即用制动螺旋将仪器制动。若望远镜内C经看到水

16、 准尺，但成象不淸晰，町以转动调焦螺旋至成彖淸噺，注 意消除视差。放航用微动螺旋转动望远镜使I字丝的竖丝 对准水准尺的中间稍偏一点以便读数。4) 粘平读数之询应用微倾螺旋调整水准管气泡居屮，使视线粘 确水平。山丁气泡的移动冇惯性，所以转动微倾螺旋的速 度不能快，持别在符介水准器的陶端气泡影象将爰对齐的 时候尤应注意。只冇当气泡已经稳定不动而乂居中的时候 才达到辅平的目的。5) 读数仪器已经精平后即可在水准尺上读数。为了保证读数的 准确艸，并提高读数的速度，对以首先看好闸米的佔读数 (即亳米数)，然后再将全部读数报出| 一般习惯上是报 四个数字，即米、分米、厘米、亳米，并艮以亳米为单位, 例如1

17、. 367m或读1367四个字，2. 000m或读2000, 0.068m或 读006盂 这对于观测、记录及计算工作都定的好处, 可以防止不必要的误会和错误。、水准点§2 3丼通水准测駅水准测量的上耍口的是测出一系列点的高程。通常称 !这些点为水准点。我国水准点的高程足从青岛水准原点起 算的。为了进一步满足工程建设和地形测图的需要，以国家 :飞水准测量的三、四等水准点为起始点，尚需布设工程水准 测戢或图根水准测屋，通常统称为普通水准测戢（也称等 外水准测量）°并通水准测暈的持度较国家等级水准测暈低一些，水准路线的布设及水准点的密度可根据具体匸程 和地形测图的耍求而冇较人的灵

18、活性。水准点的标定工作，通常称为理仃。较常用的水准点标 石用混凝上制成。永久性的称基木水准标石，其次称普 通水准标石。标石中间均I快有水准标志。基木水准标石 分两个部分，一个是方形的底盘，另一个是柱石。水准 测量时应测出两个标志的高程。普通水准标冇只有柱右。 埋石工作最好采用现场浇淋。水准测帚:的成果通常都取 至宅米，因此标石的稳定性十分帀要。现场浇灌比预制 成品再挖坑掩埋效果要好一些。此外，水准测暈作业必 须在埋石之后间隔一段时间进行，万一标右有下沉等移 动也就有了一个稳定的过程。在城镇和厂矿X,还可以采用墙脚水准标志,选择稳 固建筑物墙脚的适“高度埋设墙脚水准标志作为水准点。 为便于寻找水

19、准点，所自水准点都丿应绘制水准点点Z记。二、水准路线1、附合水准路线从一个己知苗j程的水准点1II18 （例如国家某一级的水 准点）起，沿一条路线进行水准测駅，以测定另外一些水 准点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点III19, 称为附合水准賂线。2、支水准路线如果最后没有连测到匸知高程的水准点，则这样的水准路线称为支水准路线。为了对测暈成果进行检核，并提 高成果的巒度，单一水准支线必须进行往返测量。3、闭合水准路线从一 （2知高程的水准点出发，沿一条环形路线进行水 准测呈，测定沿线若干水准点的高程，最后乂回到原水准 点，称为闭合水准路线。4、水准网若干条单一水准路线相互连接构成的形状，

20、称为水准 网。三、普通水准测臺方法已知水准点BM. A的髙程IM = 19. 153m,欲测定距水准 点BM.A较远的B点高程，按著通水准测量的方法，FhBM. A 点出发共需设五个测站，连续安置水准仪测出各站两点 之间的高差，观测步骤如下；水冷记0千位衿寸号MM号小冷尺i>tt/mC /mA «/* 注ftK11.020.16119.1531P.11.27119.5142TP 11.11630.910TO.20.9S220.4243TP.2I.M60.W41F.31.3322D. 5184IV. 31-1310.547TF.41.67S19.971S1P.41.2360.1H

21、9H1.62519.50计HV7.5077.07S1.3®0.936工X6= 0.42940.429如一儿 m *0 429在进行连续水准测呆时，若其屮任何一个后视或前视 读数白错误，都嘤影响高差的止确性。对于符一测站而 言，为了校核每次水准尺读数有无差错，可采用改变仪 器髙的方法或双面尺法进行测站检核。1）改变仪器高的方法在每测站测得高差后，改变仪器高度（即重新安置 与整平仪器）在0m以上再测-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。否则盂耍 检查原因，重新观测。2）双而尺法仪器高度不变，读取每一根双面尺的

22、黑面弓红面的读 数，分别计算双而尺的黑而与红而读数之差及两个黑而尺 的高差h黑与两个红而尺的高差h红，若同一水准尺红而与黑 面（加常数后）之_差在3mm以内，且照而尺高差h黑与红而 尺高差鮎Z差不超过上5mm,则取黑、红面高差均值作 为该站测得的高差值。当两根尺子的红黑而零点差相差 100mm时，两个高差也应相差100mm,此时应在红而高差 中加或减100mm后再与黑而高差比较。每次读数时均应使符合水准气泡严密吻合，每个转点 均应安放尺垫，但所有已知水准点和待求高程点上不能放 蜀尺垫。四、水准测量成果格理普通水准测量外业观测结束后，许先应复查b检核记录 于簿，并按水准路线和设形式进行成杲整理，

23、共内容包括: 水准路线高差闭介差计算与校核；高差闭合差的分配和计 算改正后的高差；计算各点改正后的高程。1)高差闭合差的计算与校核(I) 支水准路线支水准路线沿同一路线进行了往返观测，山于往返观测的 方向相反，因此往测和返测的高差绝対值MI同而符号相反, 即往测高羌总和工与返测高差总和返的代数和在理论 上应等于零,但由于测量中各种误差的影响,往测高差总 和与返测高差总和的代数和不等j:零，即右高差闭合差：fh =工力往+艺力返(2) 闭合水准路线闭合水准路线，因起点和终点均为同一点BM.A,构成 一个闭合环，W此闭合水准路线所测得各测段iUj差的总和， 理论上应等J：零，即艸=0。设闭合水來路

24、线实际所测得 各测段高差的总和为工h测，其高差闭合差为(3) 附合水准路线.几=知一1艸=工人则因起点A和终点B的高程H、Hb己知，两点之间的高 差足固定值，因此附介水准路线所测得的乞测段高差的总 和理论上应等于起终点高程Z差，即工力珂=Hlt - Ha 附合水准路线实测的乞测段高差总和与高差理论值Z差即 为附合水准路线的高差闭合差：t、齐二审测-(血-乙)由于水准测量中仪器误差、观测误差以及外界的影响， 使水准测呆中不町避免地存在着误差，高差闭合差就是水 准测屋观测误差小各误差影响的综合反映。为了保证观测 精度，对高差闭合差应作出一定的限制，即计舁所得高差(mm)式中L为水闭合差fM在规定的容许范圉内。计算高差闭合羞fh不超过 容许值(即几三兀碎)时，认为外业观测合格，否则应査明 原因返匸重测,直至符合要求为止。对于普通水准测量, 规赵容许髙差闭合差/卅为人厂±40匹 准路线总长度，以km为单位。""在山丘地区，当每公里水准路线的测站数超过16站时， 容许高差闭