第五章5精密水准仪

1、2021/2/71 第五章第五章 .精密水准仪及其使用精密水准仪及其使用 精密水准仪的特点精密水准仪的特点 精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点 Wild NWild N3 3精密水准仪简介精密水准仪简介 自动安平水准仪简介自动安平水准仪简介 电子数字水准仪简介电子数字水准仪简介 2021/2/72 上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容 一、一、精密测角的误差来源及影响精密测角的误差来源及影响 大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响 日出以后,大约13h;日落前3h;夜间平衡稳定 大气透明度对目标成像清晰的影响 雾大看不清 水平（旁）折光的影响 白天与黑夜影响方向相反;视线要离开障碍物

2、远些 照准目标的相位差 上午与下午影响方向相反 温度变化对视准轴的影响 采用按时间对称排列的观测程序来削弱 外界条件对觇标内架稳定性的影响 （同上） 上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容 水平度盘位移的影响水平度盘位移的影响 （照准部按规定的转动方向先预转照准部按规定的转动方向先预转1 1周周） 上半测回顺转照准部,下半测回逆转照准部 照准部旋转不正确的影响照准部旋转不正确的影响 偏心差和行差,需对镜接合读数与合理测行差 照准部水平微动螺旋作用不正确的影响照准部水平微动螺旋作用不正确的影响 最后照准时旋进微动螺旋 垂直微动螺旋作用不正确的影响垂直微动螺旋作用不正确的影响 在水平角观测时不使用垂

3、直微动螺旋照准 照准和读数误差照准和读数误差 两次照准读数、目标的背景好、两次接合读数、多余观测、 采光的位置适当、旋进测微轮读数等 2021/2/74 上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容 三轴误差及其影响三轴误差及其影响 （在一测回的观测过程中不得重新调焦在一测回的观测过程中不得重新调焦） 视准轴误差和水平轴倾斜误差在盘左、盘右读数的平均值视准轴误差和水平轴倾斜误差在盘左、盘右读数的平均值 中可以得到抵消。中可以得到抵消。 垂直轴倾斜误差不能通过盘左、盘右观测结果的平均值消垂直轴倾斜误差不能通过盘左、盘右观测结果的平均值消 除影响除影响。 削减措施:测回间重新整平仪器; 对水平方向观测值施

4、加垂直轴倾斜改正数。 度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响 各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺 的不同位置上。 2021/2/75 二、二、精密角度测量方法精密角度测量方法: :方向观测法方向观测法 （全组合法测角精度（全组合法测角精度, ,但麻烦但麻烦, ,该法已不使用）该法已不使用） 上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容 仪器仪器 二等二等三等三等四等四等 测回数测回数 J1J1 J2J2 15 9 1212 6 9 9 限限 差差 项项 目目J J1 1型型J J2 2型型 两次重合读数差两次重合读数差 半测回归零差半测回归零差 一

5、测回一测回2c2c互差互差 测回互差测回互差 1 6 9 6 3 8 13 9 三、重测和取舍观测成果应遵循的原则三、重测和取舍观测成果应遵循的原则 2021/2/76 第五章第五章 .精密水准仪及其使用精密水准仪及其使用 包括包括: :精密水准仪和因瓦合金水准尺精密水准仪和因瓦合金水准尺 气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水准仪、数字水准仪 以及相应的因瓦合金水准尺。 国产的水准仪系列:DS05、DS1、DS3、DS10; 对于自动安平水准仪在DS后加Z。 精度:每公里往返高差中数的偶然中误差 近口的精密水准仪:如:德国蔡司的Ni007,瑞士威特的N3 精密水准仪的种类很多精密水准仪的种类很

6、多 2021/2/77 一、精密水准仪的特点一、精密水准仪的特点 1.高质量的望远镜光学系统高质量的望远镜光学系统 精密水准仪的放大倍率大于40倍,物镜的孔径大于50mm。 2.坚固稳定的仪器结构坚固稳定的仪器结构 由特殊的合金钢制成,在仪器上套有起隔热作用的防护罩 3.高精度的测微器装置高精度的测微器装置 光学测微器可以读到0.lmm,估读到0.0lmm 4.高灵敏的管水准器高灵敏的管水准器 管水准器的格值为10/2mm,有倾斜螺旋装置 5.高性能的补偿器装置高性能的补偿器装置 我国水准仪系列及基本技术参数我国水准仪系列及基本技术参数 二、精密水准标尺的构造特点二、精密水准标尺的构造特点 1

7、.1.当当空气的温度和湿度发生变化时空气的温度和湿度发生变化时,水准标尺分划间的长度水准标尺分划间的长度 必须保持稳定必须保持稳定,或仅有微小的变化。或仅有微小的变化。 一般精密水准尺的分划是漆在因瓦合金带上,因瓦合金带 则以一定的拉力引张在木质尺身的沟槽中,这样因瓦合金 带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。水准标尺分划 的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上。 2.水准标尺的分划必须十分正确与精密水准标尺的分划必须十分正确与精密,分划的偶然误差和分划的偶然误差和 系统误差都应很小。系统误差都应很小。 当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8llm。 3.水准标尺在构造上应保证全长笔直水准标

8、尺在构造上应保证全长笔直,并且尺身不易发生长并且尺身不易发生长 度和弯扭等变形。度和弯扭等变形。 标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。 在水准标尺的底面钉有坚固耐磨的金属底板。 2021/2/79 二、精密水准标尺的构造特点二、精密水准标尺的构造特点(续续) 4.4.在在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置,观测时使观测时使 水准标尺保持在铅直位置。水准标尺保持在铅直位置。 5.5.为了提高对水准标尺分划的照准精度为了提高对水准标尺分划的照准精度, ,水准标尺分划的形水准标尺分划的形 式和颜色与水准标尺的颜色相协调。式和颜色与水准标尺的颜色相

9、协调。 一般精密水准标尺都为黑色线条分划,与浅黄色的尺面相 配合,有利于观测时对水准标尺分划精确照准。 有扶尺环的装置,借助竹竿等以便扶尺者使水准标尺稳定 在垂直位置。 在精密水准测量作业时,水准标尺应竖立于特制的具有一 定重量的尺垫或尺桩上。 三、三、Wild NWild N3 3精密水准仪简介精密水准仪简介 望远镜物镜的有效孔径为50mm,放大倍率为40倍,管状水 准器格值为10/2mm。N3精密水准仪与分格值为10mm的精 密因瓦水准标尺配套使用,标尺的基辅差为301.55cm。在 望远镜目镜的左边上下有两个小目镜,它们是符合气泡观 察目镜和测微器读数目镜 1望远镜目镜 2水准气泡反光镜

10、 3倾斜螺旋 4调焦螺旋 5平行玻璃板测微螺旋 6平行玻璃板旋转轴 7水平微动螺旋 8水平制动螺旋 9脚螺旋 10脚架 2021/2/711 三、三、Wild NWild N3 3精密水准仪简介精密水准仪简介( (续续) ) 转动倾斜螺旋,使符合气 泡观察目镜的水准气泡两 端符合,则视线精确水平, 此时可转动测微螺旋使望 远镜目镜中看到的楔形丝 夹准水准标尺上的148148分 划线,也就是使148分划线 平分楔角,再在测微器目 镜 中 读 出 测 微 器 读 数 653653(即6.53mm6.53mm),故水平视 线在水准标尺上的全部读 数为148.653cm148.653cm。 2021/

11、2/712 当平行玻璃板与水平视线正交时当平行玻璃板与水平视线正交时,水准标尺上读数应为在两相水准标尺上读数应为在两相 邻分划邻分划148与与149之间之间,此时测微分划上读数为此时测微分划上读数为5mm,而不是而不是0。 转动测微螺旋转动测微螺旋,平行玻璃板作前俯平行玻璃板作前俯,使水平视线向下平移与就近使水平视线向下平移与就近 的的148分划重合分划重合,这时测微分划尺上的读数为这时测微分划尺上的读数为6.50mm,而水平而水平 视线的平移量应为视线的平移量应为6.505mm,最后读数为最后读数为: a=148cm+6.50mm-5mm 即即 a=148.650cm-5mm 由上述可知由上

12、述可知,每次读数中应减去常数每次读数中应减去常数5mm,但因在水准测量但因在水准测量 中计算高差时能自动抵消这个常数中计算高差时能自动抵消这个常数,但读数、记录、计算过程但读数、记录、计算过程 中都可以不考虑这个常数。但在单向读数时就必须减去这个中都可以不考虑这个常数。但在单向读数时就必须减去这个 初始读数。初始读数。 光学测微器的测微工作原理光学测微器的测微工作原理 2021/2/713 四、自动安平水准仪简介四、自动安平水准仪简介 1测微器 2圆水准器 3脚螺旋; 4保护玻璃 5调焦螺旋 6制动扳把 7微动螺旋 8望远镜目镜 9水平度盘读数目镜 主要特征主要特征:光学补偿器自动安平光学补偿

13、器自动安平 Ni007 2021/2/714 四、自动安平水准仪简介四、自动安平水准仪简介( (续续) ) 光学补偿器光学补偿器 光学补偿器光学补偿器6是一块等腰直角是一块等腰直角 棱镜棱镜, ,用弹性薄簧片悬挂形成用弹性薄簧片悬挂形成 重力摆重力摆, ,以摆轴为中心可以自以摆轴为中心可以自 由摆动由摆动, ,在重力作用下在重力作用下, ,最后静最后静 止在与重力方向一致的位置上。止在与重力方向一致的位置上。 光学补偿器的原理光学补偿器的原理 当仪器整平时当仪器整平时,补偿棱镜在位置,使来 自水平方向的光线A转向180,最后进入 十字丝分划板横丝,此时补偿棱镜仅起转向 作用,不起补偿作用不起补

14、偿作用。当仪器向前倾当仪器向前倾,即望 远镜物镜端向下倾斜一个小角度时,望远 镜目镜随同十字分划板向上位移a,此时,补 偿棱镜产生与视准轴倾斜相反的方向摆动, 在重力的作用下最后静止在位置。当补 偿棱镜摆动最后静止在位置时,将来自水 平的光线A,经180转向后平移了距离a, 再经过转向和成像的倒置而正确地进入仪进入仪 器倾斜后的十字丝分划板横丝处器倾斜后的十字丝分划板横丝处,从而达到达到 了补偿的目的了补偿的目的。 四、自动安平水准仪简介四、自动安平水准仪简介( (续续) ) 2021/2/716 五、电子数字水准仪简介五、电子数字水准仪简介 主要特征主要特征: :由传感器识别条形码水准标尺上

15、的条形码分由传感器识别条形码水准标尺上的条形码分 划划, ,经信息转换处理获取观测值经信息转换处理获取观测值, ,并以数字形式显示或并以数字形式显示或 存储在计算机内。存储在计算机内。 观测时,经自动调焦和自动置平后,水准标尺条形码分划影 像射到分光镜上,并将其分为两部分:其一是可见光,通过十字 丝和目镜,供照准用;其二是红外光射向探测器,它将望远镜接 收到的光图像信息光图像信息转换成电信号电信号,并传输给信息处理机,与机内 原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行相关处理,从而得 出水准标尺上水平视线的读数,并在屏幕显示 。 五、电子数字水准仪简介五、电子数字水准仪简介( (续续) ) 自动数

16、字读数原理自动数字读数原理 水准标尺的伪随机条码图像已事先被存储在电子水准仪中作为 参考信号。 将CCD输出的带测量信息的一片段视频信号,经模数转换后送至 信息处理芯片与事先准备好的参考信号进行计算。 如至上而下的比较,当两信号相同时（相关系数最大）,读数就可 以确定。 由于标尺到仪器的距离不同,条码在探测器上成像的宽窄也将不 同,随之电信号的“宽窄”也将改变。于是引起上述相关的困难 采用二维相关法来解决,也就是根据精度要求以一定步距改变仪 器内部参考信号的“宽窄”,与探测器采集的测量信号相比较,如果 没有相同的两信号,则再改变,再进行一维相关, 参考信号的“宽窄”与视距是对应的,故二维相关中

17、,一维是视距, 另一维是视线高。 有相关法、几何法、相位法之分,下面介绍相关法相关法 2021/2/719 DL-301DL-301数字水准仪面板功能数字水准仪面板功能 2021/2/720 主菜单总图 2021/2/721 结束结束 谢谢谢谢! 2021/2/722 2021/2/723 威特老N3倒像 微倾式精密水准仪 2021/2/725 精密水准尺 徕卡新N3正像 精密水准仪 2021/2/726 拓普康电子水准仪拓普康电子水准仪 DL-111C 我国水准仪系列及基本技术参数我国水准仪系列及基本技术参数 技术参数项目 水准仪系列型号 S05S1S3 每公里往返平均高差中误差 望远镜放大

18、率 望远镜有效孔径 管状水准器格值 测微器有效量测范围 测微器最小分格值 0.5mm 40倍 60mm 10/2mm 5mm 0.1mm 1mm 40倍 50mm 10/2mm 5mm 0.1mm 3mm 30倍 42mm 20/mm 自动安平水准 仪补偿性能 补偿范围 安平精度 安平时间 8 0.1 2s 8 0.2 2s 8 0.5 2s 线条分划的分格值有l0mm和5mm两种。 分格值为10mm的如图（a）,它有两排分划,尺面 右边一排分划注记从0300cm,称为基本分划, 左边一排分划注记从300600cm称为辅助分划, 同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常 数（3.0155m）

19、,称为基辅差基辅差,水准测量作业时可 以用以检查读数的正确性。 分格值为5mm的如图（b）,它也有两排分划,但 两排分划彼此错开5mm ,所以实际上左边是单数 分划,右边是双数分划,也就是单数分划和双数分 划各占一排,而没有辅助分划。木质尺面右边注 记的是米数,左边是分米数,整个注记从0.15.9m, 分划注记比实际数值大了一倍,所以测得的高差 值必须除以2才是实际的高差值。 精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点 2021/2/729 2021/2/730 2021/2/731 2021/2/732 要识别要识别一串数字中某一个数字一串数字中某一个数字,可可用十个用十个 0 0 9 9

20、 数字模板对一串数字中某一个数字（如第一个数字模板对一串数字中某一个数字（如第一个 数字数字4 4）逐个进行套合、配准。）逐个进行套合、配准。比较比较“待识别的数待识别的数 字字”与与“数字模板数字模板”之间的相似性之间的相似性,以判断待识别以判断待识别 的数字。显然是的数字。显然是4最优。最优。 数字相关 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 2021/2/733 度盘读数度盘读数22225658.65658.6度盘读数度盘读数1351350202.30202.3 读数原则读数原则:读正像读正像,往增大方向数至对镜分划线有几往增大方向数至对镜分划线有几 个大格个大格,1大格为大格为10;个位分值和秒值在测微器上读个位分值和秒值在测微器上读 取。取。 2021/2/734 数字化读数方法 度盘读数度盘读数28281424.31424.3 度盘读数度盘读数12312348