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测量工作中用到的水平仪、经纬仪可以测平、定轴线是基于什么原理?

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这个东西在从事过工程技术、工程测量的人眼里,属于常识,一写就是很初级的科普文了,而且没几个人关注这事,意义不大。姑且相对简单的说一下吧。由于是科普,说法比较大众,也有不严谨之处。毕竟不是教材。首先您说的水平仪,我可以判断您想说的其实是水准仪,因为水平仪的作用可以在解释水准仪时一并解释了,下文就有。水准仪的基本原理有俩,第一先得到一个水平视线,这条视线旋转360度所得到的平面与水平面是完全平行的面;第二是将观测结果量化,即以明确标记或者数字的方式描述和判断观测结果。第一个原理的实现很简单。其实所谓水准仪,简单些说就是一个望远镜筒下面安一个水平仪,并且望远镜筒可以旋转一周。普通的长这样(不是广告,随手拿的)

1.jpg

主体是个望远镜筒,观测中有十字丝,下面会看到。通过调节下方的支腿和旋钮达到水平,简称调平。如何调节有点小技巧,不多说了,图正中间有个白色的小圆形,那就是个微型的水平仪,放大后长这样:

2.jpg


一个装有液体的小圆盘,里面有个小气泡,然后在正中画一个小圆圈,只要气泡位于圆圈中间了,仪器就水平了。有时候不是圆形的,是长条的水准管,长下面这样:


3.jpg

一个平面内像上图那样放两个呈90度,调节使这两个气泡都居中,仪器就水平了。


第二个原理就是量化观测结果,我们用水准尺,长这样:


4.jpg

这个尺子一般是木头或者铝合金的,长从2米到5米(可伸缩)不等,把它戳在要测的点上,用已经调平的水准仪观测,看见的内容是这样:

5.jpg

如果一个平面上三个不在同一直线的点的读数完全相同,那这个面理论上就是水平的。同理可以测出两个点之间的高差。要测一张桌子平不平,用小气泡就行了。测一个大平面比如楼面,就用水准仪。现在有红外线、电子等多种更高级的水准仪了,但大致原理一样。在水准仪的基础上,经纬仪就是让望远镜筒能平面转360度的同时可以立面转至少180度,而且平转、竖转的角度数都可以精确的读出,它长这样

6.jpg

这是个比较初级的经纬仪,它的观测视野与普通的水准仪有所不同,视野中心不只有十字线,总之用这个和上面看到的水准尺,不但可以观测高度读数,还可以根据一个计算公式较准确的读出水平距离。我们现在更多的使用功能更强大的全站仪,基本原理是相同的,但是是用光学原理测量距离,精度非常高。全球坐标系统以0度经线和0度纬线的交点为原点,任意一点都可以用唯一的数据来描述,我们利用卫星测绘技术,可以几秒钟确定任意一点的坐标,工程位置也是以关键点位的坐标来确定的。那么,能测出两点间的距离,也能测出准确的角度,应用三角函数原理,这个平面里的基本几何问题就都可以解决了吧,轴线边线交点什么的都可以找到了。下面就是几何问题了,我就不用再多说了吧。测量有两个工作,测出未知点的数据,以及根据已知数据找到对应点。这离不开大量的计算,计算才是测量工作的灵魂。就这样了。


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