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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.調整手輪 3.圓水準器 4.微調手輪 5.水平制動手輪 6.管水準器 7.水平微調手輪 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，就是平水。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(shù)（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(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整，使管水平泡吻合為止。重復以上做法，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。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，轉動目鏡調焦螺旋，使十字絲zui清晰。再松開固定螺旋，旋轉望遠鏡，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，再轉動微動螺旋，使水準尺的像靠于十字豎絲的一側。

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，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若干個作為傳遞高程的臨時立尺點，稱為轉點(簡稱TP點)，如圖中的TP1，TP 2，…點，并依次連續(xù)設站觀測，設測得的各站高差為：

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．每個微調都應輕輕轉動，不要用力過大。鏡片、光學片不準用手觸片；

4．儀器有故障，由熟悉儀器結構者或修理部修理；

5．每次使用完后，應對儀器擦干凈，保持干燥。

▲經緯儀的使用方法

一、經緯儀

經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，將經緯儀安置在三腳架上，用垂球或光學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。按精度分為精密經緯儀和普通經緯儀；按讀數(shù)設備可分為光學經緯儀和游標經緯儀；按軸系構造分為復測經緯儀和方向經緯儀。此外，有可自動按編碼穿孔記錄度盤讀數(shù)的編碼度盤經緯儀；可連續(xù)自動瞄準空中目標的自動跟蹤經緯儀；利用陀螺定向原理迅速獨立測定地面點方位的陀螺經緯儀和激光經緯儀；具有經緯儀、子午儀和天頂儀三種作用的供天文觀測的經緯儀；將攝影機與經緯儀結合一起供地面攝影測量用的攝影經緯儀等。

DJ6經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經緯儀。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

照準部是經緯儀的主要部件，照準部部分的部件有水準管、光學對點器、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光學經緯儀度盤有水平度盤和垂直度盤，均由光學玻璃制成。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、經緯儀的安置方法

1）三腳架調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，調好光學對中器目鏡（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）平轉照準部90度，用第三個螺旋整平水準管。

6）檢查光學對中，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

光學經緯儀的讀數(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級光學經緯儀的讀數(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DJ6級光學經緯儀均采用這種裝置。

在讀數(shù)顯微鏡的視場中設置一個帶分劃尺的分劃板，度盤上的分劃線經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

光學經緯儀讀數(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

光學經緯儀上有2～3個水準器，其作用是使處于工作狀態(tài)的經緯儀垂直軸鉛垂、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。

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作全圓旋轉，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，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)測領域。

全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測角儀器，與光學經緯儀比較電子經緯儀將光學度盤換為光電掃描度盤，將人工光學測微讀數(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)誤差的產生。電子經緯儀的自動記錄、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?！?/p>

全站儀與光學經緯儀區(qū)別在于度盤讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經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。

同電子經緯儀、光學經緯儀相比，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。這些特殊部件構成了全站儀在結構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：在望遠物鏡與調焦透鏡間設置分光棱鏡系統(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)射的調制紅外光在經物鏡射向反光棱鏡后，經同一路徑反射回來，再經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部另設一內光路系統(tǒng)，通過分光棱鏡系統(tǒng)中的光導纖維將由光敏二極管發(fā)射的調制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進行而由內、外光路調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捎玫臉嬙?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。在水泡的上部兩側各放置一發(fā)光二極管，而在水泡的下部兩側各放置一光電管，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存儲器和存儲卡兩種。

全站儀內存儲器相當于計算機的內存(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存中存儲的數(shù)據(jù)輸入計算機，或將計算機中的數(shù)據(jù)和信息經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、導線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。內置軟件后，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。

應注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設定儀器高和棱鏡高，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）設定測站點的三維坐標。

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

（3）設置棱鏡常數(shù)。

（4）設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。