水准仪使用原理,水准仪操作流程

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一、水准测量原理

1. 水准测量基本原理

目的：测定两点的高差

仪器：水准仪

原理：利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之间的水准尺进行观测 ，并通过其中一个点（M点）的高程推算另一个点(N点)的高程。

2. 水准测量观测方法

（1）高差法： 在M、N两点间安置水准仪，在M、N两点分别竖立水准尺，利用水准移的水平视线分别读取M点、N点上的读数a、b，则两点的高差为

a：后视读数(后视观测读数)；

b：前视读数(前视观测读数)。

M：后视点

N：前视点

（2）视线高法（单站多测法）

安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的视线高程Hi，然后分别计算出各个点的高程：

bj为第j个前视点的读数，Hj为第j个前视点的高程。

这种方法常用于路线纵断面测量。

3. 连续水准测量（路线水准测量）

应用前提：两待测点之间距离较远、高差较大，或中间有障碍。

方法：加设若干个临时立尺点（称为转点ZD），依此测定相邻两个点的高差，取各高差的代数和即得到起终两个点的高差。

则M、N两点的高差为

4. 提高精度的观测方法

“中间法”观测：各测站前、后视线长度大致相等

二、水准仪

1. 水准仪：提供水平视线（平行大地水准面）的设备

2. 水准仪类型：

（1）微倾式水准仪

（2）自动安平水准仪

（3）电子水准仪

3. 水准仪的表示方法（国产仪器）

DSn：D表示大地测量S表示水准仪，n为数字表示仪器精度，数值n越小,表示仪器精度越高。如DS0.5,,表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或等于0.5mm。

4. 常用水准仪的等级划分及主要用途

5. 水准仪的主要结构组成

主要为三部分：

（1）望远镜 （2）水准器 （3）基座

其中望远镜为主要组成部分。下图为WILD NAK-0X型水准仪

6. 望远镜组成及其成像原理

望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个主要部分组成。

成像原理：目标经过物镜和对光凹透镜的作用，在镜筒内造成倒立、缩小的实像，通过调节对光凹透镜，就可以使像清晰地成在十字丝平面上。

（望远镜的放大倍数）

目镜的作用：放大，人眼经过目镜，可以看到目标的小实像与十字丝一起放大了的虚像。

十字丝的作用：提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴，即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时，用中间横丝截取水准尺读数。

视准轴：十字丝中央交点和物镜光心的连线 （水准仪四条轴线之一）

竖轴：望远镜底部与基座相连的轴的中心线。 （水准仪四条轴线之一）

7. 水准器

（1）水准器的用途：

衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。

（2）水准器种类：水准盒及水准管

水准盒用于粗调整平，水准管则用于精密整平。

（3）水准盒轴线：

水准盒顶面中心（水准盒零点）的球面法线（水准仪四条主要轴线之一）。

（4）水准管轴线：

过水准管圆弧中心点（水准管零点）与顶面圆弧内壁相切的直线（水准仪四条主要轴线之一）。

（5）水准器灵敏度：

用分划值表示，即当气泡移动2mm时，水准盒（管）轴相应倾斜的角度。

8. 水准尺

用途：用于水准测量的目标点观测

种类：塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的，塔尺一般长3米，由三节组成。板尺一般2米。

水准尺的刻度与标注：

精度比较：板尺精度高于塔尺。

用 途：板尺一般常用于三、四等水准测量，而塔尺则用于等外水准测量。

使用注意事项：使用前应认清尺子刻划线与数字之间的位置关系，是否为正、倒数字，尺底的数值。对于塔尺，当使用两节以上时应注意两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住。

三、水准仪使用方法

注意：如何辨别及消除视差？

用脚螺旋整平仪器

视差存在的根本原因：目标像和十字丝分划板不重合！！！

水准尺读数方法：

四、水准测量的实施

1. 水准点及其选择

水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）

水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。

水准点类型：永久性和临时性

水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。

1. 水准点及其选择

水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）

水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。

水准点类型：永久性和临时性

水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。

1. 水准点及其选择

水准测量必须要有已知水准点（即其高程已知的点，用BM表示，如BM0、BM1等）

水准点选择：结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。

水准点类型：永久性和临时性

水准点制成：依永久性及临时性水准点而制做。

2. 水准路线布置

附合水准路线

（3）支水准路线：从一水准点出发，沿线测量各待定点，其线路既不闭合到原来的已知点，也不附合到另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。

（4）结点水准网：由若干条单水准路线相互连接而成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。

3. 水准测量施测

（1）观测与记录：采用连续水准路线测量方法进行测量。点与点之间的距离大小取决于通视条件、读数清晰度以及保证视线在尺子范围内，一般为50~100米。注意：待测点必须要立尺观测。对每一测站分别记录后视读数及前视读数。注意：记录方法

（2）测量结果校核

1）计算校核：检查计算结果有无错误：高差计算结果；采用公式是否正确等。

2）测站校核：对每一站的观测和记录都及时地在现场进行校核。校核方法有：变动仪器高法、双面尺法或双仪器法；

3）路线校核：根据计算的闭合差，与规定的允许误差比较，判断观测精度是否合格。

平地

(L 为水准路线总长度km）

山地

(n为测站总数）

4. 水准测量的高程计算

（1）高差闭合差计算

计算闭合差及闭合差允许值，写在“路线校核”栏内。

（2）高差闭合差分配及高程计算

当导线闭合差满足技术要求时，可进行闭合差分配。分配的原则：改正数v与测站数n（或路线长度L）成正比，与闭合差反号，即

各点高程值

H0：已知点的高程，Hi为改正前的高程值。

五、水准测量的误差来源及削减措施

六、水准仪校验

1. 水准仪轴线几何关系

（1）水准盒轴平行竖轴；

（2）十字丝横丝垂直竖轴；

（3）水准管轴平行视准轴。

2. 检验方法：

（1）检验水准盒轴与竖轴是否平行： 调平水准盒气泡居中，然后旋转望远镜180度，若气泡依然居中则两轴平行。

（2）检验十字丝横轴与竖轴是否垂直： 将十字丝横丝左端对准某一目标，旋转水平微动螺旋使目标移到十字丝的右端，若目标依然位于十字丝横丝上则表明两轴垂直。

（3）检验水准管轴是否平行视准轴： 在已知高差的两点间架设仪器，并使仪器距两点之间的距离悬殊，首先在其中一个点立尺观测读数a，并根据a计算出仪器对另一点的应该读数b。然后对其进行观测读数得b’，利用b’、b及两测点之间的距离DMN可以计算出两轴线的夹角γ (单位为秒) ， 若γ 大于20秒 不平行。

七、其它用于水准测量的仪器

1.精密水准仪

光学测微器 精密水准尺

2.自动安平水准仪

自动补偿装置，补偿视准轴出现轻微倾斜带领的误差。

3.电子水准仪（数字水准仪）

分光镜和探测器 条纹编码标尺 图象处理电子系统。自动读数、记录和计算。

4.激光水准仪

激光发射器，测定激光双程走时计算两点间的距离。

5.全站测量仪

光学理论 几何理论 计算机理论 计算方法。可在一个测站上同时测角（水平角和竖直角）和测距（斜距、水平距离和高差），并能自动计算出待测点的三维坐标。

水准仪测量的原理使用步骤及方法

水准仪（英文：level）是建立水平视线测定地面两点间高差的仪器。原理为根据水准测量原理测量地面点间高差。主要部件有望远镜、管水准器（或补偿器）、垂直轴、基座、脚螺旋。按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪（又称电子水准仪）。按精度分为精密水准仪和普通水准仪。
水准仪的使用包括：水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。
1. 安置 安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。 首先打开三脚架并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开仪器箱，用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。
2. 粗平 粗平是使仪器的视线粗略水平，利用脚螺旋置圆水准气泡居于圆指标圈之中。具体方法：用仪器练习。在整平过程中，气泡移动的方向与大拇指运动的方向一致。
3. 瞄准 瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。 首先是把望远镜对向远处明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰。再松开固定螺旋，旋转望远镜，使照门和准星的连接对准水准尺，拧紧固定螺旋。最后转动物镜对光螺旋，使水准尺的清晰地落在十字丝平面上，再转动微动螺旋，使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。
4. 精平 精平是使望远镜的视线精确水平。微倾水准仪，在水准管上部装有一组棱镜，可将水准管气泡两端，折射到镜管旁的符合水准观察窗内，若气泡居中时，气泡两端的像将符合成一抛物线型，说明视线水平。若气泡两端的像不相符合，说明视线不水平。这时可用右手转动 微倾螺旋使气泡两端的像完全符合，仪器便可提供一条水平视线，以满足水准测量基本原理的要求。注意：气泡左半部分的移动方向，总与右手大拇指的方向不一致。
5. 读数 用十字丝，截读水准尺上的读数。水准仪多是倒像望远镜，读数时应由上而下进行。先估读毫米级读数，后报出全部读数。注意，水准仪使用步骤一定要按上面顺序进行，不能颠倒，特别是读数前的符合水泡调整， 一定要在读数前进行。

水准仪的实验原理

一、水准测量原理
水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。
如图所示，在地面点A、B两点竖立水准尺，利用水准仪提供的水平视线，截取尺上的读书a、b，则A、B两点间的高差hAB为：
高差等于后视读数减去前视读数。
二、计算未知点高程
1．高差法
高差法—直接利用高差计算未知点B高程的方法。
测得A、B两点间高差hAB后，如果已知A点的高程HA，
则B点的高程HB为：HB=HA+hAB
2．仪高法
仪高法—利用仪器视线高程Hi计算未知点B点高程的方法。
如图所示，B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，
即：
Hi=HA+a
HB=Hi-b
在施工测量中，有时安置一次仪器，需测定多个地面点的高程，采用仪高法就比较方便。
3．中间法
当欲测点B离已知点A较远，安置一次仪器就不可能测出它们的高差，这时，选择一条施测路线，在A、B之间加设一些转点，每相邻两点测一测站，求出它们的高差，则AB的高差即为这些高差的总和。
转点：临时立尺点，作为传递高程的过渡点。（一般转点上均需使用尺垫）
测站：每安置一次仪器，称为一个测站。
对于精度较高的测量，必须将仪器置于前后视点之间大致等距离处,利用地球曲率等距等影响的原则，使测站高差计算中自动消除曲率对前后视读数的影响，这种方法称为中间法，是精密测量中常用的方法。
2.2 水准仪和水准尺
仪器：水准仪 DS3（D—大地测量，S—水准仪，下标05、1、3、10表示每公里往、返测得高差中数的偶然中误差值）。
工具：水准尺、尺垫。
水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。
1、望远镜
两大功能：提供一条找准目标的视准轴；看清不同距离的目标。
（1）物镜和目镜
1-物镜 2-目镜 3-调焦透镜 4-十字丝分划板 5-物镜对光螺旋 6-目镜对光螺旋
（2）十字丝分划板
是为了瞄准目标和读数用的
（3）视准轴
视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线，用CC表示。
视准轴的延长线即为视线，水准测量就是在视准轴水平时，用十字丝的中丝在水准尺上截取读数的。
（4）水平制动螺旋和微动螺旋
控制望远镜水平转动。
2、水准器
（1）圆水准器
①作用：用于仪器的粗略整平；
②水准器的零点: 圆形分划圈的中心
③圆水准器轴：过零点的球面法线L′L′，称为圆水准器轴。
圆水准器轴L′L′平行于仪器竖轴VV。
④分划值：气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，一般为8′/2mm——10′/2mm，精度较低。
（2）管水准器
①作用：精确整平仪器
②水准管零点: 2mm分划线的对称中心
③水准管轴：通过零点与圆弧相切的纵向切线LL称为水准管轴。水准管轴平行
于视准轴。
④分划值：水准管上2mm圆弧所对的圆心角τ。
水准管划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20″，记作20″/2mm。
为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。
3．基座
①组成：轴座、脚螺旋、三角压板和底板。
②作用：支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。
转动脚螺旋，可调节圆水准气泡