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仪器使用功能


水准仪
利用水准仪测量地面点高程的方法,称为水准测量。它是精度较高的一种准 测量方法。 1、 水准测量原理 、 水准测量原理是利用水准仪所提供的水平视线,并借助水准尺,来测定地 面两点间的高差, 然后根据其 中一点的已知高程推算出另 一点的高程。如图所示,欲测 定 A, 两点之间的高差 h AB , B 可在 A,B 两点上分别竖立水 准尺,并在 A,B 两点之间安 置水准仪。 借助仪器的水平视 线,在 A 点尺上读数,设为 a;在 B 点尺上读数,设为 b; 则 B 点对于 A 点的高差为:

h

AB

= a ?b

水准仪 NA720

如果水准测量由 A 到 B 进行测量,我们称 A 点为后视点,A 点尺上的读数

a 为后视读数;称 B 点位前视点,B 点尺上的读数 b 为前视读数。高差等于后视 读数减去前视读数。a﹥b 高差为正;反之,为负。在计算高程时,高差应连同 其符号一并运算。 若已知 A 点的高程为 H A ,则 B 点的高程为:

H
视线高程:

B

= H A + H ab = H A + (a ? b)

从图中可以看出, 点的高程 H B 也可以通过仪器的视线高程 H i 求得。 B 即:

H =H
i

A

+a

B 点高程 H B = H i ? b



H

B

= H A + H ab = H A + (a ? b) 是直接利用高差 hAB 计算 B 点的高程,

称高差法; H B = H i ? b 是利用仪器视线高程 Hi 计算 B 点高程的, 式 称仪高法。 在施工测量中,当安置一次仪器要求测出若干个点的高程时,应用仪高法比高差 法方便。 在实际工作中,通常 A,B 两点相距较远或高差较大时,仅安一次仪器难以测得 两点间的高差,此时需要分段进行侧量。

精密水准仪 (NA2+GPM3) 2、 水准仪的构造和各部件的作用 、 水准仪的类型很多。它主要由望远镜、水准器和基座三不分构成。

2.1 望远镜 望远镜主要由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝分化板所组成。物镜和目 镜多采用复合透镜组,十字丝分划板上刻有两条相互垂直的长线,竖直的一 条称竖丝,它的作用是瞄准标尺;横的一条称为中丝,它的作用是当视线水 平时在标尺上读数;在中丝的上下方还有对称的刻有两条与中丝平行的短横 线,称为视距丝,他可以测定仪器至标尺的距离。十字丝分划板是由平板玻 璃制成的,平板玻璃片装在分划板座上。 十字丝交点与物镜光心连线,称为视准轴或视线。 2.2 水准器 一般都有圆水准其器 圆水准器顶面的内壁是球面,其中有圆分化圈,圆圈的中心为水准器的零 点。通过零点的球面法线为圆水准器轴线,当圆水准器气泡居中时,该轴线 处于竖直位置。当气泡不居中时,气泡中心偏移零点 2mm,轴线所倾斜的角 值,称为圆水准器的分化值,一般 8?~10?。由于它的精度较低,故只用于仪 器的粗略整平。 2.3 基座 基座的作用是支撑仪器的上半部分并与三脚架连接。它主要由轴座、脚螺 旋、底板和三角压板构成。 3、水准仪的操作使用方法 、 3.1 安置水准仪 打开三脚架,将其支在地面上,并使高度适当,目估大概使架头水平。 检查脚架腿是否安置稳固,脚架伸缩螺旋是否拧紧,然后打开仪器箱取出水 准仪,置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地连接在三脚架头上。

3.2 粗略整平 粗平是借助于圆水准器的气泡居中,使仪器竖轴大致处于铅直方向,从 而视准轴粗略水平。在整平过程中,气泡的移动方向与左手大拇指运动方向 一致

3.3 瞄准水准尺 (1) 使望远镜对向远方明亮的背景,转动望远镜对光螺旋,直到十字 丝清晰为止。 (2) 松开制动螺旋, 转动望远镜, 通过镜筒上部的粗瞄器瞄准水准尺, 然后拧紧制动螺旋。 (3) 转动物镜调焦螺旋,使水准尺成像清晰。 (4) 转动微动螺旋,使十字丝的竖丝贴近水准尺的边缘或中央。 (5) 眼睛在目镜端上、下微动,若看到十字丝与标尺的影像有相对移 动时,这种现象称为视差。由于视差的存在,当眼睛与目镜的 相对位置不同时,会得到不同的读数,从而增大了读数的误差, 应予以消除。消除的方法是反复仔细调节物镜和目镜调焦螺旋, 直到眼睛上、下移动时读数不变。 3.4 精确整平与读数 当气泡居中时,视线处于水平位置。此时应及时读出中丝读数。

经纬仪
1、水平角测量原理 、 在地面上高程不同的三个点,构成相交与一点的两条倾斜直线,过这两条的 两个竖直面和水平面的投影所夹的角即为 给两条直线的水平角。 对观测水平角提出如下几点: (1) 仪器要能安置在角顶上, 而 且仪器的中心必须 位于角顶的铅垂线 上。 (2) 照准设备能在竖直面和水 平面内自由转动; (3) 要具有一个刻度盘, 并能使 其处于水平位置; (4) 要有读数设备,读取投影方向的读数。 根据上述要求制成的测角仪器称其为“经纬仪” 。 经纬仪通常按其观测精度指标 (一测回方向值中误差) 分为 0.5〞, 1〞, 2〞, 6〞,15〞等级别; 2、经纬仪的构造 、 由于生产厂家不同,每个等级的经纬仪的构造及部件不完全相同,但主要部 分是相同的。它均有照准部、水平度盘、基座三部分组成。仪器下部与脚架连接 的部分叫基座。基座上面能转动的叫照准部,照准部能绕仪器旋转轴在水平方向 内转动。水平度盘安置与照准部底部,其中心在竖轴上,在水平角观测时固定不 动

2.1 照准部 照准部主要部件有望远镜、照准部水准管、读数设备等。望远镜有目镜、物 镜、十字丝环、调焦透镜组成,其作用 与水准仪的望远镜相同。它安置在照准 部两侧的支架上,由望远镜制动钮和望远镜微动螺旋控制可作上下转动。望远镜 侧面装有竖直度盘,该盘的中心和望远镜的旋转轴是一致的,是随望远镜的转动 而转动,用以测量竖直角。 整个照准部又以其内轴与水平度盘的外轴相连,内轴与竖轴一致的,照准部 绕竖轴在水平方向的转动,是由照准部制动手轮和照准部微螺控制的。 照准部水准管用以整平仪器。当照准部旋转任意方向时,水准管气泡均保持 居中位置,则竖轴在铅垂方向,水平度盘处于水平位置。 2.2 水平度盘 水平度盘通过外轴装在基座中心的套轴内,并用基座锁紧螺旋使之锁紧。它 是一个有机玻璃圆环,在其边沿刻划 360 个分划线,故其格值为 1 度。 当照准部转动时,水平度盘并不随之转动。若需要将水平度盘安置在某一读 数的位置时,可拨动水平度盘变换轮,在观测水平角过程中,则必须使水平度盘 和照准部脱开。 2.3 基座 与水平度盘相连的外轴套插入基座的套轴内,并由中心锁紧螺旋固定。在基 座下面用中心螺旋和三脚架顶板相连,基座上装有三个脚螺旋,调节脚螺旋使竖

轴与铅垂线方向一致,以达到水平角测量原理所提出的要求。 3、 经纬仪的使用 、 3.1 经纬仪的安置 安置的目的是使仪器的旋转轴与地面点在同一铅垂线上, 并使水平度盘处于 水平位置。 安置工作包括对中整平。 对中的目的是使仪器中心位于地面点 (即所测角顶) 的铅垂线上。首先张开三角架,并调节脚架使其与观测者高度适宜,目估架头水 平,是架头中心初步对准测站点标志。然后安上仪器,旋紧中心连接螺旋,挂上 垂球。如垂球尖与标志较远,则平移脚架,使垂球尖对准标志,踩紧脚架。再稍 松中心连接螺旋,在架头上移动经纬仪,是垂球尖准确对准标志中心,再拧紧中 心螺旋。 有些光学经纬仪装有光学对点器,当照准部水平时,对中器的视线经棱镜折 射后成铅垂方向,且与竖轴中心重合。若地面标志中心与光学对中器分划板中心 相重合,说明竖轴中心以位于角顶点的垂线上。有些经纬仪光学对中器装在基座 上。由于仪器安置的高度不同,光学对中器也需要调焦,多数仪器的调焦是旋转 目镜,即移动分划板位置,也有少数是移动对中器物镜位置进行调焦。 整平的目的是使经纬仪的竖轴成铅垂位置,或者说使水平度盘处于水平位 置。初步的整平是用目估法移动三角架来实现的。精确的整平是调节基座的三个 脚螺旋,首先使圆水准器泡居中实现粗平,然后放松照准部水平制动钮,使水准 管与一对脚螺旋的连线平行,两手同时向内或向外旋转这一对脚螺旋,使气泡居 中。 仪器安置正确与否,直接影响测角精度。对中误差一般不应大于 3 毫米。整 平时气泡偏离中心的误差应不超过一格。 3.2 瞄准 瞄准目标前要松开照准部和望远镜的制动钮,将望远镜对向天空(或 明亮的背影) ,调节目镜,使十字丝最清晰,消除视察。然后转动照准部和望 远镜,先用望远镜的粗瞄准器对准目标,再在望远镜内找到目标,进行物镜 调焦,使成像清晰。然后固定照准部和望远镜制动钮,用相应的微动螺旋使 十字丝精确对准目标。测水平角时用竖丝精确瞄准目标,且尽量瞄准目标的

中心位置或底部;测竖直角时用中横丝精确与目标顶相切,且尽量在十字丝 交点附近。 3.3 读数 它的主要作用是:测量水平角和竖直角。它的水平角所读的是水平度盘上的 读数,而竖直角所测的是竖直度盘上的读数。 3.3.1 水平角测量 水平角观测应根据观测目标的多少而采用不同的方法, 两个方向可采用测回 法,三个方向或三个以上方向可采用方向观测发(又称全圆测回法) 。在观测中 为了消除仪器的某些误差,通常用盘左和盘右两个位置进行观测。所谓盘左,就 是观测者面对望远镜的目镜时,竖盘在望远镜的左边或称正镜;反之,若竖盘在 右边称为盘右或称倒镜。 测回法: 如图所示,设置仪器于 O 点,地面两目标为 A,B。欲测定∠AOB

A
a o ? Β b

B

(1)盘左位置 在 O 点安置好仪器,瞄准目标 A,得读数为α左, 顺时针方向旋转照准 B 目标,得 b 左,这样便完成了盘左半个测回的观测工作。 (2)盘右位置 倒转望远镜,变为盘右。按上述方法先瞄准目标 B,逆时针旋转照准部, 瞄准左边目标 A,这称为盘右半测回观测。 β右=b 右-a 右 盘左和盘右两个半测回在一起称为一测回。

各测回间变换度盘位置 为提高精度, 往往需要多观测几个测回。 同时为减少度盘分化不均匀的影响, 在每测回盘左变换度盘位置,变换数值按 180∕n. 3.3.2 竖直角测量 竖直角测量原理 在竖直面内倾斜视线方向与水平视线方向的夹角称为竖直角。因此,竖直角 也有两个方向的读数之差,但应指出,测定竖直角时,水平视线方向的读数不需 要读取,它是一个固定数值。 竖直角也叫高度角或垂直角。 竖盘读数 所要观测的目标有高有低,则可以测出它与水平面的夹角,则用竖直角来表 示,他可以盘左和盘右来测取。 竖直角的计算 由于竖直角是倾斜视线与水平视线在竖盘上两读数之差, 而水平视线是某一 固定数值,无需将望远镜放成水平读数,但 L 水平或 R 水平是因竖盘注记而异, 盘左竖直角计算公式: α左=90-L 读 盘右竖直角计算公式: α右=R 读-270 在测量竖直角时,由于竖直角照准误差的影响,α左≠α右,故取平均值作为竖 直角测量最终成果: α=(α左+α右)∕2 竖直角观测 观测步骤:①安置仪器;②观测前使望远镜大致水平,观察指标所指读数 L 水平或 R 水平之值;③将望远镜视准轴向上倾斜,观察竖盘注记是增加还是 减少,借以确定竖直角公式;④盘左瞄准目标,使竖盘指标水准管气泡居中, 读出竖盘读数 L 读,计算α左;⑤倒转望远镜变为盘右位置,同盘右操作读得 R 读计算α右;⑥计算α角值; 竖盘指标差

当望远镜视线水平且竖盘指标水准管气泡居中时, 竖盘读数理论上应有的读 数,而是大了或小了一个角值,这个角值称为指标差,通常用 X 表示。 X=【 读+R 读)-360】∕2 (L 投点仪(天顶 底 投点仪(天顶/底仪) 在高层建筑施工、竖井传递等测量和精密对点工作中,离不开控制点的上下 传递工作。如在核岛 CV 内部施工过程中,测量控制点布设在第二层的时候,当 进行 CV 内部第三层施工的时候,就需要将第三层的控制点垂直投影到第三层, 以便进行施工放样和施工监测。投点仪即是用于垂直投点的仪器,它能通过自动 安平的方式提供一条高精度(可达 1/20 万)的铅垂线。 按投点方式不同,分为天顶式投点仪、天底式投点仪和天顶天底式投点仪。 天顶式投点仪:已有控制点在下层,需将其投影到上层,可采用天顶式投点 仪

天底式投点仪:已有控制点在建筑物的顶端,需要将其投影到较低位置,可 采用天底式

天顶天底式投点仪:把下层的控制点投影到仪器上方,或把顶部的控制点投 影到仪器下方

手持式激光测距仪
手持式激光测距仪由于体积小、重量轻等特点得到广泛应用,实际上正在逐 步代替传统的钢尺。 手持式激光测距仪采用相位式激光测距,载波为 红色可见光,测距时测量员只需将测距仪放置在被测 距离一端,利用可见红色激光目视瞄准另一端,启动 测量即可测出距离,测量不需任何反射棱镜,且可得 到 3mm 以内的测量精度。 如徕卡推出的 Pro4a 手持式 激光测距仪,测距精度优于 1.5mm,测距范围在 0.3~ 100m 以上,单次测距时间为 0.5~4s。 由于其测量距离方便快捷,手持式激光测距仪可 在某些场合发挥很好的作用,并广泛用于建筑测量、 室内装修、房产测量、容积测量、深度测量等领域。

全站仪
1、概念 全站仪又称全站型电子测速仪,是指在一 个测站上能同时完成角度和距离测量,并且可 马上计算、显示出待定点的坐标和高程的仪器 全站仪一次观测即可自动获得水平角、 竖直角、 水平距离、斜距、高差等基本观测数据。 2、全站仪的望眼镜 目前全站仪基本采用望远镜光轴(视准轴) 和测距光轴完全同轴的光学系统,一次照准就 能同时测出距离和角度。 望远镜能做 360°自由 纵转 3、数据记录 全站仪观测数据记录,随着仪器结构的不同,有三种方式: 通过电缆,将仪器的数据传输接口和外接的记录器连接起来,数据直接存储 在外接的记录器中 仪器内部有一个大容量的内存,用于记录数据 有的仪器是采用插入数据记录卡 4、测站设置 设置测站的目的是使得全站仪的水平度盘处于某种坐标系统中, 即水平度盘 的零刻度方向正好是坐标系统的零方向, 所以设置测站实际上是配置全站仪的水 平度盘和确定测站点坐标。 5、全站仪主要程序功能(以 Leica TC2003 型全站仪为例) a) 自由设站 自由设站法是在待定控制点上设站,向多个已知控制点观测方向和距离,并 按间接平差方法计算待定点坐标的一种控制测量方法。 b) 前方交会 前方交会即在已知控制点上设站观测水平角,根据已知点坐标和观测角值, 计算待定点坐标的一种控制测量方法

c) 后方交会 后方交会是仅在待定点设站,分别观测待定点到两个已知控制点的观测方向 与距离,从而得出待定点的坐标 d) 放样 把设计图纸上工程建筑物的平面坐标点输入仪器中,通过一定的方法标定到 实地上去的测量过程

GPS(全球定位系统) (全球定位系统)
GPS 是美国国防部研制的借助于 分布在空中的多个 GPS 卫星确定 地面点位置的一种新型定位系统 1、GPS 系统的组成 GPS 系统由三部分组成,即空中 GPS 卫星星座、 地面监控部分和用 户设备部分(GPS 接收机) 2、GPS 定位的基本原理 GPS 定位原理是依据距离交会定 位原理确定点位的。利用三个或三个以上的控制点可交会确定出天空中的卫 星位置;反之,利用三个或三个以上卫星的已知空间位置也可以交会出地面 未知点的位置 3、GPS 测量误差 同常规测量一样,GPS 测量同样存在测量误差。从误差源分析,GPS 误差可 分为三类: 与 GPS 卫星有关的误差;与 GPS 卫星信号传播有关的误差;与 GPS 信号接 收机有关的误差 4、GPS 控制网的外业观测 外业观测工作主要指利用 GPS 接收机采集来自 GPS 卫星的电磁波信号,


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