水准仪的校核

1.把握水准测量的原理。把握水准仪、水准尺的构造及用法。学会高差测量及高程计算的方法，把握水准路线测量的方法。教学重点：1、水准测量原理2、路线校核教学难点：1、路线校核教学资料：测量学教材、教学课件。教学方法：讲授法、演示法。讲授课：高程是确定地面点位置的一个要素，水准测量是测定地面点高程的主要方法之一。一、水准测量原理求未知点的高程。AAHB点高程ABHAB两点间安置一架能供给水平视线的仪器—水准BA、B两点各直立水准尺，利用水平视线分别读出A点尺子上的读数αB点尺子上的读数b，则A、B两点间的高差为HAB=a-b (2—1)A→B的方向前进，则A点称为后视点，B点称为前视点，ab分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就等于后视读数减去前视读数。假设B点高于A点，则高差为正，反之，高差为负。二、计算高程的方法〔一〕由高差计算高程B点〔未知点〕的高程等于A点〔点〕的高程加上两点间的高差，即HB=HA+HAB=HA+(a-b) (2—2)(二)由视线高程计算高程由图可知，A点高程加后视读数等于仪器视线的高程，设视线高程为HH=H+ai i AB点高程等于视线高程减去前视读数，即HB=Hi-b=(HA+a)-b (2—3)〔备注：利用课件实行启发式教学手段，调动同学分析问题、解决问题的力量〕其次节水准仪和水准尺一、水准仪〔结合水准仪讲授〕主要由望远镜、水准器及基座三个局部组成。水准仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有一个圆水准器。下面有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。望远镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜作微小上下仰俯动作的微倾螺旋，转动微倾螺旋，管水准器随望远镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便呈水平位置，以简化周密整平仪器的工作。水准仪在水平方向转动，是由一个水平制动螺旋和水平微动螺旋来掌握的。〔一〕望远镜望远镜：是用来瞄准远方目标的，主要作用是使目标成像清楚、扩大视角，以准确照准目标。构成：物镜、十字丝分划板、调焦镜、目镜等。种类：由于物镜调焦构造不同，望远镜有外对光望远镜和内对光望远镜两种。再经过目镜的放大作用，使目标的像和十字丝同时放大成虚像。放大倍率：放大的虚像的视角与用眼睛直接看到目标大小的视角的比值，用V表示〔它是鉴别望远镜质量的主要指标，一般18~30倍〕对光螺旋的作用：调整物镜与目镜筒的相对位置，使物像清楚。7．目镜螺旋的作用：调整目镜位置，使我们能够看清十字丝。8．视准轴：十字丝交点和物镜光心的连线称为视准轴。9．视距丝：用于视距测量。10．水平制动及微动螺旋：在水平方向制动与微动望远镜。11．微倾螺旋：使望远镜上下微动。12．内对光望远镜的优点：内对光望远镜，转动对光螺旋时，对光凹透镜前后移动，进行调焦。这种望远镜的优点是：密封性好，灰尘、潮气不易侵入；镜筒短。使用便利；对光时物镜位置不变，仪器稳定，目前测量仪器上的望远镜都是内对光式的。〔二〕水准器水准仪上的水准器是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。水准器分圆水准器和长水准器两种。圆水准器一般装在基座上，作粗略整平、使竖轴竖直之用。壁成圆弧，内装酒精和乙醚的混合液，经加热后密封而成的，待液体冷却后形成一个气泡。由于气泡较轻，恒处于管的最高处。水准管圆弧的中点，称为水准管零点；过水准管零点的切线LL称为水准管轴。当气泡两端与零点成对称，称为气泡居中，这时水准管轴水平。假设水准管轴与望远镜的视准轴平行，气泡居中时，视准轴就处于水平位置。水准管分划值：水准管上一般自零点向两端每间隔2mm刻2mm弧长所对的圆心角τ称为水准管分划值。它是水准管性能的指标，工程上常用水准仪的水20″、30″60″三种。分划值越小，水准管越灵敏，用来整平仪器的精度越高。〔三〕基座基座主要有轴座、脚螺旋和连接板组成，起支承仪器上部和与三脚架连接的作用。二、水准尺与尺垫〔结合水准尺讲授〕〔一、水准尺：是进展水准测量时用以读数的重要工具。尺长一般3~5m1cm涂有黑白或红白相间的分格，每分〔难点是双面水准尺，要讲清讲透〕直尺：⑴黑面尺：底端起始数为04687mm4787mm。直尺必需成对使用。用以检核读数。4m。3m5m0。〔二〕尺垫：尺垫一般制成三角形铸铁块，中心有一突起的半圆球体。立尺前先将尺垫用脚踩实，然后直立水准尺于半圆球体顶上，它的作用在于防止水准尺下沉及尺子转动时不转变其高程。一、一个测站的水准测量工作〔一〕安置仪器首先在A、B三脚架，使其高度适当，架头大致水平，并结实地架设在地面上。从箱中取出仪器结实地连接在三脚架上。〔二、粗略整平粗平的工作是通过旋转脚螺旋使圆水准器的气泡居中。操作方法如下图，气泡偏离在a位置，先用双手按箭头所指方向相对地12〔b〕3，使气泡居中。在粗平过程中，气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向全都。〔三、瞄准水准尺调整目镜：依据观测者的视力，转动目镜调整螺旋，使十字丝看得格外清楚。初步瞄准：松开制动螺旋，转动望远镜，利用望远镜上的缺口和准星，瞄准水准尺，瞄准后拧紧制动螺旋。对光和瞄准：转动物镜对光螺旋，使尺面的像看得格外清楚。转动望远镜微动螺旋，使十字丝对准尺面中心。去除视差在十字丝平面上，否则当眼睛靠近目镜上下微微晃动时，可觉察十字丝横丝在水准尺上的读数也随之变动，这种现象称为十字丝视差。如以下图所示，由于视差影响着读数的正确性，因此必需加以消退。消退的方法是再认真地反复交替调整目镜和物镜对光螺旋，直至象面与十字丝面重合，使读数不变为止。〔四、精平与读数望远镜瞄准水准尺后，读数前必需转动微倾螺旋，使水准管气泡居中，到达视线水平，才能读数。读数后再检查气泡是否居中，否则应重调整，再次读数。应当留意，读完读数后，仪器转到前视方向，仍要利用微倾螺旋调整水准管气泡居中，再进展读数。二、复合水准测量次仪器就可以直接测定两点的高点的高差，因此，必需依图所示，AB两点之间增设假设干临时立段测出高差，最终由各段高差求和，得出A、B两点间高差。1点，直立尺子于A1点上，瞄准A点上的尺子，视线水平a11.864m2—1A1点上尺子，读1取前视读数b1.236m2—11点的前视读数栏内，后视读数减去前视读数A、1两点的高差为+0.628m2——1高差栏内，至此，一个测站的工作完毕1上2A2点，并将尺子立于转2B点。这样每安置一次仪器，就测得一个高差，1即h=a-b1 1 1h=a-b2 2 2………h=a-bn n nAB将各式相加，得A、B两点的高差h 为ABh =nAB

hi

ainbiB点高程HB为

1 1 1H=H+hB A AB由上式可以看出，A、B两的高差等于中间各段高差的代数和，也等于全部后视读数之和+0.909，说明计算没有错误，假设不等，则说明计算有错误，需要重算。1、转2、……n转点。在转点上不仅有前视读数，还有后视读数。一个测站工作完毕后，仪器搬到下一测站，转点的位置丝毫不能动，否则就不能传递高程，因此，转点上应使用尺垫，以防止尺子下沉及转动时转变高度。一、水准测量的精度要求aabaab1有：LnF =±40n

mm或±40 mmh允L为水准路线的长度，以km计；n—测站数。二、水准测量的校核方法b2水准测量的校核方法可分为测站校核和路线校核。〔一〕测站校核对每一测站的高差进展校核，称为测站校核，其方法双仪高法：在每一测站上测出高差后，在原地转变仪器的高度，重安置仪器，再测一次高差。假设两次测得的高差之差在限差之内，则取其平均数作为这一测站的高差结果，否则需要重测。在一般水准测量中，该限差规定为±10mm。双仪器法：在两测点之间同时安置两台仪器，分别测得两点的高差进展比较，结果处理方法同上。双面尺法：测时不转变仪器高度，承受双面尺的红、黑两面两次测量高差，以黑面高100mm，再与黑面高差比较，误差在±10mm以内取平均值，反之，将红面高差加上100mm，再与黑面高差比较，误差在±10mm以内取平均值。〔二〕水准路线校核1 附合水准路线如图2—151、2、3、4等点高程，选定水准路线由水准点BM开头，挨次施测各点高差，最终又由4点测到另一水准点BM形成附合水准路线。各测段得的高差总和∑h应与水准点高程之差〔HBM2-HBM11 h的存在，二者不相等，产生差值f,称为高差闭合差。它的计算公式为hhf=∑h -〔H -H 〕 〔2—7〕h测 终 始式中H 、H —起始和终了水准点的高程。终 始一般水准测量高差闭合差的允许值为—f =±40 nmm或±40 Lmm 〔2 8〕—h允L为水准路线的长度，以km计；n—测站数。上式中，前者用地平坦地区，后者用于山地。假设高差闭合差超过允许值，即fh＞fh允，则测量成果不能应用，必需重测。闭合水准路线从一个水准点BM1开头，测定1、2、3等点的高差，最终回到BM1点，形成一个闭合水准路线。此时，高差代数和在理论上应等到于零，即∑h理=0由于测量误差的存在，∑h测≠0，则闭合水准路线的高差闭合差fh为fh=∑h测允 同样，要求fh≤fh ，否则应重测。闭合水准路线的fh 允 1、2、3等点间的高差，没有条件附合到另一水准点或回到水准点，这种路线叫做支水准路线。支水准路线必需沿同一路线进展往测和返测，往、返测的高差确定值应相等，而符号相反。如不相等，便产生了闭合差，即fhH往+H返来回测高差闭合差的允许值与附合水准路线一样，而测站数n或路线长L以单程计。二、水准路线高差闭合差的调整和高程计算假设水准路线的高差闭合差在允许范围之内，即可进展闭合差的调整和高程计算。〔一〕高差闭合差的计算应用式〔 2—7〕及式〔2—8〕得fh=∑h=+3.528-(25.006-21.453)=-0.025m

-〔H -H 〕测 终 始hf =±40 nmm或±40h允

Lmm，f≤f ,可以调整。h h 〔二〕高差闭合差的调整在同一条水准路线上，认为各测站条件大致一样，各测站产生的误差是相等的，因此在调整闭合差时，应将闭合差以相反符号，按测站数〔或距离〕成正fh n fh

ni L

Li 〔三〕各点高程的计算依据改正后的高差，由起始点BM1的高程逐一推算出其他各点的高程，如计算无误，则最终推算得的BM2高程应与高程相等。闭合水准路线的高程计算与附合水准路线一样。支水准路线承受来回测，每一测段的高差取来回测的平均值,符号与往测符号一样即可。水准仪在检验、校正其几何条件之前，应先做一般性检查，其内容包括：望远镜成像是否清楚；物镜和目镜对光螺旋转动是否敏捷；制动螺旋是否有效；脚螺旋转动是否自如；架腿固紧螺旋和架头连接螺旋是否牢靠；架头有无松动现象等。凡存在影响水准仪使用的故障必需准时修理、排解。水准仪各轴线之间应满足以下几何条件：水准管轴应平行于视准轴；圆水准器轴应平行于竖轴；十字丝横丝应垂直于竖轴；变化。因此，在每次使用前对仪器应进展检验和校正。现将其各项检验与校正方法按先后挨次分述如下：一、圆水准器的检验与校正00〔一〕检校目的使圆水准器轴LL00〔二〕检验方法

平行于仪器竖轴VV。将仪器安置于脚架上，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后将望远镜在水平方向旋转00180°，此时，假设气泡不居中，偏于一边，说明LL不平行于仪器竖轴VV，需要校正。00〔三〕校正方法转动脚螺旋使气泡向中间移动偏离量的一半，如上图中气泡由虚线位置移动到实线位置；然后，用校正针拨动圆水准器底下的三个校正螺旋，使气泡到达如图中完全居中的位置。检验和校正应反复进展，直至仪器转至任何位置气泡始终居中为止，此时，LL∥VV的条件得00到满足。二、望远镜十字丝横丝的检验与校正〔一〕检验目的使十字丝横丝垂直于仪器的竖轴，即当仪器竖轴处于铅垂位置时，横丝应在水平位置。〔二〕检验方法整平仪器后，用横丝的一端瞄准墙上一固定点，如图转动水平微动螺旋，假设点子离开横丝，表示横丝不水平，需要校正；假设点子始终在横丝上移动，则表示横丝水平。检验时也可用挂垂球的方法：观看十字丝竖丝是否与垂球线重合，如重合说明横丝水平。〔三〕校正方法由于十字丝装置的形式不同，校正方法也有所不同，如上图的形式，可用螺丝刀松开十字丝环的校正螺丝，拨正十字丝环。如图的形式，则需要卸下目镜处的外罩，用螺丝刀松开四个十字丝的固定螺丝，然后拨正十字丝环。最终再旋紧校正螺丝，此项检校也须反复进展，直到条件满足为止。三、长水准管的检验与校正〔一〕检验目的使长水准管轴平行于视准轴。〔二〕检验方法60—80m的A、B两点，各打一木桩，直立水准尺，先将水准仪安置在离两点等距离处，如右图所示。假设水准管轴不平行于视准轴，其夹角i的读数误差均为△。设A、B两尺上的读数分别为a1b1a1=a′1+△,b1=b′1+△，则a1-b1=〔a′1+△〕-〔b′1+△〕=a′1-b′1=hAB2正确的。转动微倾水准仪搬到离B3~5m处，先读取近尺读数b1.452m，由于仪器距B点很近，可将b2近似地看作视线水寻常的读数b′2，由此计算出视线水寻常远尺读数a′2=b′2+hAB=1.452+0.325=1.777m。假设远尺的实际读数不是a′2，而是a2，设为1.797m，比a′220.020m，说明水准管轴不平行于视准轴，且视准轴向上倾斜，需要校正。〔三〕校正方法2a=1.797m1.777m2居中，此时水准管轴也在水平位置，于是水准管与视准轴就平行了。此项工作要反复进展几次，直至检验远尺的读数与计算值之差不大于3~5mm为止。一、水准测量的误差〔一〕仪器工具误差但不行能校正得格外完善，总会留下肯定的剩余误差。这项误差具有系统性，在水准测量时，只要将仪器安置在距前、后视距尺距离相等的位置，就可消退该项误差对高差测量所产生的影响。水准尺误差由于水准尺的长度不准、尺底零点和尺面刻划有误差及尺子弯曲变形等缘由，都会给水准测量读数带来误差。因此，事先都必需对所用水准尺逐项进展检定，符合要求方可使用。〔二〕操作误差整平误差：水准测量是利用水平视线来测定高差的，而影响视线水平的缘由有二：一是水淮管气泡居中误差，二是水准管气泡未居中误差。读数误差：读数误差与