一般情况下，透镜的焦距是已知的，可由物距s1求出象距s2的值，即111=s，si -f3）凸透镜成像规律1）当S>2f时，fS22f，此时物体A的象A'是被缩小了的一个实象。2）当Si时，S2为负值，这说明物体A的象A’是与入射光在透镜的同一侧，因而A'是一个虚像，而且始终是一个被放大了的虚像。这时能由眼睛直接看到一个物体的放大了的正像，所以一般将凸透镜称为放大镜。4）凹透镜成像规律凹透镜的焦距f、物距sl、象距s2三者之间的关系和凸透镜一样，但应用时s2需取负值，而凹透镜的焦距f总是负值。凹透镜成像时应注意：第一焦点在入射光相反的另一侧，因此凹透镜总是产生虚像，而且总是被缩小了的虚像。此时，物体A的像A在入射光的同一侧，是一个正立并被缩小了的虚像，当用眼睛通过凹透镜观察物体时，能够看到这个虚像。2.望远镜成像原理1）成像原理由一个目镜和一个物镜构成最简单的望远镜，其成像原理如P46页图4-18所示。图中，MN为物镜，为目镜，制造望远镜的目的是希望通过它能够看清楚远处的物体，因此物体AB距望远镜的距离必然大于物镜焦距的两倍。物体AB经物镜折射后将产生一个倒立而被缩小了的实像ab，同时又将目镜安置在使实像ab距目镜的距离小于目镜的焦距这样一个位置，即实像ab成为目镜mn的物体，这样，由于目镜也是一个凸透镜，因此可以得到一个将ab放大了的虚像a'b’。2）放大原理望远镜所成虚像的大小比实物AB要小，但实际上我们看到的是放大的物体，看的比实物更清楚。其原因是：人用眼睛观察判别物体的大小，是以观察物体的视角大小不同而定。3.像差的消除1）产生的原因产生球面像差、色像差。2）消除像差的方法采用复合透镜。4.十字丝1）作用2）具体图形：一般有四种。视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。物镜光心：二、外调焦望远镜（外对光望远镜）三、内调焦望远镜1.外调焦望远镜的缺点1）镜筒长；2）不稳定；3）不密封。2.内调焦望远镜的结构原理3.等效透镜四、望远镜的性能1.放大率：望远镜内所看到的物体的象的视角β与未通过望远镜直接观察物体的视角α之比。即放大率v=β/a。2.视场：望远镜静止不动时，通过望远镜所能看到的空间称为望远镜的视场。3.分辩率：通过望远镜人眼能够区分两个点的最小分辨角称为光学系统的分辨率。五、望远镜的使用-16 -
- 16 - 一般情况下，透镜的焦距是已知的，可由物距 s1 求出象距 s2 的值，即 2 1 1 1 1 s f s = − ， s f s f s − = 1 1 2 3）凸透镜成像规律 1）当 s 2 f 1 时， f s 2 f 2 ，此时物体 A 的象 A′是被缩小了的一个实象。 2）当 s f 1 时， 2 s 为负值 ，这说明物体 A 的象 A′是与入射光在透镜的同一侧，因而 A′ 是一个虚像，而且始终是一个被放大了的虚像。这时能由眼睛直接看到一个物体的放大了 的正像，所以一般将凸透镜称为放大镜。 4）凹透镜成像规律 凹透镜的焦距 f、物距 s1、象距 s2 三者之间的关系和凸透镜一样，但应用时 s2 需取负 值，而凹透镜的焦距 f 总是负值。 凹透镜成像时应注意：第一焦点在入射光相反的另一侧，因此凹透镜总是产生虚像， 而且总是被缩小了的虚像。此时，物体 A 的像 A′在入射光的同一侧，是一个正立并被缩 小了的虚像，当用眼睛通过凹透镜观察物体时，能够看到这个虚像。 2．望远镜成像原理 1）成像原理 由一个目镜和一个物镜构成最简单的望远镜，其成像原理如 P46 页图 4-18 所示。图中， MN 为物镜，为目镜，制造望远镜的目的是希望通过它能够看清楚远处的物体，因此物体 AB 距望远镜的距离必然大于物镜焦距的两倍。 物体 AB 经物镜折射后将产生一个倒立而被缩小了的实像 ab，同时又将目镜安置在使 实像 ab 距目镜的距离小于目镜的焦距这样一个位置，即实像 ab 成为目镜 mn 的物体，这样， 由于目镜也是一个凸透镜，因此可以得到一个将 ab 放大了的虚像 a′b′。 2）放大原理 望远镜所成虚像的大小比实物 AB 要小，但实际上我们看到的是放大的物体，看的比实 物更清楚。其原因是：人用眼睛观察判别物体的大小，是以观察物体的视角大小不同而定。 3．像差的消除 1）产生的原因 产生球面像差、色像差。 2）消除像差的方法 采用复合透镜。 4．十字丝 1）作用 2）具体图形：一般有四种。 视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。 物镜光心： 二、外调焦望远镜（外对光望远镜） 三、内调焦望远镜 1．外调焦望远镜的缺点 1）镜筒长； 2）不稳定； 3）不密封。 2．内调焦望远镜的结构原理 3．等效透镜 四、望远镜的性能 1．放大率：望远镜内所看到的物体的象的视角β与未通过望远镜直接观察物体的视角α之 比。即放大率 v=β/α。 2．视场：望远镜静止不动时，通过望远镜所能看到的空间称为望远镜的视场。 3．分辩率：通过望远镜人眼能够区分两个点的最小分辨角称为光学系统的分辨率。 五、望远镜的使用
1.操作程序调目镜，看清十字丝；用准星瞄准目标，调物镜，看清物体。2.视差及视差的消除（1)．视差：目标通过物镜后的成像与十字丝分划板不重合。(2)．产生视差的原因调焦不准眼睛本身自行调焦(3)．消除视差的方法必须按操作程序依次调焦物镜调焦时要控制眼晴本身不作调焦84-5水准仪的构造及使用一、水准仪的构造1.水准仪的精度指标划分S05每公里往返测高差中数偶然中误差≤0.5mm≤1mmS1每公里往返测高差中数偶然中误差每公里往返测高差中数偶然中误差S3≤3mmS10每公里往返测高差中数偶然中误差≤10mm2．水准仪的部件望远镜、水准管、圆水准器、制动微动螺旋、微倾螺旋、基座、三角压板、中心螺旋二、水准仪的使用水准仪的技术操作一般分为粗平、瞄准、精平、读数1.水准仪的安置三脚架头大致水平：固定两条脚，移动第三条脚脚架要采实地面倾斜较大时，应将一个脚安置在倾斜方向上，将另外两个脚安置在与倾斜方向垂直的方向上。2.粗平用脚螺旋将圆水准气泡导致居中。气泡移动的方向与左手大拇指旋转时的移动方向一致。3.瞄准调目镜看清十字丝，用瞄准器（准星）瞄准目标，拧紧制动螺旋，从望远镜中寻找物体，物镜调焦至看清目标，消除视差，用微动螺旋准确瞄准。4.精平用微倾螺旋调整水准管气泡居中，使视线精确水平。5.读数仪器精平后即可读数。先估读毫米，再全部读出。一般四个读数直接报出，如1364而非1.364mS4-6自动安平水准仪微倾式水准仪在每次读数之前都应调整微倾螺旋使水准管气泡居中，这样就大大降低了水准测量的速度。自动安平水准仪的出现解决了这一问题。一、自动安平水准仪的原理1.自动安平的简单设计依靠重力作用的原理使视线保持水平。2.．补偿装置的使用- 17 -
- 17 - 1．操作程序 调目镜，看清十字丝；用准星瞄准目标，调物镜，看清物体。 2．视差及视差的消除 （1）．视差：目标通过物镜后的成像与十字丝分划板不重合。 （2）．产生视差的原因 调焦不准 眼睛本身自行调焦 （3）．消除视差的方法 必须按操作程序依次调焦 物镜调焦时要控制眼睛本身不作调焦 §4-5 水准仪的构造及使用 一、水准仪的构造 1．水准仪的精度指标划分 S05 每公里往返测高差中数偶然中误差 ≤0.5mm S1 每公里往返测高差中数偶然中误差 ≤1mm S3 每公里往返测高差中数偶然中误差 ≤3mm S10 每公里往返测高差中数偶然中误差 ≤10mm 2．水准仪的部件 望远镜、水准管、圆水准器、制动微动螺旋、微倾螺旋、基座、三角压板、中心螺旋 二、水准仪的使用 水准仪的技术操作一般分为粗平、瞄准、精平、读数 1．水准仪的安置 三脚架头大致水平：固定两条脚，移动第三条脚 脚架要采实 地面倾斜较大时，应将一个脚安置在倾斜方向上，将另外两个脚安置在与倾斜方向垂直 的方向上。 2．粗平 用脚螺旋将圆水准气泡导致居中。气泡移动的方向与左手大拇指旋转时的移动方向一 致。 3．瞄准 调目镜看清十字丝，用瞄准器（准星）瞄准目标，拧紧制动螺旋，从望远镜中寻找物体， 物镜调焦至看清目标，消除视差，用微动螺旋准确瞄准。 4．精平 用微倾螺旋调整水准管气泡居中，使视线精确水平。 5．读数 仪器精平后即可读数。先估读毫米，再全部读出。一般四个读数直接报出，如 1364 而 非 1.364m §4-6 自动安平水准仪 微倾式水准仪在每次读数之前都应调整微倾螺旋使水准管气泡居中，这样就大大降低了 水准测量的速度。自动安平水准仪的出现解决了这一问题。 一、自动安平水准仪的原理 1．自动安平的简单设计 依靠重力作用的原理使视线保持水平。 2．补偿装置的使用
在望远镜中设置一个自动补偿装置，当视准轴虽已倾斜（一般倾斜度不太大，在圆水准器分划值范围内约10°），通过物镜光心的水平光线经补偿装置后仍能通过十字丝交点。此时，视准轴成为折线。物镜至补偿装置一段为水平线，补偿装置至十字丝一段为倾斜线。3.补偿方式视准轴倾斜了一个小角度，为使经过物镜光心的水平光线能通过十字丝交点，可采用以下两个办法：1）采用补偿器：2）移位十字丝：二、补偿器的原理补偿器需用一重物在重力作用下使某个方向成为铅垂方向，而与此方向直接联系着一组光路。当视准轴有微小倾斜时，由重物产生的铅垂方向始终不变，它联系着的光路将始终能保持得到视准轴水平时应得的读数。下面介绍DSZ3水准仪的补偿器。1.补偿器的结构补偿器由两个直角棱镜和一个屋脊棱镜构成（P57页图4-36），两个直角棱镜B用交叉的金属片C吊挂着，以零件A固定在望远镜上。当望远镜有微小的倾斜时，直角棱镜在重物（活塞P）的重力作用下，将与望远镜作相对的偏转运动，偏转方向刚好与望远镜的倾斜方向相反，其偏转的角度亦相等。2.视准轴水平时水平光线进入物镜后经第一个直角棱镜反射到屋脊棱镜，在屋脊棱镜内作三次反射到达另一个直角棱镜，又被反射一次最后通过十字丝的交点。3.视准轴倾斜时1）第一种情况：假设“补偿器”不发生作用时的光路（P57页图4-39）。水平光线经棱镜几次反射之后并不通过十字丝交点A而是通过B点。两条光线间的角度即为视准轴倾斜的角度。2）第二种情况：“补偿器”发生作用后的光路（P58页图4-40）。直角棱镜在重物的重力作用下产生了偏转，因此经棱镜反射后的光路也将发生偏转。“补偿器”的作用是希望偏转后的水平光线刚好通过十字丝的交点。实际上通过一定的设计是能满足上述要求的。三、移动十字丝的“补偿”装置四、阻尼器1.目的：补偿装置都有一个依重力而作用的“摆”，为使“摆”的摆动能迅速静止，必须装一个“阻尼器”。2.方法：空气“阻尼器”、磁“阻尼器”。作业：1.绘草图并说明水准测量的原理。2.已知A点高程为101.325m，当后视读数为1.154m，前视读数为1.328m时，问视线高程是多少？B点高程是多少？3．水准仪上圆水准器与符合水准器各起什么作用？当圆水准器气泡居中时，符合水准的气泡是否也吻合？为什么？4.如何考虑地球曲率对水准测量的影响？5：什么是视差？视差是如何产生的？怎么消除2- 18 -
- 18 - 在望远镜中设置一个自动补偿装置，当视准轴虽已倾斜（一般倾斜度不太大，在圆水准 器分划值范围内约 10′），通过物镜光心的水平光线经补偿装置后仍能通过十字丝交点。此 时，视准轴成为折线。物镜至补偿装置一段为水平线，补偿装置至十字丝一段为倾斜线。 3．补偿方式 视准轴倾斜了一个小角度，为使经过物镜光心的水平光线能通过十字丝交点，可采用以 下两个办法： 1）采用补偿器： 2）移位十字丝： 二、补偿器的原理 补偿器需用一重物在重力作用下使某个方向成为铅垂方向，而与此方向直接联系着一组 光路。当视准轴有微小倾斜时，由重物产生的铅垂方向始终不变，它联系着的光路将始终能 保持得到视准轴水平时应得的读数。下面介绍 DSZ3 水准仪的补偿器。 1．补偿器的结构 补偿器由两个直角棱镜和一个屋脊棱镜构成（P57 页图 4-36），两个直角棱镜 B 用交叉 的金属片 C 吊挂着，以零件 A 固定在望远镜上。当望远镜有微小的倾斜时，直角棱镜在重 物（活塞 P）的重力作用下，将与望远镜作相对的偏转运动，偏转方向刚好与望远镜的倾斜 方向相反，其偏转的角度亦相等。 2．视准轴水平时 水平光线进入物镜后经第一个直角棱镜反射到屋脊棱镜，在屋脊棱镜内作三次反射到达 另一个直角棱镜，又被反射一次最后通过十字丝的交点。 3．视准轴倾斜时 1）第一种情况：假设“补偿器”不发生作用时的光路（P57 页图 4-39）。 水平光线经棱镜几次反射之后并不通过十字丝交点 A 而是通过 B 点。两条光线间的角 度即为视准轴倾斜的角度。 2）第二种情况：“补偿器”发生作用后的光路（P58 页图 4-40）。 直角棱镜在重物的重力作用下产生了偏转，因此经棱镜反射后的光路也将发生偏转。“补 偿器”的作用是希望偏转后的水平光线刚好通过十字丝的交点。实际上通过一定的设计是能 满足上述要求的。 三、移动十字丝的“补偿”装置 四、阻尼器 1．目的：补偿装置都有一个依重力而作用的“摆”，为使“摆”的摆动能迅速静止，必须装 一个“阻尼器”。 2．方法：空气“阻尼器”、磁“阻尼器”。 作 业： 1．绘草图并说明水准测量的原理。 2．已知 A 点高程为 101.325m，当后视读数为 1.154m，前视读数为 1.328m 时，问视线高程 是多少？B 点高程是多少？ 3．水准仪上圆水准器与符合水准器各起什么作用？当圆水准器气泡居中时，符合水准的气 泡是否也吻合？为什么？ 4．如何考虑地球曲率对水准测量的影响？ 5．什么是视差？视差是如何产生的？怎么消除？
第五章水准测量主要内容：主要介绍在野外水准测量时的各项工作及其方法、要求和注意事项：内业计算的方法和要求。85-1概述1：水准测量的自的：测出一系列点的高程：作用：水准点对地表形状、地壳变化等方面的科学研究，以及对各类经济建设的设计、施工都是很重要的。2.高程控制系统3．国家高程控制网的等级一等最高、四等最低；一二等：科学研究、起算数据：三四等：工程建设的起算数据。4.普通水准测量5．假定高程系统$5-2水准路线的拟订一、计划的拟订1.水准测量技术设计2.拟订水准路线的内容1）水准路线的选择2）水准点位的确定二、埋石1.埋石地点2.埋石标志3.点之记为便于寻找水准点，所有水准点都应绘制水准点点之记：一般应在埋石之后立即绘制。水准点点之记应作为水准测量的成果要善保存。S5-3水准测量的施测一、单一水准路线的种类1：附合水准路线：从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点。2，闭合水准路线：从二个已知高程的水准点出发，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到此水准点。3.支水准路线：从一个已知高程的水准点出发，最后没有连测到已知高程的水准点。二、水准网的形式若干条单一水准路线相互连接构成网状，称为水准网。连接点称为结点。附合水准网、独立水准网三、水准测量的外业施测1.普通水准测量1）第一测站：将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，安置水准仪和前视点。圆水准气泡粗平，瞄准后视尺，精平，读数。旋转望远镜瞄准前视尺，精平读数。记录、计算高差。2）第二测站：后尺和测站向前移动，前尺不动并转为第二测站的后尺，原后尺变为前尺，同第一站的方法一样继续向前观测。2.三、四等水准测量1）观测要求与方法（1）国家三、四等水准测量的技术指标仪器标准视后前视后前视距检测间歇点黑红面黑红面所测等级类型线长度距差差累计高差之差高差之差读数差三等S375m3.0m5.0m3.0mm2.0mm3.0mm四等S35.0m100m10.0m3.0mm5.0mm5.0mm- 19 -
- 19 - 第五章 水准测量 主要内容：主要介绍在野外水准测量时的各项工作及其方法、要求和注意事项；内业计算的 方法和要求。 §5-1 概 述 1．水准测量的目的：测出一系列点的高程；作用：水准点对地表形状、地壳变化等方面的 科学研究，以及对各类经济建设的设计、施工都是很重要的。 2．高程控制系统 3．国家高程控制网的等级 一等最高、四等最低；一二等：科学研究、起算数据；三四等：工程建设的起算数据。 4．普通水准测量 5．假定高程系统 §5-2 水准路线的拟订 一、计划的拟订 1．水准测量技术设计 2．拟订水准路线的内容 1）水准路线的选择 2）水准点位的确定 二、埋石 1．埋石地点 2．埋石标志 3．点之记 为便于寻找水准点，所有水准点都应绘制水准点点之记；一般应在埋石之后立即绘制。 水准点点之记应作为水准测量的成果妥善保存。 §5-3 水准测量的施测 一、单一水准路线的种类 1．附合水准路线：从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一 些水准点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点。 2．闭合水准路线：从一个已知高程的水准点出发，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿 线若干水准点的高程，最后又回到此水准点。 3．支水准路线：从一个已知高程的水准点出发，最后没有连测到已知高程的水准点。 二、水准网的形式 若干条单一水准路线相互连接构成网状，称为水准网。连接点称为结点。 附合水准网、独立水准网 三、水准测量的外业施测 1．普通水准测量 1）第一测站： 将水准尺立于已知高程的水准点上作为后视，安置水准仪和前视点。圆水准气泡粗平， 瞄准后视尺，精平，读数。旋转望远镜瞄准前视尺，精平读数。记录、计算高差。 2）第二测站： 后尺和测站向前移动，前尺不动并转为第二测站的后尺，原后尺变为前尺，同第一站的 方法一样继续向前观测。 2．三、四等水准测量 1）观测要求与方法 （1）国家三、四等水准测量的技术指标 等级 仪器 类型 标准视 线长度 后前视 距 差 后前视距 差 累 计 黑红面 读数差 黑红面所测 高差之差 检测间歇点 高差之差 三等 S3 75m 3.0m 5.0m 2.0mm 3.0mm 3.0mm 四等 S3 100m 5.0m 10.0m 3.0mm 5.0mm 5.0mm
（2）每测站观测次序三等：后一前一前一后四等：后一后一前一前；也可：后一前一前一后2）测站上的计算与校核（1）高差部分(9) = (4) +K- (7)（9）为前视标尺黑红面读数之差(10)=(3) +K(8)（10）为后视标尺黑红面读数之差(11) =(10) -(9)（11）为黑红面所测高差之差(16) =(3) -(4)（16）为黑面所算得的高差(17) =(8) -(7)（17）为红面所算得的高差(11) =(16)±100-(17)（2）视距部分后视视距(12) = (1) - (2)前视视距(13) = (5) -(6)前后视距差(14) = (12) - (13)前后视距累积差（15）=本站的（14）+前站的（15）。3）观测结束后的计算与校核（1）高差部分Z(3)-Z(4)=(16)= hmZ(3) +k)-Z(8) =(10)Z(8)-Z(7)=Z(17)=hZ(4)+k)-Z(7)=Z(9)h+ =(hm + ht)2（2）视距部分末站(15)=(12)-(13)总视距=(12)+(13)四、内业计算1．闭合差：观测值与重复观测值之差，或与已知数据的不符值，通常称为闭合差。2.闭合差的计算1）水准支线：fh=Zha+Zh2）附合水准路线i=Ehu-h3）闭合水准路线f,=Ehu3.闭合差的限差与闭合差的消除水准测量闭合差的要求路线种类路线往返测闭合差(mm)附合或闭合路线闭合差(mm)等级±12/S三等水准测量±12/L±20VS±20/L四等水准测量-20 -
- 20 - （2）每测站观测次序 三等：后—前—前—后 四等：后—后—前—前；也可：后—前—前—后 2）测站上的计算与校核 （1）高差部分 （9）=（4）+ K -（7） （9）为前视标尺黑红面读数之差 （10）= （3）+ K -（8） （10）为后视标尺黑红面读数之差 （11）= （10）-（9） （11）为黑红面所测高差之差 （16）=（3）-（4） （16）为黑面所算得的高差 （17）= （8）-（7） （17）为红面所算得的高差 （11）=（16）± 100 - （17） （2）视距部分 后视视距 （12）=（1）-（2） 前视视距 （13）=（5）-（6） 前后视距差 （14）=（12）-（13） 前后视距累积差（15）=本站的（14）+前站的（15）。 3）观测结束后的计算与校核 （1）高差部分 (3) −(4) =(16) = h黑 {(3) + k}−(8) =(10) (8) −(7) =(17) = h红 {(4) + k}−(7) = (9) h中 = (h黑 + h红 ) 2 1 （2）视距部分 末站(15) =(12)−(13) 总视距=(12)+(13) 四、内业计算 1．闭合差：观测值与重复观测值之差，或与已知数据的不符值，通常称为闭合差。 2．闭合差的计算 1）水准支线： f h = h往 +h返 2）附合水准路线 f h =h测 −h理 3）闭合水准路线 f h = h测 3．闭合差的限差与闭合差的消除 水准测量闭合差的要求 路线往返测闭合差(mm) 附合或闭合路线闭合差(mm) 三等水准测量 12 S 12 L 四等水准测量 20 S 20 L 等 路 线 种 类 级