一、水準(zhǔn)測量原理

　　工程上常用的高程測量方法有幾何水準(zhǔn)測量、三角高程測量、GPS測高及在特定對象和條件下采用的物理高程測量，其中幾何水準(zhǔn)測量是目前高程測量中精度最高、應(yīng)用最普遍的測量方法。水準(zhǔn)測量原理、微傾式水準(zhǔn)儀、自動安平水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀使用方法！

　　如上圖所示，設(shè)在地面A、B兩點(diǎn)上豎立標(biāo)尺（水準(zhǔn)尺），在A、B兩點(diǎn)之間安置水準(zhǔn)儀，利用水準(zhǔn)儀提供一條水平視線，分別截取A、B兩點(diǎn)標(biāo)尺上讀數(shù)a、b，顯然：

　　如上圖，如果A、B兩地距離較遠(yuǎn)時，可以用連續(xù)水準(zhǔn)測量的方法。中間可設(shè)置轉(zhuǎn)點(diǎn)TP（臨時高程傳遞點(diǎn)，須放置尺墊），顯然：

　　二、水準(zhǔn)儀的介紹

　　水準(zhǔn)儀是提供水平視線的儀器，按精度分，水準(zhǔn)儀通常有DS05、DS1、DS3等幾種。其中“D”和“S”分別為“大地”和“水準(zhǔn)儀”首字漢語拼音的首字母，而下標(biāo)是儀器的精度指標(biāo)，即每千米測量中的偶然誤差（以mm為單位）。目前常用的水準(zhǔn)儀從構(gòu)造上可分為兩大類：利用水準(zhǔn)管來獲得水平視線的“微傾式水準(zhǔn)儀”和利用補(bǔ)償器來獲得水平視線的“自動安平水準(zhǔn)儀”。此外，還有一種新型的水準(zhǔn)儀——“電子水準(zhǔn)儀”，它配合條形碼標(biāo)尺，利用數(shù)字化圖像處理的方法，可自動顯示高程和距離，使水準(zhǔn)測量實(shí)現(xiàn)了自動化。

　　水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。

　　微傾式水準(zhǔn)儀

　　1、儀器介紹

　　2、微傾式水準(zhǔn)儀的使用

　?。?）安置水準(zhǔn)儀

　　在測站上松開架腿的蝶形螺旋，按需要調(diào)整架腿的長度，將螺旋擰緊。將三腳架張開，使架頭大致水平，并將架腳的腳尖踩入土中。然后把水準(zhǔn)儀從箱中取出，將其固連在三腳架上。

　　（2）認(rèn)識水準(zhǔn)儀

　　指出儀器各部件的名稱，了解其作用并熟悉其使用方法；同時弄清水準(zhǔn)尺的分劃與注記。

　?。?）粗略整平水準(zhǔn)儀

　　按“左手拇指規(guī)則”，先用雙手同時反向旋轉(zhuǎn)一對腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡移至中間，再轉(zhuǎn)動另一只腳螺旋使氣泡居中。通常需反復(fù)進(jìn)行。

　?。?）瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺

　　瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的步驟是：轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰；松開水平制動螺旋，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，通過望遠(yuǎn)鏡上的缺口和準(zhǔn)星初步瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，固定水平制動螺旋；轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準(zhǔn)尺分劃清晰；旋轉(zhuǎn)水平微動螺旋，使水準(zhǔn)尺影像的一側(cè)靠近于十字絲豎絲（便于檢查水準(zhǔn)尺是否豎直）；眼睛略作上下移動，檢查十字絲與水準(zhǔn)尺分劃像之間是否有相對移動（視差）；如果存在視差，則重新進(jìn)行目鏡與物鏡對光，消除視差。

　?。?）精確整平水準(zhǔn)儀

　　轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)器氣泡兩端的像吻合。注意微傾螺旋轉(zhuǎn)動方向與符合水準(zhǔn)管左側(cè)氣泡移動方向的一致性。

　?。?）讀數(shù)

　　用十字絲中絲在水準(zhǔn)尺上讀取4位讀數(shù)。讀數(shù)時，先估讀毫米數(shù)，然后按米、分米、厘米及毫米一次讀出。

　　自動安平水準(zhǔn)儀

　　自動安平水準(zhǔn)儀與微傾式水準(zhǔn)儀的區(qū)別在于：自動安平水準(zhǔn)儀沒有水準(zhǔn)管和微傾螺旋，而是在望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)中裝置了補(bǔ)償器。

　　1、視線自動安平的原理

　　當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中后，視準(zhǔn)軸仍存在一個微小傾角α，在望遠(yuǎn)鏡的光路上安置一補(bǔ)償器，使通過物鏡光心的水平光線經(jīng)過補(bǔ)償器后偏轉(zhuǎn)一個β角，仍能通過十字絲交點(diǎn)，這樣十字絲交點(diǎn)上讀出的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，即為視線水平時應(yīng)該讀出的水準(zhǔn)尺讀數(shù)。

　　由于無需精平，這樣不僅可以縮短水準(zhǔn)測量的觀測時間，而且對于施工場地地面的微小震動、松軟土地的儀器下沉以及大風(fēng)吹刮等原因，引起的視線微小傾斜，能迅速自動安平儀器，從而提高了水準(zhǔn)測量的觀測精度。

　　2、自動安平水準(zhǔn)儀的使用

　　自動安平水準(zhǔn)儀的使用方法較微傾式水準(zhǔn)儀簡便。安置儀器后，只需用腳螺旋使圓水準(zhǔn)氣泡居中，完成儀器的錯略整平，即可用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺直接讀數(shù)。由于補(bǔ)償器有一定的補(bǔ)償范圍，所以使用自動安平水準(zhǔn)儀時，要防止補(bǔ)償器貼靠周圍的部件，保證其處于自由懸掛狀態(tài)。有的儀器在目鏡旁有一按鈕，它可以直接觸動補(bǔ)償器。讀數(shù)前可輕按此按鈕，以檢查補(bǔ)償器是否處于正常工作狀態(tài)，也可以消除補(bǔ)償器輕微的貼靠現(xiàn)象。如果每次觸動按鈕后，水準(zhǔn)尺讀數(shù)變動后又能恢復(fù)原有讀數(shù)，則表示工作正常。如果儀器上沒有這種檢查按鈕，則可用腳螺旋使儀器數(shù)軸在視線方向稍作傾斜，若讀數(shù)不變則表示補(bǔ)償器工作正常。由于要確保補(bǔ)償器處于工作范圍內(nèi)，使用自動安平水準(zhǔn)儀時應(yīng)特別注意圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。

　　電子水準(zhǔn)儀

　　1、電子水準(zhǔn)儀的主要優(yōu)點(diǎn)

　?。?）操作簡捷，自動觀測和記錄，并立即用數(shù)字顯示測量結(jié)果。

　　（2）整個觀測過程在幾秒鐘內(nèi)即可完成，從而大大減少觀測錯誤和誤差。

　　（3）儀器還附有數(shù)據(jù)處理器及與之配套的軟件，從而可將觀測結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)入后處理，實(shí)現(xiàn)測量工作自動化和流水線作業(yè)，大大提高功效。

　　2、電子水準(zhǔn)儀的觀測精度

　　電子水準(zhǔn)儀的觀測精度高，如瑞士徠卡公司開發(fā)的NA2000型電子水準(zhǔn)儀的分辨力為0.1mm，每千米往返測得高差中數(shù)的偶然中誤差為2.0mm；NA3003型電子水準(zhǔn)儀的分辨力為0.01mm，每千米往返測得高差中數(shù)的偶然中誤差為0.4mm。

　　3、電子水準(zhǔn)儀測量原理

　　與電子水準(zhǔn)儀配套使用的水準(zhǔn)尺為條形編碼尺，通常由玻璃纖維或銦鋼制成。在電子水準(zhǔn)儀中裝置有行陣傳感器，它可識別水準(zhǔn)標(biāo)尺上的條形編碼。電子水準(zhǔn)儀攝入條形編碼后，經(jīng)處理器轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字，在通過信號轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)化，在顯示屏上直接顯示中絲讀數(shù)和視距。

　　4、電子水準(zhǔn)儀的使用（以南方電子水準(zhǔn)儀DL301為例）

　　南方電子水準(zhǔn)儀DL301為用鍵盤和安裝在側(cè)面的測量鍵來操作。由LCD顯示器顯示給使用者，并顯示測量結(jié)果和系統(tǒng)的狀態(tài)。

　　觀測時，電子水準(zhǔn)儀在人工完成安置與粗平、瞄準(zhǔn)目標(biāo)（條形編碼水準(zhǔn)尺）后，按下測量鍵后約3～4秒既顯示出測量結(jié)果。其測量結(jié)果可貯存在電子水準(zhǔn)儀內(nèi)或通過電纜連接存入機(jī)內(nèi)記錄器中。

　　另外，觀測中如水準(zhǔn)標(biāo)尺條形編碼被局部遮擋＜30％，仍可進(jìn)行觀測。

　　各鍵功能說明

　　三腳架的架設(shè)

　　應(yīng)使用配套的E型鋁制三腳架或?qū)捒蛉_架，或球頭鋁制三腳架。

　?。?）伸縮三腳架三條腿到合適的長度，并擰緊腿部中間部分固定螺帽。

　?。?）固緊三腳架頭上的六角螺母，使三腳架腿不致于太松。將三腳架安置在給定點(diǎn)上，張開三腳架，使腿的間距約一米或腳架張角能保證三腳架穩(wěn)定，先固定一個腳，再動其他二個腳使水準(zhǔn)儀大致水平，如有必要可再伸縮三腳架腿的長度。

　?。?）將三腳架腿踩入地面內(nèi)使其固定在地面上。

　　將儀器安裝到三腳架頭上

　　從儀器箱內(nèi)小心取出儀器并安置到三腳架頭上

　?。?）將三腳架中心螺旋對準(zhǔn)儀器底座上的中心，然后旋緊腳架上的中心螺旋直到將儀器固定在三架頭上。

　?。?）如果需要用水平度盤測定角度或設(shè)定一條線，則須用垂球?qū)x器精確地對中。

　?。?）利用三個腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，即置平儀器，若使用球頭三腳架，則應(yīng)先輕輕松開腳架中心螺旋，然后將儀器圍繞三腳架頭頂部轉(zhuǎn)動使圓水準(zhǔn)器泡居中，當(dāng)氣泡位于圈內(nèi)即可旋緊腳架上的固定螺母。

　　安置儀器在給定點(diǎn)上(對中)

　　當(dāng)儀器用于測角或定線，則該儀器必須用垂球精確安置在給定點(diǎn)上。

　　（1）將垂球鉤掛在三腳架中心螺旋的垂球架上。

　　（2）然后將垂球線掛到垂球上，用滑動裝置調(diào)節(jié)線的長度使垂球位于合適的高度上。

　　（3）如果儀器未對準(zhǔn)給定點(diǎn)，可將儀器移動到該點(diǎn)上，而無須改變?nèi)_架腿與架頭之間的關(guān)系。首先將三腳架大致安置到給定點(diǎn)上，使垂球偏離該點(diǎn)約在lcm以內(nèi)，握住三腳架的兩條腿，相對于第三條腿進(jìn)行調(diào)節(jié)，使架頭水平、高度適當(dāng)，架腿張開合適可觸及地面。

　?。?）最后一邊觀察垂球和架頭一邊將每條架腿踩入地面內(nèi)。

　?。?）略微松開三腳架中心螺旋，在架頭上輕輕移動儀器，使垂球正好對準(zhǔn)給定點(diǎn)，然后將三腳架中心螺旋旋緊。

　　整平儀器

　　轉(zhuǎn)動離圓水準(zhǔn)器最遠(yuǎn)的兩個腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器氣泡位于和上述兩個腳螺旋中心連線的垂線上。

　　然后旋轉(zhuǎn)第三個腳螺旋，使氣泡居中,，如果氣泡仍未嚴(yán)格居中，則應(yīng)從頭開始重復(fù)上述操作注:整平過程中不要觸動望遠(yuǎn)鏡。

　　調(diào)節(jié)目鏡

　　在測量操作之前，必須根據(jù)操作員的視力對望遠(yuǎn)鏡目鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)

　?。?）按反時針方向旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)節(jié)環(huán)，此時十字絲可能變得模糊不清。

　　（2）按順時針方向慢慢旋轉(zhuǎn)目鏡環(huán)，直到十字絲清晰可見。

　　照準(zhǔn)與調(diào)焦

　　（1）將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)標(biāo)尺，觀察提手把上的粗瞄器，使三角形標(biāo)志的頂點(diǎn)對準(zhǔn)標(biāo)尺(如圖所示)

　?。?）任意方向旋轉(zhuǎn)調(diào)焦螺旋直到看清標(biāo)尺。

　?。?）用水平微動螺旋精確照準(zhǔn)標(biāo)尺，詳情見“標(biāo)尺的調(diào)焦與照準(zhǔn)”

　　注:一旦水準(zhǔn)儀已經(jīng)調(diào)焦且瞄準(zhǔn)標(biāo)尺，即可一邊左、右移動眼睛一邊通過望遠(yuǎn)鏡觀察，按理此時十字絲和標(biāo)尺之間不會出現(xiàn)偏離，若有偏離(視差)，則應(yīng)仔細(xì)調(diào)焦儀器或調(diào)節(jié)目鏡，以使消除調(diào)焦誤差。

　　三、記錄表格