水准仪构造及水准测量误差简介.doc

水准仪构造及水准测量误差 本文以DS3水准仪为例介绍水准仪构造，并对精密、自动安平、电子水准仪做简单介绍，另外还介绍了测量作业中常见的水准测量误差及消减措施。 1 常规水准仪的介绍 水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。水准仪的作用是提供一条水平视线。 水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DSZ2、DS3、DSZ3和DSl0等，字母和数字有何含义呢？字母DS代表“大地测量”和“水准仪”，取其第一个字母；数字表示精度，即每公里往返高差的中误差，05表示每公里往返高差的中误差0.5mm，10表示每公里往返高差的中误差10mm，数字越小表示精度越高。按自动化程度分：微倾式、自动安平、电子水准仪。DS1以上精度的水准仪称为精密水准仪，主要用于一、二等高程控制测量中；DSZ2、DS3、DSZ3级水准仪或自动安平水准仪广泛用于三、四等高程控制测量、图根控制和工程测量中。 1.1 DS3水准仪的结构 水准仪主要有望远镜、水准器及基座三部分组成（见图1）。水准仪的结构在测绘仪器中是比较简单的，外部可操作的螺旋有制动螺旋、微动螺旋、微倾螺旋、调焦螺旋、脚螺旋、目镜调焦螺旋等。 图1 水准仪结构示意图 下面来看望远镜的结构 （1）望远镜 DS3水准仪望远镜主要由物镜、物镜调焦螺旋、调焦透镜、十字丝分划板、目镜、目镜调焦螺旋等组成。物镜和目镜多采用复合透镜组，调焦透镜为凹透镜。（见下图）这条水平线和竖直线是相互垂直的，分别称为横（或中丝）和竖丝，竖丝用来瞄准目标的，横丝用来读数的。上下丝（称为视距丝），是用来测定距离的。 在这里，我们要掌握一个很重要的概念， 视准轴CC——物镜中心与十字丝分划板中心的连线。这条线不是实际存在的线，而是一条虚线。 其重要性在于：水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。 图2 望远镜成像原理示意图 当观测目标通过物镜组后，形成一个倒立的缩小实像，调节物镜调焦螺旋使缩小的实像清晰地反映在十字丝分划板上，目镜的作用是放大，人眼通过目镜可以看到同时放大了的十字丝和目标影像。DS3的放大倍数（28）（从望远镜内所看到的目标影像的视角与人眼直接观察该目标的视角之比。） （2）水准器： 水准器是用来指示视线是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。有圆水准器和管水准器两种。圆水准器用来指示竖轴是否竖直；管水准器用来指示视准轴是否水平。 ①圆水准器 这是圆水准器(见图3)，这是平面图，这是剖面图。圆水准器的内壁是球面，中间有小圆圈，圆圈的中心就是圆水准器的零点。通过零点的球面法线为圆水准器轴线L′L′（见图3）。当气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值。其分划值为：8′－10′。 由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。 图3 圆水准器示意图 ②管水准器 又称水准管（见图4）。里面固装了酒精和乙醚的混合液而成气泡。由于气泡较轻，所以处于管内最高位置。 图4 管水准器示意图 这是水准管的平面图，这是剖面图。水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点称为水准管零点。通过零点作水准管圆弧的切线，称为水准管轴LL。当水准管的气泡居中时，说明水准管轴处于水平位置。水准管圆弧2mm所对的圆心角称为水准管分划值，其分划值不大于20”／2mm。 如图，DS3微倾式水准仪的管水准器是安装在仪器的侧面，观测起来不方面，这样就难以保证其精度。为了提高水准管气泡居中的精度，DS3微倾式水准仪采用符合水准管系统。也就是安装一组符合棱镜，通过反射作用，使气泡两端的像反映在符合气泡观察窗口中。若气泡两端的半像吻合成光滑的抛物线，就表示气泡居中。若气泡的半像错开，则表示气泡不居中，这时，应转动微倾螺旋，使气泡的半像吻合。 ③基座 基座的作用是将仪器的上部并与三脚架连接。它主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。脚螺旋的作用是整平仪器。 1.2 水准仪的主要轴系及其关系 水准仪的主要轴线包括如下几个：视准轴CC、水准管轴LL、圆水准器轴L′L′、仪器竖轴VV。 其必须满足的几何条件： （1）水准管轴∥视准轴 （通过调节符合水准器），因为视准轴是一条看不见的轴线，仪器厂家设置了水准轴平行视准轴，这样一来，只要水准管轴水平了，则视准轴就水平了。若水准管轴与视准轴不平行则会产生i角误差，可通过保持测站前后视距相等来消除。 （2）圆水准器轴∥仪器竖轴 （通过调节圆水准器）与上同样道理。 （3）十字丝横丝⊥仪器竖轴 3.2.3、水准尺和尺垫 1.3 水准仪的水准尺及尺垫 水准尺和尺垫是水准测量的工具。水准尺有木质的和铝合金材质的，有塔尺、普通单面尺、双面尺等。单面尺、塔尺多用于等外水准测量。尺的底部为零点，尺上黑白格或红白格相间，每格宽度为1cm，有的为0.5cm，整1