自動安平水準儀_測量學(xué)

2　水準測量

測量地面上各點高程的工作，稱為高程測量。高程測量根據(jù)所使用的儀器和測量方法的不同，可分為水準測量、三角高程測量和氣壓高程測量。水準測量是精確測定地面點高程的一種主要方法，在國家高程控制測量、工程勘測和施工測量中被廣泛應(yīng)用。

2．1　水準測量基本原理

水準測量原理是：利用一臺能夠提供水平視線的儀器——水準儀，并借助水準尺，來測定地面兩點間的高差，由已知點的高程推算出未知點的高程。如圖2－1所示。

設(shè)已知點A的高程為HA，求B點的高程HB。在A、B兩點間安置一架水準儀，并在A、B兩點上分別豎立水準尺（尺子零點在底端），根據(jù)水準儀望遠鏡的水平視線在A點的水準尺上讀數(shù)為a，在B點的水準尺上讀數(shù)為b，則A、B兩點間的高差為

圖2－1　水準測量原理

設(shè)水準測量是從A點向B點進行，且規(guī)定稱A點為后視點，其水準尺讀數(shù)為后視讀數(shù)；稱B點為前視點，其水準尺讀數(shù)為前視讀數(shù)。由此可知，兩點間的高差為：后視讀數(shù)－前視讀數(shù)。如果后視讀數(shù)大于前視讀數(shù)，則高差為正，表示B點比A點高；如果后視讀數(shù)小于前視讀數(shù)，則高差為負，表示B點比A點低。

如果已知A點的高程HA，則B點的高程HB可按下式計算：

B點的高程也可以通過水準儀的視線高程Hi計算，即

按式（2－3）計算高程的方法，稱為儀器高程法。利用儀器高程法可以方便地在同一測站上測出若干個前視點的高程，這種方法常用于工程的施工測量中。

2．2　水準儀和水準尺

水準儀按其精度可分為DS05、DS1、DS3、DS10等四個等級?！癉”和“S”是“大地”和“水準儀”的漢語拼音的第一個字母，其后標的數(shù)值為：每千米水準測量的誤差，以毫米計。（“05”代表0．5　mm，“1”代表1　mm，依此類推）　DS05、DS1級水準儀一般稱為精密水準儀，DS3、DS10級水準儀一般稱為工程水準儀或普通水準儀。本節(jié)主要介紹DS3級水準儀。

2．2．1　水準儀的基本結(jié)構(gòu)

水準儀由望遠鏡、水準器和基座三部分組成，如圖2－2所示。

圖2－2　DS3級微傾式水準儀

1．望遠鏡物鏡；2．管水準器；3．簧片；4．支架；5．微傾螺旋；6．基座；7．腳螺旋；8．圓水準器；9．望遠鏡目鏡；10．物鏡調(diào)焦螺旋；11．氣泡觀察鏡；12．制動螺旋；13．微動螺旋；14．照門；15．準星

1）望遠鏡

DS3級微傾式水準儀望遠鏡主要由物鏡、目鏡、調(diào)焦透鏡和十字絲分劃板組成，其構(gòu)造如圖2－3所示。

物鏡和目鏡多采用復(fù)合透鏡組。物鏡的作用是和調(diào)焦透鏡一起將遠處的目標在十字絲分劃板上形成縮小而明亮的實像，目鏡的作用是將物鏡所成的實像與十字絲一起放大成虛像。十字絲分劃板是一塊刻有分劃線的透明薄平板玻璃片。分劃板上互相垂直的兩條長絲，稱為十字絲?？v絲亦稱豎絲，橫絲亦稱中絲。上下兩條對稱的短絲稱為視距絲，用于測量距離。操作時利用十字絲交叉點和中絲瞄準目標，讀取水準尺上的讀數(shù)。

圖2－3　望遠鏡

1．物鏡；2．目鏡；3．調(diào)焦透鏡；4．十字絲分劃板；5．連接螺釘；6．調(diào)焦螺旋

十字絲交叉點與物鏡光心的連線，稱為望遠鏡的視準軸（圖2－3中的C—C1）。延長視準軸并使其水平，即得水準測量中所需的水平視線。

2）水準器

水準器是操作人員判斷水準儀安置是否正確的重要部件。水準儀通常裝有圓水準器和管水準器，分別用來指示儀器豎軸是否豎直和視準軸是否水平。

（1）圓水準器

如圖2－4，圓水準器頂面的內(nèi)壁是球面，其中有圓形分劃圈，圓圈的中心為水準器的零點。通過零點的球面法線為圓水準器軸線，當圓水準器氣泡居中時，該軸線處于豎直位置。水準儀豎軸應(yīng)與該軸線平行。當氣泡不居中時，氣泡中心偏移零點2　mm，軸線所傾斜的角值稱為圓水準器分劃值，一般為8′～10′。圓水準器的功能是用于儀器的粗略整平。

（2）管水準器

管水準器又稱水準管，是把縱向內(nèi)壁磨成圓弧形（圓弧半徑一般為7～20　m）的玻璃管，管內(nèi)裝酒精和乙醚的混合液，加熱融封冷卻后留有一個近于真空的氣泡（圖2－5）。

圖2－4　圓水準器

圖2－5　管水準器

水準管上一般刻有間隔2　mm的分劃線，分劃線的對稱中點稱為水準管零點。通過零點作水準管圓弧的縱切線，稱為水準管軸（圖2－5中的L—L1）。當水準管的氣泡中點與水準管零點重合時氣泡居中，這時水準管軸處于水平位置，否則水準管軸處于傾斜位置。水準管圓弧2　mm所對的圓心角τ稱為水準管分劃值，即

式中：ρ″——1弧度相應(yīng)的秒值，ρ″＝206　265″；

R——水準管圓弧半徑（mm）。

水準管的圓弧半徑越大，分劃值越小，靈敏度（即整平儀器的精度）就越高。常用的測量儀器的水準管分劃值為10″、20″，分別計作10″／2　mm、20″／2　mm。

為提高水準管氣泡居中的精度，DS3水準儀在水準管的上方安裝一組符合棱鏡，如圖2－6（a）所示。通過符合棱鏡的折光作用，使氣泡兩端的像反映在望遠鏡旁的符合氣泡觀察窗中。若兩端半邊氣泡的像吻合時，表示氣泡居中，如圖2－6（b）所示；若成錯開狀態(tài)，則表示氣泡不居中，如圖2－6（c）所示。對于后者，應(yīng)轉(zhuǎn)動目鏡下方右側(cè)的微傾螺旋，使氣泡的像吻合。

圖2－6　水準管與符合棱鏡

3）基座

基座主要由軸座、腳螺旋、底板和三角壓板構(gòu)成（見圖2－2）。其作用是支承儀器的上部，即將儀器豎軸插入軸座內(nèi)旋轉(zhuǎn)。腳螺旋用于調(diào)整圓水準器氣泡居中。底板通過連接螺旋與下部三腳架連接。

2．2．2　水準尺和尺墊

水準尺是水準測量時使用的標尺，常用干燥的優(yōu)質(zhì)木料或玻璃鋼或鋁合金等材料制成。根據(jù)它們的構(gòu)造又可分為直尺、折尺和塔尺，如圖2－7所示。水準尺又有單面水準尺和雙面水準尺兩種。

塔尺（圖2－7（a））和折尺（圖2－7（b））僅用于等外水準測量。折尺一般長度為5　m。塔尺可以伸縮，其長度有2　m、3　m和5　m，分兩節(jié)或三節(jié)套接而成。尺底為零點，尺上黑白格相間，每格寬度為1　cm，有的為0．5　cm，每米和分米處皆注有數(shù)字。數(shù)字有正字和倒字兩種。

圖2－7　水準尺

圖2－8　尺墊

雙面水準尺（圖2－7（c））多用于三、四等水準測量。其長度有2　m和3　m兩種，兩根尺為一對。尺的兩面均有刻度，一面為紅白相間稱為紅面尺，另一面為黑白相間稱為黑面尺。兩面的刻度的寬度均為1　cm，并在分米處注字。兩根尺的黑面底部均為零；而紅面底部，一根尺為4．687　m，另一根尺為4．787　m。

尺墊是用生鐵鑄成，一般為三角形，中央有一凸起的半球體，下部有三個支腳，如圖2－8所示。水準測量時，將支腳牢固地踩入地下，然后將水準尺立于半球體上，用以保持尺底高度不變。尺墊僅在轉(zhuǎn)點處豎立水準尺時使用。

2．3　水準測量方法

2．3．1　水準儀的使用

水準儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準水準尺、精確整平和讀數(shù)等操作步驟。

1）安置儀器

首先打開三腳架，并根據(jù)觀測者的身高調(diào)節(jié)架腿長度，目估使架頭大致水平。將三腳架安置穩(wěn)固，然后打開儀器箱取出水準儀，將其置于三腳架頭上，接著用連接螺旋將儀器固連在三腳架頭。

2）粗略整平

粗平即粗略地整平儀器。轉(zhuǎn)動腳螺旋，使圓水準器氣泡居中，使儀器的縱軸大致鉛垂，為在各個方向精密定平儀器創(chuàng)造條件。

粗平是借助圓水準器的氣泡居中，使儀器縱軸大致鉛垂，從而使視準軸粗略水平。如圖2－9（a）所示，氣泡未居中而位于左下口處，則先按圖上箭頭所指的方向用兩手相對轉(zhuǎn)動腳螺旋①和②，使氣泡移到如圖2－9（b）的位置；再轉(zhuǎn)動腳螺旋③，即可使氣泡居中。在整平的過程中，氣泡的移動方向與左手大拇指的運動方向一致。

圖2－9　使圓水準氣泡居中

3）瞄準水準尺

瞄準是把望遠鏡對準水準尺，進行目鏡和物鏡調(diào)焦，使十字絲和水準尺像十分清晰，消除視差，以便在水準尺上進行正確讀數(shù)。首先進行目鏡對光，即把望遠鏡對著明亮的背景，轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰；再松開制動螺旋，轉(zhuǎn)動望遠鏡，用望遠鏡筒上的照門和準星瞄準水準尺，擰緊制動螺旋；然后從望遠鏡中觀察，轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋進行對光，使目標清晰，再轉(zhuǎn)動微動螺旋，使豎絲對準水準尺。當眼睛在目鏡端上下微微移動時，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標影像有相對運動，如圖2－10（b）所示，這種現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是目標成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會影響到讀數(shù)的正確性，因此必須加以消除。消除的方法是重新仔細地進行物鏡對光，直到眼睛上下移動，讀數(shù)不變?yōu)橹?。此時，從目鏡端見到十字絲與目標的像都十分清晰，如圖2－10（a）所示。

圖2－10　消除視差

4）精確整平

精確整平是轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使水準管氣泡居中，即兩端半邊氣泡的像吻合，如圖2－11（a）所示，從而使望遠鏡的視準軸處于水平位置。如果水準管氣泡不居中，則眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準管氣泡，右手轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，如圖2－11（b）或（c）所示，即表示水準儀的視準軸已精確水平。

圖2－11　符合氣泡

圖2－12　讀數(shù)

5）讀數(shù)

水準儀精平后，應(yīng)立即用十字絲的中橫絲在水準尺上讀數(shù)?，F(xiàn)在的水準儀多采用倒像望遠鏡，因此讀數(shù)時應(yīng)從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數(shù)，然后報出全部讀數(shù)。如圖2－12所示，讀數(shù)為0．851　m。

2．3．2　水準測量的實測方法

1）水準點

為了統(tǒng)一全國的高程系統(tǒng)和滿足各種測量的需要，測繪部門在全國各地埋設(shè)并用水準測量的方法測定了很多高程點，這些點稱為水準點（Bench　Mark），簡記為BM。水準點有永久性和臨時性兩種。

圖2－13　標石水準點的埋設(shè)（單位：cm）

國家等級水準點如圖2－13所示，一般用石料或鋼筋混凝土制成，深埋到地面凍結(jié)線以下。在標石的頂面設(shè)有用不銹鋼或其他不易銹蝕的材料制成的半球狀標志。有些水準點也可設(shè)置在堅固穩(wěn)定的永久性建筑物的墻腳上，如圖2－14所示，稱為墻上水準點。

在工程上的永久性水準點一般用混凝土或鋼筋混凝土制成，如圖2－15（a）所示。臨時性水準點可用地面上突出的堅硬的巖石或用大木樁打入地面，樁頂釘為半球形鐵釘，如圖2－15（b）所示。

圖2－14　墻上水準點（單位：mm）

圖2－15　混凝土、木樁水準點

2）水準路線

在水準點之間進行水準測量所經(jīng)過的路線，稱為水準路線。根據(jù)測區(qū)已知高程水準點分布情況和實際需要，水準路線可以布設(shè)成以下幾種形式：

（1）閉合水準路線

如圖2－16（a）所示，從已知水準點BM．A出發(fā)，經(jīng)過各高程待定點1、2、3、4，最后測回到BM．A點，這種水準路線稱為閉合水準路線。從理論上來說，閉合水準路線各段高差的代數(shù)和應(yīng)等于零，即

這是閉合水準路線應(yīng)滿足的檢核條件，用來檢核閉合水準路線測量成果的正確性。

圖2－16　水準路線

（2）附合水準路線

如圖2－16（b）所示，從已知水準點BM．A出發(fā)，經(jīng)過各高程待定點1、2、3之后，最后測到另一已知水準點BM．B上，這種水準路線稱為附合水準路線。從理論上來說，附合水準路線中各段實測高差的代數(shù)和應(yīng)等于BM．A和BM．B兩點間的已知高差，即

這是附合水準路線應(yīng)滿足的檢核條件，用來檢核附合水準路線測量成果的正確性。

（3）支水準路線

如圖2－16（c）所示，由已知水準點BM．A出發(fā)，經(jīng)過高程待定點1、2之后，不自行閉合，也不附合到另一已知水準點上，這種形式的水準路線稱為支水準路線。支水準路線通常要進行往返觀測，以便檢核。從理論上來說，往測高差與返測高差應(yīng)大小相等符號相反，即

這是支水準路線應(yīng)滿足的檢核條件，用來檢核支水準路線測量成果的正確性。

3）水準測量方法

（1）水準測量方法

當欲測的高程點與已知水準點相距較遠或高差較大，不可能安置一次儀器就能測得兩點間的高差時，可在水準路線中加設(shè)若干個臨時的立尺點，稱為轉(zhuǎn)點（代號為TP，英文Turning　Point的縮寫），依次連續(xù)安置水準儀測定相鄰各點間的高差，最后取各個高差的代數(shù)和，可得到起、終兩點間的高差，從而計算出待求點的高程。

如圖2－17所示，在A、B兩個水準點之間，由于距離遠或高差大，依次設(shè)置四個臨時性的轉(zhuǎn)點TP1～TP4，連續(xù)地在相鄰兩點間安置水準儀和在點上豎立水準尺，依次測定相鄰間的高差：

圖2－17　連續(xù)水準測量

A、B兩點間的高差計算公式為：

式中：n——安置水準儀的測站數(shù)。

由此可見，兩水準點之間設(shè)置若干個轉(zhuǎn)點，起著高程傳遞的作用。為了保證高程傳遞的準確性，在相鄰測站的觀測過程中，必須使轉(zhuǎn)點保持穩(wěn)定（高程不變）。

（2）測站檢核

一般情況下（如圖2－17所示），從一已知高程的水準點BM．A出發(fā)，要用連續(xù)水準測量的方法，才能測算出另一待定水準點的高程。在進行連續(xù)水準測量時，若其中測錯任何一個高差，待定點高程就不會正確。因此，對每一站的高差，都必須采取措施進行檢核測量。這種檢核稱為測站檢核。測站檢核通常采用變動儀器高法或雙面尺法。

①變動儀器高法：就是在同一個測站上用兩次不同的儀器高度，測得兩次高差以相互比較進行檢核。即測得第一次高差后，改變儀器高度重新安置，改變量應(yīng)大于10　cm，再測一次高差。兩次所測高差之差不超過容許值（例如等外水準容許值為6　mm），則認為符合要求，取其平均值作為最后結(jié)果（記錄、計算列于表2－1中），否則必須重測。

表2－1　水準測量手簿

②雙面尺法：就是儀器的高度不變，而立在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數(shù)，測得兩次高差，相互進行檢核。若同一水準尺紅面與黑面讀數(shù)（加常數(shù)后）之差不超過3　mm，且兩次高差之差未超過5　mm，則取其平均值作為該測站的觀測高差。否則，需要檢查原因，重新觀測。

2．3．3　水準測量的成果計算

水準測量的外業(yè)數(shù)據(jù)，在計算之前，應(yīng)全面檢查外業(yè)測量記錄，如發(fā)現(xiàn)有計算錯誤或超出限差之處，應(yīng)及時改正或重測。如經(jīng)檢核無誤，滿足了規(guī)定等級的精度要求，就可以進行成果整理工作。其主要內(nèi)容是調(diào)整高差閉合差，計算出各待定點的高程。以下分別介紹各種水準路線的成果整理方法。

1）高差閉合差計算

（1）閉合水準路線的計算

如圖2－16（a）所示，當測區(qū)附近只有一個水準點BM．A時，欲求得1、2、3的高程?？梢詮腂M．A點起實施水準測量，經(jīng)過1、2、3點后，再重新閉合到BM．A點上，顯然，理論上閉合水準路線的高差和應(yīng)等于零，即

但實際上總會有誤差，致使高差閉合差不等于零，則高差閉合差為

（2）附合水準路線的計算

如圖2－16（b），BM．A和BM．B為已知高程的水準點，1、2、3為待定高程點。從水準點BM．A出發(fā)，沿各個待定高程的點進行水準測量，最后附合到另一水準點BM．B。因此，在理論上附合水準路線中各待定高程點間高差的代數(shù)和，應(yīng)等于始、終兩個已知水準點的高程之差，即

如果不相等，兩者之差稱為高差閉合差。

（3）支水準路線的計算

如圖2－16（c）所示，由已知水準點BM．A出發(fā)，沿各待定點進行水準測量，既不閉合也不附合到其他水準點上。因此，支水準路線要進行往返觀測，往測高差與返測高差值的絕對值應(yīng)相等而符號相反，所以，把它作為支水準路線測量正確性與否的檢驗條件。如不等于零，則高差閉合差為

2）高差閉合差調(diào)整

（1）允許高差閉合差

各種路線形式的水準測量，其高差閉合差均不應(yīng)超過規(guī)定容許值，否則即認為水準測量結(jié)果不符合要求。高差閉合差容許值的大小與測量等級有關(guān)。測量規(guī)范中，對不同等級的水準測量做了高差閉合差容許值的規(guī)定。等外水準測量的高差閉合差容許值規(guī)定為：

式中：L——水準路線長度，單位：km；

　　　N——水準路線總的測站數(shù)。

（2）高差閉合差調(diào)整

一般認為，高差閉合差與水準路線的長度或水準路線的測站數(shù)成正比。因此，調(diào)整閉合差的原則是，將閉合差反號，按各測段的測站數(shù)多少或路線長短成正比例計算出高差改正數(shù)，加入各測段的觀測高差之中，并計算出各測段的改正高差，由此推算出各未知點的高程。

按路線長度進行高差閉合差調(diào)整。即

式中：∑L——水準路線總長度；

　　　Li——第i測段水準路線的長度；

　　　vi——第i測段的高差改正數(shù)。

　　　按測站數(shù)進行高差閉合差調(diào)整。即

式中：∑n——水準路線的總測站數(shù)；

　　　ni——第i測段的測站數(shù)；

　　　vi——第i測段的高差改正數(shù)。

　　　求出各段高差改正數(shù)后，應(yīng)按∑vi＝－fh進行檢核，再按下式計算各測段改正后高差。即

3）計算待定點的高程

根據(jù)已知點的高程和各測段的改正高差即可推算出各未知點的高程。即

圖2－18為某一附合水準路線觀測成果略圖。BM．A和BM．B為已知高程的水準點，BM．1～BM．3為待測高程點，各測段高差、測站數(shù)、距離如圖所示。計算步驟見表2－2。

圖2－18　附合水準路線圖

表2－2　附合水準測量成果計算表

2．4　水準儀的檢驗與校正

2．4．1　水準儀的軸線及其應(yīng)滿足的條件

水準儀的軸線如圖2－19所示，圖中CC1為視準軸，LL1為水準管軸，L′L′1為圓水準軸，VV1為儀器旋轉(zhuǎn)軸（縱軸）。

根據(jù)水準測量原理，水準儀必須提供一條水平視線，據(jù)此在水準尺上讀數(shù)，才能正確地測定地面兩點間的高差。為此，水準儀的軸線應(yīng)滿足下列條件：

（1）圓水準器軸應(yīng)平行于儀器的縱軸，即L′L′1／／VV1。

（2）十字絲的中絲（橫絲）應(yīng)垂直于儀器的縱軸。

（3）水準管軸應(yīng)平行于視準軸，即LL1／／CC1。

圖2－19　水準儀的軸線

2．4．2　水準儀的檢驗和校正

1）圓水準器的檢驗和校正

目的：使圓水準器軸平行于縱軸（L′L′1／／VV1）。

檢驗：旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準氣泡居中，如圖2－20（a）所示；然后將儀器繞縱軸旋轉(zhuǎn)180°，如果氣泡偏于一邊，如圖2－20（b）所示，說明L′L′1不平行于VV1，需要校正。

圖2－20　圓水準器的檢驗與校正

校正：轉(zhuǎn)動腳螺旋，使氣泡向圓水準器中心移動偏距的一半，如圖2－20（c）所示，然后用校正針撥圓水準器底下的三個校正螺絲，使氣泡居中，如圖2－20（d）所示。

在圓水準器底下，除了有三個校正螺絲外，中間還有一個松緊螺絲（圖2－21）。在撥動各個校正螺絲以前，應(yīng)先稍轉(zhuǎn)松一下這個松緊螺絲，然后再撥動校正螺絲。旋緊某個校正螺絲，氣泡即往該螺絲的方向移動。校正完畢，勿忘把松緊螺絲再旋緊。

圖2－21　圓水準器的校正螺絲

檢校原理：設(shè)圓水準軸不平行于縱軸，兩者的交角為α，轉(zhuǎn)動腳螺旋，使圓水準器氣泡居中，則圓水準軸位于鉛垂方向，而縱軸傾斜了一個角α（圖2－22（a））。當儀器繞縱軸旋轉(zhuǎn)180°后，圓水準器已轉(zhuǎn)到縱軸的另一邊，而圓水準軸與縱軸的夾角α未變，故此時圓水準軸相對于鉛垂線就傾斜了2α的角度（圖2－22（b）），氣泡偏離中心的距離相應(yīng)于2α的傾角。因為儀器的縱軸相對于鉛垂線僅傾斜了一個α角，所以，旋轉(zhuǎn)腳螺旋使氣泡向中心移動偏距的一半，縱軸即處于鉛垂位置（圖2－22（c）），然后再撥動圓水準器校正螺絲，使氣泡居中，導(dǎo)致圓水準軸也處于鉛垂位置，從而達到了使圓水準軸平行于縱軸的目的（圖2－22（d））。

圖2－22　圓水準器校正原理

2）十字絲的檢驗和校正

目的：當水準儀整平后，十字絲的橫絲應(yīng)該水平，縱絲應(yīng)該鉛垂，即橫絲應(yīng)該垂直于儀器的縱軸。

檢驗：整平儀器后，用十字絲交點瞄準一個點P，旋緊制動螺旋，轉(zhuǎn)動微動螺旋，如果P點在望遠鏡中左右移動時離開橫絲（圖2－23（a）），表示縱軸鉛垂時橫絲不平，需要校正。

圖2－23　十字絲的檢驗和校正

校正：旋下靠目鏡處的十字絲環(huán)外罩，用螺絲刀松開十字絲組的四個固定螺絲（圖2－23（b）），按橫絲傾斜的反方向轉(zhuǎn)動十字絲組，再進行檢驗。如果P點始終在橫絲上移動，則表示橫絲已水平，（縱絲自然鉛垂）最后旋緊十字絲組固定螺絲。

3）水準管軸平行于視準軸的檢驗和校正

目的：使水準管軸平行于視準軸（LL1／／CC1）。

檢驗：設(shè)水準管軸不平行于視準軸，它們之間的交角為i，如圖2－24所示。當水準管氣泡居中時，視準軸不在水平線上而傾斜了i角，水準儀至水準尺的距離越遠，由此引起的讀數(shù)偏差越大。當儀器至尺子的前后視距離相等時，則在兩根尺子上的讀數(shù)偏差也相等，因此對所求高差不受影響。前、后視距離相差越大，則i角對高差的影響也越大。視準軸不平行于水準管軸的誤差也稱i角誤差。

檢驗時，在平坦地面上選定相距60～80　m的A、B兩點，打好木樁或安放尺墊，豎立水準尺。先將水準儀安置于A、B的中點C，精平儀器后分別讀取A、B點上水準尺的讀數(shù)a′1、b′1；改變水準儀高度10　cm以上，再重讀兩尺的讀數(shù)a″1、b″1。前后兩次分別計算高差，高差之差如果不大于5　mm，則取其平均數(shù)，作為A、B兩點間不受i角影響的正確高差：

圖2－24　水準管軸平行于視準軸的檢驗

將水準儀搬到與B點相距約2　m處，精平儀器后分別讀取A、B點水準尺讀數(shù)a2、b2，又測得高差hAB″＝a2－b2。如果hAB′＝hAB″，說明水準管軸平行于視準軸；否則，按下列公式計算A尺上的應(yīng)有讀數(shù)以及水準管軸與視準軸的交角（視線的傾角）i：

式中：DAB——A、B兩點間的距離；

　　　ρ″＝206　265″。

校正：對于DS3級水準儀，當i角值＞20″時，需要進行水準管軸平行于視準軸的校正。轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使橫絲在A尺上的讀數(shù)從a2移到a2′。此時，視準軸已水平，但水準管氣泡不居中，用校正針撥動水準管位于目鏡一端的上、下兩個校正螺絲，如圖2－25所示，使水準管兩端的影像符合（居中），即水準管軸處于水平位置，滿足LL1／／CC1的條件。

圖2－25　水準管的校正

2．5　水準測量誤差及注意事項

水準測量誤差包括儀器誤差、觀測誤差和外界條件的影響等三個方面。在水準測量作業(yè)中應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生誤差的原因，采取措施，盡量減少或消除其影響。

2．5．1　儀器誤差

1）儀器校正后的殘余誤差

例如水準管軸與視準軸不平行，雖經(jīng)校正但仍然殘存少量誤差等。這種誤差的影響與距離成正比，只要觀測時注意使前、后視距相等，便可消除或減弱此項誤差的影響。

2）水準尺誤差

由于水準尺刻劃不準確、尺長變化、彎曲等影響，會影響水準測量的精度。因此，水準尺須經(jīng)過檢驗才能使用。對于尺的零點差，可采用在起、終點之間設(shè)置偶數(shù)測站數(shù)的方法予以消除。

2．5．2　觀測誤差

1）水準管氣泡居中誤差

設(shè)水準管分劃值為τ，居中誤差一般為±0．15τ，采用符合式水準器時，氣泡居中精度可提高一倍，故居中誤差mτ為

式中：D——水準儀到水準尺的距離；

　　　ρ″＝206　265″。

2）讀數(shù)誤差

在水準尺上估讀毫米數(shù)的誤差mv，與人眼的分辨能力、望遠鏡的放大倍率以及視線長度有關(guān)，通常按下式計算：

式中：V——望遠鏡的放大倍率；

　　　60″——人眼的極限分辨能力；ρ″＝206　265″；

　　　D——水準儀到水準尺的距離。

3）視差影響

當存在視差時，十字絲平面與水準尺影像不重合，若眼睛觀察的位置不同，便會讀出不同的讀數(shù)，因而也會產(chǎn)生讀數(shù)誤差。

4）水準尺傾斜影響

水準尺傾斜將使尺上讀數(shù)增大，如水準尺傾斜3°30′，在水準尺上1　m處讀數(shù)時，將會產(chǎn)生2　mm的誤差；若讀數(shù)大于1　m，誤差將超過2　mm。

2．5．3　外界條件的影響

1）儀器下沉

由于儀器下沉，使視線降低，從而引起高差誤差。如果采用“后、前、前、后”的觀測順序，可減弱其影響。

2）尺墊下沉

如果在轉(zhuǎn)點發(fā)生尺墊下沉，將使下一站后視讀數(shù)增大，這將引起高差誤差。采用往返觀測的方法，取成果的中數(shù)，可以減弱其影響。

3）地球曲率及大氣折光影響

如圖2－26所示，用水平視線代替大地水準面在尺上讀數(shù)產(chǎn)生的誤差為Δh，此處用C代替Δh，則

式中：D——儀器到水準尺的距離；

　　　R——地球的平均半徑為6　371　km。

圖2－26　地球曲率及大氣折光的影響

實際上，由于大氣折光，視線并非是水平的，而是一條曲線，如圖2－26所示。曲線的曲率半徑約為地球半徑的7倍，其折光量的大小對水準尺讀數(shù)產(chǎn)生的影響為

折光影響與地球曲率影響之和為

如果使前后視距離相等，由公式（2－24）計算的f值則相等，地球曲率和大氣折光的影響將得到消除或大大減弱。

4）溫度影響

溫度的變化不僅引起大氣折光的變化，而且當烈日照射水準管時，由于水準管本身和管內(nèi)液體溫度的升高，氣泡向著溫度高的方向移動而影響儀器水平，產(chǎn)生氣泡居中誤差。觀測時應(yīng)注意撐傘遮陽，避免陽光直接照射。

2．5．4　水準測量的注意事項

為防止出錯，保證測量成果的質(zhì)量，在進行水準測量時，每個測量人員應(yīng)嚴格遵守操作規(guī)程，認真去做。全組必須緊密配合，團結(jié)一致，才能做好這一工作。同時，應(yīng)注意以下幾點：

（1）觀測之前，必須對水準儀進行認真的檢驗和校正。

（2）觀測時，儀器要安置穩(wěn)當，儀器和三腳架要用連接螺旋連接好，以免搬站時儀器從三腳架上摔落下來。

（3）儀器應(yīng)安置在土質(zhì)堅實的地方，并將三腳架踩緊，防止儀器下沉；同時，水準儀至前、后視水準尺的距離應(yīng)盡量相等。

（4）每次讀數(shù)前，望遠鏡必須嚴格消除視差，水準管氣泡要嚴格居中，尺上讀數(shù)應(yīng)按十字絲交點處的橫絲讀取，毫米數(shù)應(yīng)精確估讀。

（5）記錄員聽到觀測員讀數(shù)后，要回報讀數(shù)以免錯聽、錯記。記錄讀數(shù)后應(yīng)立即計算，經(jīng)測站校核后，確認測量成果合格后方可遷站。

（6）水準尺應(yīng)豎直，尺墊應(yīng)踏實，尺子應(yīng)立在尺墊突起的半球頂上。在觀測中，轉(zhuǎn)點的尺墊只有當其作為后視點的那一站測完后才能移動。在固定標志點上不得使用尺墊。

（7）測站檢核和路線檢核必須嚴格按照限差要求，控制每一項檢核條件。誤差超限，必須重測。

2．6　自動安平水準儀

自動安平水準儀是一種不用符合水準器和微傾螺旋，而只需用圓水準器進行粗略整平，然后借助安平補償器自動地把視準軸置平，讀出視線水平時的讀數(shù)。因此，自動安平水準儀是一種操作比較方便、有利于提高觀測速度的儀器。

2．6．1　自動安平原理

自動安平水準儀的自動安平原理如圖2－27（a）所示，當視準軸水平時在水準尺上的讀數(shù)為a，即a點的水平視線經(jīng)望遠鏡光路到達十字絲中心。當視準軸傾斜了一個小角度α時，如圖2－27（b）所示，則按視準軸讀數(shù)為a′。為了能使根據(jù)十字絲橫絲的讀數(shù)仍為視準軸水平時的讀數(shù)a，在望遠鏡的光路中加一補償器，使通過物鏡光心的水平視線經(jīng)過補償器的光學(xué)元件后偏轉(zhuǎn)一個β角，使之仍能成像于十字絲中心。由于α、β都是很小的角度，如果下式成立，即能達到補償?shù)哪康模?/p>

式中：f——物鏡焦距；

　　　d——補償器至十字絲的距離。

圖2－27　自動安平水準儀基本原理圖

2．6．2　自動安平補償器

自動安平補償器的種類很多，但一般是采用吊掛光學(xué)零件的方法，借助重力的作用達到視線自動補償?shù)哪康摹?/p>

圖2－28（a）所示為DSZ2型自動安平水準儀（蘇州一光儀器有限公司產(chǎn)品）。該儀器是在對光透鏡與十字絲分劃板之間裝置一套補償器。

圖2－28　DSZ2型自動安平水準儀
1．腳螺旋；2．圓水準器；3．瞄準器；4．目鏡調(diào)焦螺旋；5．物鏡調(diào)焦螺旋；
6．微動螺旋；7．補償器檢查按鈕；8．物鏡

圖2－29為DSZ2型自動安平水準儀的光路圖。該自動安平水準儀的構(gòu)造是：將屋脊棱鏡固定在望遠鏡筒內(nèi)，在屋脊棱鏡的下方，用金屬絲吊掛著一個梯形棱鏡，該棱鏡在重力作用下，能與望遠鏡作相對的偏轉(zhuǎn)。為了使吊掛的棱鏡盡快地停止擺動，還設(shè)置了阻尼器。

B5—400物鏡組　DSZ2—400調(diào)焦鏡組　B5—500后物鏡組
B5—600補償器組　B5—700分劃板組　B5—800目鏡組
圖2－29　DSZ2型自動安平水準儀光路

2．6．3　自動安平水準儀的使用

使用自動安平水準儀觀測時，首先用腳螺旋使圓水準器氣泡居中（儀器粗平），然后用望遠鏡瞄準水準尺，由十字絲中絲在水準尺上讀得的數(shù)，就是視線水平時的讀數(shù)。自動安平水準儀操作步驟比普通微傾式水準儀簡便，是因為它不需要“精平”這一項操作。

圖2－28（b）所示DSZ2型自動安平水準儀，使用時，轉(zhuǎn)動腳螺旋，使圓水準器氣泡居中，用瞄準器對準水準尺，轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲清晰，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使水準尺像清晰，檢查視差，用微動螺旋使十字絲縱絲緊靠水準尺邊，輕按補償器檢查按鈕，證明其作用正常，然后在水準尺上讀數(shù)。

自動安平水準儀的圓水準器，其靈敏度一般為（8′－10′）／2　mm，而補償器的作用范圍約為±15′。因此，安置自動安平水準儀時，只要轉(zhuǎn)動腳螺旋，把圓水準器整平（一般使水準氣泡不越出水準器玻璃面板上小圓圈的范圍），補償器即能起自動安平的作用。補償器相當于一個重擺，只有在自由懸掛時才能起補償作用。在安置儀器時，如果由于操作不當，例如圓水準器氣泡未按規(guī)定要求整平或因圓水準器未校正好等原因使補償器擱住，則觀測結(jié)果將是錯誤的。因此，這類儀器一般設(shè)有補償器檢查按鈕，可輕觸補償擺，察看目鏡視場中水準尺成像相對于十字絲是否有均勻的浮動。由于有阻尼器在對重擺起作用，這種浮動能在2　s內(nèi)迅速靜止下來，這種情況證明補償器是處于自由懸掛狀態(tài)。按檢查鈕時，如果發(fā)現(xiàn)成像有不規(guī)則的跳動或不動，則說明補償擺已被擱住，應(yīng)檢查原因，使其恢復(fù)正常功能。

2．7　精密水準儀介紹

精密水準儀主要用于國家一、二級水準測量和高精度的工程測量中，例如建筑物沉降觀測、大型精密設(shè)備安裝等測量工作。

精密水準儀的構(gòu)造與DS3級水準儀基本相同，也是由望遠鏡、水準器和基座三部分組成。其不同點是：水準管分劃值較小，一般為10″／2　mm；望遠鏡亮度好而且放大率較大，一般不小于40倍；儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度的變化影響小等。

精密水準儀上設(shè)有光學(xué)測微器，其工作原理如圖2－30所示，它由平行玻璃板、傳動桿、測微螺旋和測微分劃尺等部件組成。平行玻璃板裝置在望遠鏡物鏡前，其旋轉(zhuǎn)軸與平行玻璃板的兩個平面相平行，并與望遠鏡的視準軸成正交。平行玻璃板通過傳動桿與測微分劃尺相連。測微尺上有100個分格，它與水準尺上的分格（寬度為1　cm或5　mm）相對應(yīng)，所以測微時能直接讀到0．1　mm（或0．05　mm）。當轉(zhuǎn)動測微螺旋時，傳動桿推動平行玻璃板向前傾斜，視線透過平行玻璃板產(chǎn)生平行位移，移動數(shù)值可由讀數(shù)顯微鏡在測微尺上讀出。

圖2－30　水準儀的平行玻璃板測微裝置

圖2－31是我國靖江測繪儀器廠生產(chǎn)的DS1級水準儀，光學(xué)測微器最小讀數(shù)為0．05　mm。

精密水準儀必須配有精密水準尺，這種水準尺一般都是在木質(zhì)尺身的槽內(nèi)，引張一根因瓦合金帶。在帶上標有刻劃，數(shù)字注在木尺上，如圖2－32所示。水準尺的分劃值有10　mm 和5　mm兩種。10　mm分劃的精密水準尺如圖2－32（a）所示。它有兩排分劃，右邊一排注記為0～300　cm，稱為基本分劃；左邊一排注記為300～600　cm，稱為輔助分劃。同一高度的基本分劃與輔助分劃相差一個常數(shù)301．55　cm，稱為基輔差，又稱尺常數(shù)，用以檢查讀數(shù)中是否存在錯誤。5　mm分劃的精密水準尺如圖2－32（b）所示。它也有兩排分劃，彼此錯開5　mm。實際上，左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)分劃；右邊注記是米數(shù)，左邊注記是分米數(shù)。分劃注記值比實際數(shù)值大了一倍，所以，用這種水準尺所測得的讀數(shù)應(yīng)除以2才代表實際的高度。

圖2－31　DS1級精密水準儀
1．目鏡調(diào)焦螺旋；2．物鏡；3．物鏡調(diào)焦螺旋；4．測微螺旋；5．測微器讀數(shù)鏡；6．粗平水準管；7．微動螺旋；8．微傾螺旋；9．腳螺旋；10．基座；11．底板

圖2－32　精密水準尺

精密水準儀的操作方法與一般水準儀基本相同，不同之處是用光學(xué)測微器測出不足一個分格的數(shù)值。即在儀器精確整平（用微傾螺旋使目鏡視場左面的符合水準氣泡的兩個半像吻合）后，十字絲橫絲往往不恰好對準水準尺上某一整分劃線，這時需要轉(zhuǎn)動測微螺旋使視線上、下平行移動，使十字絲的楔形絲正好夾住一個整分劃線，如圖2－33所示，被夾住的分劃線讀數(shù)為1．97　m。視線在對準整分劃線過程中平移的距離顯示在目鏡右下方的測微尺讀數(shù)窗內(nèi)，讀數(shù)為1．50　mm，所以水準尺的全讀數(shù)為1．97＋0．001　5＝1．971　5　m，而其實際讀數(shù)是全讀數(shù)除以2，即0．985　75　m。

圖2－33　DS1級水準儀目鏡視場及測微器讀數(shù)鏡視場

2．8　電子水準儀測量

電子水準儀又稱數(shù)字水準儀。它具有自動對條碼水準尺讀數(shù)、自動記錄和計算、數(shù)據(jù)通訊等功能，因此有測量速度快、精度高、易于實現(xiàn)水準測量內(nèi)外業(yè)工作的一體化等優(yōu)點。第一臺電子水準儀是由徠卡公司1987年推出的NA2000型，隨后蔡斯公司的NIDI系列、拓普康公司的DL系列和索佳公司的SDL系列電子水準儀相繼推出。

2．8．1　電子水準儀的基本原理

電子水準儀是在水準儀的望遠鏡光路中增加分光棱鏡和安裝了CCD（charge　coupled device，即電荷耦合器件）線陣傳感器的數(shù)字圖像識別處理系統(tǒng)，配合使用條碼水準尺。進行水準測量時，在尺上自動讀數(shù)、計算并記錄。

當用人工將望遠鏡照準水準尺并完成調(diào)焦后，水準尺成像于望遠鏡目鏡的十字絲分劃板上，供目視觀測。但成像光線又可通過分光棱鏡將水準尺上的條碼圖像送至線陣傳感器，并將條碼圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭列畔⑻幚砥?，?jīng)處理后，即可求得水平視線在條碼水準尺上的讀數(shù)和儀器至水準尺的距離（視距）。如果采用傳統(tǒng)的具有長度分劃的水準尺，電子水準儀也可以像一般自動安平水準儀一樣，用目視方法在水準尺上讀數(shù)。

各廠家生產(chǎn)的條碼水準尺由于條碼圖案不同，讀數(shù)原理和方法也不相同，主要有相關(guān)法、幾何法、相位法等。下面以索佳儀器廠的條碼水準尺為例，介紹RAD（random　bidirectional code，即隨機雙向碼）編碼和相關(guān)法讀數(shù)原理：圖2－34（a）所示為該條碼水準尺的一段，條碼寬度分別為3　mm，4　mm，7　mm，8　mm，11　mm和12　mm；條碼間的中心距為15　mm，如圖2－34 （b）所示；采用六進制和三進制兩種編碼形式，如圖2－34（c）所示。尺上的相關(guān)數(shù)碼信息預(yù)置在儀器的CPU內(nèi)。對于1．6～9　m的近距離測量，取六進制碼的5個以上的數(shù)碼作為計算依據(jù)；對于9～100　m的中長距離測量，取三進制碼的8個以上的數(shù)碼作為計算依據(jù)。

水準尺的另一面為一般的水準尺的長度分劃，可用于目視對水準尺的讀數(shù)。

圖2－34　索佳條碼水準尺及其編碼

望遠鏡瞄準水準尺后，尺上的條碼影像經(jīng)過物鏡和分光棱鏡到達CCD線陣傳感器的光敏面，面上共有3　500個像素，用于識別條碼影像。經(jīng)過信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列步驟后，得到水平視線的精確讀數(shù)和視距讀數(shù)。

2．8．2　電子水準儀的功能和使用方法

1）電子水準儀的構(gòu)造

電子水準儀的主要組成部分是望遠鏡、水準器、自動補償系統(tǒng)、計算存儲系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。圖2－35（a）、（b）為索佳廠的SDL30　M型電子水準儀的外形及各外部構(gòu)件的名稱。望遠鏡的放大率為32倍，由自動補償系統(tǒng)自動安平，配合使用條形碼水準尺能自動讀數(shù)、記錄和計算，并以數(shù)字形式顯示、貯存和傳輸，可用于進行二、三、四等水準測量。

圖2－35　SDL30M型電子水準儀
1．提柄；2．圓水準器觀測鏡；3．圓水準器；4．物鏡；5．調(diào)焦手輪；6．測量鍵；7．水平微動手輪；8．數(shù)據(jù)輸出插口；9．腳螺旋；10．底板；11．水平度盤設(shè)置環(huán)；12．水平度盤；13．分劃板校正螺絲及護蓋；14．電池盒護蓋；15．目鏡；16．鍵盤；17．顯示屏；18．粗照準器

圖2－36所示為SDL30　M型電子水準儀的目鏡端和操作面板。主要操作鍵的功能如下：

圖2－36　SDL30M型水準儀操作面板
1．顯示屏；2．電池護蓋開啟按鈕；3．電池護蓋；4．目鏡及調(diào)焦螺旋；5．圓水準器觀察鏡；6．照明鍵；7．電源鍵；8．物鏡調(diào)焦螺旋；9．返回鍵；10．菜單鍵；11．光標移動鍵；12．回車鍵

照明鍵——按此鍵，可照明顯示屏，再按此鍵，則關(guān)閉照明；

電源鍵——儀器的電源開關(guān)，單按此鍵為開機，同時按照明鍵和電源鍵為關(guān)機；

返回鍵——按此鍵可返回原顯示屏幕，或取消輸入數(shù)值；

菜單鍵——按此鍵顯示菜單屏幕，用光標移動鍵及回車鍵選擇菜單項；

光標移動鍵——可使顯示屏中的光標移動，或增減數(shù)值，或改變數(shù)值的正負號；

回車鍵——選定菜單項后按此鍵，可進入所選菜單功能，或?qū)⑤斎霐?shù)值送入儀器內(nèi)存；

測量鍵——按此鍵（圖2－35（b）所示儀器右側(cè)圓形按鈕）開始測量作業(yè)。

2）電子水準儀的功能

電子水準儀有測量和放樣等多種功能，并可以自動讀數(shù)、計算和記錄，通過各種操作模式來實現(xiàn)。圖2－37所示為SDL30　M型電子水準儀的操作模式結(jié)構(gòu)圖。圖中表示儀器的功能菜單、各種模式的屏幕顯示和操作路徑。

圖2－37　SDL30M型的操作模式結(jié)構(gòu)圖

儀器開機后，顯示可以進行一般水準測量的“狀態(tài)屏幕”，按菜單鍵使顯示“菜單屏幕”（共2頁，再次按菜單鍵可使其輪流顯示），按返回鍵可返回狀態(tài)屏幕。菜單屏幕共有6個菜單項，選取某一菜單項后按回車鍵，分別顯示其工作模式（內(nèi)容）：“JOB”為文件設(shè)置模式，包含有4個選項的子菜單；“REC”為記錄設(shè)置模式，包含有4個選項的子菜單；“Ht—diff”為高差測量模式；“Elev．”為高程測量模式；“S—O”為放樣測量模式，包含有3個選項的子菜單；“Config”為參數(shù)設(shè)置模式，包含有6個選項的子菜單（分2頁）。

3）電子水準儀和條形碼水準尺的安置

電子水準儀的操作步驟基本同自動安平水準儀，分為：粗平、瞄準、讀數(shù)。與普通水準儀一樣，在選好的測站上安置儀器。按“電源鍵”開機。

（1）粗平。粗平即粗略地定平儀器，轉(zhuǎn)動腳螺旋，使圓水準器氣泡居中，儀器粗略整平，使補償棱鏡在補償范圍內(nèi)自動使得視線水平。粗平的具體操作方法同普通水準儀。

（2）瞄準。瞄準是把望遠鏡對準水準尺，進行目鏡和物鏡調(diào)焦，使十字絲和水準尺的成像清晰，消除視差。具體操作方法同普通水準儀。

（3）水準尺安置和讀數(shù)。條形碼水準尺應(yīng)立于測點上，利用尺子上的圓水準器來保證尺子豎直。如尺面的反射光過強，將尺子稍為旋轉(zhuǎn)以減少對儀器的反射光。測量時，應(yīng)確保無陰影投射在尺面上。按測量鍵自動進行讀數(shù)。

2．8．3　電子水準儀的水準測量方法

電子水準儀可進行高差測量、高程測量、高差放樣測量、距離放樣測量和高程放樣測量等水準測量作業(yè)。常用的測量方法如下：

1）一般測量方法

（1）測站安置好儀器，開機后屏幕顯示為“狀態(tài)模式”。瞄準水準尺后按測量鍵，如圖2－36儀器上部屏幕中所示：水準尺讀數(shù)Rh為1．362　8　m，儀器至立尺點平距Hd為9．64　m。

（2）JOB（工作文件）和REC（記錄方法）的設(shè)置。SDL30　M型電子水準儀共有20個文件（JOB01—JOB20），可記錄2　000個數(shù)據(jù)。工作文件設(shè)置方法如下：在菜單模式選項中選取“JOB”，按回車鍵后在JOB菜單中選取“Select”，如圖2－38（a）所示。按回車鍵后顯示文件名錄，如圖2－38（b）所示，第一行為文件名，第二行顯示已記錄的數(shù)據(jù)個數(shù)。

圖2－38　選取工作文件的屏幕

（3）測量數(shù)據(jù)記錄方法設(shè)置方法如下：在菜單模式選項中選取“REC”，按回車鍵后在記錄設(shè)置菜單中選取“Cond．”（記錄條件），如圖2－39所示。按回車鍵后顯示子菜單為：Manual（手動記錄），Auto（自動記錄），Off（不記錄）。如果選擇手動記錄，則在每次測得數(shù)據(jù)后，屏幕提示：“Yes／No（Y／N？）”，選擇“Yes（Y）”才確定數(shù)據(jù)記錄于工作文件；如果選擇自動記錄，則所測數(shù)據(jù)將自動記錄于文件。一般選取“Manual”，以便掌握觀測數(shù)據(jù)的取舍。

圖2－39　選取記錄方法的屏幕

2）高差測量

高差測量結(jié)果直接得到的是兩測點間的高差。其方法如下：

（1）按菜單鍵，顯示菜單屏幕，選取“Ht－diff”（高差測量），按回車鍵進入高差測量模式，如圖2－40（a）所示。

圖2－40　高差測量屏幕

（2）將儀器安置于后視和前視立尺點的中間，瞄準后視尺，調(diào)焦后按測量鍵，檢查所顯示的觀測值，選取“Yes”后按回車鍵，則點號、目標屬性（后視BS或前現(xiàn)FS）及觀測值（尺上讀數(shù)Rh和儀器至尺子平距Hd）均被儲存，并顯示內(nèi)存中已儲存和尚可儲存的數(shù)據(jù)個數(shù)。屏幕顯示如圖2－40（b）、（c）所示。

（3）瞄準前視標尺，調(diào)焦后按測量鍵，儀器計算出高差ΔH，將結(jié)果顯示于屏幕，如圖2－ 40（d）所示，并將觀測和計算數(shù)據(jù)儲存。

3）高程測量

高程測量直接得到的是前視點的高程。其方法如下：

（1）已知地面上A點的高程HA。需測定B點的高程HB；將儀器安置于A、B點之間，在菜單模式下選取“Elev．”（高程測量），按回車鍵后進入高程測量模式，屏幕顯示見圖2－41 （a）。

（2）提示輸入后視點的高程，其方法如下：用“向下光標移動鍵”改變光標處的正負號或增大數(shù)值，用“向右光標移動鍵”將光標移至下一位，直至得到已知點高程值，然后按回車鍵將高程值輸入內(nèi)存，屏幕顯示見圖2－41（b）所示。

圖2－41　高程測量模式選擇和已知點高程輸入屏幕

（3）瞄準后視尺，調(diào)焦后按測量鍵，檢查所顯示的觀測值，選取“Yes”后按回車鍵，儀器記錄觀測數(shù)據(jù)并顯示已記錄和尚可記錄的數(shù)據(jù)數(shù)，如圖2－42（a）、（b）所示。

（4）瞄準前視尺，調(diào)焦后按測量鍵，儀器計算前視點的高程（Z）并顯示觀測結(jié)果，選取“Yes”后按回車鍵，儀器記錄觀測和計算結(jié)果如圖2－42（c）、（d）所示。

圖2－42　高程測量屏幕

（5）按菜單鍵，屏幕提問：“是否移動測站？”，見圖2－43。如果是，則選取“Yes”后按回車鍵，則前視點作為轉(zhuǎn)點，其高程作為轉(zhuǎn)點的高程。移站后可繼續(xù)進行高程測量。

圖2－43　高程測量的遷站信息屏幕

2．8．4　電子水準儀的檢驗與校正

1）圓水準軸的檢驗和校正

電子水準儀圓水準軸檢驗和校正的原理和方法與普通水準儀相同。

2）視準軸的檢驗和校正

儀器整平后視準軸不水平或自動讀數(shù)與人工讀數(shù)不一致時，應(yīng)校正視準軸。先進行視準軸的參數(shù)設(shè)置校正，即校正CCD線陣傳感器的參數(shù)值，然后再進行十字絲機械校正。

（1）CCD參數(shù)設(shè)置值校正

按菜單鍵顯示菜單屏幕，用光標選取“Config”后按回車鍵，顯示“參數(shù)設(shè)置模式”（第一頁），見圖2－37，用光標選取“Adjust”（校正）后按回車鍵；屏幕顯示儀器安置的“引導(dǎo)提示”，見圖2－44（a）。

圖2－44　視準軸檢驗的引導(dǎo)屏幕

按提示將儀器安置于相隔30　m的標尺a、b的中點A，瞄準水準尺a，調(diào)焦后按測量鍵，選取“Yes”后按回車鍵，見圖2－45（a）；瞄準水準尺b，調(diào)焦后按測量鍵，選取“Yes”后按回車鍵，見圖2－45（b）。

圖2－45　視準軸檢驗的讀數(shù)顯示屏幕

屏幕提問：“是否旋轉(zhuǎn)三腳架？”，見圖2－46（a），選取“Yes”后按回車鍵；屏幕“引導(dǎo)提示”三腳架的旋轉(zhuǎn)位置，見圖2－46（b）；重復(fù)以上對a、b尺的觀測。

圖2－46　三腳架轉(zhuǎn)動的引導(dǎo)屏幕

根據(jù)屏幕的引導(dǎo)提示，將儀器安置于標尺a、b的連線上，距標尺口約3　m的位置B，見圖2－44（b）；重復(fù)以上對a，b標尺的觀測和讀取讀數(shù)；屏幕顯示對視準軸的檢驗結(jié)果——儀器安置于a、b中間和一端所測得高差的差值（diff），見圖2－47（a）；如果差值小于3　mm，則不需校正，選取“No”后按回車鍵，屏幕提問：“是否退出校正？”見圖2－47（b）選取“Yes”后按回車鍵，返回菜單模式；如果差值大于3　mm，見圖2－47（c），選取“Yes”后按回車鍵，儀器根據(jù)觀測結(jié)果計算并儲存“視準軸校正值”后返回菜單模式，完成CCD參數(shù)設(shè)置值的校正。

圖2－47　視準軸檢驗的結(jié)果確認屏幕

（2）十字絲機械校正

在測站B瞄準水準尺b的條形碼尺面進行自動讀數(shù)，再瞄準水準尺b的長度分劃尺面進行人工目視讀數(shù)。如果兩個讀數(shù)的差值不大于2　mm，則不需要進行十字絲的機械校正。否則應(yīng)按以下步驟進行機械校正：卸下位于目鏡下方的十字絲校正螺絲護蓋，見圖2－48，用六角扳手調(diào)整校正螺絲。當人工讀數(shù)值大于自動讀數(shù)值時，少許旋松校正螺絲來調(diào)低十字絲位置；當人工讀數(shù)值小于自動讀數(shù)值時，通過少許旋緊校正螺絲來調(diào)高十字絲位置。均調(diào)整至人工和自動讀數(shù)差值不大于2　mm時為止，然后安裝好校正螺絲護蓋。

1．十字絲校正螺絲；2．六角扳手；3．校正螺絲護蓋
圖2－48　電子水準儀的十字絲機械校正

本章小結(jié)

測量地面上各點高程的工作，稱為高程測量。高程測量根據(jù)所使用的儀器和測量方法的不同，可分為水準測量、三角高程測量和氣壓高程測量三種。

水準測量原理是：利用一臺能夠提供水平視線的儀器——水準儀，并借助水準尺，來測定地面兩點間的高差，由已知點的高程推算出未知點的高程。

水準測量所用的儀器是水準儀、水準尺和尺墊。水準儀主要由三部分組成：望遠鏡、水準器和基座。

水準儀的使用包括儀器的安置、粗略整平、瞄準水準尺、精確整平和讀數(shù)等五個操作步驟。

水準測量的外業(yè)工作水準測量的實測方法是：首先設(shè)置水準點，水準點有永久點和臨時點兩種；其次，布設(shè)水準路線，水準路線布設(shè)形式有閉合水準路線、附合水準路線和支水準路線三種；布設(shè)好水準路線后，進行水準連續(xù)測量的實測，在實測中對于每一測站都要做測站檢核。測站檢核方法有兩種，變更儀器高法和雙面尺法。當一測站檢核合格后，方可遷站進行下一測站測量。

水準測量的內(nèi)業(yè)工作：當水準測量的外業(yè)工作完成，經(jīng)檢查數(shù)據(jù)符合各項限差要求后，可進行水準測量的內(nèi)業(yè)成果整理和計算，首先進行高差閉合差的計算，符合限差要求后，進行高差閉合差的調(diào)整，最后進行高程的計算。

水準測量誤差包括儀器誤差、觀測誤差和外界條件的影響等三個方面。

水準儀在使用前要進行檢驗與校正，檢驗與校正的主要項目是：圓水準器的檢驗和校正；十字絲的檢驗和校正；水準管軸平行于視準軸的檢驗和校正。

精密水準儀的構(gòu)造和使用。

自動安平水準儀的構(gòu)造和使用。

電子水準儀及電子水準儀測量。

習題與思考題

1．進行水準測量時，設(shè)A點為后視點，B點為前視點，A點的高程為20．016　m。測得后視水準尺讀數(shù)為1．124　m，前視水準尺讀數(shù)為1．428　m，問A、B兩點的高差hAB是多少？B點比A點高還是低？B點高程是多少？并繪圖說明。

2．水準儀由哪些主要部分組成？各起什么作用？

3．何謂視準軸？何謂視差？產(chǎn)生視差的原因是什么？怎樣消除視差？

4．轉(zhuǎn)點在水準測量中起什么作用？

5．何謂水準路線？何謂高差閉合差？如何計算容許的高差閉合差？

6．如圖2－49所示，為一閉合水準路線。BM．A為已知高程的水準點，BM．1、BM．2、BM．3為高程待定水準點，各點間的路線長度、測站數(shù)、高差實測值及已知點高程如圖所示。試按水準測量精度要求，進行閉合差的計算與調(diào)整，最后計算各待定水準點的高程。（要求列表計算）

圖2－49　閉合水準路線略圖

7．水準測量有哪些誤差來源？進行水準測量時，有哪些注意事項？

8．水準儀有哪幾條軸線？它們之間應(yīng)滿足什么條件？

9．對一水準儀進行水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正。首先將儀器放在相距80　m 的A、B兩點中間，用兩次儀器高法測得A、B兩點的高差為h1＝＋0．310　m，然后將儀器移至A點附近，測得A、B兩點的尺讀數(shù)為a2＝1．527　m，b2＝1．245　m。試問經(jīng)檢驗水準管軸是否平行于視準軸？如不平行，應(yīng)如何校正？

10．精密水準儀有什么特點？

11．自動安平水準儀有什么特點？如何使用？

12．電子水準儀有什么特點？如何使用？