一、水準(zhǔn)測(cè)量原理
1. 水準(zhǔn)測(cè)量基本原理
目的：測(cè)定兩點(diǎn)的高差
儀器：水準(zhǔn)儀
原理：利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線對(duì)豎立在兩點(diǎn)之間的水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測(cè) ，并通過(guò)其中一個(gè)點(diǎn)（M點(diǎn)）的高程推算另一個(gè)點(diǎn)(N點(diǎn))的高程。
2. 水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)方法
（1）高差法：在M、N兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，在M、N兩點(diǎn)分別豎立水準(zhǔn)尺，利用水準(zhǔn)移的水平視線分別讀取M點(diǎn)、N點(diǎn)上的讀數(shù)a、b，則兩點(diǎn)的高差為
a：后視讀數(shù)(后視觀測(cè)讀數(shù))；
b：前視讀數(shù)(前視觀測(cè)讀數(shù))。
M：后視點(diǎn)
N：前視點(diǎn)
（2）視線高法（單站多測(cè)法）
安置一次儀器可以測(cè)算多個(gè)點(diǎn)高程的方法。首先算出水準(zhǔn)儀的視線高程Hi，然后分別計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的高程：
bj為第j個(gè)前視點(diǎn)的讀數(shù)，Hj為第j個(gè)前視點(diǎn)的高程。
這種方法常用于路線縱斷面測(cè)量。
3. 連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量（路線水準(zhǔn)測(cè)量）
應(yīng)用前提：兩待測(cè)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)、高差較大，或中間有障礙。
方法：加設(shè)若干個(gè)臨時(shí)立尺點(diǎn)（稱為轉(zhuǎn)點(diǎn)ZD），依此測(cè)定相鄰兩個(gè)點(diǎn)的高差，取各高差的代數(shù)和即得到起終兩個(gè)點(diǎn)的高差。
則M、N兩點(diǎn)的高差為
4. 提高精度的觀測(cè)方法
“中間法”觀測(cè)：各測(cè)站前、后視線長(zhǎng)度大致相等
二、水準(zhǔn)儀
1. 水準(zhǔn)儀：提供水平視線（平行大地水準(zhǔn)面）的設(shè)備
2. 水準(zhǔn)儀類型：
（1）微傾式水準(zhǔn)儀 ?
（2）自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀
（3）電子水準(zhǔn)儀
3. 水準(zhǔn)儀的表示方法（國(guó)產(chǎn)儀器）
DSn：D表示大地測(cè)量S表示水準(zhǔn)儀，n為數(shù)字表示儀器精度，數(shù)值n越小,表示儀器精度越高。如DS0.5,,表示每公里往返測(cè)量高差中數(shù)的偶然中誤差小于或等于0.5mm。
4. 常用水準(zhǔn)儀的等級(jí)劃分及主要用途
5. ?水準(zhǔn)儀的主要結(jié)構(gòu)組成
主要為三部分：
（1）望遠(yuǎn)鏡 ? ? （2）水準(zhǔn)器 ? ? ?（3）基座
其中望遠(yuǎn)鏡為主要組成部分。下圖為WILD NAK-0X型水準(zhǔn)儀
6. ?望遠(yuǎn)鏡組成及其成像原理
望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、對(duì)光凹透鏡和十字絲四個(gè)主要部分組成。
成像原理：目標(biāo)經(jīng)過(guò)物鏡和對(duì)光凹透鏡的作用，在鏡筒內(nèi)造成倒立、縮小的實(shí)像，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)光凹透鏡，就可以使像清晰地成在十字絲平面上。
（望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)）
目鏡的作用：放大，人眼經(jīng)過(guò)目鏡，可以看到目標(biāo)的小實(shí)像與十字絲一起放大了的虛像。
十字絲的作用：提供照準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。其中心交點(diǎn)和物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸，即視線。玻璃片上的上、下短絲稱為視距絲。水準(zhǔn)測(cè)量就是當(dāng)視線水平時(shí)，用中間橫絲截取水準(zhǔn)尺讀數(shù)。
視準(zhǔn)軸：十字絲中央交點(diǎn)和物鏡光心的連線 （水準(zhǔn)儀四條軸線之一）
豎軸：望遠(yuǎn)鏡底部與基座相連的軸的中心線。（水準(zhǔn)儀四條軸線之一）
7. 水準(zhǔn)器
（1）水準(zhǔn)器的用途：
衡量視線是否水平、豎軸是否鉛垂的標(biāo)志。
（2）水準(zhǔn)器種類：水準(zhǔn)盒及水準(zhǔn)管
水準(zhǔn)盒用于粗調(diào)整平，水準(zhǔn)管則用于精密整平。
（3）水準(zhǔn)盒軸線：
水準(zhǔn)盒頂面中心（水準(zhǔn)盒零點(diǎn)）的球面法線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一）。
（4）水準(zhǔn)管軸線：
過(guò)水準(zhǔn)管圓弧中心點(diǎn)（水準(zhǔn)管零點(diǎn)）與頂面圓弧內(nèi)壁相切的直線（水準(zhǔn)儀四條主要軸線之一）。
（5）水準(zhǔn)器靈敏度：
用分劃值表示，即當(dāng)氣泡移動(dòng)2mm時(shí)，水準(zhǔn)盒（管）軸相應(yīng)傾斜的角度。
8. ?水準(zhǔn)尺
用途：用于水準(zhǔn)測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)觀測(cè)
種類：塔尺和板尺兩種。塔尺是可以伸縮的，塔尺一般長(zhǎng)3米，由三節(jié)組成。板尺一般2米。
水準(zhǔn)尺的刻度與標(biāo)注：
精度比較：板尺精度高于塔尺。
用 ? ?途：板尺一般常用于三、四等水準(zhǔn)測(cè)量，而塔尺則用于等外水準(zhǔn)測(cè)量。
使用注意事項(xiàng)：使用前應(yīng)認(rèn)清尺子刻劃線與數(shù)字之間的位置關(guān)系，是否為正、倒數(shù)字，尺底的數(shù)值。對(duì)于塔尺，當(dāng)使用兩節(jié)以上時(shí)應(yīng)注意兩節(jié)接口位置是否對(duì)準(zhǔn)、卡簧是否卡住。
三、水準(zhǔn)儀使用方法
注意：如何辨別及消除視差？
用腳螺旋整平儀器
視差存在的根本原因：目標(biāo)像和十字絲分劃板不重合?。?！
水準(zhǔn)尺讀數(shù)方法：
四、水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施
1. 水準(zhǔn)點(diǎn)及其選擇
水準(zhǔn)測(cè)量必須要有已知水準(zhǔn)點(diǎn)（即其高程已知的點(diǎn)，用BM表示，如BM0、BM1等）
水準(zhǔn)點(diǎn)選擇：結(jié)合測(cè)區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況、被測(cè)點(diǎn)的分布以及地形地勢(shì)情況、所采取的路線形式選擇。
水準(zhǔn)點(diǎn)類型：永久性和臨時(shí)性
水準(zhǔn)點(diǎn)制成：依永久性及臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)而制做。
1. 水準(zhǔn)點(diǎn)及其選擇
? 水準(zhǔn)測(cè)量必須要有已知水準(zhǔn)點(diǎn)（即其高程已知的點(diǎn)，用BM表示，如BM0、BM1等）
水準(zhǔn)點(diǎn)選擇：結(jié)合測(cè)區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況、被測(cè)點(diǎn)的分布以及地形地勢(shì)情況、所采取的路線形式選擇。
水準(zhǔn)點(diǎn)類型：永久性和臨時(shí)性
水準(zhǔn)點(diǎn)制成：依永久性及臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)而制做。
1. 水準(zhǔn)點(diǎn)及其選擇
? 水準(zhǔn)測(cè)量必須要有已知水準(zhǔn)點(diǎn)（即其高程已知的點(diǎn)，用BM表示，如BM0、BM1等）
水準(zhǔn)點(diǎn)選擇：結(jié)合測(cè)區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況、被測(cè)點(diǎn)的分布以及地形地勢(shì)情況、所采取的路線形式選擇。
水準(zhǔn)點(diǎn)類型：永久性和臨時(shí)性
水準(zhǔn)點(diǎn)制成：依永久性及臨時(shí)性水準(zhǔn)點(diǎn)而制做。
2. 水準(zhǔn)路線布置
附合水準(zhǔn)路線
（3）支水準(zhǔn)路線：從一水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿線測(cè)量各待定點(diǎn)，其線路既不閉合到原來(lái)的已知點(diǎn)，也不附合到另一已知點(diǎn)。而是通過(guò)往返觀測(cè)來(lái)檢查觀測(cè)差。理論上往返高差應(yīng)為絕對(duì)值相等而符號(hào)相反。
（4）結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)：由若干條單水準(zhǔn)路線相互連接而成的圖形?？煞譃楦胶纤疁?zhǔn)網(wǎng)及獨(dú)立水準(zhǔn)網(wǎng)。
3. ?水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)
（1）觀測(cè)與記錄：采用連續(xù)水準(zhǔn)路線測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離大小取決于通視條件、讀數(shù)清晰度以及保證視線在尺子范圍內(nèi)，一般為50~100米。注意：待測(cè)點(diǎn)必須要立尺觀測(cè)。對(duì)每一測(cè)站分別記錄后視讀數(shù)及前視讀數(shù)。注意：記錄方法
（2）測(cè)量結(jié)果校核
1）計(jì)算校核：檢查計(jì)算結(jié)果有無(wú)錯(cuò)誤：高差計(jì)算結(jié)果；采用公式是否正確等。
2）測(cè)站校核：對(duì)每一站的觀測(cè)和記錄都及時(shí)地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校核。校核方法有：變動(dòng)儀器高法、雙面尺法或雙儀器法；
3）路線校核：根據(jù)計(jì)算的閉合差，與規(guī)定的允許誤差比較，判斷觀測(cè)精度是否合格。
平地
(L 為水準(zhǔn)路線總長(zhǎng)度km）
山地
(n為測(cè)站總數(shù)）
4. ?水準(zhǔn)測(cè)量的高程計(jì)算
（1）高差閉合差計(jì)算
計(jì)算閉合差及閉合差允許值，寫(xiě)在“路線校核”欄內(nèi)。
（2）高差閉合差分配及高程計(jì)算
當(dāng)導(dǎo)線閉合差滿足技術(shù)要求時(shí)，可進(jìn)行閉合差分配。分配的原則：改正數(shù)v與測(cè)站數(shù)n（或路線長(zhǎng)度L）成正比，與閉合差反號(hào)，即
各點(diǎn)高程值 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
H0：已知點(diǎn)的高程，Hi為改正前的高程值。
五、水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來(lái)源及削減措施
六、水準(zhǔn)儀校驗(yàn)
1. 水準(zhǔn)儀軸線幾何關(guān)系
（1）水準(zhǔn)盒軸平行豎軸；
（2）十字絲橫絲垂直豎軸；
（3）水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。
2. 檢驗(yàn)方法：
（1）檢驗(yàn)水準(zhǔn)盒軸與豎軸是否平行：調(diào)平水準(zhǔn)盒氣泡居中，然后旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡180度，若氣泡依然居中則兩軸平行。
（2）檢驗(yàn)十字絲橫軸與豎軸是否垂直：將十字絲橫絲左端對(duì)準(zhǔn)某一目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平微動(dòng)螺旋使目標(biāo)移到十字絲的右端，若目標(biāo)依然位于十字絲橫絲上則表明兩軸垂直。
（3）檢驗(yàn)水準(zhǔn)管軸是否平行視準(zhǔn)軸：在已知高差的兩點(diǎn)間架設(shè)儀器，并使儀器距兩點(diǎn)之間的距離懸殊，首先在其中一個(gè)點(diǎn)立尺觀測(cè)讀數(shù)a，并根據(jù)a計(jì)算出儀器對(duì)另一點(diǎn)的應(yīng)該讀數(shù)b。然后對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)讀數(shù)得b’，利用b’、b及兩測(cè)點(diǎn)之間的距離DMN可以計(jì)算出兩軸線的夾角γ ?(單位為秒) ， ?若γ 大于20秒 ?不平行。
七、其它用于水準(zhǔn)測(cè)量的儀器
1.精密水準(zhǔn)儀
光學(xué)測(cè)微器+精密水準(zhǔn)尺
2.自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀
自動(dòng)補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償視準(zhǔn)軸出現(xiàn)輕微傾斜帶領(lǐng)的誤差。
3.電子水準(zhǔn)儀（數(shù)字水準(zhǔn)儀）
分光鏡和探測(cè)器+條紋編碼標(biāo)尺+圖象處理電子系統(tǒng)。自動(dòng)讀數(shù)、記錄和計(jì)算。
4.激光水準(zhǔn)儀
激光發(fā)射器，測(cè)定激光雙程走時(shí)計(jì)算兩點(diǎn)間的距離。
5.全站測(cè)量?jī)x
光學(xué)理論+幾何理論+計(jì)算機(jī)理論+計(jì)算方法?？稍谝粋€(gè)測(cè)站上同時(shí)測(cè)角（水平角和豎直角）和測(cè)距（斜距、水平距離和高差），并能自動(dòng)計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
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