jA第5章高程控制测量.ppt

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1、7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92921第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起jA第5章 高程控制测量 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92922第五章 高程控制测量控制测量学

2、吉林大学应用技术学院 史大起本章提要本章提要 重点精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺、精密水准测量精密水准测量的实施、三角高程测量的实施、三角高程测量 难点正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 返回本章首页本章讲述高程控制网的布设，精密水准测量、三角高程测量。目的是解决高程控制点位置的测定问题。内容涉及国家高程基准、高程控制网的布国家高程基准、高程控制网的布设、精密水准仪与水准尺设、精密水准仪与水准尺、精密水准测量的主要精密水准测量的主要误差来源及其影响、精密水准测量的实施误差来源及其影响、精密水准测量的实施、正常正常水准面不平行性及其改正数计算水准面不平行性及其

3、改正数计算、水准测量的概水准测量的概算、三角高程测量算、三角高程测量7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92923第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起.1.1国家高程基准国家高程基准.1.1 .1.1 高程基准面高程基准面.1.2.1.2水准原点水准原点 7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92924第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起.

4、1.1.1.1高程基准面高程基准面 高程基准面高程基准面就是地面点高程的统一起算面，由于大地水准面所形成的体形大地体是与整个地球最为接近的体形，因此通常采用大地水准面作为高程基准面。大地水准面大地水准面是假想海洋处于完全静止的平衡状态时的海水面延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。事实上，海洋受着潮汐、风力的影响，永远不会处于完全静止的平衡状态，总是存在着不断的升降运动，但是可以在海洋近岸的一点处竖立水位标尺，成年累月地观测海水面的水位升降，根据长期观测的结果可以求出该点处海洋水面的平均位置，人们假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。长期观测海水面水位升降的工作称为验潮验潮，进行这项工作

5、的场所称为验潮站验潮站。根据各地的验潮结果表明，不同地点平均海水面之间还存在着差异，因此，对于一个国家来说，只能根据一个验潮站所求得的平均海水面作为全国高程的统一起算面高程基准面。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92925第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站，以该站1950年至1956年7年间的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面。以此高程基准面作为我国统一起算面的高程系统名谓“19561956年黄海高程系统年黄海

6、高程系统”。“1956年黄海高程系统”的高程基准面的确立，对统一全国高程有其重要的历史意义，对国防和经济建设、科学研究等方面都起了重要的作用。但从潮汐变化周期来看，确立“1956年黄海高程系统”的平均海水面所采用的验潮资料时间较短，还不到潮汐变化的一个周期（一个周期一般为18.61年），同时又发现验潮资料中含有粗差，因此有必要重新确定新的国家高程基准。新的国家高程基准面是根据青岛验潮站19521979年19年间的验潮资料计算确定，根据这个高程基准面作为全国高程的统一起算面，称为“19851985国家高程基准国家高程基准”。.1.1.1.1高程基准面高程基准面7 7 7 78 8 8 89 9

7、9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92926第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起.1.2.1.2水准原点水准原点 为了长期、牢固地表示出高程基准面的位置，作为传递高程的起算点，必须建立稳固的水准原点，用精密水准测量方法将它与验潮站的水准标尺进行联测，以高程基准面为零推求水准原点的高程，以此高程作为全国各地推算高程的依据。我国的水准原点网建于青岛附近。在“1985国家高程基准”系统中，我国水准原点的高程为我国水准原点的高程为72.260m72.260m。“1985国家高程基准”已经国家批准，并从198

8、8年1月1日开始启用，今后凡涉及高程基准时，一律由原来的“1956年黄海高程系统”改用“1985国家高程基准”。由于新布测的国家一等水准网点是以“1985国家高程基准”起算的，因此，今后凡进行各等级水准测量、三角高程测量以及各种工程测量，尽可能与新布测的国家一等水准网点联测，也即使用国家一等水准测量成果作为传算高程的起算值，如不便于联测时，可在“1956年黄海高程系统”的高程值上改正一固定数值，而得到以“1985国家高程基准”为准的高程值。返回本章首页7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/

9、92927第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2 5.2 高程控制网的布设高程控制网的布设5.2.1 5.2.1 国家高程控制测量国家高程控制测量 5.2.2 5.2.2 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92928第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.1 国家高程控制测量国家高程控制测量国家高程控制测量主要是用水准测量方法进行国家水准网的布测。国家水准网是全国范围内施测各种比例

10、尺地形图和各类工程建设的高程控制基础，并为地球科学研究提供精确的高程资料，如研究地壳垂直形变的规律，各海洋平均海水面的高程变化，以及其他有关地质和地貌的研究等。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/92929第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起国家水准网分4个等级布设，一、二等水准测量路线是国家的精密高程控制网。一等水准测量路线构成的一等水准网是国家高程控制网的骨干，同时也是研究地壳和地面垂直运动以及有关科学问题的主要依据，每隔1520年沿相同的路线重复观测一次。构成

11、一等水准网的环线周长根据不同地形的地区，一般在1 0002000km之间。在一等水准环内布设的二等水准网是国家高程控制的全面基础，其环线周长根据不同地形的地区在500750km之间。一、二等水准测量统称为精密水准测量。国家水准网的布设国家水准网的布设采用由高级到低级、从整体到局部逐级控制、逐级加密的原则。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929210第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.1 国家高程控制测量国家高程控制测量我国一等水准网由289条路线组成，其

12、中284条路线构成100个闭合环，共计埋设各类标石近2万余座。全国一等水准网布设略图如图所示。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929211第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.1 国家高程控制测量国家高程控制测量二等水准网在一等水准网的基础上布设。我国已有1 138条二等水准测量路线，总长为13.7万公里，构成793个二等环。三、四等水准测量直接提供地形测图和各种工程建设所必须的高程控制点。三等水准测量路线一般可根据需要在高级水准网内加密，布设附合路线，并

13、尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线长度应不超过200km；环线周长应不超过300km。四等水准测量路线一般以附合路线布设于高级水准点之间，附合路线的长度应不超过80km。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929212第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.2 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制网一般按水准测量方法来建立。为了统一水准测量规格，考虑到城市和工程建设的特点，城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次

14、分为二、三、四等3个等级。首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密时可布设成附合路线和结点图形。各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级的精度一致。城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市工程测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建设施工放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。水准测量的实施，其工作程序是：水准网的图上设计、水准点的选定、水准标石的埋设、水准测量观测、平差计算和成果表的编制。水准网的布设应力求做到经济合理，因此，首先要对测区情况进行调查研究，搜集和分析测区已有的水准测量资料，从而拟定出比较合理的布设方案。如果测区的面积较大，则应先在1：25 000 1：100

15、000比例尺的地形图上进行图上设计。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929213第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.2 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量图上设计应遵循以下原则：（1）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。（2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。（3）布设首级高程控制网时，应考虑到便

16、于进一步加密。（4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离：一般地区为24km；城市建筑区和工业区为12km。（5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。（6）注意测区已有水准测量成果的利用。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929214第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.2 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 根据上述要求，首先应在图上初步拟定水准网的布设方案，再到实地选定水准路线和水准

17、点位置。在实地选线和选点时，除了要考虑上述要求外，还应注意使水准路线避开土质松软地段，确定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。为此，水准点应设置在地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、沼泽、沙土、滑坡和地下水位高的地区；埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于50m，离公路的距离应大于20m，应尽量避免埋设在交通繁忙的岔道口；墙上水准点应选在永久性的大型建筑物上。水准点选定后，就可以进行水准标石的埋设工作。我们知道，水准点的高程就是指嵌设在水准标石上面的水准标志顶面相对于高程基准面的高度，如果水准标石埋设质量不好，容易产生垂直位移或倾斜，那么即

18、使水准测量观测质量再好，其最后成果也是不可靠的，因此务必十分重视水准标石的埋设质量。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929215第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.2 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量国家水准点标石的制作材料、规格和埋设要求，在国家一、二等水准测量规范（以下简称水准规范）中都有具体的规定和说明。关于工程测量中常用的普通水准标石是由柱石和盘石两部分组成，如左下图所示，标石可用混凝土浇制或用天然岩石制成。水准标石上面嵌设有

19、铜材或不锈钢金属标志，如右下图所示。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929216第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.2.2 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量首级水准路线上的结点应埋设基本水准标石，基本水准标石及其埋设如左下图所示。墙上水准标志如右下图所示，一般嵌设在地基已经稳固的永久性建筑物的基础部分，水准测量时，水准标尺安放在标志的突分。埋设水准标石时，一定要将底部及周围的泥土夯实，标石埋设后，应绘制点之记，并办理托管手续。返回本章首页

20、7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929217第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3 5.3 精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺.精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点.精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点.Wild N3Wild N3精密水准仪精密水准仪.Zeiss Ni 004Zeiss Ni 004精密水准仪精密水准仪.国产国产S1S1型精密水准仪型精密水准仪.6补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪.7 徕卡公司数字水准仪徕卡公司数字水准

21、仪DNA03和条和条 码水准尺码水准尺7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929218第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.1 精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点对于精密水准测量的精度而言，除一些外界因素的影响外，观测仪器水准仪在结构上的精确性与可靠性是具有重要意义的。为此，对精密水准仪必须具备的一些条件提出下列要求。1.高质量的望远镜光学系统 为了在望远镜中能获得水准标尺上分划线的清晰影像，望远镜必须具有足够的放大倍率和较大的物镜孔径。一般精密水准仪的

22、放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于50mm。2.坚固稳定的仪器结构 仪器的结构必须使视准轴与水准轴之间的联系相对稳定，不受外界条件的变化而改变它们之间的关系。一般精密水准仪的主要构件均用特殊的合金钢制成，并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 精密水准仪必须有光学测微器装置，借以精密测定小于水准标尺最小分划线间格值的尾数，从而提高在水准标尺上的读数精度。一般精密水准仪的光学测微器可以读到0.lmm，估读到0.Olmm7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929219第

23、五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起 4.高灵敏的管水准器 一般精密水准仪的管水准器的格值为10/2mm。由于水准器的灵敏度愈高，观测时要使水准器气泡迅速置中也就愈困难，为此，在精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地精确置中以达到视准轴的精确整平。5.高性能的补偿器装置 对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精密度都可以影响补偿器性能的可靠性。如果补偿器不能给出正确的补偿量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水准测量观测成果的精度。我国水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型

24、等。S是“水”字的汉语拼音第一个字母,S后面的数字表示每公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数。我国水准仪系列及基本技术参数列于下表。5.3.1 5.3.1 精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929220第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起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S05S1S3S10每公里往返平均高差中误差望远镜放大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0.5mm40倍6

25、0mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm20/2mm自动安平水准仪补偿性能补偿范围安平精度安平时间不长于80.12s80.22s80.52s1022s7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929221第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起 5.3.2 5.3.2 精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点 水准标尺是测定高差的长度标准，如果水准标尺的长度有误差，则对精密水准测

26、量的观测成果带来系统性质的误差影响，为此，对精密水准标尺提出如下要求：（1）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，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，如图（a）、（b）所示。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929222第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.2 5

27、.3.2 精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点 （2）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。水准标尺分划的偶然误差和系统误差的大小主要决定于分划刻度工艺的水平，当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8llm。由于精密水准标尺分划的系统误差可以通过水准标尺的平均每米真长加以改正，所以分划的偶然误差代表水准标尺分划的综合精度。（3）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。一般精密水准标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。7 7

28、7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929223第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.2 精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点（4）在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般还应有扶尺环的装置，以便扶尺者使水准标尺稳定在垂直位置。（5）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，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，如21页图所示，有利于观测时对水准标

29、尺分划精确照准。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。尺垫和尺桩的形状如下图所示。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929224第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起 线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm和5mm两种。分格值为10mm的精密水准标尺如图（a）所示，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，称为基辅差，

30、通常又称尺常数，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm的精密水准尺如图（b）所示，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，左边注记的是分米数，整个注记从0.15.9m，实际分格值为5mm，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。5.3.2 精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21

31、1 1 1/929225第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.3 Wild N3精密水准仪精密水准仪 WildN3精密水准仪的外形如下图a所示。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l0mm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（在下图a中没有表示出来），它们是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜，在3个不同的目镜中所见到的影像如下图b所示。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

32、丝夹准水准标尺上的148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653(即6.53mm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929226第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起图aWild N3精密水准仪精密水准仪 7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929227第五章 高程控制测

33、量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起 图b图cWild N3精密水准仪精密水准仪 7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929228第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起1.N3精密水准仪的倾料螺旋装置 上图c所示是N3型精密水准仪倾斜螺旋装置及其作用示意图。它是一种杠杆结构，转动倾斜螺旋时，通过着力点可以带动支臂绕支点转动，使其对望远镜的作用点产生微量升降，从而使望远镜绕转轴作微量倾斜。由于望远镜与水准器是紧密相联的，于是倾斜螺旋的旋转就可以使水准轴和视准轴同时产

34、生微量的变化，借以迅速而精确地将视准轴整平。在倾斜螺旋上一般附有分划盘，可借助于固定指标进行读数，由倾斜螺旋所转动的格数可以确定视线倾角的微小变化量，其转动范围约为7周。借助于这种装置，可以测定视准轴微倾的角度值，在进行跨越障碍物的精密水准测量时具有重要作用。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929229第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起 必须指出，由上图c可见仪器转轴并不位于望远镜的中心，而是位于靠近物镜的一端。由圆水准器整平仪器时，垂直轴并不能精确在垂直位置

35、，可能偏离垂直位置较大。此时使用倾斜螺旋精确整平视准轴时，将会引起视准轴高度的变化，倾斜螺旋转动量愈大，视准轴高度的变化也就愈大。如果前后视精确整平视准轴时，倾斜螺旋的转动量不等，就会在高差中带来这种误差的影响。因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的分离量小于lcm时（这时仪器的垂直轴基本上在垂直位置），才允许使用倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，位于过望远镜中心的垂直几何轴线上。1.N3精密水准仪的倾料螺旋装置7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/9292

36、30第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起 下图是N3精密水准仪的光学测微器的测微工作原理示意图。由图可见，光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。测微分划尺上有100个分格，它与10mm相对应，即每分格为0.lmm，可估读至0.0lmm。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为lmm。当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数为5mm。转动测微螺旋时，传动杆就带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移动

37、。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至10mm处，则水平视线向下平移5mm，反之，顺转测微螺旋使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至0mm处，则水平视线向上平移5mm。2.N3精密水准仪的测微器装置7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929231第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起在下图中，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邻分划148与149之间，此时测微分划上读数为5mm，而不是0。转动测微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平视线向下平移与就

38、近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为6.50mm,而水平视线的平移量应为6.505mm，最后读数为 =148cm+6.50mm-5mm即 =148.650cm-5mm 由上述可知，每次读数中应减去常数（初始读数)5mm,但因在水准测量中计算高差时能自动抵消这个常数，所以在水准测量作业时，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初始读数。N3精密水准仪的测微器装置7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929232第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应

39、用技术学院 史大起5.3.4 Zeiss Ni 004精密水准仪精密水准仪 该仪器的主要特点是对热影响的感应较小，即当外界温度变化时，水准轴与视准轴之间的交角的变化很小，这是因为望远镜、管状水准器和平行玻璃板的倾斜设备等部件，都装在一个附有绝热层的金属套筒内，这样就保证了水准仪上这些部件的温度迅速达到平衡。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929233第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起仪器物镜的有效孔径为56mm，望远镜放大倍率为44倍，望远镜目镜视场内有左右两

40、组楔形丝，如右图所示，右边一组楔形丝的交角较小，在视距较远时使用，左边一组楔形丝的交角较大，在视距较近时使用，管状水准器格值为10/2mm。转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内平移，测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见右图），通过放大镜在测微鼓上进行读数，测微鼓上有100个分格，所以测微鼓最小格值为0.1mm。从望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场下部是水准器的符合气泡影像。Ni 004精密水准仪与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使用。在右图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上197分划，在测微分划鼓上的读数为340，即3.40mm，水准标尺上的全部读数为197.340cm。Z

41、eiss Ni 004精密水准仪精密水准仪7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929234第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.5 国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 S1型精密水准仪由北京测绘仪器厂生产。仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为40倍，管状水准器格值为10/2mm。转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内作平移，测微器分划尺有100个分格，故测微器分划尺最小格值为0.1mm。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106

42、 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929235第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起国产S1型精密水准仪望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。该仪器与分格值为5mm的精密水准标尺配套使用。在右图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准198分划，在测微器读数显微镜中的读数为150，即1.50mm，水准标尺上的全部读数为198.150cm。5.3.5 国产国产S1型精密水准仪型精密水准仪 7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5

43、5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929236第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.6 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪1.自动安平水准仪的补偿原理当仪器的视准轴水平时,在十字丝分划板o的横丝处得到水准标尺上的正确读数A,当仪器的垂直轴没有完全处于垂直位置时,视准轴倾斜了角,这时十字丝分划板移到o1,在横丝处得到倾斜视线在水准标尺的读数A1.而来自水准标尺上正确读数A的水平光线并不能进入十字丝分划板o1,这是由于视准轴倾斜了角,十字丝分划板位移了距离a.现在设在望远镜像方光路上,离十字丝分划板g的地方安置一种光学元件,使来自水准

44、标尺上读数A的水平光线通过该光学元件偏转角(或平移a)而正确落在十字丝分划板o1的横丝处,该光学元件称为光学补偿器.正确补偿条件 =27 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929237第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.6 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪2.自动安平水准仪Koni0077 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929238第五章 高程

45、控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.3.7 徕卡公司数字水准仪徕卡公司数字水准仪DNA03和条码水准尺和条码水准尺7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929239第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.4.1.精密水准仪的检验5.4.2精密水准标尺的检验5.4 精密水准仪和水准尺的检验精密水准仪和水准尺的检验7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/9

46、29240第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起5.4.1.精密水准仪的检验作业前应检验的项目为:(1)水准仪的检视(2)概略水准器(圆水准器)的检校(3)光学测微器隙动差和分划值的测定(4)水泡式水准仪交叉误差的检校(5)i角的检校(6)双摆位自动安平水准仪摆差2C的测定7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929241第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起1.水准仪及其附件的检视检视的内容有:(1)仪器的外表是否良好、清洁，有无碰伤、零件密封性是

47、否良好，等等。(2)光学零件表面质量和清洁情况,如有无油污、擦痕、霉点，胶合面有无脱胶，镀膜是否完整等。此外还应检查望远镜的视场是否明亮，成像是否清晰，符合水准器成像是否良好，读数设备是否明亮，分划是否清晰、均匀等。(3)仪器各转动部分垂直轴、脚螺旋、调焦螺旋、倾斜螺旋、测微螺旋等是否灵活，制动和微动螺旋是否有效。(4)仪器的附件、备件是否齐全完好。例如：脚架是否牢固，仪器箱、背带是否安全可靠，配件是否完备可用等。7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929242第五章 高程控制测量控制测

48、量学吉林大学应用技术学院 史大起2.圆水准器安置正确性的检验和校正检验方法如下:概略整平仪器后,使望远镜与两个脚螺旋的连线平行,用两个脚螺旋将管水准气泡精密整置居中.旋转望远镜180后,若气泡偏离中央,则用两个脚螺旋和倾斜螺旋各改正其偏差量的一半.再将望远镜转180,按上法再改正气泡的偏差,如此反复检校,直至望远镜旋转180前后气泡始终居中为止.此后,再旋转望远镜90用第三个脚螺旋使管水准气泡精密居中.这时仪器的垂直轴已经垂直,若圆水准气泡偏离中央位置,则用圆水准器校正螺旋使气泡居中,再固紧校正螺旋.7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4

49、4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929243第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起3.光学测微器隙动差和分划值的测定测定测微器分划值的基本思想利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器分划尺进行比较求得.将特制分划尺竖立在与仪器等高的一定距离处,旋转测微螺旋,使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻的分划线,这时测微器分划尺移动了L格.现设特制分划尺上分划线间隔值为d,测微器分划尺一个分格值为g,则 g=d/L特制分划尺上的分划线宽度约为1mm,分划线间隔为8mm(用于N3精密水准仪)或4mm(用于其它精密水准仪),每一分划线依次编号.特制分划尺可用三等标准

50、金属线纹尺或其它同等精度的钢尺,用其1mm分划而进行此项检验.7 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010106 6 6 65 5 5 54 4 4 43 3 3 32 2 2 21 1 1 1/929244第五章 高程控制测量控制测量学吉林大学应用技术学院 史大起4.视准轴和水准轴相互关系的检验和校正对于水准管式水准仪,视准轴应平行于水准器轴.由于各种原因,仪器不可能完全满足这一要求.视准轴CC与水准器轴LL的关系可能是既不在一平面上也不相互平行的两条空间直线,它们在水平面上的投影线L1L1,C1C1的交角称为交叉误差,在垂直面上的投影线L2L2,C2C2的交角称为i角.7 7 7