第3章 水准仪

第1节 水准测量的仪器及工具

关键词10 水准仪外观

工程测量中一般常使用DS₃级水准仪，其外形及各部件名称如图3-1所示，主要由望远镜、水准器、基座三大部分组成。

关键词11 望远镜

水准仪的望远镜用于瞄准水准尺并进行读数，望远镜由物镜、调焦透镜、十字分划板、目镜等组成。物镜、调焦透镜、目镜为复合透镜组，分别安装在镜筒内部，并与光轴组成一个等效光学系统，如图3-2（a）所示。

十字丝分划板是安装在目镜筒内的一块光学玻璃板，上面刻有相互垂直的细线，称为十字丝。中间一条横线称为中横丝或中丝，上、下对称平行中丝的短线称为上丝和下丝，统称视距丝，用来测量距离。竖向的线称竖丝或纵丝，如图3-2（b）所示。十字丝分划板压装在分划板环座上，通过校正螺钉套装在目镜筒内，位于目镜与调焦透镜之间。十字丝是照准目标和读数的标志。物镜光心与十字丝交点的连线，称望远镜视准轴，用CC表示，为望远镜照准线。

根据几何光学原理，远处目标AB反射的光线，经过物镜及调焦透镜的作用，在十字丝附近成一倒立实像。由于目标离望远镜的远近不同，通过转动调焦螺旋使调焦透镜在镜筒内前后移动，使ab仿佛恰好落在十字丝分划板平面上，再经过目镜的作用，将倒立的实像ab和十字丝同时放大，这时倒立的实像成为倒立而放大的虚像a'b'，即为望远镜中观察到目标的影像，如图3-3所示。现代水准仪在调焦透镜后装有一个正像棱镜（如阿贝棱镜、施莱特棱镜等），通过棱镜反射，看到的目标影像为正像。这种望远镜称为正像望远镜。其放大的虚像a'b'对眼睛的张角β与AB对眼睛的直接张角α的比值，称为望远镜的放大率，用V表示，即

V=β/α

DS₃型微倾式水准仪望远镜的放大率一般为25~30倍。

关键词12 水准器

DS₃型微倾式水准仪水准器分为圆水准器和管水准器两种，均用于整平仪器。

1.管水准器

管水准器由玻璃圆管组成，内壁沿纵向研磨成一定曲率的圆弧玻璃管，管内注入乙醚和乙醇混合液体，两端加热融封后形成一气泡。水准管内表面的中点O为零点。过零点相切于内壁圆弧的纵向切线，称为水准管轴，用LL表示。当气泡中心与零点重合时，称为气泡居中，如图3-4所示。

为了提高气泡精度，水准管上方安装有棱镜，如图3-5（a）所示，将气泡同侧两端的半个气泡影像反映到望远镜旁的观察镜中。气泡不居中时，两端气泡影像错开，如图3-5（b）所示。转动微倾螺旋，左侧气泡移动方向与螺旋转动方向一致，使气泡影像吻合，如图3-5（c）所示，表示气泡居中。这种水准器称为符合水准器。

2.圆水准器

圆水准器由玻璃制成，呈圆柱状，如图3-6所示，上部的内表面为一个半径为R的圆球面，中央刻有一个小圆圈，圆心O是圆水准器的零点，通过零点和球心的连线（O点的法线）LL'，称为圆水准器轴。当气泡居中时，圆水准器轴处于铅垂位置。圆水准器的分划值一般为5'/2~10'/2mm，灵敏度较低，只能用于粗略整平。

关键词13 基座

水准仪的基座用于固定、支撑望远镜等上部仪器，由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部结构通过竖轴插入轴座中，由轴座支承，用三个脚螺旋与连接板连接。整个仪器用中心连接螺旋固定在三脚架上。

关键词14 水准尺

水准尺由干燥的优质木材、玻璃钢或铝合金等材料制成，一般分为直尺和塔尺两种，如图3-7所示。

直尺一般用不易变形的干燥优质木材制成，长3m，不能够伸缩和折叠，两根为一对，尺的两面均有刻画，其正面为黑色注记，反面为红色注记。如图3-7（a）所示。常用于三等、四等水准测量。

塔尺一般用玻璃钢、铝合金或优质木材制成。一般由2~3节尺段套接而成，全长多为3m或5m，如图3-7（b）所示。塔尺两面起点均为0，属于单面尺。它携带方便，但尺端接头易损坏，常用于精度要求不高的等外水准测量。

尺垫由三角形的生铁铸成，上方中央有一个半球状的突起，下方有三个尖脚，如图3-8所示，可以安置在任何不平的硬性地面上或把尖脚踩入土中，使其稳定。尺垫平面上的突起用于立尺。安置于转点处，以防止水准尺下沉。

关键词15 水准点

水准点按其精度标准分为不同的等级。国家水准点分为四个等级，即一、二、三、四等水准点，按国家规范要求埋设永久性标石标志。地面水准点按一定规格埋设，一般用石料或钢筋混凝土制成，埋深到地面冻结线以下。在标石顶部设有不易腐蚀的材料制成的半球状标志，如图3-9（a）所示；墙上水准点应按规格要求设置在永久性建筑物上，如图3-9（b）所示。这些点均需要长期保存，故称为永久性水准点。

地形测量中的图根水准点和一些建筑施工测量中使用的水准点，由于使用的时间较短，称为临时性水准点。常采用的临时性标志，可用混凝土标石埋设，如图3-10（a）所示，或用大木桩加一帽钉打入地下并用混凝土固定，如图3-10（b）所示，也可在地面上凸出的坚硬岩石或房屋四周水泥面、台阶等处用红油漆做出标记。

凡埋设完水准点后，必须绘出水准点与附近永久性建筑物的位置关系草图并写明其编号和高程值，即点之记，以便于日后查找水准点时使用。

关键词16 水准路线

水准测量所进行的路线称为水准路线。根据测区情况和需要，水准路线可布设成以下几种形式。

1.闭合水准路线

如图3-11（a）所示，从一已知高程点BM_A出发，沿线测定待测高程点1、2、3、4的高程后，最后闭合在起始点BM_A上，这种水准测量路线形式称为闭合水准路线。

2.附合水准路线

如图3-11（b）所示，从一已知高程点BM_A出发，沿线测定待定高程点1、2、3的高程后，最后附合在另一个已知高程点BM_B上，这种水准测量路线形式称为附合水准路线。

3.支水准路线

如图3-11（c）所示，从一已知高程点BM_A出发，沿线测定待定高程点1、2的高程后，既不闭合又不附合在已知高程点上，这种水准测量路线形式称为支水准路线。

当测区面积较大时，水准路线也可由多条单一水准路线相互连接构成网状图形称为水准网。