水准测量常用工具-《测绘基础》

本节主要介绍常规普通水准测量所用到的主要仪器，如S3水准仪、水准尺及附件的结构和使用方法。

水准仪按精度划分为DS05、DS1、DS3和DS10四个等级，其中D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，05、1、3、10表示水准仪精度指标，其含义指每公里往返测高差中数的偶然中误差，分别不超过0.5mm、1mm、3mm、10mm。一般可省略“D”只写“S”，工程中常用的是S3型水准仪。

5.2.1 DS3型水准仪介绍

DS3型水准仪主要有望远镜、水准器和基座三个组成部分，基本结构如图5.2所示。

图5.2 DS3型水准仪

1.望远镜

望远镜是构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件。它由物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等组成。在光学水准仪中多采用内对光式的倒像望远镜（某些仪器为正像，如大部分自动安平水准仪），通过转动调焦螺旋，使不同距离的目标清晰地成像在十字丝分划板上（倒像，某些仪器为正像）。十字丝是刻在玻璃板上相互垂直的两条直线，横线称为横丝（中丝）、竖线称为纵丝（竖丝），上下两条短细线（上丝和下丝）称为视距丝，用于距离测量，如图5.3所示。物镜光心与十字丝交点的连线，称为望远镜的视准轴。目镜调焦螺旋是调节目镜的对光螺旋，可使十字丝分划线成像清晰。

图5.3 十字丝分划板

2.水准器

水准器是用来判断望远镜的视准轴是否水平及仪器竖轴是否竖直的装置，有管水准器和圆水准器两种。

（1）管水准器。

管水准器又称水准管，它是一个两端封闭的玻璃管，内壁为具有一定半径的圆弧，管内装有液体，有一气泡，如图5.4所示。圆弧半径愈大，整平精度愈高。S3型水准仪水准管分划值一般为20″。水准管用于水准仪的精确整平。水准管壁的两端各刻有数条间隔为2mm的分划线，用来判断气泡居中位置。水准管上2mm间隔的弧长所对的圆心角即为水准管分划值，一般用τ＝表示。

式中：τ表示水准管分划值（″），R表示水准管圆弧半径（mm），ρ表示弧度的秒值ρ＝206265″。

分划线的对称中点即为水准管圆弧的中点（又称水准管零点），过零点与水准管圆弧相切的直线，称为水准管轴。当气泡中点与水准管零点重合时，水准管轴处于水平位置。

为提高水准管气泡居中的精度，目前S3水准仪在水准管上放置一组符合棱镜，当气泡的半边影像经过三次反射后，其影像反映在望远镜的符合水准器的放大镜内，如图5.5所示。若气泡两半边影像错开，则气泡不居中；若气泡两半边影像吻合，则气泡居中。通过微倾螺旋的作用可使水准管气泡居中。

图5.4 管水准器

图5.5 符合水准器(www.xing528.com)

（2）圆水准器。

圆水准器是一个密封的顶内磨成球面的玻璃圆盒，如图5.6所示。S3型水准仪上的圆水准器分划值一般为8′／2mm～10′／2mm，圆水准器用于仪器的粗略整平。圆水准器球面圆圈中心，称为零点。零点与球心的连线，称为圆水准器轴。

图5.6 圆水准器

（3）基座。

基座起支撑仪器和连接仪器与三脚架的作用。基座主要由轴座、底板、三角压板和三个脚螺旋组成，通过转动脚螺旋可使圆水准器气泡居中。

5.2.2 水准尺及附件

水准尺及附件（尺垫）是在水准测量中配合水准仪进行工作的重要工具。水准尺常用优质木材或玻璃钢金属材料制成，上面刻有刻度供读数。尺垫大部分用生铁铸成，一般为三角形，中央有一个凸出的半圆球（如图5.7所示），供水准尺立于半圆球之上，它主要用于转点上，可减弱或防止观测过程中水准尺下沉。水准点上不得使用尺垫，水准尺应直接立于水准点上。

水准测量中配备一对水准尺，水准尺主要有双面水准尺（木质尺）和塔尺两种。

1.双面水准尺

水准测量中常用双面水准尺，双面水准尺一般长度为3m（如图5.8所示）。尺面每隔1cm涂以黑白或红白相间的分格，每分米处注有数字。尺底钉有铁片，以防磨损。黑白相间的一面称为黑面尺（尺底读数为0）、红白相间的一面称为红面尺（每对双面水准尺的红面尺底读数分别为4687mm和4787mm）。

2.塔尺

塔尺主要由金属铸造，尺长一般为5m，分节套而成，可以伸缩，尺底从零起算，尺面分划值为1cm或0.5cm，如图5.9所示。由于塔尺连接处稳定性较差，仅适用于普通水准测量。

图5.7 尺垫

图5.8 木质双面水准尺

图5.9 塔尺