测量与地图学第二讲水准测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二讲 水准测量,1,（,1,）了解微倾水准仪的检验、校正的方法。,（,2,）熟悉水准测量误差和注意事项。,（,3,）掌握水准点、水准路线概念及水准测量原理，掌握,DS3,水准仪和自动安平水准仪的构造及使用方法，掌握水准测量的施测、记录和内业成果计算方法。,教学目标,重点：,水准测量的施测、记录和计算方法，水准测量内业成果计算,难点：,水准测量内业成果计算,2,高程测量概念,（,Height Measurement,）,根据,已知点,高程，测定该点与未知点的,高差,，然后计算出未知点的高程的方法。,3,高程测量的方法分类,1,、水准测量,(leveling),2,、三角高程测量,(trigonometric leveling),3,、气压高程测量,(air pressure leveling),4,、,GPS,测量。,(GPS leveling),4,水准测量,采用水准仪和水准尺根据水平视线测定两点的高差，一般适用于平坦地区，是一种精密的高程测量方法。,三角高程测量,是用经纬仪,(,或电磁波测距仪,),测量竖直角和距离，用三角学的公式，计算两点间的高差，适用于丘陵或山区。三角高程测量的精度较水准测量低。,气压高程测量,是利用大气压与该气层距地面的高程,(,海拔,),成反比的原理,(,也就是大气压的水银柱高度随地面高程增加而减少,),，将两个气压计放在两个不同高程的地点，同时读出气压，由其差数可以推算出两点的高差。气压高程测量一般用于踏勘测量和路线勘测上，其测量精度较前两种低。,5,第一节,水准测量原理,一,.,基本原理,利用水准仪提供的,“,水平视线,”,，测量两点间高差，再由已知点高程推算出未知点高程。,大地水准面,h,AB,A,B,H,A,H,B,=H,A,+h,AB,水平视线,水准尺,水准尺,a,b,前进方向,6,A,后视点,a,后视读数,B,前视点,b,前视读数,1,、,A,、,B,两点间高差,2. B,点的高程,3.,视线高程,大地水准面,h,AB,A,B,H,A,H,B,=H,A,+h,AB,水平视线,水准尺,水准尺,a,b,前进方向,7,注意：,高差,h,AB,本身可正可负。当,ab,时，,h,AB,值为正；此时,B,点高于,A,点；当,a,b,时，,h,AB,值为负，即,B,点低于,A,点。,为避免计算中发生正负符号的错误，在求算高差时，必须注意,h,的下标小字。例,h,AB,是表示由已知高程的,A,点推算至未知高程的,B,点的高差，,8,在实际工作中，亦可利用水准仪的视线高,H,i,来计算前视点,B,的高程。这一做法对,安置一次仪器,，以一个已知高程点作后视，求取,多个前视点,高程时，计算较为方便。,H,i,=H,A,+a,H,B,=H,A,+(a-b,）,= H,i,-b,视线高程法,9,转点,(turning point),、测站,当,A,、,B,两点相距较远或其高差较大时，往往安置一次仪器不可能测定其间的高差值，则必须在两点之间加设若干个临时的立尺点，作为,高程传递,的过渡点（,转点,），并分段连续安置仪器竖立水准尺，依次测定转点之间的高差，,每安置一次仪器，称为一个,测站,，,最后取其代数和，从而求得,A,、,B,两点间的高差,h,。,10,测站,转点,h,AB,=h,1,+ h,2,+,.,+ h,n,=(a,1,-b,1,)+(a,2,-b,2,)+,.,+(a,n,-b,n,),=,a-b,H,B,=H,A,+ h,i,11,第二节 水准仪和水准尺,一、,DS,3,水准仪,(level),构造,水准仪主要由望远镜、水准器及基座三部分构成。,12,水准仪操作螺旋,物镜对光螺旋,：调节物镜与目镜筒的相对位置，使物像清晰。,目镜螺旋,：调节目镜位置，使我们能够看清十字丝。,水平制动及微动螺旋,：在水平方向制动与微动望远镜，精确瞄准目标。,微倾螺旋,：使望远镜上下微动，精平。,13,1,、望远镜,(telescope),精确,瞄准,远处目标,和,提供水平视线,进行,读数,的设备。目镜中可看到目标经放大后在十字丝分划板上成的像。,视准轴（视线）：十字丝分划中心与物镜光心的连线。,组成,：,物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板、物镜和目镜调焦螺旋,等。,14,1),望远镜各组成部分的作用,物镜的作用,：使目标成象（拉近）。,目镜的作用,：把十字丝（和目标象）放大。,十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，可用,目镜调焦螺旋,前后调节目镜,-,目镜调焦,。,调焦透镜的作用,：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。通过,物镜调焦螺旋,移动调焦镜称为,物镜调焦。,15,十字丝分划板作用：,准确瞄准目标,中间一根长横丝称为,中丝,(,水平视线在尺上的位置）,，与之垂直的一根丝称为,竖丝,，在中丝上下对称的两根与中丝平行的短横丝称为,上、下丝,（又称,视距丝,）。,水准测量时，用中丝在水准尺上进行前、后视读数，用以计算,高差；,用上、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）。,视距公式,=,（上丝读数,-,下丝读数）*,100,16,2),种类,由于物镜调焦构造不同，望远镜分为：,外对光,望远镜、,内对光,望远镜。,内对光望远镜通过转动,对光螺旋,，使对光凹透镜前后移动，进行调焦。,内对光望远镜的优点,：密封性好，灰尘、潮气不易侵入；镜筒短，使用方便；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。,17,3,）望远镜成像原理,目标,AB-,物镜,-,倒立缩小的实像,ab,。,移动对光凹透镜，（不同距离的,),目标,成像在十字丝平面,上，目镜,-,放大十字丝和目标影像,ab(,正立或倒立虚像）,望远镜的,放大率,：,通过望远镜看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比,。,若望远镜目标影像的视角为,，用肉眼直接观察视角是,，则放大率,v=,/,。,DS3,型水准仪望远镜放大率为,28,倍。,18,4,）,视差,及视差的消除,当望远镜瞄准目标后，眼睛在目镜处上下左右作少量的移动，发现,十字丝和目标有着相对的运动,，这种现象称为视差。,测量作业是不允许存在视差的，因为这说明不能判明是否精确地瞄准了目标。,19,产生视差的原因,：目标通过物镜之后的,象没有与十字丝分划板重合。,如图（,a,）和（,b,）所示：人眼位于中间位置时，十字丝交点,O,与目标的象,a,点重合，当眼睛略为向上，,O,点又与,b,点重合，当眼睛略为向下时，,O,点便与,O,点重合了。如果连续使眼睛上下移动，就好象看到,O,点在目标的象上面运动一样。图（,c,）是没有视差的情况。,20,象与十字丝分划板不重合,的原因：,（,1,）,未按正确的操作程序调焦；,（,2,）目镜调焦看十字丝时眼睛有一个焦距，而瞄准目标看目标的象时，眼睛本身自行调焦用了另一个焦距。,消除视差的方法,：首先必须按操作程序依次调焦，特别注意在物镜调焦时要控制眼睛本身不再调焦，保持十字丝始终是清晰的。要做到后一点，必修做到无论调节十字丝或目标，都不要使眼睛紧张，即,保持眼睛处于松驰状态,。,由于望远镜目镜的出瞳直径约为,1.5mm,，人眼的瞳孔直径约为,2.0mm,，所以检查有无视差时，眼睛上下左右移动的距离不宜大于,0.5mm,，否则会因观察物象不清晰引起错觉。,21,2,、水准器,(bubble),整平仪器,的装置,-,使视线水平,利用,液体受重力作用后气泡居最高处,的特性，使水准器的一条特定的轴线位于水平或竖直位置的一种装置。,圆水准器,(circular bubble),：用于,粗平,，,指示仪器竖轴是否竖直,。,水准管,(bubble tube),：,用于,精平,，,指示视准轴（物镜光心与十字丝交点的连线）是否水平,。,符合水准器,22,(1),、水准管,(bubble tube),水准管的管子用玻璃制成，其纵,剖面方向的内表面,为具有,一定半径的圆弧,。精确水准管的圆弧半径约为,80,100m,，最精确的可达,200m,。内表面琢磨后，将一端封闭，由开口的一端装入,质轻而易流动,的液体如酒精或氯化锂，装满后再加热使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,-,水准气泡,。,23,水准管零点,水准管上刻有,2mm,间隔的分划线。分划线以中点,S,对称，,S,称为,零点，零,点附近无分划，,水准管轴,零点与圆弧相切的切线,LL,。,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,（此时管子的零点最高），此时水准轴成水平位置。,24,水准管分划值：,指水准管上,2mm,分划对应的圆心角。用来衡量置平精度的指标。,测量仪器的水准管分划值小的可达,2,，大者可达,2,5,。,水准管的分划值与圆弧半径,R,成反比；,半径愈大分划值愈小，精度也就愈高。,式中：,R,水准管圆弧半径，单位,mm,；,206265,。,水准管分划值,25,水准管的灵敏度：,气泡准确而快速移居管中最高位置的能力,。,测量仪器上水准管的,灵敏度须与其用途相适应,。用灵敏度较高的水准管可以更精确地使仪器的某部分达到水平位置或竖直位置；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精密情况相适应。,26,(2),、圆水准器,(circular bubble),将一圆柱形的玻璃盒子装嵌在金属框内，盒内装满酒精或氯化锂后加热密封。盒顶面内壁磨成圆球形，顶面的中央画一小圆，其圆心即为水准器零点,S,。连接零点,S,与球面的球心,O,的直线称为,圆水准轴,。当气泡位于圆内中央位置时，圆水准轴即成竖直，这时切于零点的平面也就成水平了。,圆水准器的 是,粗略置平,仪器，故其分划值制做得较水准管的分划值为大，其圆弧半径一般为,0.5,2m,。以使粗略置平操作迅速完成。,27,圆水准器一般装在基座上，作粗略整平使竖轴竖直之用。,28,圆水准器 灵敏度,8,/2mm,用于仪器粗平,管水准器 灵敏度,20”/2mm,用于仪器精平,29,(3),、符合水准器,装有符合棱镜系统的水准管，当气泡两端影象符合一致时就表明气泡已经居中。判断两端气泡的符合程度时常会出现误差，而气泡不符合的程度是指两个端点之间的距离，它正好是距完全符合位置的两倍。因此，用符合水准器作业可使气泡居中的精度提高一倍,。,30,观察窗,符合水准器,31,基座构成：,轴座、脚螺旋、底板,和,三角压板,构成。,作用：支承仪器的上部，即将仪器的竖轴插入轴座内旋转。,脚螺旋,用于调整圆水准器气泡。,3,、基座,(tribrach),32,4,、水准尺,(leveling staff),主要有单面尺、双面尺和塔尺。,直尺长为,3m,，折尺长为,4m,，塔尺长为,5m,。,1,、尺面分划为,1cm,，每,10cm,处（,E,字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。,2,、双面尺的红面尺底刻划：一把为,4687mm,，另一把为,4787mm,。,用于三、四等水准测量，称之为双面水准标尺。,33,5,、尺垫,(staff plate),放在转点上，可防水准尺下沉。,34,第三节,水准仪技术操作,一、安置仪器,首先在,A,、,B,两点上各竖立一根水准尺，然后尽可能在距两水准尺等远处架设仪器。,1,、张开三脚架，使其高度适当，架头大致水平，牢固地架设在地面上,.,2,、从箱中取出仪器牢固地连接在三脚架上。,注意：,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。,35,二、粗略整平,调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。,a,1,2,3,b,3,1,2,c,3,1,2,规律：,整平时气泡移动的方向与,左手大姆指,转动脚螺旋的方向一致。,36,三、瞄准水准尺,步骤：,调节目镜：,照准明亮的物体（如白色的墙）调节,目镜对光螺旋,使之适合自己的视力（,十字丝最清晰,）；,粗瞄准,：转动仪器，利用望远镜外壳上的,准星,瞄准目标；,精确瞄准,：,转动,调焦螺旋,使目标象清晰，直至无“视差”。,37,四、精平,1,、方法：,如图所示，调节,微倾螺旋,，,使水准管气泡成像呈抛物线符合。,2,、说明：,自动安平水准仪（,compensator level,），不需进行精平。,38,五、读数,精平后，用,十字丝的中丝,在水准尺上读数。,1,方法：,米、分米,看尺面上的注记，,厘米,数尺面上的格数,，毫米,估读,。,2,规律：,沿尺面上,由小到大,的方向读。故仪器若成倒像，从上往下读；若成正像，从下往上读。,39,水准仪读数实例,0.725,6.252,b,c,a,1.477,40,看看读数是多少？,41,六、扶尺,七、搬站,将水准尺立于测点的铅垂线位置,.,检查仪器中心连接螺旋，将脚螺旋调至等高，收拢脚架，一手扶托着仪器基座，一手斜抱着架腿夹在腋下，安全搬站。,42,问题与思考题,1.,何为,1985,国家高程基准？水准测量分哪些等级？,2.,进行水准测量时，设,A,为后视点，,B,为前视点，后视水准尺读数,a = 1124,前视水准尺读数,b = 1428,则,A,，,B,两点的高差,h,AB,？设已知,A,点的高程,H,A,20.016m,，则,B,点的高程,H,B,？,3.,水准仪由哪些主要部分构成？各起什么作用？,4.,用测量望远镜瞄准目标时，为什么会产生视差？如何消除视差？,5.,试述使用水准仪时的操作步骤。,43,第四节,普通水准测量的实施,一、水准点,(Bench Mark),通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，一般用,BM,表示。有永久性和临时性两种。,（,a,）国家等级水准点,（,b,）墙上水准点,二、三等水准点标石埋设图,(,单位：,mm),44,水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。,水准点的位置,应选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。,水准点,按其精度分为不同的等级,。国家水准点分为四个等级，即一、二、三、四等水准点，按国家规范要求埋设永久性标石标志。,地面水准点,按一定规格埋设，一般用石料或钢筋混凝土制成，埋深到地面冻结线以下。在标石顶部设置有不易腐蚀的材料制成的半球状标志,(,图,a),；墙脚水准点应按规格要求设置在永久性建筑物上,(,图,b),。,45,永久性水准点 临时性水准点,46,二、水准路线,1,、附合水准路线,从一个已知高程的水准点,BM1,（例如国家某一级的水准点）起，沿一条路线测量各测段高差，以确定沿线其他各点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点,BM2,所形成的路线,。,特点：路线相邻点高差代数和等于两已知端点高差,附合水准路线,BM1,BM2,1,2,3,47,1,BM,2,3,4,闭合水准路线,2,、闭合水准路线,从一已知高程的水准点出发，沿一条环形路线测量各测段的高差，以确定沿线其他点的高程，最后又回到原水准点。,特点：路线相邻点高差代数和为零,48,支水准路线,BM,1,2,3,、支水准路线,从一已知水准点出发，沿线往测到终点，再从终点返测到已知起点，既不闭合也不附合，必须往返测。,特点：往返测高差的代数和大小相等符号相反。,49,4,、水准网,若干条单一水准路线相互连接构成的形状。,50,三、普通水准测量的实施（外业）,1,、观测要求（中间法）,BMA,BMB,前进方向,1.134,1.677,TP1,h,1,=-0.543,1.444,1.324,TP2,h,2,=+0.120,1.822,0.876,TP3,h,3,=+0.946,1.820,1.435,TP4,h,4,=+0.385,1.422,1.304,h,5,=+0.118,（,1,）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。,（,2,）为及时发现错误，通常采用,“,两次仪器高法,”,或,“,双面尺法,”,。,51,h,1,=a,1,b,1,h,2,=a,2,b,2,h,n,1,=a,n,1,b,n,1,h,n,=a,n,b,n,得：,h,AB,h,1,+ h,2,+,+ h,n,1,+ h,n,=,（,a,1,b,1,）,+,+,（,a,n,b,n,）,=a,b,H,B,H,A,+ h,AB,= H,A,+h,1,、,2,、,、,n,1,、,n,等称为转点，表示为,“,TP,”,。,52,2,、水准测量实施与记录对照图,BMA,BMB,1.444,1.324,TP2,h,2,=+0.120,1.822,0.876,TP3,h,3,=+0.946,1.820,1.435,TP4,h,4,=+0.385,1.422,1.304,h,5,=+0.118,前进方向,1.134,1.677,TP1,h,1,=-0.543,1,2,3,BMA 1.134,TP1 1.677 -0.543,TP1 1.444,TP2 1.324 +0.120,TP2 1.822,TP3 0.876 +0.946,53,3,、水准测量的校核,1,）测站校核,(1),双仪高法,a,2,a,1,b,2,b,1,在每一测站测得高差后，改变仪器高度（即重新安置与整平仪器）,0.lm,以上,再测一次高差，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。否则需要检查原因，重新观测。,54,(2),双面尺法：,A,B,a,b,a,b,A,B,校核,: a,红,-a,黑,=K, K-,常数,4.687(4.787),m,要求,:(a,红,-a,黑,)-K3mm,h,黑,=a,黑,-b,黑,，,h,红,=a,红,-b,红,0.100m,要求,: h,黑,-,h,红,5mm,分别读取每根双面尺的黑面与红面读数，分别计算黑面与红面读数之差，及两个黑面尺的高差,h,黑,与两个红面尺的高差,h,红,，若精度达到标准，则取黑、红面高差平均值作为该站测得的高差值。,55,2),计算校核,h,AB,a,b,H,B,H,A,= h,56,（,3,）成果检核,计算高差闭合差,(closing error),公式：,57,计算高差闭合差的容许值（,tolerance,）,普通水准测量：,三等水准测量：,四等水准测量：,58,水准测量的内业整理步骤,:,1,）检查野外观测手簿，计算各点间高差；,2,）经检核无误，根据野外观测高差计算,高差闭合差,；,3,）若闭合差符合规定的精度要求，则调整闭合差，最后计算各点的高程。,四、水准测量的内业整理,59,四、水准测量的内业整理,（一）高差闭合差的计算与检核,闭合水准路线，有：,附合水准路线，有：,支水准路线，有：,60,（二）分配高差闭合差,1,、计算高差闭合差的容许值（,tolerance,）,对于普通水准测量：,说明观测成果符合要求,61,2,、按分配原则改正高差,按与距离,L,或测站数,n,成正比,原则，将高差闭合差,反符号,分配到各段高差上。,或,检核：,则,62,（三）计算各待定点高程,用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。,检核：,63,（四）水准成果计算实例,1,、附合水准成果计算实例,1,）填写观测数据,将观测数据和已知数据填入计算表格。将图中点号、测站数、观测高差与水准点,A,、,B,已知高程填入有关栏内。,2,）计算高差闭合差,3,）计算高差容许闭合差,4,）闭合差的调整,5,）高程的计算,64,例,:,附合水准路线成果计算,65,2,、闭合水准路线成果计算,各测段高差代数和应为,0,即：,h,理,0,这个路线的高差闭合差,f,h,h,测,其它计算步骤与附合路线相同。,66,A,3,、支水准路线成果计算实例,已知水准点,A,的高程为,H,A,38.654,米。为了求得,1,点的高程，测出,h,往,1.434,米，,h,返,1.420,米。往、返测站共,16,站。高差闭合差为：,f,h,h,往,十,h,返,1.434,1.420,0.014,米,闭合差容许值为：,f,h,容,士,12,士,12,士,48,毫米,67, ，说明符合普通水准测量的要求。经检核符合精度要求后，可取往测和返测高差绝对值的平均值作为,A,、,1,两点间的高差，其符号与往测高差符号相同，即：,h,A1,+,1.427,米,H,1,38.654,1.427,40.081,米,1.434+1.420,2,68,习题与思考题,6,、何为水准器分划值，圆水准器与管水准器的作用有何不同？,7,、水准测量为何要按一定路线施测？转点的作用是什么,?,8,、水准测量的测站检核有几种,?,如何进行？,9,、试述水准测量的计算检核方法。,10,、已知后视,A,的读数为,1.456,米，前视,B,的读数为,1.579,米，,A,的高程为,20.123,米，试计算,B,的高程，并绘图说明。,69,11,、根据下表中测量数据，求算各点高程。,70,12,、调整下图所示闭合水准的观测成果，并求出各点的高程。,H,BM4,=50,米,h,1,=+1.224;n,1,=10,站,h,2,=-1.424;n,2,=8,站,h,3,=+1.781;n,3,=8,站,h,4,=-1.714;n,4,=11,站,h,5,=+0.108;n,5,=12,站,71,第五节,水准仪的检验与校正,水准仪应满足的几何条件,(1),视准轴平行于水准管轴,(CC/LL),(2),圆水准器轴平行于仪器竖轴,(LL/VV),(3),十字丝横丝与仪器竖轴垂直,（即：,VV,）,C,C,L,L,V,V,L,L,72,1,、圆水准轴与仪器的旋转轴平行的检验与校正,检验方法,将仪器安置于脚架上，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，此时圆水准轴竖直，如右图（,a,），若,LL,不平行于,VV,，且其交角为,则竖轴与竖直位置偏差,。然后将望远镜在水平方向旋转,180,，此时，若气泡不居中，偏于一边，说明,LL,不平行于仪器竖轴,VV,，且偏差为,2,，需要校正。,目的,：使圆水准器轴,LL,平行于仪器竖轴,VV,2,73,校正方法,转动脚螺旋使气泡向中间移动偏离量的一半，然后，用校正针拨动圆水准器底下的三个校正螺旋，使气泡达到完全居中的位置。检验和校正应反复进行，直至仪器转至任何位置气泡始终居中为止，此时，,LLVV,的条件得到满足。,74,2,、十字丝横丝与仪器旋转轴垂直的检验与校正,检验方法,整平仪器后，用横丝的一端瞄准墙上一固定点，转动水平微动螺旋，如果点子离开横丝，表示横丝不水平，需要校正；如果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：观察十字丝,竖丝是否与垂球线重,合，如重合说明横丝,水平。,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。,75,76,由于十字丝装置的形式不同，校正方法也有所不同,.,可用螺丝刀松开十字丝环的校正螺丝，拨正十字丝环。或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。最后再旋紧校正螺丝，,此项检校也须反复进行，直到条件满足为止。,77,3,、视准轴与管水准轴平行的检验与校正,检验目的,：使长水准管轴平行于视准轴。,规范规定，用于一、二等水准测量的仪器,i,角不得大于,15,，用于三、四等水准测量的仪器,i,角不得大于,20,，否则应进行校正。,78,检验方法,i=,=206265,选取相距约,60,80m,的,A,、,B,两点，各打一木桩，竖立水准尺，先将水准仪,安置在离两点等距离处，此时所测两点的高差,h,AB,是正确的。再将水准仪,搬到离,B,点约,3-5m,处，先读取近尺读数,b,2,，由于仪器距,B,点很近，可将,b,2,近,似地看作视线水平时的读数,b,2,，由此计算出视线水平时远尺读数,a,2,=b,2,+ h,AB,。如果远尺的实际读数不是,a,2,，而是,a,2,，说明水准管轴不平行于,视准轴，需要校正。,a,2,= a,2,- X,A,79,校正方法,转动,微倾螺旋,，使远尺读数从,a,2,调到,a,2,。此时视准轴水平了，但气泡不居中了。拨动水准管一端的上下两个校正螺丝，先松后紧，使水准管气泡居中，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。此项工作要反复进行几次，直至检验远尺的读数与计算值之差不大于,35mm,为止,。,80,习题与思考题,13,、设,A,、,B,两点相距,80,米，在其中点安置水准仪，精确测得高差,h,AB,=+0.204m,；仪器搬至,B,点附近，又测得,B,尺读数,b,2,=1.466m,A,尺读数,a,2,=1.695m,。试问该水准仪的水准管轴是否平行于视准轴？如否，如何校正？,14,、水准仪有哪几条轴线，它们间应满足哪些条件？何谓主条件？为什么？,81,4,、自动安平水准仪补偿器性能检验,检验原理,如果补偿器的补偿性能正常，无论视线下倾（后视）或上倾（前视）都可读得水平视线的读数，测得的高差亦是,A,、,B,两点间的正常高差；如果补偿器的性能不正常，则由于前后视的倾斜方向不一致，视线倾斜产生的读数误差将不可能在高差计算中抵消。,检验方法,左右倾与上下倾相结合,82,第六节 水准测量误差与注意事项,一、,仪器误差,1,仪器校正后的残余误差,2,水准尺误差,二、观测误差,1,水准管气泡居中误差,2,估读水准尺的误差,3,视差,4,水准尺倾斜误差,83,一、仪器误差,(1),仪器校正后的残余误差,例如水准仪的水准管轴与视准轴不平行残存误差，因而产生读数误差。这项误差与仪器至立尺点的距离成正比。只要在测量中，使,前、后视距离相等,，便可消除。,(2),水准尺误差,水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等都会影响水准测量的精度。因此，水准尺须经过检验才能使用。,水准尺的,零点误差,在成对使用水准尺时，可采取,设置偶数测站,的方法来消除；也可在前、后视中使用同一根水准尺来消除。,84,二、观测误差,(1),水准管气泡居中误差,由于水准管内液体与管壁的粘滞作用和观测者眼睛分辨能力的限制，致使气泡没有严格居中引起的误差。,水准管气泡居中误差一般为,0.15(,为水准管分划值,),，采用符合水准器时，气泡居中精度可提高一倍。故由气泡居中误差引起的读数误差为：,式中：,D,水准仪到水准尺的距离。,2,M,=,+,D,0.15,85,(2),读数误差,在水准尺上估读毫米数的误差，该项误差与,人眼分辨能力、望远镜放大率,以及,视线长度,有关。通常按下式计算：,式中：,V,望远镜放大率；,60,人眼能分辨的最小角度。,为保证估读数精度，各等级水准测量对仪器望远镜的放大率和最大视线长都有相应规定。,m,v,=,60,V,D,86,（,3),视差影响,视差存在时，十字丝平面与水准尺影像不重合，若眼睛观察位置的不同，便读出不同的读数，因此产生读数误差。操作中应仔细调焦，避免出现视差。,(4),水准尺倾斜误差,水准尺倾斜将使尺上读数增大，其误差大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。例如，尺子倾斜,330,，视线在尺上读数为,1.0 m,时，会产生约,2mm,的读数误差。因此，测量过程中，要尽可能保持尺上水准气泡居中，将尺立直。,87,三、外界条件的影响,(1),仪器下沉,仪器安置在土质松软的地方，在观测过程中会产生下沉。由于仪器下沉，使视线降低，从而引起高差误差。若采用,“,后、前、前、后,”,的观测程序，可减小其影响。此外，应选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实。,(2),尺垫下沉,仪器搬站时，如果在转点处尺垫下沉，会使下一站后视读数增大，这将引起高差误差。所以转点也应选在坚实地面并将尺垫踏实，或采取往返观测的方法，取其成果的平均值，可以消减其影响,。,88,(3),地球曲率的影响,如图，水准测量时，水平视线在尺上的读数,b,，理论上应改算为相应水准面截于水准尺的读数,b,，两者的差值,c,称为,地球曲率差,。,89,由第一章知,式中：,D,水准仪到水准尺的距离。,R,地球半径，取,6371km,。,水准测量中，当,前、后视距相等时,，通过高差计算可消除该误差对高差的影响。,C=D,2,/2R,90,(4),大气折光影响,由于地面上空气密度不均匀，使光线发生折射。故水准测量时，尺的实际读数不是一水平视线的读数，而是一向下弯曲视线的读数。两者之差称为,大气折光差,，用,表示。在稳定的气象条件下，大气折光差约为地球曲率差的,l,7,，即,=,2X7R,D,2,91,水准测量中，当前、后视距相等时，通过高差计算可消除该误差对高差的影响。,精密水准测量还应选择良好的观测时间,(,一般认为在日出后或日落前两个小时为好,),，并控制视线高出地面一定距离，以避免视线发生不规则折射引起的误差。,地球曲率差和大气折光差是同时存在的，两者对读数的共同影响可用下式计算：,f=C- r=,D,2,2R,2X7R,D,2,92,(5),温度的影响,温度的变化不仅会引起大气折光变化，造成水准尺影像在望远镜内十字丝面内上、下跳动，难以读数。当烈日直晒仪器时也会影响水准管气泡居中，造成测量误差。因此水准测量时，应撑伞保护仪器，选择有利的观测时间。,93,自动安平水准仪是用设置在望远镜内的自动补偿器代替,水准管，观测时，只需将水准仪上的圆水准器气泡居中，,便可通过中丝读到水平视线在水准尺上的读数。由于仪,器不用调节水准管气泡居中，从而简化了操作，提高了,观测速度（约为,40,）。,一、自动安平水准仪,(compensator level),1,原理,望远镜的光路上加有一个补偿器。,第七节,自动安平水准仪和精密水准仪,94,自动安平水准仪照片,95,1,、自动安平水准仪的基本原理,如图，视准轴水平时，十字丝交点在,B,处，读到水平视线的读数,a,。当视准轴倾斜了一个小角,时，十字丝交点从,B,移到,A,处，显然，,AB=f,(f,为物镜等效焦距,),，这时的读数,a,不是水平视线的读数；为使视准轴倾斜时，仍能在十字丝交点,A,处读得水平视线的读数,a,0,，在光路中装置一个光学补偿器，使读数为,a,的水平光线经过补偿器偏转,角后恰好通过倾斜视准轴的十字丝交点,A,。这时,AB=s(s,为补偿器到十字丝交点,A,的距离,),。因此，补偿器必须满足条件：,f=s,这样，即使视准轴存在一定,的倾斜,(,倾斜角限度为,10),在十字丝交点,A,处却能读到水,平视线的读数,，达到了自动,安平的目的。,96,2,、自动安平补偿器,补偿器的结构形式较多，我国生产的,DSZ3,型自动安平水准仪采用悬吊棱镜组借助重力作用达到补偿。,右图为该仪器的补偿结构图。,补偿器装在对光透镜和十字丝,分划板之间，其结构是将一个,屋脊棱镜固定在望远镜筒上，,在屋脊棱镜下方用交叉金属丝,悬吊着两块直角棱镜。当望,远镜有微小倾斜时，直角棱镜,在重力,P,的作用下，与望远镜作相反的偏转。空气阻尼器的作用是使悬吊的两块直角棱镜迅速处于静止状态,(,在,1,2s,内,),。,97,根据光线全反射的特性可知，在入射线方向不变的条件下，当反射面旋转一个角度,时，反射线将从原来的行进方向偏转,2,的角度，如下图所示。补偿器的补偿光路即根据这一光学原理设计的。,当仪器处于水平状态、视准轴水平时，,水平光线与视准轴重合，不发生任何,偏转。见上页图，水平光线进入物镜,后经第一个直角棱镜反射到屋脊棱镜,，在屋脊棱镜内作三次反射，到达另,一个直角棱镜，又被反射一次，最后,水平光线通过十字丝交点,Z,，这时可读,到视线水平时的读数,。,98,当望远镜倾斜了一个小角,时,(,下图,),，屋脊棱镜也随之倾斜,角，两个直角棱镜在重力作用下，相对望远镜的倾斜方向沿反方向偏转,角。这时，经过物镜的水平光线经过第一个直角棱镜后产生,2,的偏转，再经过屋脊棱镜，在屋脊棱镜内作三次反射，到达另一个直角棱镜后又产生,2,的偏转，水平光线通过补偿器产生两次偏转的和为,4,。要使通过补偿器偏转后的光线经过十字丝交点,Z,，将,4,代入,f=s,得：,f=4s,即将补偿器安置在距十字丝交点,Z,的,f/4,处，可使水平视线的读数,a,0,，正好落在十字丝交点上，从而达到自动安平的目的。,使用自动安平水准仪观测时，在安置好仪器、将圆水准器气泡居中后，即可照准水准尺，直接读出水准尺读数。,99,二、精密水准仪,(precise level),1,、精密水准仪,提供精确的水平视线和精确读数；,2,、精密水准尺,刻度精确,(,铟瓦尺,invar leveling staff),。,100,101,三、电子水准仪,(digital level),及条纹码水准尺,(coding level staff),优点,:,具有自动安平、显示读数和视距功能。,与计算机数据通讯，避免人为观测误差。,102,103,实验一,:,认识水准仪,实验目的,:,通过具体操作水准仪，加深对课堂讲述内容的理解。,仪器设备,:,每组自动安平水准仪,1,台、三脚架,1,个、水准尺,2,把。,实习任务,:,熟悉水准仪各部件及其作用，掌握其具体操作方法，学会读取水准数据。,104,实验二,:,等外闭合水准路线测量,实验目的,:,掌握等外闭合水准路线的测量和计算方法。,仪器设备,:,每组自动安平水准仪,1,台、三脚架,1,个、水准尺,2,把。,实习任务,:,已知,H,BM,=10.000m,，按等外水准精度要求，测一个闭合水准路线，中间必须有,4,个以上待定点，完成水准测量手薄，并计算其高差闭合差,f,h,。,105,第二章完,106,