水准仪经纬仪原理及使用方法.docx

水准仪经纬仪原理及使用方法.docx

《水准仪经纬仪原理及使用方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水准仪经纬仪原理及使用方法.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

水准仪经纬仪原理及使用方法

水准测量

基本知识

1.水准测量原理

工程上常用的高程测量方法有几何水准测量、三角高程测量、GPS测高及在特定对象和条件下采用的物理高程测量，其中几何水准测量是目前高程测量中精度最高、应用最普遍的测量方法。

如图2-1所示，设在地面A、B两点上竖立标尺（水准尺），在A、B两点之间安置水准仪，利用水准仪提供一条水平视线，分别截取A、B两点标尺上读数a、b，显然

A、B两点的高差hAB可写为

A点高程HA已知，求出B点高程

我们规定A点水准尺读数a为后视读数，B点水准尺读数b为前视读数。

图2-1

如果A、B两地距离较远时，可以用连续水准测量的方法。

中间可设置转点TP（临时高程传递点，须放置尺垫），如图2-2所示

，

，……，

。

于是，可以求得A、B之间的高程差

B点高程

.

图2-2

2.水准仪介绍：

水准仪是提供水平视线的仪器，按精度分，水准仪通常有DS05、DS1、DS3等几种。

其中“D”和“S”分别为“大地”和“水准仪”首字汉语拼音的首字母，而下标是仪器的精度指标，即每千米测量中的偶然误差（以mm为单位）。

目前常用的水准仪从构造上可分为两大类：

利用水准管来获得水平视线的“微倾式水准仪”和利用补偿器来获得水平视线的“自动安平水准仪”。

此外，还有一种新型的水准仪——“电子水准仪”，它配合条形码标尺，利用数字化图像处理的方法，可自动显示高程和距离，使水准测量实现了自动化。

水准仪主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。

（1）DS3微倾式水准仪

1.仪器介绍

图2-3DS3微倾式水准仪

1-物镜：

2-目镜；3-调焦螺旋；4-管水准器；5-圆水准器；

6-脚螺旋；7-制动螺旋；8-微动螺旋；9-微倾螺旋；10-基座

2.DS3微倾式水准仪的使用

（1）安置水准仪

在测站上松开架腿的蝶形螺旋，按需要调整架腿的长度，将螺旋拧紧。

将三脚架张开，使架头大致水平，并将架脚的脚尖踩入土中。

然后把水准仪从箱中取出，将其固连在三脚架上。

（2）认识水准仪

指出仪器各部件的名称，了解其作用并熟悉其使用方法；同时弄清水准尺的分划与注记。

（3）粗略整平水准仪

按“左手拇指规则”，先用双手同时反向旋转一对脚螺旋，使圆水准器气泡移至中间，再转动另一只脚螺旋使气泡居中。

通常需反复进行。

（4）瞄准水准尺

瞄准水准尺的步骤是：

转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰；松开水平制动螺旋，转动望远镜，通过望远镜上的缺口和准星初步瞄准水准尺，固定水平制动螺旋；转动物镜对光螺旋，使水准尺分划清晰；旋转水平微动螺旋，使水准尺影像的一侧靠近于十字丝竖丝（便于检查水准尺是否竖直）；眼睛略作上下移动，检查十字丝与水准尺分划像之间是否有相对移动（视差）；如果存在视差，则重新进行目镜与物镜对光，消除视差。

（5）精确整平水准仪

转动微倾螺旋，使符合水准器气泡两端的像吻合。

注意微倾螺旋转动方向与符合水准管左侧气泡移动方向的一致性。

（6）读数

用十字丝中丝在水准尺上读取4位读数。

读数时，先估读毫米数，然后按米、分米、厘米及毫米一次读出。

（2）自动安平水准仪

自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于：

自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。

1．视线自动安平的原理

当圆水准器气泡居中后，视准轴仍存在一个微小倾角α，在望远镜的光路上安置一补偿器，使通过物镜光心的水平光线经过补偿器后偏转一个β角，仍能通过十字丝交点，这样十字丝交点上读出的水准尺读数，即为视线水平时应该读出的水准尺读数。

由于无需精平，这样不仅可以缩短水准测量的观测时间，而且对于施工场地地面的微小震动、松软土地的仪器下沉以及大风吹刮等原因，引起的视线微小倾斜，能迅速自动安平仪器，从而提高了水准测量的观测精度。

2．自动安平水准仪的使用

自动安平水准仪的使用方法较微倾式水准仪简便。

安置仪器后，只需用脚螺旋使圆水准气泡居中，完成仪器的错略整平，即可用望远镜照准水准尺直接读数。

由于补偿器有一定的补偿范围，所以使用自动安平水准仪时，要防止补偿器贴靠周围的部件，保证其处于自由悬挂状态。

有的仪器在目镜旁有一按钮，它可以直接触动补偿器。

读数前可轻按此按钮，以检查补偿器是否处于正常工作状态，也可以消除补偿器轻微的贴靠现象。

如果每次触动按钮后，水准尺读数变动后又能恢复原有读数，则表示工作正常。

如果仪器上没有这种检查按钮，则可用脚螺旋使仪器数轴在视线方向稍作倾斜，若读数不变则表示补偿器工作正常。

由于要确保补偿器处于工作范围内，使用自动安平水准仪时应特别注意圆水准器的气泡居中。

2.3电子水准仪简介

电子水准仪的主要优点是：

（1）操作简捷，自动观测和记录，并立即用数字显示测量结果。

（2）整个观测过程在几秒钟内即可完成，从而大大减少观测错误和误差。

（3）仪器还附有数据处理器及与之配套的软件，从而可将观测结果输入计算机进入后处理，实现测量工作自动化和流水线作业，大大提高功效。

1．电子水准仪的观测精度

电子水准仪的观测精度高，如瑞士徕卡公司开发的NA2000型电子水准仪的分辨力为0.1mm，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为2.0mm；NA3003型电子水准仪的分辨力为0.01mm，每千米往返测得高差中

数的偶然中误差为0.4mm。

2．电子水准仪测量原理简述

与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成。

在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。

电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，在通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。

3．电子水准仪的使用（以南方电子水准仪DL301为例）

南方电子水准仪DL301为用键盘和安装在侧面的测量键来操作。

由LCD显示器显示给使用者，并显示测量结果和系统的状态。

观测时，电子水准仪在人工完成安置与粗平、瞄准目标（条形编码水准尺）后，按下测量键后约3～4秒既显示出测量结果。

其测量结果可贮存在电子水准仪内或通过电缆连接存入机内记录器中。

另外，观测中如水准标尺条形编码被局部遮挡＜30％，仍可进行观测。

各键功能说明

键符

键名

功能

REC

记录键

记录测量数据。

SET

设置键

进入设置模式，设置模式是用来设置测量参数、条件参数和仪器参数。

MENU

菜单键

进入菜单模式，菜单模式有下列选择项:

标准测量模式、线路测量模式、检校模式、数据管理和格式化内存／数据卡。

SRCH

查询键

用来查询和显示记录的数据。

IN／SO

中间点／

放样模式键

在连续水准线路测量时，测中间点或放样。

DIST

测距键

测量并显示距离。

MANU

手工输入键

当不能用[MEAS]键进行测量时，可从键盘手工输入数据。

▲▼

选择键

用来翻页菜单屏幕或数据显示屏幕。

►◄

数字移动键

查询数据时的左右翻页或字母符号输入状态时左右选择。

REP

重复测量键

在连续水准线路测量时,可用来重测已测过的后视或前视。

ESC/C

退出/清除键

用来退出菜单模式或任一设置模式，也可作输入数据时的后退清除键。

0～9

数字键

用来输入数字

●（▼）

数字、符号、

字母输入键

在可输入字母或符号时,切换大小写字母和符号输入状态。

－

标尺倒置

模式

用来进行倒置标尺输入，并应预先在测量参数下，将倒置标尺模式设置为‘使用’。

ENT

输入键

用来确认模式参数或输入显示的数据

MEAS

测量键

用来进行测量

POWER

电源开关键

仪器开机与关机

★

背光灯开关

打开或关闭背光灯

使用方法：

应使用配套的E型铝制三脚架或宽框三脚架，或球头铝制三脚架。

1.伸缩三脚架三条腿到合适的长度，并拧紧腿部中间部分固定螺帽。

2.固紧三脚架头上的六角螺母，使三脚架腿不致于太松。

将三脚架安置在给定点上，张开三脚架，使腿的间距约一米或脚架张角能保证三脚架稳定，先固定一个脚，再动其他二个脚使水准仪大致水平，如有必要可再伸缩三脚架腿的长度。

3.将三脚架腿踩入地面内使其固定在地面上。

将仪器安装到三脚架头上

从仪器箱内小心取出仪器并安置到三脚架头上

1.将三脚架中心螺旋对准仪器底座上的中心，然后旋紧脚架上的中心螺旋直到将仪器固定在三架头上。

2.如果需要用水平度盘测定角度或设定一条线，则须用垂球将仪器精确地对中。

3.利用三个脚螺旋使圆水准器气泡居中，即置平仪器，若使用球头三脚架，则应先轻轻松开脚架中心螺旋，然后将仪器围绕三脚架头顶部转动使圆水准器泡居中，当气泡位于圈内即可旋紧脚架上的固定螺母。

安置仪器在给定点上（对中）

当仪器用于测角或定线，则该仪器必须用垂球精确安置在给定点上。

1.将垂球钩挂在三脚架中心螺旋的垂球架上。

2.然后将垂球线挂到垂球上，用滑动装置调节线的长度使垂球位于合适的高度上。

3.如果仪器未对准给定点，可将仪器移动到该点上，而无须改变三脚架腿与架头之间的关系。

首先将三脚架大致安置到给定点上，使垂球偏离该点约在lcm以内，握住三脚架的两条腿，相对于第三条腿进行调节，使架头水平、高度适当，架腿张开合适可触及地面。

4.最后一边观察垂球和架头一边将每条架腿踩入地面内。

5.略微松开三脚架中心螺旋，在架头上轻轻移动仪器，使垂球正好对准给定点，然后将三脚架中心螺旋旋紧。

整平仪器

1.转动离圆水准器最远的两个脚螺旋，使圆水准器气泡位于和上述两个脚螺旋中心连线的垂线上（如下图所示2.然后旋转第三个脚螺旋，使气泡居中

如果气泡仍未严格居中，则应从头开始重复上述操作注:

整平过程中不要触动望远镜

调节目镜

在测量操作之前，必须根据操作员的视力对望远镜目镜进行调节

1.首先，按反时针方向旋转目镜调节环，此时十字丝可能变得模糊不清。

2.然后，按顺时针方向慢慢旋转目镜环，直到十字丝清晰可见。

照准与调焦

1.将望远镜对准标尺，观察提手把上的粗瞄器，使三角形标志的顶点对准标尺（如图所示）

2.其次，任意方向旋转调焦螺旋直到看清标尺。

3.最后，用水平微动螺旋精确照准标尺，详情见“标尺的调焦与照准”

注:

一旦水准仪已经调焦且瞄准标尺，即可一边左、右移动眼睛一边通过望远镜观察，按理此时十字丝和标尺之间不会出现偏离，若有偏离（视差），则应仔细调焦仪器或调节目镜，以使消除调焦误差。

经纬仪的认识与使用

基本知识

1.角度测量原理

角度测量包括水平角测量和竖直角测量。

（1）水平角定义

　　从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角，称为水平角。

其范围：

顺时针0°～360°。

如图所示，B点到A、C两目标的方向线AB和AC在某水平面上的垂直投影B1C1和B1A1的夹角∠C1B1A1即为水平角β。

由此可见，地面上任意两直线间的水平夹角，就是通过两直线所作铅垂面间的两面角。

（2）竖直角定义

　　在同一竖直面内，目标视线与水平线的夹角，称为竖直角。

其范围在0°～±90°之间。

如图当视线位于水平线之上，竖直角为正，称为仰角（α>0）；反之当视线位于水平线之下，竖直角为负，称为俯角（α<0）。

2.光学经纬仪

经纬仪是用于角度测量的仪器。

所谓光学经纬仪，主要指其度盘和读数系统是采用玻璃制成的。

我国生产的经纬仪型号用“DJ”表示，“D”，“J”分别代表“大地测量”和“经纬仪”。

紧跟其后的下标阿拉伯数字代表仪器的精度。

经纬仪的精度使用测量水平方向一个测回的中误差来表征的。

例如：

DJ6表示用此仪器测一个测回的方向中误差为6″的经纬仪型号。

工程测量常用DJ6级。

（1）光学构造

经纬仪的构造可以分为照准部、水平度盘和基座三部分，如图所示为DJ6光学

经纬仪外形。

1．照准部

照准部是指经纬仪水平度盘之上，能绕其旋转轴旋转部分的总称。

照准部主要由竖轴、望远镜、竖直度盘、读数设备、照准部水准管和光学对中器等组成。

（1）竖轴照准部的旋转轴称为仪器的竖轴。

通过调节照准部制动螺旋和微动螺旋，可以控制照准部在水平方向上的转动。

（2）望远镜望远镜用于瞄准目标。

另外为了便于精确瞄准目标，经纬仪的十字丝分划板与水准仪的稍有不同，如图3-3所示。

望远镜的旋转轴称为横轴。

通过调节望远镜制动螺旋和微动螺旋，可以控制望远镜的上下转动。

望远镜的视准轴垂直于横轴，横轴垂直于仪器竖轴。

因此，在仪器竖轴铅直时，望远镜绕横轴转动扫出一个铅垂面。

（3）竖直度盘竖直度盘用于测量垂直角，竖直度盘固定在横轴的一端，随望远镜一起转动。

（4）读数设备读数设备用于读取水平度盘和竖直度盘的读数。

（5）照准部水准管照准部水准管用于精确整平仪器。

水准管轴垂直于仪器竖轴，当照准部水准管气泡居中时，经纬仪的竖轴铅直，水平度盘处于水平位置。

（6）光学对中器光学对中器用于使水平度盘中心位于测站点的铅垂线上。

2．水平度盘

水平度盘是用于测量水平角的。

它是由光学玻璃制成的圆环，环上刻有0°～360°的分划线，在整度分划线上标有注记，并按顺时针方向注记，其度盘分划值，为1˚或30′。

水平度盘与照准部是分离的，当照准部转动时，水平度盘并不随之转动。

如果需要改变水平度盘的位置，可通过照准部上的水平度盘变换手轮，将度盘变换到所需要的位置。

3．基座

基座用于支承整个仪器，并通过中心连接螺旋将经纬仪固定在三脚架上。

基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器。

在基座上还有一个轴座固定螺旋，用于控制照准部和基座之间的衔接。

（2）读数方法

图分微尺测微器读数

度盘上小于度盘分划值的读数要利用测微器读出，DJ6型光学经纬仪一般采用分微尺测微器。

如图3-4所示，在读数显微镜内可以看到两个读数窗：

注有“水平”或“H”的是水平度盘读数窗；注有“竖直”或“V”的是竖直数窗。

每个读数窗上有一分微尺。

分微尺的长度等于度盘上1˚影像的宽度，即分微尺全长代表1˚。

将分微尺分成60小格，每1小格代表1′，可估读到0.1′，即6″。

每10小格注有数字，表示10′的倍数。

读数时，先调节读数显微镜目镜对光螺旋，使读数窗内度盘影像清晰，然后，读出位于分微尺中的度盘分划线上的注记度数，最后，以度盘分划线为指标，在分微尺上读取不足1˚的分数，并估读秒数。

如图3-4所示，其水平度盘读数为164˚06′36″，竖直度盘读数为86˚51′36″。

2.电子经纬仪

电子经纬仪与光学经纬仪的根本区别在于它用微机控制的电子测角系统代替光学读数系统。

其主要特点是：

（1）使用电子测角系统，能将测量结果自动显示出来，实现了读数的自动化和数字化。

（2）采用积木式结构，可与光电测距仪组合成全站型电子速测仪，配合适当的接口，可将电子手簿记录的数据输入计算机，实现数据处理和绘图自动化。

1．电子测角原理简介

电子测角仍然是采用度盘来进行。

与光学测角不同的是，电子测角是从特殊格式的度盘上取得电信号，根据电信号再转换成角度，并且自动地以数字形式输出，显示在电子显示屏上，并记录在储存器中。

电子测角度盘根据取得电信号的方式不同，可分为光栅度盘测角、编码度盘测角和电栅度盘测角等。

2．电子经纬仪的性能简介

电子经纬仪采用光栅度盘测角，水平、垂直角度显示读数分辨率为1″，测角精度达2″。

DJD2装有倾斜传感器，当仪器竖轴倾斜时，仪器会自动测出并显示其数值，同时显示对水平角和垂直角的自动校正。

仪器的自动补偿范围为±3′。

3．电子经纬仪的使用（以DZJ5为例）

DZJ5电子经纬仪使用时，首先要在测站点上安置仪器，在目标点上安置反射棱镜，然后瞄准目标，最后在操作键盘上按测角键，显示屏上即显示角度值。

1.提把固定镙钉

2.调焦手轮

3.分划板座

4.目镜座

5.目镜罩

6.垂直微动手轮

7.垂直制动手轮

8.键盘

9.光学对中器

10.三角底板

11、脚螺旋

12、圆水泡

13、基座固定把

14、液晶显示器

15、测距仪接口

16、横轴中心标记

17、粗瞄器座

18、提把

19、粗瞄器

20、照准部

21、物镜

22、电子手簿接口注1

23、长水泡改正镙钉

24、三角座

25、圆水泡改正螺钉

26、水平制动手轮

27、水平微动手轮

28、电池盒

29、长水泡

30、分划板照明转换手轮

安放仪器

摆好三脚架，仪器放在三脚架上，拧紧中心螺旋。

圆水泡整平

旋转三个脚螺旋（图一、11），使气泡居中。

（如图五）

长水泡整平

使长水泡（图一、29）与任意二个脚螺旋连线平行（如图六），旋转这二个脚螺旋使气泡居中。

把长水泡转90°，与上述二个脚螺旋连线垂直，旋转第三个脚螺旋，使气泡居中。

重复上述步骤，使仪器全周转动时，长气泡居中（允许偏离中心1/4格）。

光学对中

轻轻松开中心螺旋，平移仪器，使地面目标与光学对中器（图一、9）分划板中心重合（如图七）。

然后拧紧中心螺旋。

检查长水泡居中

按6.3方法检查长水泡，如发现气泡偏离中心，依上述步骤精确整平长水泡居中。

即准备工作完成。

视距丝测距

利用望远镜中分划板上的视距丝读取标尺上的读数L，用L乘以仪器的乘常数100，即为仪器和标尺实际距离（如图八）。

具体键盘操作方法参加说明书