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1、确确定定地地面面点点高高程程的的测测量量工工作作，称称为为高高程程测测量量。高高程程测测量量按按使使用用的的仪仪器器和和施施测测方方法法精精度度要要求求的的不不同同，主主要要有有水水准准测测量量、三三角角高高程程测测量量、气气压压高高程程测测量量和和GPS测测量量等等。在在工工程程建建设设中中进进行行高高程程测测量量主主要要用用水水准测量的方法。准测量的方法。第第2章章水水准准测测量量本章学习目标本章学习目标通过本章学习通过本章学习,应了解水准测量原理和水准仪基本构应了解水准测量原理和水准仪基本构造造;掌握掌握DS3水准仪的使用方法、水准测量的施测方法和水准仪的使用方法、水准测量的施测方法和内
2、业计算；能够进行内业计算；能够进行DS3水准仪的基本检验和校正；了解水准仪的基本检验和校正；了解水准测量的误差影响及消减的方法。水准测量的误差影响及消减的方法。 2.1 2.1 水准测量原理水准测量原理1.1.水准测量概念水准测量概念 水水准准测测量量是是运运用用水水准准仪仪所所提提供供的的水水平平视视线线来来测测定定两两点点间间的的高高差差，根根据据某某一一已已知知点点的的高高程程和和两两点点间间的的高高差差，计计算算另另一待定点的高程。一待定点的高程。2水准测量的原理水准测量的原理当当A A、B B两两点点间间距距离离较较远远或或高高差差较较大大时时，必必须须设设置置多多个个测测站站才才能
3、能测测定定出出高高差差。由由图图2-22-2可知可知图中的立尺点称为转点图中的立尺点称为转点，是测量过程中临时选定的，在确定，是测量过程中临时选定的，在确定B点点的高程工作中，转点起到传递高程的作用。此时的高程工作中，转点起到传递高程的作用。此时（2-4）图22分段水准测量2.2水准测量的仪器和工具水准测量的仪器和工具 进行水准测量的仪器是水准仪，所用的测量工具是水进行水准测量的仪器是水准仪，所用的测量工具是水准尺和尺垫。准尺和尺垫。1 1水准仪系列及功能水准仪系列及功能水水准准仪仪按按测测量量精精度度分分为为 , , 。“D”D”，“S”“S”分分别别是是“大大地地测测量量”、“水水准准仪仪
4、”的的汉汉语语拼拼音音的的第第一一个个字字母母。下下标标数数字字表表示示这这些些型型号号的的仪仪器器每每公公里里往往返返测测高高差差中中数数的的中中误误差差，以以毫毫米米为为单单位位。型型属属于于精精密密水水准准仪仪，型型主主要要用用于于国国家家一一、二二等等水水准准和和精精密密工工程程测测量量，型型主主要要用用于于国国家家二二等等水水准准和和精精密密工工程程测测量量。型型为为普普通通水水准准仪仪，可可用用于于一一般般工工程程建建设设测测量量、国国家家三三四四等等水水准准测测量量，是是目目前前工工程上使用最普遍的一种。程上使用最普遍的一种。按水准仪结构分类，目前主要有微倾式水准仪、自动安平水准
5、仪按水准仪结构分类，目前主要有微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪和电子水准仪3 3种。本节介绍型微倾式水准仪的基本构造。种。本节介绍型微倾式水准仪的基本构造。2.2.水准仪结构及各部件功能水准仪结构及各部件功能水水准准仪仪主主要要由由望望远远镜镜、水水准准器器、基基座座和和三三脚脚架架组组成成。仪仪器器主主要要部部件的名称如图件的名称如图2-32-3所示。所示。1、物镜；2、物镜对光螺旋；3、水平微动螺旋；4、水平制动螺旋；5、微倾螺旋；6、脚螺旋；7、水准管观测窗；8、水准管；9、圆心准器；10、圆心准器校正螺旋；11、目镜及目镜对光螺旋；12、三脚架图23DS3水准仪21望远镜望远镜
6、望望远远镜镜是是用用来来精精确确瞄瞄准准远远处处目目标标的的。望望远远镜镜由由物物镜镜、目目镜镜、十十字字丝丝和和对对光光镜镜筒筒构构成成（图图2-4）。物物镜镜和和目目镜镜采采用用多多块块透透镜镜组组合合而而成成，对对光光透透镜镜由由单单块块透透镜镜或或多多块块透透镜镜组组合合而而成成。转转动动物物镜镜对对光光螺螺旋旋即即可可带带动动对对光光透透镜镜在在望望远远镜镜筒筒内内前前后后移移动动，使使物物像像清清晰晰地地反反映映到到十十字字丝丝平平面面上上。转转动动目目镜镜对对光光螺螺旋旋，使使十十字字丝丝像像清清晰晰图2-41、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
7、、目镜调焦螺旋；22水准器水准器水准器是供整平仪器用的。水准器分为圆水准器和水准管两种。水准器是供整平仪器用的。水准器分为圆水准器和水准管两种。圆圆水水准准器器如如图图2-5所所示示，圆圆水水准准器器是是一一封封闭闭的的玻玻璃璃圆圆盒盒，顶顶面面的的玻玻璃璃内内表表面面研研磨磨成成球球面面，球球面面的的正正中中刻刻画画有有圆圆圈圈。圆圆圈圈的的中中心心称称为为零零点点，通通过过零零点点的的法法线线，称称为为圆圆水水准准轴轴。当当气气泡泡居居中中时时，圆圆水水准准轴轴就就处处于于铅铅垂垂位位置置。指指示示仪仪器器的的竖竖轴轴也也处处于于铅铅垂垂位位置置。圆圆水水准准器器的的气气泡泡每每移移动动2
8、mm，圆圆水水准准轴轴相相应应倾倾斜斜的的角角度度，称为圆水准器分划值，称为圆水准器分划值，一般为一般为。由于圆水准器的精由于圆水准器的精度低，只适用于仪度低，只适用于仪器粗略整平之用器粗略整平之用。图25圆水准器水准管水准管的玻璃管内壁为圆弧（图2-6），圆弧中点称为水准管的零点，通过零点与内壁圆弧相切的直线称为水准管轴（图中LL轴线）。水准管气泡居中时，水准管轴处于水平位置。水准管内壁弧长2mm所对的圆心角值，称为水准管的分划值。级水准仪的水准管分划值为。水准管分划值越小，水准管的灵敏度越高。因此，水准管的精度比圆水准器的精度高，适用于仪器精确整平。图2-6水准管为了提高判别水准管气泡居中
9、的准确度，在水准管的上方设为了提高判别水准管气泡居中的准确度，在水准管的上方设置一组符合棱镜（图置一组符合棱镜（图2-7），借棱镜组的反射将气泡两端的半像），借棱镜组的反射将气泡两端的半像反映在望远镜旁边的观察窗内。图反映在望远镜旁边的观察窗内。图2-7b是水准管气泡不居中，水是水准管气泡不居中，水准管两端的影像错开，这时可转动微倾螺旋（右手大姆指旋转微准管两端的影像错开，这时可转动微倾螺旋（右手大姆指旋转微倾螺旋方向与左侧半气泡影像的移动方向一致），以使水准管连倾螺旋方向与左侧半气泡影像的移动方向一致），以使水准管连同望远镜沿竖向作微小转动达到水准管气泡居中，此时两端的影同望远镜沿竖向作微小
10、转动达到水准管气泡居中，此时两端的影像吻合（图像吻合（图2-7a）。）。这种设有微倾螺旋的水准仪称为微倾式水准这种设有微倾螺旋的水准仪称为微倾式水准仪。仪。23基座及三脚架基座及三脚架 基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，由基座承托，旋紧中心螺旋，使仪器与三脚架相连接。三座内，由基座承托，旋紧中心螺旋，使仪器与三脚架相连接。三脚架由木质（或金属）制成，脚架一般可伸缩，便于携带及调整脚架由木质（或金属）制成，脚架一般可伸缩，便于携带及调整仪器高度仪器高度。3水准尺水准尺水水准准尺尺是是水水准准测测量量的的重重要要工工具
11、具（图图2-8），它它是是用用优优质质木木料料或或塑塑料料制制成成。水水准准尺尺的的零零点点一一般般在在尺尺的的底底部部，尺尺的的刻刻划划是是黑黑（红红）白白相相间间，每每格格是是1cm或或0.5cm，每每分分米米处处均均注注数数字字。超超过过1m有有的的加加注注红红点点，如如有有2个个红红点点表表示示整整米米数数为为2m；有有的的米米数数用用数数字字表表示示，如如15则则表示表示1.5m。水准尺一般分为双面水准尺和塔水准尺一般分为双面水准尺和塔尺两种。双面尺尺长尺两种。双面尺尺长3m，一面为黑一面为黑面分划，黑白相间，面分划，黑白相间，或或4.787m）。）。普通水普通水准测量用黑面读数，准
12、测量用黑面读数，三、四等水准测量用黑、三、四等水准测量用黑、红面尺读数进行校核。红面尺读数进行校核。塔尺可以伸缩，尺长一般塔尺可以伸缩，尺长一般为为5m，适用于普适用于普通水准测量。通水准测量。图28塔尺4尺垫尺垫尺尺垫垫顶顶面面是是三三角角形形或或圆圆形形，用用生生铁铁铸铸成成或或铁铁板板压压成成，中中央央有有突突起起的的半半圆圆顶顶(图图2-9)。使使用用时时将将尺尺垫垫压压入入土土中中，在在其其顶顶部部放放置置水水准准尺尺。应应用用尺尺垫垫的的目目的的是是临临时时标标志志点点位位，并并避避免免土土壤壤下下沉沉和和立立尺尺点点位位置置变变动而影响读数。动而影响读数。图29尺垫尺垫5精密水准
13、仪简介精密水准仪简介精精密密水水准准仪仪主主要要用用于于国国家家的的一一、二二等等精精密密水水准准测测量量、地地震震水水准准测测量量、大大型型桥桥梁梁的的施施工工测测量量以以及及大大型型的的机机械械安安装装测测量量等等，在在土土建建工工程程中中，也也用用于于如如房房屋屋建建筑筑物物的的沉沉降降观观测测、桩桩基基试试验验的的沉沉降降观测以及建筑构件试验的挠度观测等，应用较广。观测以及建筑构件试验的挠度观测等，应用较广。精精密密水水准准仪仪为为和和级级。级级精精度度最最高高，相相当当于于国国外外威威特特厂厂型型和和蔡蔡司司厂厂Ni004型型的的水水准准仪仪。精精密密水水准准仪仪的的望望远远镜镜放放
14、大大率率大大、亮亮度度好好，水水准准管管灵灵敏敏度度高高，仪仪器器结结构构稳稳定定，读读数数精精确确，仪仪器器密密封封性性能能好好图图2-10为为威威特特型型水水准准仪仪。望望远远镜镜放放大大率率为为42倍倍。水水准准管管分分划划值值为，平行玻璃板测微器直读为，平行玻璃板测微器直读0.1mm，估读估读0.01m图210威威特特N3型水型水准仪准仪2.3水准仪的使用水准仪的使用1水准仪的安置水准仪的安置在设测站的地方，打开三脚架，将仪器安置在三角架上，旋紧在设测站的地方，打开三脚架，将仪器安置在三角架上，旋紧中心螺旋。仪器安置高度要适中，三角架头大致水平，并将三角架中心螺旋。仪器安置高度要适中，
15、三角架头大致水平，并将三角架的脚尖踩入土中。的脚尖踩入土中。2粗略整平粗略整平粗略整平是旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，从而使仪器大致水平。转动脚螺旋使气泡居中如图2-12所示，当气泡偏离如图a的位置时，可旋转任意两个脚螺旋。两手应反向转动。例如气泡偏离左边，转动、两个脚螺旋，其转动方向按图中箭头所示方向进行，使气泡从图a所示位置转至图b所示位置。然后按箭头方向转动另一个脚螺旋使气泡向中心移动。按此方法多次进行，使气泡居中。整平工作，也可以先转动一个脚螺旋，然后转动其余的两个脚螺旋，使气泡居中。脚螺旋的转动方向与气泡的移动方向的规律是：气泡移动的方向与左手大气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的
16、方向一致。拇指转动脚螺旋的方向一致。图2-123瞄准水准尺瞄准水准尺转转动动目目镜镜对对光光螺螺旋旋，使使十十字字丝丝清清晰晰，然然后后松松开开水水平平制制动动螺螺旋旋，转转动动望望远远镜镜，利利用用望望远远镜镜上上部部的的准准星星与与缺缺口口照照准准目目标标，旋旋紧紧制制动动螺螺旋旋，再再转转动动物物镜镜对对光光螺螺旋旋，使使目目标标的的像像清清晰晰，此此时时目目标标的的像像不不完完全全在中间位置，可转动微动螺旋，对准目标。在中间位置，可转动微动螺旋，对准目标。在读数之前，将眼睛在目镜端上下（或左右）微小移动，若发在读数之前，将眼睛在目镜端上下（或左右）微小移动，若发现十字丝和物像有相对移动，眼睛分别位于现十字丝和物像有相对移动，眼睛分别位于b，a，c位置时，看到位置时，看到十字丝交点相应对着物像十字丝交点相应对着物像 的点如图的点如图2-13a，出现这样的现出现这样的现象称为视差。产生视差的原象称为视差。产生视差的原因是由于对光工作没有做好因是由于对光工作没有做好，像平面不与十字丝分划板，像平面不与十字丝分划板平面重合。要消除视差必须平面重合。要消除视差必须再次进行目镜对光（使十字
