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三大測量儀器操作詳解

▲水準儀及其使用方法

高程測量是測繪地形圖的基本工作之一，另外大量的工程、建筑施工也必須量測地面高程，利用水準儀進行水準測量是精密測量高程的主要方法。

一、水準儀器組合：

1.望遠鏡 2.調(diào)整手輪 3.圓水準器 4.微調(diào)手輪 5.水平制動手輪 6.管水準器 7.水平微調(diào)手輪 8.腳架

二、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(diào)平，使圓氣泡居中，跟著調(diào)平管水準器。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，就是平水。將望遠鏡對準未知點（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），把望遠鏡旋轉(zhuǎn)到未知點（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。

計算公式：兩點高差=后視－前視。

三、校正方法：

將儀器擺在兩固定點中間，標出兩點的水平線，稱為a、b線，移動儀器到固定點一端，標出兩點的水平線，稱為a’、b ’。計算如果a－b≠a’－b’時，將望遠鏡橫絲對準偏差一半的數(shù)值。用校針將水準儀的上下螺釘調(diào)整，使管水平泡吻合為止。重復(fù)以上做法，直到相等為止。

四、水準儀的使用方法

水準儀的使用包括：水準儀的安置、粗平、瞄準、精平、讀數(shù)五個步驟。

1.安置

安置是將儀器安裝在可以伸縮的三腳架上并置于兩觀測點之間。首先打開三腳架并使高度適中，用目估法使架頭大致水平并檢查腳架是否牢固，然后打開儀器箱，用連接螺旋將水準儀器連接在三腳架上。

2.粗平

粗平是使儀器的視線粗略水平，利用腳螺旋置園水準氣泡居于園指標圈之中。具體方法用儀器練習(xí)。在整平過程中，氣泡移動的方向與大姆指運動的方向一致。

3.瞄準

瞄準是用望遠鏡準確地瞄準目標。首先是把望遠鏡對向遠處明亮的背景，轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲zui清晰。再松開固定螺旋，旋轉(zhuǎn)望遠鏡，使照門和準星的連接對準水準尺，擰緊固定螺旋。zui后轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準尺的清晰地落在十字絲平面上，再轉(zhuǎn)動微動螺旋，使水準尺的像靠于十字豎絲的一側(cè)。

4.精平

精平是使望遠鏡的視線水平。微傾水準儀，在水準管上部裝有一組棱鏡，可將水準管氣泡兩端，折射到鏡管旁的符合水準觀察窗內(nèi)，若氣泡居中時，氣泡兩端的象將符合成一拋物線型，說明視線水平。若氣泡兩端的象不相符合，說明視線不水平。這時可用右手轉(zhuǎn)動微傾螺旋使氣泡兩端的象*符合，儀器便可提供一條水平視線，以滿足水準測量基本原理的要求。注意？氣泡左半部份的移動方向，總與右手大拇指的方向不一致。

5.讀數(shù)

用十字絲，截讀水準尺上的讀數(shù)?，F(xiàn)在的水準儀多是倒象望遠鏡，讀數(shù)時應(yīng)由上而下進行。先估讀毫米級讀數(shù)，后報出全部讀數(shù)。

注意，水準儀使用步驟一定要按上面順序進行，不能顛倒，特別是讀數(shù)前的符合水泡調(diào)整，一定要在讀數(shù)前進行。

五、水準儀的測量

測定地面點高程的工作，稱為高程測量。高程測量是測量的基本工作之一。高程測量按所使用的儀器和施測方法的不同，可以分為水準測量、三角高程測量、GPS高程測量和氣壓高程測量。水準測量是目前精度zui高的一種高程測量方法，它廣泛應(yīng)用于國家高程控制測量、工程勘測和施工測量中。

水準測量的原理是利用水準儀提供的水平視線，讀取豎立于兩個點上的水準尺上的讀數(shù)，來測定兩點間的高差，再根據(jù)已知點高程計算待定點高程。

如下圖所示，在地面上有A、B兩點，已知A點的高程為HA、為求B點的高程HB，在A、B兩點之間安骨水準儀，A、B兩點亡各豎立一把水準尺，通過水準儀的望遠鏡讀取水平視線分別在A、B兩點水準尺上截取的讀數(shù)為a和b，可以求出A、B兩點問的高差為：

設(shè)水準測量的前進方向為A點至B點，則稱A點為后視點，其水準尺讀數(shù)a為后視讀數(shù)；稱B點為前視點，其水準尺讀數(shù)b為前視讀數(shù)。因此，兩點間的高差等于：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　hAB=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)

若后視讀數(shù)大于前視讀數(shù)，則高差為正，表示B點比A點高，hAB>0；若后視讀數(shù)小于前視讀數(shù)，則高差為負，表示B點比A點低，hAB<0。

如果A、B兩點相距不遠，且高差不大，則安置一次水準儀，就可以測得高差hAB。此時B點高程為：

當架設(shè)一次水準儀需要測量多個前視點B1，B2，…，Bn的高程時，采用視線高程計算這些點的高程就非常方便。設(shè)水準儀對豎立在B1，B2，…，Bn點上的水準尺讀數(shù)分別為b1，b2，…，bn時，則高程計算公式為：

如果A、B兩點相距較遠或高差較大，安置一次儀器無法測得其高差時，就需要在兩點間增設(shè)若干個作為傳遞高程的臨時立尺點，稱為轉(zhuǎn)點(簡稱TP點)，如圖中的TP1，TP 2，…點，并依次連續(xù)設(shè)站觀測，設(shè)測得的各站高差為：

六、保養(yǎng)與維修

1．水準儀是精密的光學(xué)儀器，正確合理使用和保管對儀器精度和壽命有很大的作用；

2．避免陽光直曬，不許可證隨便拆卸儀器；

3．每個微調(diào)都應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動，不要用力過大。鏡片、光學(xué)片不準用手觸片；

4．儀器有故障，由熟悉儀器結(jié)構(gòu)者或修理部修理；

5．每次使用完后，應(yīng)對儀器擦干凈，保持干燥。

▲經(jīng)緯儀的使用方法

一、經(jīng)緯儀

經(jīng)緯儀是測量工作中的主要測角儀器。由望遠鏡、水平度盤、豎直度盤、水準器、基座等組成。

測量時，將經(jīng)緯儀安置在三腳架上，用垂球或光學(xué)對點器將儀器中心對準地面測站點上，用水準器將儀器定平，用望遠鏡瞄準測量目標，用水平度盤和豎直度盤測定水平角和豎直角。按精度分為精密經(jīng)緯儀和普通經(jīng)緯儀；按讀數(shù)設(shè)備可分為光學(xué)經(jīng)緯儀和游標經(jīng)緯儀；按軸系構(gòu)造分為復(fù)測經(jīng)緯儀和方向經(jīng)緯儀。此外，有可自動按編碼穿孔記錄度盤讀數(shù)的編碼度盤經(jīng)緯儀；可連續(xù)自動瞄準空中目標的自動跟蹤經(jīng)緯儀；利用陀螺定向原理迅速獨立測定地面點方位的陀螺經(jīng)緯儀和激光經(jīng)緯儀；具有經(jīng)緯儀、子午儀和天頂儀三種作用的供天文觀測的經(jīng)緯儀；將攝影機與經(jīng)緯儀結(jié)合一起供地面攝影測量用的攝影經(jīng)緯儀等。

DJ6經(jīng)緯儀是一種廣泛使用在地形測量、工程及礦山測量中的光學(xué)經(jīng)緯儀。主要由水平度盤、照準部和基座三大部分組成。

1、基座部分

用于支撐基照準部，上有三個腳螺旋，其作用是整平儀器

2、照準部

照準部是經(jīng)緯儀的主要部件，照準部部分的部件有水準管、光學(xué)對點器、支架、橫軸、豎直度盤、望遠鏡、度盤讀數(shù)系統(tǒng)等。

3、度盤部分

DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀度盤有水平度盤和垂直度盤，均由光學(xué)玻璃制成。水平度盤沿著全圓從0°～360°順時針刻畫，zui小格值一般為1°或30′。

二、經(jīng)緯儀的安置方法

1）三腳架調(diào)成等長并適合操作者身高，將儀器固定在三腳架上，使儀器基座面與三腳架上頂面平行。

2）將儀器舞擺放在測站上，目估大致對中后，踩穩(wěn)一條架腳，調(diào)好光學(xué)對中器目鏡（看清十字絲）與物鏡（看清測站點），用雙手各提一條架腳前后、左右擺動，眼觀對中器使十字絲交點與測站點重合，放穩(wěn)并踩實架腳。

3）伸縮三腳架腿長整平圓水準器

4）將水準管平行兩定平螺旋，整平水準管。

5）平轉(zhuǎn)照準部90度，用第三個螺旋整平水準管。

6）檢查光學(xué)對中，若有少量偏差，可打開連接螺旋平移基座，使其對中，旋緊連接螺旋，再檢查水準氣泡居中。

三、度盤讀數(shù)方法

光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)系統(tǒng)包括水平和垂直度盤、測微裝置、讀數(shù)顯微鏡等幾個部分。水平度盤和垂直度盤上的度盤刻劃的zui小格值一般為1°或30′，在讀取不足一個格值的角值時，必須借助測微裝置，DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)測微器裝置有測微尺和平行玻璃測微器兩種。

（1）測微尺讀數(shù)裝置

目前新產(chǎn)DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀均采用這種裝置。

在讀數(shù)顯微鏡的視場中設(shè)置一個帶分劃尺的分劃板，度盤上的分劃線經(jīng)顯微鏡放大后成像于該分劃板上，度盤zui小格值（60′)的成像寬度正好等于分劃板上分劃尺1°分劃間的長度，分劃尺分60個小格，注記方向與度盤的相反，用這60個小格去量測度盤上不足一格的格值。量度時以零零分劃線為指標線。

（2）單平行玻璃板測微器讀數(shù)裝置

單平行玻璃板測微器的主要部件有：單平行板玻璃、扇形分劃尺和測微輪等。這種儀器度盤格值為30′，扇形分劃尺上有90個小格，格值為30′/90=20″。 　

測角時，當目標瞄準后轉(zhuǎn)動測微輪，用雙指標線夾住度盤分劃線影像后讀數(shù)。整度數(shù)根據(jù)被夾住的度盤分劃線讀出，不足整度數(shù)部分從測微分劃尺讀出。

（3）讀數(shù)顯微鏡

光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)顯微鏡的作用是將讀數(shù)成像放大，便于將度盤讀數(shù)讀出。

（4）水準器

光學(xué)經(jīng)緯儀上有2～3個水準器，其作用是使處于工作狀態(tài)的經(jīng)緯儀垂直軸鉛垂、水平度盤水平，水準器分管水準器和園水準器兩種。

*管水準器

管水準器安裝在照準部上，其作用是儀器整平。

*圓水準器

圓水準器用于粗略整平儀器。它的靈敏度低，其格值為8″／ 2mm 。

四、經(jīng)緯儀的角度測量原理

1.水平角的測量原理

水平角是指過空間兩條相交方向線所作的鉛垂面間所夾的二面角，角值為　0°～360°?？臻g兩直線OA和OB相交于點O，將點A，O，B沿鉛垂方向投影到水平面上，得相應(yīng)的投影點A′，O′，B′，水平線O′A′和O′B′的夾角β就是過兩方向線所作的鉛垂面間的夾角，即水平角。

水平角的大小與地面點的高程無關(guān)。

測量角度的儀器在測量水平角時必須具備兩個基本條件：

（1）能給出一個水平放置的，且其中心能方便地與方向線交點置于同一鉛垂線上的刻度園盤——水

平度盤；

（2）要有一個能瞄準遠方目標的望遠鏡，且要能在水平面和豎直面內(nèi)作全圓旋轉(zhuǎn)，以便通過望遠鏡

瞄準高低不同的目標A和B。圖中水平角β為A和B兩個方向讀數(shù)之差：β=b-a

2. 垂直角的測量原理

垂直角是指在同一鉛垂面內(nèi)，某目標方向的視線與水平線間的夾角α，也稱豎直角或高度角；垂直角的角值為0°～±90°。

視線與鉛垂線的夾角稱為天頂距，天頂距z的角值范圍為0°～180°。

當視線在水平線以上時垂直角稱為仰角，角值為正；視線在水平線以下時為俯角，角值為負，如圖所示。

由此可知測角儀器經(jīng)緯儀還必須裝有一個能鉛垂放置的度盤——垂直度盤，或稱豎盤。

▲全站儀的使用方法

一、全站儀簡介

全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。

全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測角儀器，與光學(xué)經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學(xué)度盤換為光電掃描度盤，將人工光學(xué)測微讀數(shù)代之以自動記錄和顯示讀數(shù)，使測角操作簡單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。　

全站儀與光學(xué)經(jīng)緯儀區(qū)別在于度盤讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數(shù)傳感器進行角度測量的。 根據(jù)測角精度可分為0.5″，1″，2″，3″，5″，10″等幾個等級。

二、全站儀的組成

全站儀幾乎可以用在所有的測量領(lǐng)域。電子全站儀由電源部分、測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤等組成。

同電子經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀相比，全站儀增加了許多特殊部件，因此而使得全站儀具有比其它測角、測距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構(gòu)成了全站儀在結(jié)構(gòu)方面獨樹一幟的特點。

1．同軸望遠鏡

全站儀的望遠鏡實現(xiàn)了視準軸、測距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠物鏡與調(diào)焦透鏡間設(shè)置分光棱鏡系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)實現(xiàn)望遠鏡的多功能，即既可瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，進行角度測量。同時其測距部分的外光路系統(tǒng)又能使測距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光在經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測距需要在儀器內(nèi)部另設(shè)一內(nèi)光路系統(tǒng)，通過分光棱鏡系統(tǒng)中的光導(dǎo)纖維將由光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進行而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離。

同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現(xiàn)同時測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。

2．雙軸自動補償

在儀器的檢驗校正中已介紹了雙軸自動補償原理，作業(yè)時若全站儀縱軸傾斜，會引起角度觀測的誤差，盤左、盤右觀測值取中不能使之抵消。而全站儀*的雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統(tǒng)，可對縱軸的傾斜進行監(jiān)測，并在度盤讀數(shù)中對因縱軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正(某些全站儀縱軸zui大傾斜可允許至±6'），也可通過將由豎軸傾斜引起的角度誤差，由微處理器自動按豎軸傾斜改正計算式計算，并加入度盤讀數(shù)中加以改正，使度盤顯示讀數(shù)為正確值，即所謂縱軸傾斜自動補償。

雙軸自動補償?shù)乃捎玫臉?gòu)造(現(xiàn)有水平,包括Topcon,Trimble):使用一水泡（該水泡不是從外部可以看到的，與檢驗校正中所描述的不是一個水泡）來標定水平面，該水泡是中間填充液體，兩端是氣體。在水泡的上部兩側(cè)各放置一發(fā)光二極管，而在水泡的下部兩側(cè)各放置一光電管，用一接收發(fā)光二極管透過水泡發(fā)出的光。而后，通過運算電路比較兩二極管獲得的光的強度。當在初始位置，即水平時，將運算值置零。當作業(yè)中全站儀器傾斜時，運算電路實時計算出光強的差值，從而換算成傾斜的位移，將此信息傳達給控制系統(tǒng)，以決定自動補償?shù)闹?。自動補償?shù)姆绞匠跤晌⑻幚砥饔嬎愫笮拚敵鐾?，還有一種方式即通過步進馬達驅(qū)動微型絲桿，把此軸方向上的偏移進行補正，從而使軸時刻保證水平。

3．鍵盤

鍵盤是全站儀在測量時輸入操作指令或數(shù)據(jù)的硬件，全站型儀器的鍵盤和顯示屏均為雙面式，便于正、倒鏡作業(yè)時操作。

4．存儲器

全站儀存儲器的作用是將實時采集的測量數(shù)據(jù)存儲起來，再根據(jù)需要傳送到其它設(shè)備如計算機等中，供進一步的處理或利用，全站儀的存儲器有內(nèi)存儲器和存儲卡兩種。

全站儀內(nèi)存儲器相當于計算機的內(nèi)存(RAM)，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱PC卡，作用相當于計算機的磁盤。

5．通訊接口

全站儀可以通過BS—232C通訊接口和通訊電纜將內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)輸入計算機，或?qū)⒂嬎銠C中的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)通訊電纜傳輸給全站儀，實現(xiàn)雙向信息傳輸。

三、全站儀的使用

全站儀具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標測量、導(dǎo)線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。內(nèi)置軟件后，功能還可進一步拓展。

全站儀的基本操作與使用方法 ：

1、水平角測量

（1）按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準*個目標A。

（2）設(shè)置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00〃。

（3）照準第二個目標B，此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。

2、距離測量

（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)

測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會自動對所測距離進行改正。

（2）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值

光在大氣中的傳播速度會隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設(shè)置的一個標準值，此時的大氣改正為0ppm。實測時，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結(jié)果進行改正。

（3）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（4）距離測量

照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開始，測距完成時顯示斜距、平距、高差。

全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是zui常用的測距模式，測量時間約2.5S，zui小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標或放樣時連續(xù)測距，zui小顯示一般為1cm，每次測距時間約0.3S；粗測模式，測量時間約0.7S，zui小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。

應(yīng)注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設(shè)定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。

3、坐標測量

（1）設(shè)定測站點的三維坐標。

（2）設(shè)定后視點的坐標或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當設(shè)定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。

（3）設(shè)置棱鏡常數(shù)。

（4）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。

（5）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。

（6）照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。

四、全站儀的數(shù)據(jù)通訊

全站儀的的數(shù)據(jù)通訊是指全站儀與電子計算機之間進行的雙向數(shù)據(jù)交換。全站儀與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊的方式主要有兩種，一種是利用全站儀配置的PCMCIA（personal computer memory card internation association）,個人計算機存儲卡協(xié)會，簡稱PC卡，也稱存儲卡）卡進行數(shù)字通訊，特點是通用性強，各種電子產(chǎn)品間均可互換使用；另一種是利用全站儀的通訊接口，通過電纜進行數(shù)據(jù)傳輸。