经纬仪及水准仪的使用方法及图示(同名9910)

经纬仪的用法一、HR—右旋（顺时针）水平角，HL—左旋（逆时针）水平角。二、经纬仪的操作步骤（光学对中法）1、架设仪器：将经纬仪放置在架头上，使架头大致水平，旋紧连接螺旋。2、对中：目的是使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上。可以移动脚架、旋转脚螺旋使对中标志准确对准测站点的中心。3、整平：目的是使仪器竖轴铅垂，水平度盘水平。根据水平角的定义，是两条方向线的夹角在水平面上的投影，所以水平度盘一定要水平。粗平：伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。检查并精确对中：检查对中标志是否偏离地面点。如果偏离了，旋松三角架上的连接螺旋，平移仪器基座使对中标志准确对准测站点的中心，拧紧连接螺旋。精平：旋转脚螺旋，使管水准气泡居中。4、瞄准与读数：①目镜对光：目镜调焦使十字丝清晰。②瞄准和物镜对光：粗瞄目标，物镜调焦使目标清晰。注意消除视差。精瞄目标。③读数：调整照明反光镜，使读数窗亮度适中，旋转读数显微镜的目镜使刻划线清晰，然后读数。现在很多都是使用全站仪，全站仪的使用（以拓普康全站仪为例进行介绍）介绍:（1）测量前的准备工作1）电池的安装（注意：测量前电池需充足电）①把电池盒底部的导块插入装电池的导孔。②按电池盒的顶部直至听到“咔嚓”响声。③向下按解锁钮，取出电池。2）仪器的安置。①在实验场地上选择一点，作为测站，另外两点作为观测点。②将全站仪安置于点，对中、整平。③在两点分别安置棱镜。3）竖直度盘和水平度盘指标的设置。①竖直度盘指标设置。松开竖直度盘制动钮，将望远镜纵转一周（望远镜处于盘左，当物镜穿过水平面时），竖直度盘指标即已设置。随即听见一声鸣响，并显示出竖直角。②水平度盘指标设置。松开水平制动螺旋，旋转照准部360，水平度盘指标即自动设置。随即一声鸣响，同时显示水平角。至此，竖直度盘和水平度盘指标已设置完毕。注意：每当打开仪器电源时，必须重新设置和的指标。4）调焦与照准目标。操作步骤与一般经纬仪相同，注意消除视差。（2）角度测量1）首先从显示屏上确定是否处于角度测量模式，如果不是，则按操作转换为距离模式。2）盘左瞄准左目标A，按置零键，使水平度盘读数显示为0°00′00〃，顺时针旋转照准部，瞄准右目标B，读取显示读数。3）同样方法可以进行盘右观测。4）如果测竖直角，可在读取水平度盘的同时读取竖盘的显示读数。（3）距离测量1）首先从显示屏上确定是否处于距离测量模式，如果不是，则按操作键转换为坐标模式。2）照准棱镜中心，这时显示屏上能显示箭头前进的动画，前进结束则完成坐标测量，得出距离，HD为水平距离，VD为倾斜距离。（4）坐标测量1）首先从显示屏上确定是否处于坐标测量模式，如果不是，则按操作键转换为坐标模式。2）输入本站点O点及后视点坐标，以及仪器高、棱镜高。3）瞄准棱镜中心，这时显示屏上能显示箭头前进的动画，前进结束则完成坐标测量，得出点的坐标。四、注意事项1）运输仪器时，应采用原装的包装箱运输、搬动。2）近距离将仪器和脚架一起搬动时，应保持仪器竖直向上。3）拔出插头之前应先关机。在测量过程中，若拔出插头，则可能丢失数据。4）换电池前必须关机。5）仪器只能存放在干燥的室内。充电时，周围温度应在10~30℃6）全站仪是精密贵重的测量仪器，要防日晒、防雨淋、防碰撞震动。严禁仪器直接照准太阳。水准仪的使用方法及注意事项水准测量工作原理及水准仪示意图：水准测量的原理是利用水准仪提供的一条水平视线，测出两地面点之间的高差，然后根据已知点的高程和高差，推算出另一个点的高程。2.1.1高差法

如图2.1所示，已知地面上A点的高程为HA，欲测定B点的高程HB，需要先测出A、B两点间的高差hAB，为此在A、B之间安置一台水准仪，再在A、B两点上各竖立一根水准尺。根据仪器的水平视线，分别读取A、B尺上的读数a和b，则B点对于A点的高差为：hAB＝a－b(2.1)

如果水准测量是由A到B进行的，如图2.1中的箭头所示，则A点尺上的读数称为后视读数，记为a；B点为待定高程点，B点尺上的读数称为前视读数，记为b；两点间的高差等于后视读数减去前视读数，即hAB＝a－b。若a大于b，则高差为正，B点高于A点；反之高差为负，则B点低于A点。因为水准仪提供的水平视线可认为与大地水准面平行，由图2.1可知图2.1HB＝HA＋hAB=HA＋（a－b）(2.2)由式（2.2）根据高差推算待定点高程的方法叫做高差法。

例1：图2.1中已知A点高程HA=452.623m，后视读数a=1.571m，前视读数b=0.685m，求B点高程。电子水准仪的基本原理电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成象在望远镜分化板上，供目视观测，另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成象在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD器件上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，电子水准仪又可以象普通自动安平水准仪一样使用。不过这时的测量精度低于电子测量的精度。特别是精密电子水准仪，由于没有光学测微器，当成普通自动安平水准仪使用时，其精度更低。当前电子水准仪采用了原理上相差较大的三种自动电子读数方法：1）相关法（徕卡NA3002/3003）2)几何法（蔡司DiNi10/20）3)相位法（拓普康DL101C/102C）1.3相位法原理;拓普康电子水准仪DL101C/102C采用相位法。标尺的条码象经望远镜、调焦镜、补偿器的光学零件和分光镜后，分成两路，一路成象在CCD线阵上，用于进行光电转换，另一路成象在分划板上，供目视观测。DL101标尺上部份条码的图案，其中有三种不同的码条。R表示参考码，其中有三条2mm宽的黑色码条，每两条黑色码条之间是一条1mm宽的黄色码条。以中间的黑码条的中心线为准，每隔30mm就有一组R码条重复出现。在每组R码条左边10mm处有一道黑色的B码条。在每组参考码R的右边10mm处为一道黑色的A码条。读者不难发现，每组R码条两边的A和B码条的宽窄不相同，实际上A和B码条的宽度是在0到10mm之间变化，这两种码包含了水准测量时的高度信息。仪器设计时有意安排了它们的宽度按正弦规律变化。其中A码条的周期为600mm，B码条的周期为570mm。当然，R码条组两边的黄码条宽度也是按正弦规律变化的，这样在标尺长度方向上就形成了亮暗强度按正弦规律周期变化的亮度波。条码的下面画出了波形。纵坐标表示黑条码的宽度，横坐标市标尺的长度。实线为A码的亮度波，虚线为B码的亮度波。由于A和B两条码变化的周期不同，也可以说A和B亮度波的波长不同，在标尺长度方向上的每一位置上两亮度波的相位差也不同。这种相位差就好象传统水准标尺上的分划，它可由标出标尺的长度。只要3能测出标尺底部某处的相位差，也就可由知道该处到标尺底部的高度，因为相位差可以作到和标尺长度一一对应，即具有单值性。这就是适当选则两亮度波的波长，在DL101中A码的周期为600mm，B码的周期为570mm，它们的最小公倍数为11400mm，因此在3m长的标尺上不会有相同的相位差。为了确保标尺底端面，或说相位差分划的端点相位差具有唯一性，A和B码的相位在此错过了π/2。DL－102C的标尺与DL－101C的略有区别，DL－102C的标尺为白底黑条码，A码的波长为330mm，最小公倍数为3300mm。A和B码在波长底部错开的相位差为π。DL101－C的标尺与DL－102C的标尺可由互换使用。当望远镜照准标尺后，标尺上某一段的条码就成象在线阵CCD上，黄条码使CCD产生光电流，随条码宽窄的改变，光电流强度也变化。将它进行模数转换(A/D)后，得到不同的灰度值。视距在Δ0.6m时标尺上某小段成象到CCDA上经A/D转换后，得到的不同灰度值(纵坐标)，横坐标是CCD上象素的序号，当灰度值逐一输出时，横轴就代表时间了。横坐标标记的数字判断，仪器采用了512个象素的线阵CCD。视距和视线高的信息的测量信号。如何从上述测量信号中求出A和B两亮度波的相位差呢？下文用测量人员容易理解的方式来说明。设想纵坐标的灰度值就是表示亮度大小的十进位数字，而且横坐标尺寸已放大到和标尺尺寸一致。我们用一波长为600mm的正弦曲线中的离散灰度值曲线拟合，就可由得到A波的最大振幅和初相位。再用波长为570mm的正弦曲线，就可由得到B波的最大振幅和初相位。我们对最大振幅不太感兴趣，因为随着标尺上的照度不同，最大振幅在不同次数的测量中也不同，对我们求视线高无关紧要。我们求出的A和B两亮度波的初相位之差就是高度数据。不过这是与CCD上第一个象素对应的位置到标尺底端面的高度。我们不难把它换算成CCD中点象素上的相位差，这就好象是中丝读数。像上述那样人工处理测量信号是很麻烦的，而且很费时间。在DL系列中则采用快速傅里叶变换(FFT)计算方法将测量信号在信号分析器中分解成三个频率分量。由A和B两信号的相位求相位差，即得到视线高读数。这只是初读数。因为视距不同时，标尺上的波长与测量信号波长的比例不同。虽然在同一视距上A和B的波长相同，可由求出相位差，或说视线高，但是可以想象其精度并不高。R码是为了提高读数精度和求视距二安排的。设两组R码的间距为P(=30mm)，它在CCD行阵上成象所占的象素个数为Z,象素宽为D(=25μm)，则P在CCD行阵上的成象长度为:L=Z*b(1－5)Z可由一信号分析中得出，b是CCD光敏窗口的宽度，因此l和P都为已知数据。根据几何光学成象原理，可以象传统仪器用视距丝测量距离的视距测量原理一样求出视距：D=P/l*f(1－6)式中f是望远镜物镜的焦距。同时还可以求出物象比A=P/l(1－7)于是将测量信号放大到与标尺上的一样时，再进行相位测量，就可以精确得出相位差，即视线高。电子水准仪的三种测量原理各有奥妙，三类仪器都经受了各种检验和实际测量的考验，能胜任精密水准测量作业。拓普康公司在原理上能独树一帜，说明该公司具有雄厚的技术实力，市的值得信赖的公司。1.4电子水准仪的特点1.4.1电子水准仪的共同特点电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器(CCD),并采用条码标尺和图象处理电子系统二构成的光机电测一体化的高科技产品。采用普通标尺时，又可象一般自动安平水准仪一样使用。它与传统仪器相比有以下共同特点：1)读数客观。不存在误差、误记问题，没有人为读数误差。2)精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员业也能进行高精度测量。3)速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右。4)效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度。视距还能自动记录，检核，处理并能输入电子计算机进行后处理，可实线内外业一体化。1.4.2拓普康DL©系列的具体特点拓普康DL系列作为电子水准仪家族中的一员。以高性能、低价格深受广大用户的欢迎。DL系列造型美观、内置功能强、菜单功能丰富、操作界面友好，有各种信息提示，大大方便了实际操作。主要特点为：１）在字母状态下，可输入数字、大小写字母及常用标点符号如(！"＃％§＄’()*_+@<>等)。２）即可以进行自动测量(用条码标尺，目前可使用三种标尺：铝合金标尺SA－5M、玻璃纤维尺SG－3M和铟钢尺SI－3/T或SI－3)，又可以进行人工读数(普通