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1、2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,1,大坝变形观测 第3章 变形监测的常用仪器 主讲教师：高飞 2008年4月,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,2,第3章 变形监测的常用仪器 3.1 精密水准仪和数字水准仪 3.2 精密经纬仪和电子经纬仪 3.3 精密距离测量仪器和全站仪,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,3,3.1 精密水准仪和数字水准仪,精密水准仪和数字水准仪（又称电子水准仪）是进行国家一、二等水准测量及建（构）筑物沉降变形监测的主要仪器。 精密水准仪系指DS05及DS
2、1级水准仪，它可在-25+45条件下正常工作，其精度分别能达到每公里往返测高差中数的中误差小于0.5mm及1mm。 数字水准仪的精度最高可达每公里往返测高差中误差小于0.3mm。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,4,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造,（1）具有高灵敏度的水准器 就是说，水准器的分划值要小。但应注意水准器灵敏度逾高，置中逾困难。因此采用分划值最小的水准器并不永远是有利的。一般精密水准仪都采用分划值为510的水准器。 我国现在用于一、二等水准测量的蔡司Ni004水准仪、威特N3水准仪及靖江S1水准仪，
3、其水准器的分划值都在10/2mm左右。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,5,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造 （1）具有高灵敏度的水准器,（2）望远镜的性能必须很好 一般采用内对光式，为了使水准尺的构象有足够的亮度，物镜有效孔径应50mm。 为了提高照准精度，对用于一等水准测量的水准仪要求放大率不小于44倍，对用于二等水准测量的水准仪要求放大率不小于40倍。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,6,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造 （1
4、）具有高灵敏度的水准器 （2）望远镜的性能必须很好,（3）水准仪结构必须坚固 特别要求视准轴与水准管轴之间的联系要保持稳定，当外界稳度变化时要求影响为最小。故某些水准仪中望远镜筒和水准器套均用因瓦铸件构成，并共同装在一个附有绝热层的金属套筒内(如蔡司Ni004水准仪)。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,7,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造 （1）具有高灵敏度的水准器 （2）望远镜的性能必须很好 （3）水准仪结构必须坚固,（4）精密水准仪必须装有平行玻璃板测微器 平行玻璃板测微器的最小直接读数要求0.1mm，它由平
5、行玻璃板、测微尺，传动杆和测微螺旋等构件组成。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,8,平行玻璃板测微器,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,9,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的构造特点 （1）具有高灵敏度的水准器 （2）望远镜的性能必须很好 （3）水准仪结构必须坚固 （4）精密水准仪必须装有平行玻璃板测微器,（5）水准仪的脚架必须坚固稳定 精密水准仪要求采用不能伸缩的固定脚架,脚架高度一般不低于1.5m。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,10,3
6、.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造,2精密水准仪的类型 我国精密水准测量中最常用的精密水准仪有威特（Wild）N3精密水准仪、蔡司（Zeiss）Ni004高精度水准仪、Koni007 自动安平水平仪，及我国江苏靖江生产的DS1级精密水准仪等。 经检测得： wild N3 每公里往返测高差中误差0.3mm Zeiss Ni004 每公里往返测高差中误差0.4mm Zeiss Koni007 每公里往返测高差中误差0.8mm 靖江 S1 每公里往返测高差中误差1.0mm,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,11,3.1 精密
7、水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造,2精密水准仪的类型,3.1 精密水准仪和数字水准仪,这些仪器的测量精度是由多段往返测量高差不等值（）计算的。公式为：,式中：测段往返测高差不符值；R一测段长(Km）; n测段数.,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,12,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造,2精密水准仪的类型,3.1 精密水准仪和数字水准仪,例如：瑞士威特（Wild）N3精密水准仪,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,13,3.1 精密水准仪和数字水准仪
8、,一、精密水准仪 1精密水准仪的特点和构造,2精密水准仪的类型,3精密水准尺 精密水准仪均附有配套的精密水准尺，水准尺本身的误差将直接影响它所测定的高程，使高程受到系统性的误差影响。 因此，对精密水准尺必须提出较高的要求。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,14,精密水准尺的主要特点： 当空气湿度变化时，水准尺本身的长度必须稳定或变化极小； 水准尺的分划必须十分正确和精密，分划的偶然误差和系统误差均应很小； 水准尺在构造上必须保证全长笔直，并不易发生弯曲变形； 水准尺上必须附有圆水准器，在观测过程中持尺者借以保持水准尺的垂直位置； 水准尺的底部都必须钉上
9、坚固耐磨的钢板，使其不易磨损。,一、精密水准仪 3精密水准尺,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,15,一、精密水准仪 3精密水准尺,精密水准尺的构造： 精密水准尺一般都是制成线条式的，在木制的尺身中间做成尺槽。槽内安装一条厚1mm，宽26mm的因瓦带，带的下端固定在水准尺金属地板上，上端使用一定拉力的弹簧通过穿过圆柱轴的杠杆拉紧，这样可以保持因瓦带的长度不受木制尺身长度的伸缩的影响，尺的分划线刻在因瓦带上，而注记的数字则印在因瓦带两旁的木制尺面上。 根据不同的刻划注记方法，精密水准尺分为基辅分划尺和奇偶分划尺两种。,2018年10月26日星期五,合肥工业
10、大学 土木与水利工程学院测量教研室,16,一、精密水准仪 3精密水准尺,（1）基辅分划尺（图a) 基辅分划尺的分划值为1cm。因瓦合金带尺上有两排分划，右边一排数字注记从0cm至300cm，称为基本分划；左边一排数字注记从300cm至600cm，称为辅助分划。在尺子的同一高度上，基本分划和辅助分划的读数相差一个常数K（K=3.01550m），称为基辅差。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,17,一、精密水准仪 3精密水准尺,（2）奇偶分划尺 其分划值为0.5cm。因瓦合金带上两排刻划中左边一排为奇数值，右边一排为偶数值，故称为奇偶分划尺。 在木质尺身的右
11、边注记为米数，左边注记为分米数。因该尺1cm分划的实际间隔仅为5mm，即尺面值为实际长度的2倍，所以用此水准尺观测时，高差的计算值须除以2才是实际高差值。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,18,4精密水准仪的使用 (粗平、瞄准、精平、读数）,读数为1.48+0.00655=1.48655m,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,19,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 二、数字水准仪和条码水准尺,数字水准仪(digital level)是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测器(CCD阵列)等部件，采用
12、条形码分划水准尺(coding level staff)和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理的一体化水准测量系统。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,20,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,21,与光学水准仪相比，数字水准仪的特点是：,用自动电子读数代替人工读数，不存在读错、记错等问题，没有人为读数误差； 精度高，多条码（等效为多分划）测量，削弱标尺分划误差，自动多次测量，削弱外界环境变化的影响； 速度快、效率高，实现自动记录、检核、处理和存储，可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的内外业一体化。
13、 数字水准仪一般是设置有补偿器的自动安平水准仪，当采用普通水准尺时，数字水准仪又可当作普通自动安平水准仪使用。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,22,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 二、数字水准仪和条码水准尺,1数字水准仪的原理 数字水准仪的关键技术是自动电子读数和数据处理系统，其基本原理主要有三类。 （1）瑞士徕卡（Leica）NA系列采用的相关法； （2）德国蔡司（Zeiss）DINI系列采用的几何法； （3）日本拓普康DL系列采用的相位法等。,上述三种方法各有其特点,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测
14、量教研室,23,各种数字水准仪,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,24,3.1 精密水准仪和数字水准仪,一、精密水准仪 二、数字水准仪和条码水准尺,1数字水准仪的原理 例如：瑞士徕卡（Leica）NA3003采用的相关法；,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,25,当用望远镜照准标尺并调焦后，标尺上的条形码影像入射到分光镜上； 分光镜将其分为可见光和红外光两部份：可见光影像成像在分划板上，供目视观测；红外光影像成像在CCD(charge-coupled device电荷耦合器件)线阵光电探测器上(探测器长约6.5mm
15、，由256个口径为25m的光敏二极管组成，一个光敏二极管就是线阵的一个像素)。,1数字水准仪的原理 例如：瑞士徕卡（Leica）NA3003采用的相关法,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,26,探测器将接收到的光图像先转换成模拟信号，再转换为数字信号传送给仪器的处理器，通过与机内事先存储好的标尺条形码本源数字信息进行相关比较； 当两信号处于最佳相关位置时，即可获得水准尺上的水平视线读数和视距读数，最后将处理结果存储并送往屏幕显示。,1数字水准仪的原理 例如：瑞士徕卡（Leica）NA3003采用的相关法,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与
16、水利工程学院测量教研室,27,2条码水准尺 与数字水准仪配套的条码水准尺一般为因瓦带尺、玻璃钢或铝合金制成的单面或双面尺，形式有直尺和折叠尺两种，规格有1m、2m、3m、4m、5m几种，尺子的分划一面为二进制伪随机码分划线(配徕卡仪器)或规则分划线(配蔡司仪器)，其外形类似于一般商品外包装上印制的条纹码。 双面尺的另一面为长度单位的分划线，用于普通水准测量。,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,28,1990年，徕卡在世界上首次推出了第一代精密数字水准仪NA3003，现在又在NA3003的基础上推出了第二代精密数字水准仪DNA03。 其中销往中国市场的DNA03的显示界面全部为中文，同时内置了适合我国测量规范的观测程序。,3徕卡DNA03中文精密数字水准仪简介,2018年10月26日星期五,合肥工业大学 土木与水利工程学院测量教研室,29,DNA03的主要技术参数如下： 精度：0.3mm/km(采用因瓦水准尺) 最小读数：0.01mm 测距精度：1cm/20m 内存：可以存储1650组测站数据或6000个测量数据 补偿器：磁性阻尼补偿器 补偿范围：8 补偿精度：0.3 单次测量时间：3秒 GEB电池：连续测量12小时,
