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水準(zhǔn)儀使用與介紹

瀏覽量：0發(fā)布時間：2024-05-10 13:59:57

前言：

水準(zhǔn)儀（英文：level）是建立水平視線測定地面兩點(diǎn)間高差的儀器。原理為根據(jù)水準(zhǔn)測量原理測量地面點(diǎn)間高差。主要部件有望遠(yuǎn)鏡、管水準(zhǔn)器（或補(bǔ)償器）、垂直軸、基座、腳螺旋。按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀、自動安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀（又稱電子水準(zhǔn)儀）。按精度分為精密水準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)儀。

水準(zhǔn)儀是在17～18世紀(jì)發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡和水準(zhǔn)器后出現(xiàn)的。20世紀(jì)初，在制出內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡和符合水準(zhǔn)器的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出微傾水準(zhǔn)儀。20世紀(jì)50年代初出現(xiàn)了自動安平水準(zhǔn)儀；60年代研制出激光水準(zhǔn)儀；90年代出現(xiàn)電子水準(zhǔn)儀或數(shù)字水準(zhǔn)儀。

一、水準(zhǔn)儀的認(rèn)識和功能介紹

1.水準(zhǔn)儀的外觀認(rèn)識：

2.水準(zhǔn)儀的各部件的功能介紹：

1）望遠(yuǎn)鏡制動扳手：當(dāng)制動扳手向下扳緊后，可固定望遠(yuǎn)鏡在水平方向的轉(zhuǎn)動

2）望遠(yuǎn)鏡微動螺栓：當(dāng)制動扳手向下扳緊后，可轉(zhuǎn)動微動螺旋，使望遠(yuǎn)鏡在水平方向進(jìn)行微小的轉(zhuǎn)動。

3）微傾螺栓：轉(zhuǎn)動微傾螺栓可使望遠(yuǎn)鏡和長水準(zhǔn)管一起在豎直方向進(jìn)行微小的轉(zhuǎn)動。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動微傾螺栓時，可使望遠(yuǎn)鏡的視線水平（即長水準(zhǔn)管的氣泡居中）。

4）對光螺栓：轉(zhuǎn)動對光螺栓，可使目標(biāo)的影像調(diào)節(jié)到清晰為止。

5）腳螺栓：用于調(diào)平放穩(wěn)儀器

6）長水準(zhǔn)管：當(dāng)長氣泡處于水準(zhǔn)管的中間時，則證明望遠(yuǎn)鏡的視線是水平的

7）長水準(zhǔn)管校正螺栓：用以校正長水準(zhǔn)管的位置。

8）圓水準(zhǔn)器：憑借它來粗略放平儀器。當(dāng)圓氣泡居中時，說明望遠(yuǎn)鏡已大致水平。

9）長水泡管的氣泡觀察孔：氣泡通過棱鏡折射，可在觀察孔內(nèi)看到中間剖開的兩個氣泡頭。如兩氣泡頭錯位，表示水準(zhǔn)管的氣泡不居中，如兩氣泡頭對齊，表示氣泡已居中。

10）目鏡：調(diào)節(jié)目鏡的位置，使十字絲的影像顯得很清晰。

11）瞄準(zhǔn)器：可用它在望遠(yuǎn)鏡外面粗略地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

（2）水準(zhǔn)儀的使用。用水準(zhǔn)儀測量基礎(chǔ)時，先把水準(zhǔn)儀安裝在三腳架上，用眼睛估計(jì)將三腳架的頂面大致放成水平的位置后，把三腳架的3個腳踏入土中（或放在混凝土平面上），然后轉(zhuǎn)動腳螺栓使圓水準(zhǔn)器圓氣泡居中。可反復(fù)操作2～3次，就能使氣泡居中。

（3）用水準(zhǔn)儀測定設(shè)備基礎(chǔ)的標(biāo)高。根據(jù)設(shè)備安裝的施工圖紙，首先對設(shè)備基礎(chǔ)的標(biāo)高進(jìn)行測定。如用前述方法安裝三腳架、調(diào)整圓氣泡于中間位置，望遠(yuǎn)鏡的視線處于水平位置，扳松望遠(yuǎn)鏡的制動扳手，使水準(zhǔn)儀目鏡能水平轉(zhuǎn)動。在設(shè)備基礎(chǔ)上（最好是立于墊鐵位置）立放一根長標(biāo)尺，用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)長標(biāo)尺轉(zhuǎn)動微傾螺栓，使觀察孔中兩個氣泡的影像吻合，指揮立放長標(biāo)尺的人在標(biāo)尺上用紅鉛筆劃一條與望遠(yuǎn)鏡十字絲相重合的水平線。然后分別對基礎(chǔ)上各點(diǎn)進(jìn)行測定。

3.水準(zhǔn)測量的其它配套設(shè)備

水準(zhǔn)儀配套使用的工具有三腳架、水準(zhǔn)尺、尺墊。

（1）三腳架。用來安置水準(zhǔn)儀，給予水準(zhǔn)儀測量時一定的高度，調(diào)節(jié)架腿的高低和開合可以適應(yīng)任何地形，除此之外，也可以利用三腳架調(diào)平水準(zhǔn)儀。

（2）水準(zhǔn)尺。水準(zhǔn)尺的類型有多種，優(yōu)質(zhì)木材制成的紅黑尺、鋁合金制成的塔尺、用于精密水準(zhǔn)測量的銦瓦尺。水準(zhǔn)尺一般成對使用，一尺立于后視點(diǎn)，一尺立于前視點(diǎn)。

①塔尺攜帶方便，但是結(jié)合處容易產(chǎn)生誤差，且沒有水準(zhǔn)氣泡，一般適用于四等以下水準(zhǔn)測量使用；

②紅黑尺是雙面尺，一面是黑色劃線，零起點(diǎn)，一面是紅色劃線，常數(shù)起點(diǎn)，兩根雙面紅色的尺底常數(shù)不同，分別是4687mm、4787mm，用于雙面讀數(shù)檢核，用于四等以上水準(zhǔn)測量使用；

③銦瓦尺是單面尺，尺面上沒有刻度，而是以條形碼的形式存在，必須配套使用特定型號的電子水準(zhǔn)儀才可以使用，測量精度高，一般適用于變形監(jiān)測和二等水準(zhǔn)測量。

塔尺

紅黑尺

銦瓦尺

（3）尺墊。尺墊是用于水準(zhǔn)線路測量時轉(zhuǎn)點(diǎn)的一種工具，用鋼板或鑄鐵制成，呈三角形或圓形，重量為1~5kg，尺墊下方有三個尖腳，上方中央有一凸出的半球體。使用時將尺墊踩實(shí)，把水準(zhǔn)尺立在凸出的半球體上使用。

尺墊主要用于高程傳遞，作為臨時水準(zhǔn)點(diǎn)使用。使用過程中，注意一定要踩實(shí)尺墊，其目的是為了防止尺墊下沉造成高程誤差；將水準(zhǔn)尺立于半球體之上，其目的是為了測量過程中，尺子在轉(zhuǎn)換（前視變后視）時，使其點(diǎn)位高程不發(fā)生變化。

4.水準(zhǔn)測量的基本原理

水準(zhǔn)測量的基本原理是利用水準(zhǔn)儀提供的一條水平視線，通過觀測前后兩把水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，進(jìn)而由已知點(diǎn)高程推求未知點(diǎn)的高程。

如下圖所示：已知A點(diǎn)的高程H_A,前后水準(zhǔn)尺的讀數(shù)分別為b、a，求B點(diǎn)的高程值H_B。

首先計(jì)算A、B兩點(diǎn)之間的高差h_AB ,高差即兩點(diǎn)的高程之差，根據(jù)圖示，可得:

計(jì)算高程的方法有兩種：高差法和視線高法。

①高差法：利用兩點(diǎn)之間的高差來計(jì)算高程的方法，適用于一般的水準(zhǔn)線路測量；

②視線高法：利用視線高（儀器視線高程）計(jì)算高程的方法，適用于在一個測站上，觀測多個前視目標(biāo)時使用，常見于場地平整、地形測量、變形監(jiān)測項(xiàng)目中。

5.水準(zhǔn)儀的操作使用

使用自動安平水準(zhǔn)儀或電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行高差測量時，其步驟基本一樣，都要經(jīng)過：儀器安置→粗平→瞄準(zhǔn)→讀數(shù)。

①安置：將三腳架放置在兩個測量點(diǎn)大致中間位置，使其前后視距相等（消除i角誤差），三腳架的高度和胸口高度持平，然后將水準(zhǔn)儀安裝在架頭上，中心螺旋旋緊。

②粗平：粗平有兩種方法可以完成，一種是調(diào)整腳螺旋，方法和全站儀精平類似，先調(diào)整兩個腳螺旋，再調(diào)節(jié)另外一個腳螺旋，使得圓水準(zhǔn)氣泡居中，該方法適用前提是三腳架放置時架頭處于基本水平的狀態(tài)，因?yàn)槟_螺旋調(diào)節(jié)有一定的限度。另外一種方法是：調(diào)整一個三腳架腿的位置，保持另外兩個架腿不動，將另外一條架腿抬起，然后調(diào)整位置，最后使得氣泡居中。兩種方法也可以配合使用。

③瞄準(zhǔn)：望遠(yuǎn)鏡目鏡調(diào)焦，使十字絲清晰，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，用瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使目標(biāo)進(jìn)入視線內(nèi)。旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦旋鈕，使目標(biāo)清晰，消除視差，然后調(diào)整微動旋鈕，使得十字絲精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)，過程中盡量讓十字絲豎絲瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺中間部位，便于檢查水準(zhǔn)尺是否傾斜，方便提示扶尺人員。

④讀數(shù)：用分劃板上的視距絲（上絲和下絲）讀數(shù)，用于計(jì)算前后視距離；用分劃板上的中絲讀取水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，用于計(jì)算高差。

電子水準(zhǔn)儀讀數(shù)較為簡單，瞄準(zhǔn)并清晰看到水準(zhǔn)尺的條形碼后，點(diǎn)擊“測量”，即可得到水準(zhǔn)尺的讀數(shù)及視距。

6.水準(zhǔn)儀的功能

①測高差：

利用水準(zhǔn)儀提供的一條水平視線，通過瞄準(zhǔn)兩點(diǎn)所在的水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，計(jì)算兩點(diǎn)之間的高差，即：

高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)

②測距：

光學(xué)水準(zhǔn)儀可以利用上絲讀數(shù)和下絲讀數(shù)，計(jì)算前后視的距離，計(jì)算方法為：

視距=（上絲讀數(shù)-下絲讀數(shù)）*100

電子水準(zhǔn)儀可以直接測量前后視距，其測量原理是利用電磁波測距。

7.水準(zhǔn)測量的方法

水準(zhǔn)測量的方法有兩種：雙面尺法和兩次儀器高法（或變換儀器高法）。

①雙面尺法

雙面尺法的使用前提是使用的水準(zhǔn)尺兩面都有刻度，例如紅黑尺。在待測高程的兩點(diǎn)上豎立水準(zhǔn)尺，將水準(zhǔn)儀置于兩尺大致中間的位置，置平后先讀取后尺、前尺黑面中絲的讀數(shù)a1、b1，再讀取后尺、前尺紅面中絲的讀數(shù)a2、b2，計(jì)算高差h1=a1-b1，h2=a2-b2。若兩次觀測高差之差符合限差要求，取平均值作為觀測高差。

②兩次儀器高法

兩次儀器高法使用的水準(zhǔn)尺可以是單面尺。在待測高差的兩點(diǎn)上豎立水準(zhǔn)尺，將水準(zhǔn)儀置于兩尺大致中間的位置，置平后讀取后尺、前尺中絲的讀數(shù)a1、b1，然后重新調(diào)整儀器的高度，兩次儀器的高度不能小于10cm,置平后再讀取后尺、前尺中絲的讀數(shù)a2、b2，計(jì)算高差h1=a1-b1，h2=a2-b2。若兩次觀測高差之差符合限差要求，取平均值作為觀測高差。

操作要點(diǎn)

在未知兩點(diǎn)間，擺開三腳架，從儀器箱取出水準(zhǔn)儀安放在三腳架上，利用三個機(jī)座螺絲調(diào)平，使圓氣泡居中，跟著調(diào)平管水準(zhǔn)器。水平制動手輪是調(diào)平的，在水平鏡內(nèi)通過三角棱鏡反射，水平重合，就是水平。將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)未知點(diǎn)（1）上的塔尺，再次調(diào)平管水平器重合，讀出塔尺的讀數(shù)（后視），把望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)到未知點(diǎn)（2）的塔尺，調(diào)整管水平器，讀出塔尺的讀數(shù)（前視），記到記錄本上。

計(jì)算公式：兩點(diǎn)高差=后視－前視。

校正方法

將儀器擺在兩固定點(diǎn)中間，標(biāo)出兩點(diǎn)的水平線，稱為a、b線，移動儀器到固定點(diǎn)一端，標(biāo)出兩點(diǎn)的水平線，稱為a’、b ’。計(jì)算如果a－b≠a’－b ’時，將望遠(yuǎn)鏡橫絲對準(zhǔn)偏差一半的數(shù)值。用校針將水準(zhǔn)儀的上下螺釘調(diào)整，使管水平泡吻合為止。重復(fù)以上做法，直到相等為止。