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水準儀使用與介紹

瀏覽量：0發布時間：2024-05-10 13:59:57

前言：

水準儀（英文：level）是建立水平視線測定地面兩點間高差的儀器。原理為根據水準測量原理測量地面點間高差。主要部件有望遠鏡、管水準器（或補償器）、垂直軸、基座、腳螺旋。按結構分為微傾水準儀、自動安平水準儀、激光水準儀和數字水準儀（又稱電子水準儀）。按精度分為精密水準儀和普通水準儀。

水準儀是在17～18世紀發明了望遠鏡和水準器后出現的。20世紀初，在制出內調焦望遠鏡和符合水準器的基礎上生產出微傾水準儀。20世紀50年代初出現了自動安平水準儀；60年代研制出激光水準儀；90年代出現電子水準儀或數字水準儀。

一、水準儀的認識和功能介紹

1.水準儀的外觀認識：

2.水準儀的各部件的功能介紹：

1）望遠鏡制動扳手：當制動扳手向下扳緊后，可固定望遠鏡在水平方向的轉動

2）望遠鏡微動螺栓：當制動扳手向下扳緊后，可轉動微動螺旋，使望遠鏡在水平方向進行微小的轉動。

3）微傾螺栓：轉動微傾螺栓可使望遠鏡和長水準管一起在豎直方向進行微小的轉動。因此，當轉動微傾螺栓時，可使望遠鏡的視線水平（即長水準管的氣泡居中）。

4）對光螺栓：轉動對光螺栓，可使目標的影像調節到清晰為止。

5）腳螺栓：用于調平放穩儀器

6）長水準管：當長氣泡處于水準管的中間時，則證明望遠鏡的視線是水平的

7）長水準管校正螺栓：用以校正長水準管的位置。

8）圓水準器：憑借它來粗略放平儀器。當圓氣泡居中時，說明望遠鏡已大致水平。

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

10）目鏡：調節目鏡的位置，使十字絲的影像顯得很清晰。

11）瞄準器：可用它在望遠鏡外面粗略地瞄準目標。

（2）水準儀的使用。用水準儀測量基礎時，先把水準儀安裝在三腳架上，用眼睛估計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），然后轉動腳螺栓使圓水準器圓氣泡居中。可反復操作2～3次，就能使氣泡居中。

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

3.水準測量的其它配套設備

水準儀配套使用的工具有三腳架、水準尺、尺墊。

（1）三腳架。用來安置水準儀，給予水準儀測量時一定的高度，調節架腿的高低和開合可以適應任何地形，除此之外，也可以利用三腳架調平水準儀。

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

①塔尺攜帶方便，但是結合處容易產生誤差，且沒有水準氣泡，一般適用于四等以下水準測量使用；

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

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儀才可以使用，測量精度高，一般適用于變形監測和二等水準測量。

塔尺

紅黑尺

銦瓦尺

（3）尺墊。尺墊是用于水準線路測量時轉點的一種工具，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，把水準尺立在凸出的半球體上使用。

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

4.水準測量的基本原理

水準測量的基本原理是利用水準儀提供的一條水平視線，通過觀測前后兩把水準尺的讀數，進而由已知點高程推求未知點的高程。

如下圖所示：已知A點的高程H_A,前后水準尺的讀數分別為b、a，求B點的高程值H_B。

首先計算A、B兩點之間的高差h_AB ,高差即兩點的高程之差，根據圖示，可得:

計算高程的方法有兩種：高差法和視線高法。

①高差法：利用兩點之間的高差來計算高程的方法，適用于一般的水準線路測量；

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

5.水準儀的操作使用

使用自動安平水準儀或電子水準儀進行高差測量時，其步驟基本一樣，都要經過：儀器安置→粗平→瞄準→讀數。

①安置：將三腳架放置在兩個測量點大致中間位置，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，一種是調整腳螺旋，方法和全站儀精平類似，先調整兩個腳螺旋，再調節另外一個腳螺旋，使得圓水準氣泡居中，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，因為腳螺旋調節有一定的限度。另外一種方法是：調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：望遠鏡目鏡調焦，使十字絲清晰，轉動望遠鏡，用瞄準器瞄準目標，使目標進入視線內。旋轉物鏡調焦旋鈕，使目標清晰，消除視差，然后調整微動旋鈕，使得十字絲精確瞄準目標，過程中盡量讓十字絲豎絲瞄準水準尺中間部位，便于檢查水準尺是否傾斜，方便提示扶尺人員。

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

電子水準儀讀數較為簡單，瞄準并清晰看到水準尺的條形碼后，點擊“測量”，即可得到水準尺的讀數及視距。

6.水準儀的功能

①測高差：

利用水準儀提供的一條水平視線，通過瞄準兩點所在的水準尺的讀數，計算兩點之間的高差，即：

高差=后視讀數-前視讀數

②測距：

光學水準儀可以利用上絲讀數和下絲讀數，計算前后視的距離，計算方法為：

視距=（上絲讀數-下絲讀數）*100

電子水準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.水準測量的方法

水準測量的方法有兩種：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尺兩面都有刻度，例如紅黑尺。在待測高程的兩點上豎立水準尺，將水準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a1、b1，再讀取后尺、前尺紅面中絲的讀數a2、b2，計算高差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尺可以是單面尺。在待測高差的兩點上豎立水準尺，將水準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a1、b1，然后重新調整儀器的高度，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a2、b2，計算高差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

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

計算公式：兩點高差=后視－前視。