水準(zhǔn)測(cè)量原理與方法

《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)《測(cè)量學(xué)》徐州師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院紀(jì)亞洲電話/p>

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本講大綱1.溫故而知新；2.§2-1水準(zhǔn)測(cè)量概述；3.§2-2水準(zhǔn)測(cè)量原理；4.§2-3水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺；5.§1-2水準(zhǔn)儀的使用；6.課后任務(wù)；溫故而知新1.測(cè)量學(xué)的定義與實(shí)質(zhì)？2.大地坐標(biāo)系是通過(guò)那些參數(shù)來(lái)確定點(diǎn)的位置，這些參數(shù)如何獲取？3.簡(jiǎn)述高斯三度分帶、六度分帶的劃分方法與中央子午線的計(jì)算公式？4.假設(shè)揚(yáng)州市經(jīng)度為東經(jīng)121度40分，計(jì)算其三度帶編號(hào)。5.測(cè)區(qū)半徑多大時(shí)，可用水平面代替水準(zhǔn)面。6.測(cè)量學(xué)的三個(gè)基本觀測(cè)量與測(cè)量工序原則？第二章水準(zhǔn)測(cè)量第二章水準(zhǔn)測(cè)量《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)一、高程測(cè)量

測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作（測(cè)高差定高程）二、高程測(cè)量的方法

1.水準(zhǔn)測(cè)量—用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量的工作。是高程測(cè)量的主要方法使用儀器：水準(zhǔn)儀

水準(zhǔn)儀的主要功能是能指出一條水平視線。

2.其它高程測(cè)量方法：三角高程測(cè)量、氣壓測(cè)量、GPS高程測(cè)量；§2-1高程測(cè)量概述《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)三、高程系統(tǒng)

1.我國(guó)國(guó)家高程系統(tǒng)：黃海高程系

1956年黃海高程系(水準(zhǔn)原點(diǎn)H=72.289米）

我國(guó)國(guó)家高程基準(zhǔn)：

2.1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)(水準(zhǔn)原點(diǎn)H=72.260米)四、水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)

1.國(guó)家分一、二、三、四等（按精度要求、控制范圍）

2.城市分二、三、四等、圖根《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)§2-2水準(zhǔn)測(cè)量原理

高程測(cè)量原理：利用一條水平視線，對(duì)立在待測(cè)高差兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)定出兩點(diǎn)之間的高差，然后由已知點(diǎn)的高程推算出未知點(diǎn)的高程。大地水準(zhǔn)面

hABABHAHB=HA+hAB水平視線水準(zhǔn)尺水準(zhǔn)尺ab前進(jìn)方向▲高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)：一、水準(zhǔn)測(cè)量原理《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)

主意：

hAB>0，高差為正，前視點(diǎn)高；

hAB<0，高差為負(fù)，前視點(diǎn)低。

高差必須帶“+、

-”號(hào)；

hAB的下標(biāo)次序必須與測(cè)量的前進(jìn)方向一致。

當(dāng)然，B點(diǎn)的高程還可以通過(guò)B點(diǎn)的視線高來(lái)計(jì)算。設(shè)視線高為Hi，則

Hi=Ha+aHi=Hb+b

聯(lián)合解得：Hb=Ha+(a-b)第二章水準(zhǔn)測(cè)量三、水準(zhǔn)測(cè)量和水準(zhǔn)路線

當(dāng)欲測(cè)的高程點(diǎn)距水準(zhǔn)點(diǎn)較遠(yuǎn)或高差很大時(shí)，就需要連續(xù)多次安置儀器以測(cè)出兩點(diǎn)的高差。為測(cè)A、B點(diǎn)高差，在AB線路上增加1、2、3、4、……等中間點(diǎn)，將AB高差分成若干個(gè)水準(zhǔn)測(cè)站。二、水準(zhǔn)面曲率對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響

畫圖說(shuō)明：A、B的高差應(yīng)該為過(guò)A、B點(diǎn)水準(zhǔn)面高度差，也是過(guò)水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)面在兩尺上讀數(shù)差。第二章水準(zhǔn)測(cè)量

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進(jìn)方向1.1341.677TP1h1=-0.543第二章水準(zhǔn)測(cè)量

顯然，每安置一次儀器，便可測(cè)得一個(gè)高差，即

h1=a1-b1h2=a2-b2…………

hn=an-bn將上面各式相加，得∑h=∑a-∑b則B點(diǎn)的高程未

HB=HA+∑h

由上面過(guò)程可知，其中間點(diǎn),1,2,3,4……僅起傳遞高程的作用，稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)（TurningPoint），簡(jiǎn)寫為TP。轉(zhuǎn)點(diǎn)無(wú)固定標(biāo)志，無(wú)需算出高程。《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)§2-3水準(zhǔn)測(cè)量的儀器及工具水準(zhǔn)測(cè)量所使用的儀器有：水準(zhǔn)儀（包括三角架）；水準(zhǔn)測(cè)量所使用的工具有：水準(zhǔn)尺和水準(zhǔn)墊；《測(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)一、水準(zhǔn)儀

水準(zhǔn)儀是一種能夠提供水平視線的儀器。水準(zhǔn)儀根據(jù)精度可以分為：DS05，DS1，DS3，和DS10四個(gè)等級(jí)。D、S分別為“大地測(cè)量”和“水準(zhǔn)儀”漢英拼音的第一個(gè)首字母。05，1，3，10是指該儀器能達(dá)到每公里往返測(cè)量高差中數(shù)的中誤差（單位毫米）。因?yàn)橐话憬ㄖこ虖V泛使用DS3水準(zhǔn)儀，所以本章就以DS3水準(zhǔn)儀為例，給大家介紹DS3水準(zhǔn)儀的構(gòu)造?！稖y(cè)量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)

根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的原理，水準(zhǔn)儀的主要作用是提供一條水平視線，并能照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)。因此，水準(zhǔn)儀構(gòu)成主要有望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器及基座三部分。

1.望遠(yuǎn)鏡

望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)觀測(cè)和讀書的設(shè)備。DS3水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、目鏡、對(duì)光透鏡和十字絲分劃板所組成。物鏡對(duì)光透鏡目鏡十字絲分化板一.高程測(cè)量概述

（1）物鏡和目鏡多采用復(fù)合透鏡組構(gòu)成。

（2）十字絲分劃板上刻有兩條互相垂直的長(zhǎng)線，豎直的一條稱豎絲，橫的一條稱為中絲，是為了瞄準(zhǔn)目標(biāo)和談取讀數(shù)用的。在中絲的上下還對(duì)稱地刻有兩條與中絲平行的短橫線，是用來(lái)測(cè)定距離的，稱為視距絲。十字絲分劃板是由平板玻璃圓片制成的，平板玻璃片裝在分劃板座上，分劃板座固定在望遠(yuǎn)鏡筒上。上絲下絲豎絲橫絲望遠(yuǎn)鏡的十字絲3.4.高程系統(tǒng)、等級(jí)

（3）對(duì)光凹透鏡可使不同距離的目標(biāo)均能成像在十字絲乎面上。再通過(guò)目鏡，便可看清同時(shí)放大了的十字絲和目標(biāo)影像。

畫圖解釋什么叫做視差，并如何消除視差。

現(xiàn)象：觀測(cè)時(shí)，改變眼睛與目鏡的相對(duì)位置，十字絲與目標(biāo)的像有相對(duì)移動(dòng)。消除視差的步驟：目鏡調(diào)焦，使十字絲最清晰；物鏡調(diào)焦，使目標(biāo)像最清晰，且無(wú)視差。

視準(zhǔn)軸：十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線，稱為視準(zhǔn)軸。水準(zhǔn)測(cè)量就是在視準(zhǔn)軸水平時(shí)，利用十字絲中絲截取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。

望遠(yuǎn)鏡放大倍率：從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)所看到的目標(biāo)影像的視角與肉眼直接觀察該目標(biāo)的視角之比，稱為望遠(yuǎn)鏡的放大率。DS3級(jí)水準(zhǔn)僅望遠(yuǎn)鏡的放大率一般為28倍。

2.水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器是用來(lái)指示視準(zhǔn)軸是否水平或儀器豎軸是否豎直的裝置。有管水準(zhǔn)器和圓水準(zhǔn)器兩種。管水準(zhǔn)器用來(lái)指示視準(zhǔn)軸是否水平；圓水準(zhǔn)器用來(lái)指示豎軸是否豎直。

（1）管水準(zhǔn)器

管水準(zhǔn)器也稱為水準(zhǔn)管，是一個(gè)內(nèi)臂磨成圓弧形的玻璃管，管內(nèi)裝有酒精和乙醚的混和液，加熱融封后留有一個(gè)氣泡，由于氣泡較輕，故恒處于管內(nèi)最高位置。

水準(zhǔn)管上一般刻有間隔為2mm的分劃線，分劃線的中點(diǎn)0，稱為水準(zhǔn)管零點(diǎn)。

水準(zhǔn)管圓弧2mm所對(duì)的圓心角稱為水準(zhǔn)管分劃值。安裝在DS3級(jí)水準(zhǔn)儀上的水準(zhǔn)管，其分劃值不大于20”／2mm。通過(guò)零點(diǎn)作水準(zhǔn)管圓弧的切線，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管的氣泡中點(diǎn)與水準(zhǔn)管零點(diǎn)重合時(shí)，稱為氣泡居中；這時(shí)水準(zhǔn)管軸工人處于水平位置。畫圖解答為什么管水準(zhǔn)器可以指示視準(zhǔn)軸是否水平。若直接用肉眼觀察則因?yàn)椴Ａв泻穸龋币晻r(shí)會(huì)產(chǎn)生視差要同時(shí)觀察氣泡的兩端才能判斷氣泡是否居中符合棱鏡系統(tǒng)把水準(zhǔn)氣泡兩端成象在一起便于觀察。用符合棱鏡系統(tǒng)觀察，可以避免上述缺點(diǎn)。判斷“氣泡居中”的精度約可提高一倍。觀察窗（2）圓水準(zhǔn)器

圓水準(zhǔn)器是個(gè)玻璃容器，上面有同心圓的刻劃。上蓋的內(nèi)表面是圓球形，同心圓圓心處的曲率半徑就是圓水準(zhǔn)器的軸。“氣泡居中”即水準(zhǔn)器的軸垂直。

3.基座

基座的作用是文承儀器的上部并與三腳架連接。它主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構(gòu)成。

二、水準(zhǔn)尺

水準(zhǔn)尺是水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)使用的標(biāo)尺。其質(zhì)量好壞直接影響水準(zhǔn)測(cè)量的精度。因此，水準(zhǔn)尺需用不易變形且干燥的優(yōu)質(zhì)木材制成；要求尺長(zhǎng)穩(wěn)定，分劃準(zhǔn)確。常用的水準(zhǔn)尺有塔尺和雙面尺兩種。塔尺多用于等外水準(zhǔn)測(cè)量，其長(zhǎng)度有2m和5m兩種，用兩節(jié)或三節(jié)套接在一起。尺的底部為零點(diǎn)，尺上黑白格相間，每格寬度為1cm，有的為0.5cm，每一米和分米處均有注記。一.水準(zhǔn)測(cè)量的儀器與工具

雙面水準(zhǔn)尺多用于三、四等水準(zhǔn)測(cè)量。其長(zhǎng)度有2m和3m兩種，且兩根尺為一對(duì)。尺的兩面均有刻劃，一面為紅白相間稱紅面尺；另—面為黑白相間，稱黑面尺(也稱主尺)，兩面的刻劃均為1cm，并在分米處注字。兩根尺的黑面均由零開(kāi)始；而紅面，一根尺由4.687m開(kāi)始至6.687m或7.687m，另一根由4.787m開(kāi)始至6.787m或7.787m。2.水準(zhǔn)儀三、尺墊

尺墊是在轉(zhuǎn)點(diǎn)處放置水準(zhǔn)尺用的，它用生鐵鑄成，一般為三角形，中央有一突起的半球體，下方有三個(gè)支腳。用時(shí)將支腳牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形頂點(diǎn)作為豎立水準(zhǔn)尺和標(biāo)志轉(zhuǎn)點(diǎn)之用。

望遠(yuǎn)鏡與視差§2-4水準(zhǔn)儀的使用

水準(zhǔn)儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精平和讀數(shù)等操作步驟。

一、安置水準(zhǔn)儀

打開(kāi)三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開(kāi)儀器箱取出水準(zhǔn)儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。

視差二、粗略整平

粗平是借助圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準(zhǔn)軸粗略水平。在整平的過(guò)程中，氣泡的移動(dòng)方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。

abc粗平的操作視差三、瞄準(zhǔn)

首先，進(jìn)行目鏡對(duì)光。即把望遠(yuǎn)鏡對(duì)著明亮的背景，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋，使十字絲清晰。再次，瞄準(zhǔn)目標(biāo)。松開(kāi)制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡筒上的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊制動(dòng)螺旋。然后從望遠(yuǎn)鏡中觀察；轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋進(jìn)行對(duì)光，使目標(biāo)清晰，再轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，使豎絲對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。最后，消除視差。當(dāng)眼睛在目鏡端上下微微移動(dòng)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標(biāo)影像有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是目標(biāo)成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會(huì)影響到讀數(shù)的正確性，必須加以消除。消除的方法是重新仔細(xì)地進(jìn)行物鏡對(duì)光，直到眼睛上下移動(dòng)，讀數(shù)不變?yōu)橹?。此時(shí)，從目鏡端見(jiàn)到十字絲與目標(biāo)的像都十分清晰視差四、精平

眼睛通過(guò)位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準(zhǔn)管氣泡，右手轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸已精確水平。這時(shí)，即可用十字絲的中絲在尺上讀數(shù)。現(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多采用倒像望遠(yuǎn)鏡，因此讀數(shù)時(shí)應(yīng)從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數(shù)，然后報(bào)出全部讀數(shù)。

精平和讀數(shù)雖是兩項(xiàng)不同的操作步驟，但在水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施過(guò)程中，卻把兩項(xiàng)操作視為一個(gè)整體；即精平后再讀數(shù)，讀數(shù)后還要檢查管水準(zhǔn)氣泡是否完全符合。只有這樣，