水準儀及其使用方法（高程測量）
更新時間：2024-03-16 10:08:28作者：佚名
高程測量是測繪地形圖的基本任務之一。 此外，大量工程建設項目還必須測量地面標高。 使用水準儀進行水準測量是精密高程測量的主要方法。
1、水準儀組合：
1.望遠鏡 2.調節手輪 3.圓水準器 4.微調手輪 5.水平制動手輪 6.管水平儀 7.水平微調手輪 8.三腳架
2、操作要點：
在兩個未知點之間，打開三腳架，從儀器箱中取出水平儀放在三腳架上。 用三個底座螺絲調平，使圓泡居中，并跟隨水平管水平。 水平制動手輪處于水平狀態，經水平鏡中的三棱鏡反射。 當水平線重疊時，就意味著水平的水。 將望遠鏡對準未知點處的塔尺（1），再次對準水準管水平儀，讀取塔尺（后視圖），將望遠鏡旋轉至未知點處的塔尺（2）處，調整鏡筒水平、讀出塔尺的讀數（正視圖）并記在記錄本上。
計算公式：兩點高差=后視圖-前視圖。
3、修正方法：
將儀器放置在兩個固定點之間，并標記兩點之間的水平線，稱為線 a 和 b。 將儀器移至固定點的一端，并標記兩點之間的水平線，稱為 a' 和 b'。 如果ab≠a'-b'，則計算望遠鏡水平線對準偏差的半值。 用校準針調節水平儀上下螺絲，直至水平管氣泡吻合。 重復上述操作直至相等。
4. 水平儀的使用方法
水平儀的使用包括五個步驟：水平儀放置、粗調平、瞄準、精調平、讀數。
1. 安置
安裝是將儀器安裝在伸縮三腳架上，放置在兩個觀測點之間。 首先，打開三腳架并將其置于適中的高度。 目測使三腳架頭部大致水平，檢查三腳架是否牢固。 然后打開儀器箱，用連接螺釘將水準儀與三腳架連接起來。
2. 粗糙與光滑
粗調平是使儀器的視線大致水平，用腳螺釘將水準泡置于圓形指示圈內。 具體方法是借助儀器進行練習。 在調平過程中，氣泡的移動方向與拇指的移動方向相同。
3. 目標
瞄準就是用望遠鏡準確瞄準目標。 首先，將望遠鏡指向遠處明亮的背景，轉動目鏡調焦螺絲，使十字準線最清晰。 然后松開固定螺釘，旋轉望遠鏡，使后瞄準鏡和前瞄準鏡的連接處與水平桿對準，擰緊固定螺釘。 最后轉動物鏡瞄準螺桿，使水平尺明顯落在十字線的平面上，然后轉動微動螺桿，使水平尺的圖像位于垂直十字線的一側。
4、精細整平
精密調平是指望遠鏡視線的精確調平。 稍微傾斜的水平儀在水平管的上部裝有一組棱鏡，可以將水平管中氣泡的兩端折射到鏡管旁邊的水平觀察窗中。 如果氣泡居中，則氣泡兩端的圖像將符合拋物線形狀，指示視線。 等級。 如果氣泡兩端的圖像不匹配，則說明視線不水平。 此時，可用右手轉動稍微傾斜的螺絲，使氣泡兩端的圖像完全重合，儀器即可提供水平視線，滿足水平測量基本原理的要求。 注意？ 氣泡左半邊的運動方向始終與右手拇指的方向不一致。 5. 閱讀
使用十字準線讀取水平桿上的讀數。 現在的水平儀大多是倒置望遠鏡，讀數應該從上到下進行。 首先估計毫米讀數，然后報告所有讀數。
注意，使用水平儀的步驟必須按上述順序進行，不能顛倒，特別是讀數前氣泡的調整，必須在讀數前完成。
5. 液位測量
確定地面點高程的工作稱為高程測量。 高程測量是測繪的基本任務之一。
高程測量根據所用儀器和測量方法的不同可分為水準測量、三角高程測量、GPS高程測量和氣壓高程測量。 水準測量是目前最準確的高程測量方法。 廣泛應用于國家高程控制測量、工程測量、建設測量。 水準儀的原理是利用水平儀提供的水平視線，讀取豎立在兩點的水平桿上的讀數，確定兩點的高差，然后根據該點計算出待定點的高度。關于已知點的高度。 如下圖所示，地面上有A、B兩點。 已知 A 點的高程為 HA。 為求B點HB的高程，在A點和B點之間安裝骨水平儀。A點和B點相連，各豎立一根水準桿，通過水準儀的望遠鏡讀取水平視線。 在A、B點水平尺上截取的讀數分別為a、b。 A點和B點之間的高度差可以計算為：
假設水準測量的前進方向是從A點到B點，則A點稱為后視點，其水平尺讀數a即為后視讀數； B點稱為前視點，其水平桿讀數b即為前視讀數。因此，兩點之間的高差等于：hAB = 后視讀數 - 前視讀數
若后視讀數大于前視讀數，則高度差為正，說明B點高于A點，hAB>0； 如果后視讀數小于前視讀數，高度差為負值，表明B點低于A點，hAB
當建立水準儀后，需要測量多個前方視點B1、B2、…、Bn的高程時，利用視準高程計算這些點的高程是非常方便的。 假設在B1、B2、…、Bn點豎立的水準尺讀數分別為b1、b2、…、bn，則高度計算公式為：
如果A、B兩點相距較遠或高差較大，且一次放置儀器無法測量出高差，則需要在兩點之間添加多個臨時標尺點作為轉移高度，這些臨時標尺點為稱為樞軸點（簡稱樞軸點）。 TP點），如圖中的TP1、TP 2、……點，依次設站觀測。 假設各站實測高差為：
6. 保養與維修
1、水平儀是一種精密光學儀器。 正確合理的使用和存放對儀器的精度和壽命起著很大的作用；
2、避免陽光直射，未經允許不得拆卸儀器；
3、每次微調時應輕柔轉動，不可用力過大。 鏡片、光學薄膜不準用手接觸；
4、儀器出現故障，請熟悉儀器結構的人員或維修部門修理； 5、每次使用后，應將儀器擦拭干凈并保持干燥。
▲經緯儀的使用方法
1.經緯儀
經緯儀是測量工作中主要的角度測量儀器。 它由望遠鏡、水平度盤、垂直度盤、水平儀、底座等組成。
測量時，將經緯儀放在三腳架上，用立球或光學對中器將儀器中心與地面站對準，用水平儀調平儀器，用望遠鏡瞄準測量目標，用水平和垂直刻度盤。 確定水平角和垂直角。 按精度可分為精密經緯儀和普通經緯儀； 按讀數設備可分為光學經緯儀和游標經緯儀； 按軸系結構可分為復測經緯儀和定向經緯儀。
另外還有編碼表盤經緯儀，可根據編碼孔自動記錄表盤讀數； 自動跟蹤經緯儀，可連續自動瞄準空中目標； 利用陀螺定向原理快速獨立確定地面點方位的陀螺經緯儀和激光經緯儀； 帶經緯儀，子午線 一款用于天文觀測的通用經緯儀，具有儀器和天頂儀三種功能； 攝影經緯儀，將相機和經緯儀結合在一起，用于地面攝影測量等。
DJ6經緯儀是一種廣泛應用于地形測量、工程和采礦測量的光學經緯儀。 它主要由水平轉盤、瞄準部分和底座三部分組成。
1. 底座部分
用于支撐底座瞄準部分。 其上有三顆螺絲。 其作用是對儀器進行調平。
2. 瞄準部
瞄準部分是經緯儀的主要部件。 瞄準部分的組成部分包括水平管、光學對中器、支架、水平軸、垂直度盤、望遠鏡、度盤讀數系統等。
3. 表盤部分
DJ6光學經緯儀表盤有水平表盤和垂直表盤，均由光學玻璃制成。 水平刻度盤從0°到360°沿整圓順時針繪制，最小網格值一般為1°或30′。
2、經緯儀安裝方法
1) 將三腳架調整為等長并適合操作者的身高。 將儀器固定在三腳架上，使儀器底面與三腳架頂面平行。
2) 將儀器放置在測量臺上。 目視估計后，大致居中。 用力踩住其中一條腿，調節光學對中器目鏡（看清十字線）和物鏡（看清測量站），用雙手抬起其中一條腿并前后擺動、左、右，通過看錘子確定十字準線交點與測量點重合，然后放穩，踩在腿上。
3）伸縮三腳架腿長調平圓形水平儀
4) 將兩根調平螺旋平行于調平管放置，以調平調平管。
5) 將瞄準部旋轉90度，用第三個螺絲調平水平管。
6) 檢查光學對準。 若有小偏差，可打開連接螺釘平移底座使其準確對中，擰緊連接螺釘，然后檢查水準泡是否居中。
3、表盤讀數法
光學經緯儀的讀數系統包括水平刻度盤、垂直刻度盤、千分尺裝置、讀數顯微鏡等幾部分。 水平度盤和垂直度盤上標注的最小網格值一般為1°或30′。 當讀取小于一格值的角度值時，必須使用千分尺裝置，DJ6級光學經緯儀千分尺裝置的讀數測量有千分尺和平行玻璃千分尺。
(1)千分尺讀數裝置
目前DJ6級光學經緯儀新產品均采用該裝置。
在讀數顯微鏡的視野中設置一個帶有十字線的十字線。 表盤上的分劃線被顯微鏡放大并成像在分劃線上。 表盤最小格值（60'）的成像寬度恰到好處。 它等于分劃板上分劃線1°之間的長度。 標線分為 60 個小格。 標記方向與表盤方向相反。 使用這 60 個小格來測量表盤上不到 1 個格。 網格值。 測量時以零零分界線為指示線。
(2) 單平行玻璃板千分尺讀數裝置
單塊平行玻璃板測微計的主要部件有：單塊平行板玻璃、扇形分劃板和測微輪。 該儀器的標尺格值為30′，扇形標尺上有90個小格，格值為30′/90=20″。
測量角度時，瞄準目標后轉動千分尺輪，用兩條分度線夾住刻度盤上分劃線的圖像并讀取讀數。 整度數是從夾緊的度盤刻度上讀出的，小于整度的部分是從千分尺刻度上讀出的。
(3)讀數顯微鏡
光學經緯儀讀數顯微鏡的作用是放大讀數圖像，以方便讀取表盤讀數。
(4) 級別
光學經緯儀上有2至3級。 它們的作用是在經緯儀工作狀態下使經緯儀的垂直軸與水平度盤保持水平。 關卡分為關卡關卡和花園關卡兩種。
*管道水平
管水準器安裝在瞄準部分，其作用是準確地調平儀器。
*圓形水準儀
圓形水平儀用于粗略調平儀器。 其靈敏度較低，網格值為8″/2mm。
4、經緯儀測角原理
1、水平角測量原理
水平角是指空間中兩條相交的方向線所畫的垂直平面之間的二面角。 角度值為 0° 至 360°。 空間中兩條直線 OA 和 OB 相交于 O 點，將 A、O、B 點沿垂直方向投影到水平面上，得到對應的投影點 A′、O′、B′ 和水平線 O′A ′ 和 O′B。 ′之間的夾角β是通過兩條方向線所畫的垂直平面之間的夾角，即水平角。
水平角的大小與地面點的高程無關。
測量角度的儀器在測量水平角度時必須滿足兩個基本條件：
(1)可以提供水平刻度盤，其中心可以方便地置于與方向線的交點——水平刻度盤同一條垂直線上；
(2)必須有能瞄準遠處目標的望遠鏡，并且必須能在水平面和垂直面內旋轉一整圈，以便通過望遠鏡瞄準不同高度的目標A和B。圖中水平角β為A、B兩個方向讀數之差：β=ba 2、垂直角的測量原理
垂直角是指某一目標方向的視線與同一垂直平面內的水平線之間的夾角α，也稱為垂直角或高度角； 垂直角的角度值為0°至±90°。
視線與鉛垂線之間的夾角稱為天頂距，天頂距z的角度值范圍為0°至180°。
當視線在水平線上方時，垂直角稱為仰角，角度值為正； 當視線低于水平線時，為俯角，角度值為負值，如圖所示。
可見，測角儀器經緯儀還必須配備一個可以垂直放置的刻度盤——立式刻度盤，或垂直刻度盤。
▲全站儀的使用方法
1.全站儀簡介
全站儀，即電子全站儀。 它是一種集光、機、電于一體的高科技測量儀器。 是集水平角、垂直角、距離（斜距、水平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統。 由于一次放置儀器即可完成測量站上的所有測量工作，故稱為全站儀。 廣泛應用于大型地上建筑、地下隧道施工等精密工程測量或變形監測領域。
全站儀是一種集光、機、電于一體的新型測角儀器。 與光學經緯儀相比，電子經緯儀以光電掃描度盤代替了光學度盤，并以自動記錄和顯示代替了人工光學測微計讀數。 讀數簡化了角度測量操作并避免讀數錯誤。 電子經緯儀的自動記錄、存儲、計算功能和數據通訊功能進一步提高了測量操作的自動化程度。
全站儀和光學經緯儀的區別在于表盤讀數和顯示系統。 電子經緯儀的水平和垂直度盤及其讀數裝置分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數傳感器來測量角度。 測量。 根據角度測量精度可分為0.5英寸、1英寸、2英寸、3英寸、5英寸、10英寸等幾個級別。
2、全站儀的組成
全站儀幾乎可用于所有測量領域。 電子全站儀由電源部分、測角系統、測距系統、數據處理部分、通訊接口、顯示屏、鍵盤等組成。與電子經緯儀和光學經緯儀相比，全站儀添加了許多專用部件，因此全站儀比其他角度測量和距離測量儀器具有更多的功能，并且使用更方便。 這些特殊的部件構成了全站儀獨特的結構特點。
1.同軸望遠鏡
全站儀的望遠鏡實現了測距光波的準直軸與發射、接收光軸的同軸對準。 同軸化的基本原理是在望遠鏡物鏡和聚焦鏡之間設置二向色棱鏡系統。 通過該系統，望遠鏡可以實現多功能，即可以瞄準目標，將其成像在十字準線上，并進行角度測量。 同時，測距部分的外光路系統可以使測距部分的光電二極管發出的調制紅外光通過物鏡射向反射棱鏡后，通過相同的路徑反射回來，然后被接收通過二向色棱鏡的作用由光電二極管產生。 ; 對于距離測量，儀器內部需要額外的內部光路系統。 光電二極管發出的調制紅外光通過二向色棱鏡系統中的光纖傳輸到光電二極管接收，并通過內外光路對光的相位進行調制。 通過差值間接計算出光的傳播時間并計算出測量的距離。 同軸性使得望遠鏡可以一次瞄準同時測量水平角、垂直角和斜距等所有基本測量要素。 再加上全站儀強大便捷的數據處理功能，全站儀使用起來極其方便。
2.雙軸自動補償
在儀器的檢驗和校準中引入了雙軸自動補償的原理。 如果全站儀在運行過程中垂直軸發生傾斜，就會造成角度觀測誤差。 左臉和右臉觀測值的居中不能抵消它們。 全站儀獨特的雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統，可監測縱軸傾斜，自動修正表盤讀數中因縱軸傾斜引起的角度測量誤差（有些全站儀臺站儀器垂直軸最大傾斜度可允許±6')，或者由微處理器根據垂直軸傾斜校正計算公式自動計算出因垂直軸傾斜而引起的角度誤差，并且添加到表盤讀數上進行修正，使表盤顯示的讀數為正確值，這就是所謂的垂直軸傾斜自動補償。
雙軸自動補償采用的結構（當前水平儀，包括Topcon、Trimble）：用氣泡（從外面看不到氣泡，不是檢查和校準中描述的氣泡）來校準絕對水平面，氣泡的中間充滿液體，兩端充滿氣體。 水泡上部兩側放置發光二極管，水泡下部兩側放置光電管，利用發光二極管接收發出的光通過水泡。 然后，通過運算電路比較兩個二極管獲得的光強度。 當處于初始位置，即絕對水平時，操作值設置為零。 當全站儀器在運行過程中發生傾斜時，計算電路實時計算光強差，將其轉換為傾斜位移，并將此信息傳送給控制系統，以確定自動補償值。 除了最初使用微處理器計算并校正輸出的自動補償方法外，還有一種方法是使用步進電機驅動微型螺桿來校正軸向方向的偏移，從而使軸始終絕對水平。
3.鍵盤
鍵盤是全站儀測量時用來輸入操作指令或數據的硬件。 全站儀的鍵盤和顯示屏是雙面的，方便正反鏡操作時的操作。
4.記憶
全站儀存儲器的作用是存儲實時采集的測量數據，然后根據需要傳輸到計算機等其他設備進行進一步處理或利用。 全站儀的存儲器包括內存和存儲卡。 全站儀的內存相當于計算機的內存（RAM）。 存儲卡是一種外部存儲介質，也稱為PC卡建筑測繪儀器，其功能相當于計算機磁盤。
5.通訊接口
全站儀可以通過BS-232C通信接口和通信電纜將存儲器中存儲的數據輸入計算機，也可以通過通信電纜將計算機中的數據和信息傳輸到全站儀，實現雙向信息傳輸。
3、全站儀的使用
全站儀有角度測量、距離（坡距、水平距離、高差）測量、三維坐標測量、導線測量、交叉口定點測量、放樣測量等多種用途。 內置專用軟件，可進一步擴展功能。
全站儀基本操作與使用：
1.水平角測量
(1) 按角度測量鍵，使全站儀進入角度測量模式，瞄準第一個目標 A。
(2) 將 A 方向水平刻度盤讀數設置為 0°00′00″。
(3) 照準第二個目標B。此時顯示的水平刻度盤讀數就是兩個方向之間的水平角。
2. 距離測量
(1) 在設置測距棱鏡常數之前，必須將棱鏡常數輸入儀器，儀器會自動修正測量的距離。
(2) 設置大氣改正值或溫度、壓力值
光在大氣中的傳播速度會隨著大氣的溫度和壓力而變化。 15℃和760mmHg是儀器設定的標準值。 此時建筑測繪儀器，大氣被修正為0ppm。 實際測量時，輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可以直接輸入大氣改正值）并對測距結果進行修正。
(3) 測量儀器高和棱鏡高并輸入全站儀。
(4)距離測量
照準目標棱鏡中心并按測距鍵。 距離測量開始。 距離測量完成后，顯示坡距、水平距離和高差。
全站儀具有三種測距模式：精測模式、跟蹤模式、粗測模式。 精密測量模式是最常用的測距模式。 測量時間約2.5S，最小顯示單位1mm。 跟蹤模式常用于跟蹤移動目標或出發時連續測距。 最小顯示一般為1cm，每次測距時間約為0.3S； 粗略測量模式，測量時間約為0.7S，最小顯示單位為1cm或1mm。 在距離測量或坐標測量過程中，可以按距離測量模式（MODE）鍵選擇不同的距離測量模式。 需要注意的是，有些型號的全站儀在測距時無法設置儀器高和棱鏡高。 顯示的高差是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。
3.坐標測量
(1) 設置測站點三維坐標。
(2) 設置后視點坐標或將后視方向水平度盤讀數設置為其方位角。 設置后視點坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并將后視方向的水平度盤讀數設置為其方位角。
(3) 設置棱鏡常數。
(4) 設置大氣改正值或溫度、壓力值。
(5) 測量儀器高和棱鏡高并輸入全站儀。
(6) 照準目標棱鏡并按坐標測量鍵。 全站儀開始測量距離并計算并顯示測量點的三維坐標。
4、全站儀數據通訊
全站儀的數據通信是指全站儀與電子計算機之間的雙向數據交換。 全站儀與計算機之間的數據通信方式主要有兩種。 一種是使用全站儀配置的PCMCIA（個人計算機存儲卡國際協會），簡稱PC卡，也稱為存儲。 卡）用于數字通信的卡，其特點是通用性強，可以在各種電子產品之間互換使用； 另一種是利用全站儀的通訊接口，通過電纜傳輸數據。
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