第二章测量仪器及操作

1、第二章 测量仪器及操作2.1 水准测量的仪器和工具 2.1.1 概述 水准测量所使用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。 水准仪是水准测量的主要仪器，按其所能达到的水准仪是水准测量的主要仪器，按其所能达到的精度分为精度分为DS05、DS1、DS3和和DS10等几种等级。等几种等级。 “D”和和“S”表示中文表示中文“大地大地”和和“水准仪水准仪”中中的的“大大”字及字及“水水”字的汉语拼音的第一个字母，字的汉语拼音的第一个字母，通常在书写时可省略字母通常在书写时可省略字母“D”，下标下标“05”、“l”、“3”及及“10”等数字表示该类仪器的精度。等数字表示该类仪器的精度。 S3型和型和S10

2、型水准仪称为普通水准仪，用于国型水准仪称为普通水准仪，用于国家三、四等水准及普通水准测量，家三、四等水准及普通水准测量，S05型和型和S1型水型水准仪称为精密水准仪，用于国家一、二等精密水准仪称为精密水准仪，用于国家一、二等精密水准测量。准测量。2.1.2 DS3水准仪的构造 DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。 分组成。DS3水准仪水准仪DS3水准仪水准仪 仪器的上部有望远镜、水准管、水准管气仪器的上部有望远镜、水准管、水准管气泡观察窗、圆水准器、目镜及物镜对光螺泡观察窗、圆水准器、目镜及物镜对光螺旋、制动螺旋、微动及微倾螺旋等。旋、制动螺旋、微动及微倾螺旋等。1.1.望远镜 望远镜

3、是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。 它主要由物镜目镜对光透镜十字丝分划板组成。组成。（1 1）十字丝分划板 十字丝分划板是为了瞄准目标和读数用的。十字丝分划板上丝下丝中丝竖丝（2 2）物镜对光螺旋 转动物镜对光螺旋，可使对光透镜前后移动，从而使目标影像清晰。 十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴CC。 视准轴的延长线即为视线。 当视准轴水平时，用十字丝的中丝在水准尺上截取读数。（3 3）目镜对光螺旋 转动目镜对光螺旋，可使十字丝影像清晰。2.2.水准器（2 2）管水准器（1 1）圆水准器 圆 水 准器内壁是一个球面，球面中心刻有一个分划圆圈，圆圈中心O O，称为圆水准器零点。 （1

4、）圆水准器）圆水准器 圆 水 准 器用于粗略整平仪器。 LL气泡气泡 过零点的球面法线LLLL，称为圆水准器轴。 当圆水准器气泡居中时，圆水准器轴处于铅垂位置。 （2）管水准器）管水准器 管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。OLL 水准管的内壁为圆弧，水准管两端各刻有数条间隔为2mm2mm的分划线，这些分划线的对称中心O O，称为水准管的零点。 通过水准管零点的圆弧切线LLLL，称为水准管轴。 当水准管气泡居中时，水准管轴处于水平位置。 为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。 3.

5、3.基座 转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。2.1.3 水准尺和尺垫1.1.水准尺 水准尺有塔尺和双面水准尺两种。（1 1）塔尺 塔尺是一种逐节缩小的组合尺，其长度为3 35m5m，有两节或三节连接在一起，尺的底部为零点，尺面上黑白格相间，每格宽度为1cm1cm，有的为0.5cm0.5cm，在米和分米处有数字注记。（2 2）双面水准尺 尺长为3m3m，两根尺为一对。 尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺；另一面为红白相间，称为红面尺。 两根尺的黑面尺尺底均从零开始 ， 而 红 面 尺 尺 底 ， 一 根 从4.687m4.687m开始，另一根从4.787m4.787m开始。2.1.4 水

6、准仪的使用水准仪的使用 水准仪的安置水准仪的安置 安置水准仪的方法，通常是先将脚架的两条腿取适当安置水准仪的方法，通常是先将脚架的两条腿取适当位置安置好，然后一手握住第三条腿作前后移动和左位置安置好，然后一手握住第三条腿作前后移动和左右摆动。一手扶住脚架顶部，眼睛注意圆水准器气泡右摆动。一手扶住脚架顶部，眼睛注意圆水准器气泡的移动，使之不要偏离中心太远。如果地面比较坚实，的移动，使之不要偏离中心太远。如果地面比较坚实，如在公路上、城镇中有铺装面的街道上等等可以不用如在公路上、城镇中有铺装面的街道上等等可以不用脚踏，如果地面比较松软则应用脚踏实，使仪器稳定。脚踏，如果地面比较松软则应用脚踏实，使

7、仪器稳定。当地面倾斜较大时，应将三脚架的一个脚安置在倾斜当地面倾斜较大时，应将三脚架的一个脚安置在倾斜方向上，将另外两个脚安置在与倾斜方向垂直的方向方向上，将另外两个脚安置在与倾斜方向垂直的方向这样可以使仪器比较稳固。这样可以使仪器比较稳固。 水准仪的操作：粗平水准仪的操作：粗平照准照准精平精平读数读数 1 1、粗略粗平、粗略粗平 粗平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡导致粗平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡导致居中。方法如下：用两手分别以相对方向转动两居中。方法如下：用两手分别以相对方向转动两个脚螺旋，此时气泡移动方向与左手大拇指旋转个脚螺旋，此时气泡移动方向与左手大拇指旋转时的移动方向相同，如图

8、（时的移动方向相同，如图（a a）所示。然后再转动）所示。然后再转动第三个脚螺旋使气泡居中，见图（第三个脚螺旋使气泡居中，见图（b b）。实际操作）。实际操作时可以不转动第三个脚螺旋，而以相同方向同样时可以不转动第三个脚螺旋，而以相同方向同样速度转动原来的两个脚螺旋使气泡居中，如图（速度转动原来的两个脚螺旋使气泡居中，如图（C C）所示。在操作熟练以后，不必将气泡的移动分解所示。在操作熟练以后，不必将气泡的移动分解为两步，而可以转动两个脚螺旋直接导致气泡。为两步，而可以转动两个脚螺旋直接导致气泡。 2 2、照准水准尺、照准水准尺 在用望远镜瞄准目标之前，必须先将十在用望远镜瞄准目标之前，必须先

9、将十字丝调至清晰。瞄准目标应首先使用望远字丝调至清晰。瞄准目标应首先使用望远镜面的瞄准器，在基本瞄准水准尺后立即镜面的瞄准器，在基本瞄准水准尺后立即用制动螺旋将仪器制动。若望远镜内已经用制动螺旋将仪器制动。若望远镜内已经看到水准尺，但成象不清晰，可以转动调看到水准尺，但成象不清晰，可以转动调焦螺旋至成象清晰，注意消除焦螺旋至成象清晰，注意消除视差视差。最后。最后用微动螺旋转动望远镜使十字丝的竖丝对用微动螺旋转动望远镜使十字丝的竖丝对准水准尺的中间稍偏一点以便读数。准水准尺的中间稍偏一点以便读数。 3 3、精平、精平 读数之前应用微倾螺旋调整水准管气泡居中，读数之前应用微倾螺旋调整水准管气泡居中

10、，使视线精确水平。由于气泡的移动有惯性，所以使视线精确水平。由于气泡的移动有惯性，所以转动微倾螺旋的速度不能快，特别在符合水准器转动微倾螺旋的速度不能快，特别在符合水准器的两端气泡影象将要对齐的时候尤应注意。只有的两端气泡影象将要对齐的时候尤应注意。只有当气泡已经稳定不动而又居中的时候才达到精平当气泡已经稳定不动而又居中的时候才达到精平的目的。的目的。 4 4、读数、读数 仪器已经精平后即可在水准尺上读数。为了仪器已经精平后即可在水准尺上读数。为了保证读数的准确性，并提高读数的速度，可以首保证读数的准确性，并提高读数的速度，可以首先看好厘米的估读数（即毫米数），然后再将全先看好厘米的估读数（即

11、毫米数），然后再将全部读数报出。一般习惯上是报四个数字，即米、部读数报出。一般习惯上是报四个数字，即米、分米、厘米、毫米，并且以毫米为单位，例如分米、厘米、毫米，并且以毫米为单位，例如1.3671.367m m或读或读13671367四个字，四个字，2.0002.000m m或读或读20002000，0.0680.068m m或读或读00680068。这对于观测、记录及计算工作。这对于观测、记录及计算工作都有一定的好处，可以防止不必要的误会和错误。都有一定的好处，可以防止不必要的误会和错误。2.2 2.2 角度测量仪器角度测量仪器 2.2.1 概述 光学经纬仪的类型很多，按其精度划可分光学经纬

12、仪的类型很多，按其精度划可分为为DJDJ0707、DJDJ1 1、DJDJ2 2、DJDJ6 6、DJDJ1515等级系列。等级系列。 D: D: 大地测量；大地测量；J:J:经纬仪经纬仪, ,汉语拼音第一个汉语拼音第一个字母。字母。 “07”“07”、“1”“1”、“2”“2”等阿拉伯数字代表等阿拉伯数字代表该仪器的精度指标，数字愈小，精度愈高。该仪器的精度指标，数字愈小，精度愈高。 这里重点介绍这里重点介绍DJ6DJ6级光学经纬仪的构造和使级光学经纬仪的构造和使用方法。用方法。2.2.1 DJ6光学经纬仪基座、照准部、水平度盘、读数装置基座、照准部、水平度盘、读数装置基座基座照准部照准部1

13、.1.基座基座脚螺旋用于整平仪器脚螺旋用于整平仪器 基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器。基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器。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，使用仪器时，衔接，使用仪器时，切勿松开轴座固定螺旋，以免照准部与基切勿松开轴座固定螺旋，以免照准部与基座分离而坠落。座分离而坠落。基座基座水平度盘水平度盘照准部照准部2.2.照准部照准部照准部照准部( (水平水平) )制动、微动制动、微动望远镜望远镜( (竖直竖直) )制动、微动制动、微动圆水准器圆水准器 8 8 /2mm/2mm；管水准器管水准器30 30 /2

14、mm /2mm望远镜：倒像，望远镜：倒像，2626 3030倍，倍，目镜调焦，物镜调焦，目镜调焦，物镜调焦，粗瞄准器，十字丝粗瞄准器，十字丝读数显微镜读数显微镜竖盘部分竖盘部分光学对点器光学对点器复测扳手或度盘变换器复测扳手或度盘变换器 望远镜十字丝望远镜十字丝3.水平度盘3.3.水平度盘水平度盘水平度盘由光学玻璃制成水平度盘由光学玻璃制成 它是由光学玻璃制成的圆环，它是由光学玻璃制成的圆环，环上刻有环上刻有0 0360360的分划线，的分划线，在整度分划线上标有注记，并按在整度分划线上标有注记，并按顺时针方向注记，两相邻分划线顺时针方向注记，两相邻分划线间的弧长所对圆心角，称为度盘间的弧长所

15、对圆心角，称为度盘分划值，通常为分划值，通常为1 1或或3030。 仪器整平，水平度盘水平；仪器整平，水平度盘水平； 水平度盘与照准部相互脱离。水平度盘与照准部相互脱离。0901802700901802704.DJ6经纬仪的读数装置和度数方法 光学经纬仪上的水平度盘和竖直度盘光学经纬仪上的水平度盘和竖直度盘的最小度盘分划值一般均为的最小度盘分划值一般均为1或或30，度盘上小于度盘分划值的读数要利用度盘上小于度盘分划值的读数要利用测微器读出，测微器读出，DJ6型光学经纬仪一般采型光学经纬仪一般采用分微尺测微器。用分微尺测微器。 J6光学经纬仪读数J6J6光学经纬仪读数光学经纬仪读数度盘上度盘上1

16、 1度分划的间隔度分划的间隔 经放大后，与分微尺全经放大后，与分微尺全 长相等。长相等。分微尺全长分分微尺全长分6060格，因格，因 此其此其最小格值为最小格值为1 1 = =60 60 。读数时，秒数必须估读。读数时，秒数必须估读。 估读至估读至0.10.1格，因此，格，因此， 估读的秒数都应是估读的秒数都应是6 6的的 倍数。倍数。水平度盘读数：水平度盘读数：73 73 04 04 24 241.1.分微尺测微分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。利用度盘刻度线，在分微尺上读数。0 01 17373光学经纬仪的读数-测微系统 测微尺的测微尺的0 0分划线是分划线是“指标线指标线” 测微

17、尺测微尺6060格的长度格的长度= =度盘相邻分划线象间隔的宽度度盘相邻分划线象间隔的宽度2.2.4 经纬仪的使用 经纬仪的使用包括经纬仪的使用包括架设仪器、对中与整架设仪器、对中与整平平、调焦与瞄准调焦与瞄准和和读数读数四项基本操作。四项基本操作。架设仪器架设仪器 先将三脚架放置在地面上，使架头大先将三脚架放置在地面上，使架头大致水平，再将仪器从仪器箱内取出，旋紧中致水平，再将仪器从仪器箱内取出，旋紧中心螺旋。心螺旋。（一一）对中与整平对中与整平 1对中的目的： 使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上。 2整平的目的： 使仪器水平读盘居于水平位置。 3对中的方法： 有垂球对中和光学对点器对中

18、两种。（1 1）垂球对中及整平的步骤：）垂球对中及整平的步骤： 安置三脚架安置三脚架：高度适中，使测点在垂球正下方，：高度适中，使测点在垂球正下方，且架头尽可能水平；且架头尽可能水平； 粗略整平粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中；：调节三脚架，使圆水准气泡居中； 精确整平精确整平：调节脚螺旋，使管水准气泡居中；：调节脚螺旋，使管水准气泡居中； 精确对中精确对中：移动基座，精确对中：移动基座，精确对中; ; 重复重复 、 两步，两步，直到完全直到完全对中对中、整平、整平。垂球对中、整平垂球对中、整平整平整平1 12 23 3气泡居中，气泡居中，3 3与与1 1、2 2等高等高整平整平使仪器纵

19、轴铅垂，水平度盘与横使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横 轴水平，竖盘位于铅垂面内。整平误差轴水平，竖盘位于铅垂面内。整平误差11格。格。用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准 管气泡居中管气泡居中( (反复反复) )。一测回观测过程中，不得再调气泡。一测回观测过程中，不得再调气泡。气泡居中，气泡居中，1 1、2 2等高等高1 12 23 3( (2 2) ) 光学对中器对中、整平光学对中器对中、整平安置仪器安置仪器：高度适中，使测点在视场内；：高度适中，使测点在视场内；强制对中强制对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心：调节脚螺旋，使光学对点器中心 与测点重合；与测

20、点重合；粗略整平粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中；：调节三脚架，使圆水准气泡居中；精确整平精确整平：调节脚螺旋，使管水准气泡居中；：调节脚螺旋，使管水准气泡居中；精确对中精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、：移动基座，精确对中（只能前后、 左右移动，不能旋转）；左右移动，不能旋转）；重复重复 、两步，两步，直到完全对中、整平直到完全对中、整平。（三）调焦与瞄准（三）调焦与瞄准 1 1目的：目的：视准轴对准视准轴对准观测目标观测目标的中心。的中心。 2 2方法：方法： 调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰； 利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；利用粗瞄器，

21、粗略瞄准目标，固定制动螺旋； 调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意除差；调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意除差； 调节制动、微动螺旋，精确瞄准调节制动、微动螺旋，精确瞄准。瞄准瞄准瞄准瞄准用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。 操作步骤操作步骤粗瞄、制动、调焦消除视差、水平微动精确瞄准。粗瞄、制动、调焦消除视差、水平微动精确瞄准。用水平微动完成瞄准。用水平微动完成瞄准。尽量瞄准目标下部，减少由于目标不垂直引起的方向尽量瞄准目标下部，减少由于目标不垂直引起的方向误差。误差。（四）读数（四）读数 方法：方法： 打开反光镜，使读数打开反光镜，使读数 窗光线均匀；窗

22、光线均匀； 调焦使读数窗分划清晰调焦使读数窗分划清晰 （注意消除视差）；（注意消除视差）； 按不同的测微器直接按不同的测微器直接 读取水平、竖直度盘读取水平、竖直度盘 读数（度、分、秒，秒为估读且为读数（度、分、秒，秒为估读且为6 6的倍数）。的倍数）。 水平角：水平角：2152150606 48 48 竖直角：竖直角： 78785252 00 00 2.4 测量仪器的检验与校正测量仪器的检验与校正 目的：使仪器各轴线间保持正确的几何关目的：使仪器各轴线间保持正确的几何关系。系。 2.4.1 2.4.1 测量仪器的常规检验与校正测量仪器的常规检验与校正 1.1.水准仪检验水准仪检验和和校正校正

23、 （1 1）水准仪应满足的几个条件）水准仪应满足的几个条件 根据水准测量原理，微倾式水准仪各轴线间应具备的几何根据水准测量原理，微倾式水准仪各轴线间应具备的几何关系是：关系是：圆水准器轴应平行于仪器竖轴圆水准器轴应平行于仪器竖轴( (LLLLVVVV) )；十字丝的横丝十字丝的横丝应垂直于仪器竖轴应垂直于仪器竖轴；水准管轴应平行于仪器视准轴；水准管轴应平行于仪器视准轴( (LLLLCCCC) )，如如下下图所示。其图所示。其检验与校正的具体做法请看检验与校正的具体做法请看： 一、圆水准器的检验与校正一、圆水准器的检验与校正 二、十字丝横丝的检验与校正二、十字丝横丝的检验与校正 三、管水准器的检

24、验与校正三、管水准器的检验与校正 检检校校项项目目水准仪检验与校正水准仪检验与校正一、圆水准器的检验与校正：目的是使一、圆水准器的检验与校正：目的是使VV VV LLLL 二、十字丝横丝的检验与校正二、十字丝横丝的检验与校正三、水准仪三、水准仪i i角检验与校正角检验与校正 将水准仪安置在两点中间进行观测，得到两点间的正确高差hAB。 hAB=(a+) - (b+)=a-b 为了防止错误和提高观测精度，一般应改变仪器高观测两次，若两次高差的误差小于3mm时，取平均数作为正确高差hAB。 再将水准仪安置在距A尺2m左右，安置好仪器后，先读取近尺A的读数值a2，因仪器离A点很近，两轴不平行的误差可

25、忽略不计。然后根据正确高差hAB计算视线水平时在远尺B的正确读数值b2=a2-hAB 用望远镜照准B点的水准尺，若读数与相差小于4mm，则说明水准管轴平行于视准轴，否则应进行校正。2.光学经纬仪 一、经纬仪的轴线及其应满足的条件经纬仪的轴线 横轴 HH 视准轴 CC 水准管轴 LL 竖轴 VV 圆水准轴 LLL LL LH HH HC CC CV VV VL L L L 经纬仪的轴线经纬仪的轴线图图3-30 3-30 经纬仪的轴线经纬仪的轴线 水准管轴垂直于竖轴水准管轴垂直于竖轴 LLLLVVVV 圆水准轴平行于竖轴圆水准轴平行于竖轴 L LL LVVVV 十字竖丝垂直于横轴十字竖丝垂直于横轴

26、 竖丝竖丝HH HH 视准轴垂直于横轴视准轴垂直于横轴 CCCCHHHH 横轴垂直于竖轴横轴垂直于竖轴 HHHHVVVV 轴线间应满足的条件轴线间应满足的条件L LL LH HH HC CC CV VV VLLLL 水准管轴垂直于竖轴 LLVV 圆水准轴平行于竖轴 LLVV 十字竖丝垂直于横轴 竖丝HH 视准轴垂直于横轴 CCHH 横轴垂直于竖轴 HHVV 轴线间应满足的条件轴线间应满足的条件LLHHCCVVLL二、经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正 校正项目 校正目的 1.1.平盘水准管的检验与校正 LLVV 2.2.圆水准器的检验与校正 LLVV(次要) 3.3.视准轴的检验与校正

27、CCHH 4.4.横轴的检验与校正 HHVV 5.5.十字竖丝垂直于横轴 6.竖盘指标差的检验与校正 7.光学对中器的检验与校正掌握各项目的校正原理与方法经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正 1.1.平盘水准管的检验与校正 检验：初步整平仪器，转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋，相对转动这对脚螺旋，使水准管气泡居中。目的：使平盘水准管轴垂直于纵轴。LLVV然后将照准部旋转180，如果气泡仍居中，说明水准管轴垂直于纵轴。如果气泡偏离中心，应进行校正。经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正 1.1.平盘水准管的检验与校正 检验：初步整平仪器，转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋，相对转动这对脚螺旋，使水准管气泡居中。目的：使平盘水准管轴垂直于纵轴。LLVV然后将照准部旋转180，如果气泡仍居中，说明水准管轴垂直于纵轴。如果气泡偏离中心，应进行校正。经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正 1.1.平盘水准管的检验与校正 校正：相对地转动平行于水准管的一