第一部分　基础实训

实训一　水准仪的认识及使用

★学习任务

了解DS3型微倾式水准仪的基本构造和性能,认识其主要部件的名称和作用。

学习目标

(1)掌握水准仪的安置、整平、瞄准、读数。

(2)掌握普通水准测量的施测、记录和计算方法。

▲仪器和工具准备

(1)实验安排4学时。实验小组由4人组成,1人操作仪器,1人记录,2人立尺,轮流操作。

(2)每组DS3型微倾式水准仪1台,水准尺2根,记录板1块,尺垫2个。自备铅笔、草稿纸。

任务一　水准仪的认识

一、知识准备

1.水准仪的构造和各部件的名称

图1-1所示为DS3型微倾式水准仪的外形及各部件的名称。

2.水准仪的安置和使用

(1)安置仪器。仪器所安置的地点称为测站。在测站上松开三脚架伸缩螺旋,按需要调整架腿的长度,将螺旋拧紧。然后分开三脚架架腿,使架头大致水平,把三脚架的脚尖踩入土中;然后把水准仪从箱中取出,放到三脚架架头上,一手握住仪器,一手将三脚架架头上的连接螺旋旋入仪器基座内,拧紧,并检验是否已完全连接牢固,关上仪器箱。

(2)粗平。水准仪的粗平是通过旋转仪器的脚螺旋使圆水准气泡居中而达到的。如图1-2所示,按“左手拇指规则”旋转一对脚螺旋 [图1-2(a)]和第三个脚螺旋 [图1-2(b)],使气泡居中。这是置平测量仪器的基本功,必须反复练习。

(3)瞄准。望远镜瞄准目标前,先进行目镜调焦,使十字丝最清晰;放松制动螺旋,转动望远镜,通过望远镜上的照门和准星初步瞄准水准尺,旋紧制动螺旋;进行物镜调焦,使水准尺分划成像清晰;旋转微动螺旋,使水准尺像的一侧靠近十字丝纵丝(便于检查水准尺是否竖直);眼睛略作上下移动,检查十字丝与水准尺分划像之间是否有相对位移(视差);如果存在视差,则重新进行目镜调焦和物镜调焦,以消除视差。若实在难以完全消除视差,则以眼睛平视读数。

(4)精平。精平使水准管气泡居中,使水准仪的视线水平,是水准测量中关键性的一步。转动微倾螺旋,使水准管气泡居中;从目镜左方的符合气泡观察镜可以看到气泡两个半边的像,如图1-3所示,当两边的像符合时,水准管气泡居中。注意转动微倾螺旋要徐徐而进,不宜太快;微倾螺旋转动方向与水准管气泡像移动方向的一致性。

(5)读数。在倒像望远镜中看到水准尺像是倒立的,为了读数的方便,水准尺上的注字是倒写的,在望远镜中看到的字是正的。尺上注字以m为单位,每隔10cm注字,每个黑色(或红色)和白色的分划为1cm,根据十字丝的横丝可估读到毫米,如图1-4所示。数分划的格数时,应从小的注字数往大的注字数方向数。对于倒像望远镜,则是从上往下数;先估读水准尺上的毫米数,然后报出全部读数;读数一般应为4位数,即m、dm、cm和mm;读数应迅速、果断、准确,不要拖泥带水。读数后应立即查看水准管气泡两端影像是否仍然吻合,若仍吻合,则读数有效,否则应重新使水准管气泡两端影像吻合后再读数。

综上所述,水准仪的基本操作程序可以归纳为:安置—粗平—瞄准—精平—读数。

3.自动安平水准仪的使用

图1-5所示为DSZ2型自动安平水准仪的外形及各部件的名称。

自动安平水准仪利用圆水准器粗平仪器,仪器中的补偿棱镜在地球重力的作用下自动使仪器视准轴水平(精平),操作较微倾式水准仪简便,又可防止一般微倾式仪在操作中忘记精平的失误。其操作步骤与DS3型微倾式水准仪相同,只是省略精平的步骤。

二、任务实施

选择适当距离为仪器安置点及立尺点,一人操作仪器,一人立尺,轮流进行。

1.操作步骤

(1)确定仪器安置点及立尺点(只立一尺)。两点间距离不小于20m为宜。

(2)在立尺点立尺,操作员在安置点按水准仪安置要求安置仪器。

(3)按要求进行水准仪的粗平—粗平—瞄准(精平)—读数。

注:如果是自动安平水准仪,不用进行精平操作。

(4)操作员读数后,同组其余两人检查仪器安置情况并符合读数,确认无误后,换人操作及立尺。

2.训练要求

(1)仪器安置高度适中,圆水准气泡严格居中。

(2)望远镜视线内尺面影像清晰,横丝应贯通整个尺面,并消除视差。

(3)每次读数前应确保符合水准气泡符合。

任务二　水准仪的使用

一、知识准备

水准测量原理的示意图如图1-6所示。

A、B两点间的高差为

B点的高程为

二、任务实施

选择两个水准点A、B,假定A点高程已知,通过水准测量,测定B点高程。要求操作员通过改变仪器高法,测量3个测回,相邻两个测回仪器高差大于10cm,所测高差之差不大于±0.005m。实验小组4人,1人操作仪器,1人记录,2人立尺,轮流操作。

1.操作步骤

(1)确定两个水准点,两点间距离不小于40m。

(2)在两个水准点上立尺,中间安置水准仪,按粗平—瞄准—精平—读数的步骤,分别观测后尺及前尺读数,并计算高差h1。

注意事项:

1)通过目测或步测的方式,确保测站点到前、后尺的距离基本相等。

2)读数前应确保水准仪精平。

3)水准尺要扶正,不得倾斜。

(3)改变水准仪高度,重新安置水准仪,重复上步操作,继续观测并计算高差h2。

(4)再次改变水准仪高度,重新安置水准仪,重复上步操作,继续观测并计算高差h3。

注意事项:

1)相邻两次观测时,仪器高度的改变应不小于10cm。

2)相邻两次观测所得的高差之差Δh=h1-h2=h2-h3≤±0.005m。

(5)完成3个测回的观测后,操作员、记录员及立尺员按顺序依次轮换,直至所有人操作完毕。观测数据填入表1-1。

2.训练要求

(1)仪器的安置位置应保持前、后视距离大致相等。每次读数前应保证精平及消除视差。

(2)相邻测回间仪器高差及观测高差应满足限差要求,如不满足,则重新观测。

三、任务评价

任务评价见表1-2。

思考题

1.写出图1-7所示水准仪各部件的名称。

2.图1-8中标识出水准气泡的位置用箭头标明如何转动3只脚螺旋,使图1-8所示的圆水准气泡居中。

3.对光消除视差的步骤是:转动______使______清晰,再转动______螺旋使______清晰。如发现______现象,说明存在______,则必须再转动______,直至______面和______面重合。

4.用微倾式水准仪进行水准测量时,除了使______气泡居中外,读数前还必须转动______螺旋,使______气泡居中,才能读数。若使图1-9所示气泡影像符合,请用箭头标出操作螺旋的转动方向。