測量實習I 第三章 水準儀介紹 3-1 概 述 3-2 水準儀之構造 3-3 全自動水準儀 3-4 雷射水準儀 3-5 其他相關儀器 3-1 概 述 3-2 水準儀之構造 3-3 全自動水準儀 3-4 雷射水準儀 3-5 其他相關儀器 3-6 水準儀之設置 3-7 水準儀之讀數

3-1 概 述 水準測量係在求兩點間之高程差，即為通過該兩點水準面間之垂直距離。利用連通管原理，在A與B間以一充滿液體的管子（管中無氣泡），在重力作用情況下，當液面靜止時，兩端液面高程相等，如圖3-1所示。在A、B各放一支尺，C與D兩端液面在尺上對應讀數之差Δh即為A、B之高程差，若A點為已知，則 。 圖3-1

水準儀之構造 3-2 水準儀構造 水準儀構造主要軸線 水準管軸（水準軸）-LL’、直立軸（縱軸（Vertical axis）、垂直軸）-VV’、視準軸（瞄準軸、照準軸、視軸）-SS’，如圖3-2所示。 圖3-2 水準儀構造

水準儀之構造 3-2 注意！ 水準器提供水準管軸水平依據，當儀器水準器經校正檢定合於規範，儀器水 準管軸與直立軸應垂直，因水準管軸與重力線垂直，故直立軸與重力線相符。 視準軸（The line of sight）為儀器觀測軸線。水準儀主要以視準軸觀測該 軸所在水平面，為確定視準軸所在水平面之水平，水準儀構造要求為視準軸平行 於水準軸。 水準儀構造要求 水準管軸（Axis of level tube） 應垂直於直立軸，如圖3-3所示。 視準軸應平行於水準管軸，如圖 3-3所示。 水準儀主要是以視準軸觀測視準軸所在的水平面。 注意！ 平行與垂直是水準儀構造上重要的幾何條件，視準軸應與水準管軸平行且兩 者均應與直立軸垂直。 圖3-3 水準儀構造上的要求條件

全自動水準儀 3-3 在1950年蔡司廠設計製造自動水平水準儀 （Ni2），如圖3-4所示時，在望遠鏡調焦透鏡 與十字絲面間，懸置一補償器（Compensator） ，利用補償器依重力調整，當儀器微有傾斜時 ，補償器能自動使物鏡中心之水平光線折射至 十字絲中心，仍能使視準軸保持原視線之水平 情況。 圖3-4 自動水準儀

全自動水準儀 3-3 全自動水準儀之優點 自動水平水準儀無管狀水準器及傾斜螺旋 裝置，其作業僅需調整腳螺旋使圓盒水準氣泡 居中即可觀測，省時，又不會降低精度。 自動水準儀為求精度之提高，在儀器及水 準尺上做一些改進成為精密水準儀，如圖3-5所 示其措施如下： 圖3-5 精密水準儀

全自動水準儀 3-3 於物鏡前加裝平行玻璃，如圖3-6所示。 以銦鋼水準尺配合觀測，其長度穩定， 較不受溫度變化影響，其最小刻劃間隔 為1或0.5 cm，且尺之兩側各列一排刻 劃，其間差為常數，以供檢核。 望遠鏡放大倍率至少為30倍，解析度及 明亮度均良好。 水準儀選用上等材料製造，結構堅固， 並使溫度及壓力對儀器本體之影響減至 最小。 十字絲橫絲的一半改為楔形，以楔形絲夾住水準刻劃較橫絲平分刻劃為準確。 水準管靈敏度約10"/2 mm以上，並可藉半像符合判斷定平之情況，並利用補償器穩定視線，提高視線水平精度可至0.2"。由於採用補償器，僅需調整圓盒水準器，定平迅速，可減少腳架及水準尺沉陷的情況。 圖3-6 平行玻璃

雷射水準儀 3-4 雷射水準儀，如圖3-7所示，一般用於大面積或 大規模同高程面之整地或裝修工作。如工廠區、機場 、室內天花板等作業。可將儀器架設於腳架上亦可固 定於天花板上，儀器具有水準氣泡、雷射光束及旋轉 馬達可定平儀器後利用雷射光束之旋轉求得同高程之 平面，於所要之高度定平儀器或定平儀器後求出與所 要高度之差值，藉著旋轉之雷射光點施工人員可於現 場得到同高度之平面據以進行施工。 圖3-7 雷射水準儀

其他相關儀器 3-5 電子水準儀及雷射墨線儀之介紹 電子水準儀 電子水準儀，如圖3-8所示，其原理 係根據條碼測量訊號而作一單次元的影像 處理，當反射訊號從望遠鏡中觀測至水準 尺面條碼時，儀器的微處理器便會自動計 算水準尺的刻劃讀數及水準儀至水準尺間 的水平距離（Horizontal distance）。 圖3-8 電子水準儀

其他相關儀器 3-5 電子水準儀及雷射墨線儀之介紹 電子水準儀 水準儀的整置與瞄準水準尺的操作方式 同一般自動水平水準儀，讀數直接顯示於儀 器的顯示幕，可以用英、數字將測點點號輸 入儀器內，儀器會與所觀測之水準尺刻劃讀 數及距離自動記錄，並可直接計算出測點高 程，於水準線閉合時，計算水準線之閉合差 。 圖3-8 電子水準儀

其他相關儀器 3-5 電子水準儀及雷射墨線儀之介紹 電子水準儀 此儀器與傳統儀器的主要差異在於水準 讀尺作業由儀器附設之條碼系統自動偵測讀 數，減少人為讀數誤差。目前最遠距離可達 100公尺，可以使用記錄卡（PCMCIA Card） 自動記錄與計算，且可於外業直接計算得最 終成果，方便採用。並於外業完成後，直接 將成果以記錄卡匯入電腦，配以計算程式直 接獲得成果報表，減少人工輸入錯誤。其缺 點在於讀尺時需有適當照明環境，其作業需 使用平行均勻光（例：日照光），於黃昏或 夜間或隧道內使用，則需輔以日光燈，以一 般球型聚光燈泡則無法作業。 圖3-8 電子水準儀

水準儀之設置 3-6 水準儀觀測前注意事項 定平之程序 水準儀進行觀測前應進行定平程序使儀器水平後方能進行觀測。 定平即將儀器所附水準器內水準氣泡定於水準器規範範圍內。水準器功用用 以定平水準儀或其他平面。當水準器成水平（即定平狀態），定平平面旋轉任何 角度，氣泡居中不動，則水準器所置平面或儀器為水平，或所在地重力線與儀器 直立軸相符。 定平之程序

水準儀之設置 3-6 水準儀之調整步驟 將腳架展開於欲架設儀器處，腳架頭高度約與肩同高並約略水平後踩緊腳架之三支腳。 取出儀器將其鎖緊於腳架上，鎖緊後將三個踵定螺旋均調整至中間位置。 利用腳架伸縮調整圓盒水準氣泡使其約略居中，再利用踵定螺旋微調水準氣泡使其正確居中，若利用踵定螺旋無法使氣泡正確居中，須將踵定螺旋調回中間位置後，再利用腳架調整氣泡使其概略居中後再以踵定螺旋微調使氣泡完全居中。 腳架伸縮與踵定螺旋微調氣泡時，首先應調整氣泡偏差方向延長線上之腳架或踵定螺旋使其往反方向移動，再輔以另一腳架或踵定螺旋調整氣泡左右方向使其居中，若無法使氣泡居中再調整第三支腳架或踵定螺旋使氣泡居中，熟練後快速利用三方向之腳架或三個踵定螺旋使氣泡居中。 圓盒水準器調整完後應將儀器旋轉180度檢查水準氣泡是否正確，若仍有偏差應於偏差量之半處以鉛筆做記號後，調整氣泡至記號處後再旋轉方向檢查至其不動為止，若氣泡偏差過大應送廠維修。 將儀器旋轉至任意方向若圓盒水準氣泡均居中不動即已完成水準儀之定平工作。

水準儀之讀數 3-7 讀數時之注意事項 水準儀定平後即可進行觀測，觀測前應對所用儀器之構造及水準尺之刻劃進 行確認與熟悉，了解儀器之各部功能，如圖3-11所示及水準尺之刻劃方式以免讀 數時產生錯誤。 圖3-11 水準儀各部名稱圖解

水準儀之讀數 3-7 水準尺的讀數係以水準儀望遠鏡內十字絲的橫絲切過的標記為讀數線，如圖 3-12所示。一般為了能讀清讀數，通常會將十字絲縱絲略為偏左。 圖3-12　水準尺讀數

S＝aK＋C 水準儀之讀數 3-7 水準儀望遠鏡內十字絲還有上、下兩條短橫絲，上稱上絲，下稱下絲，合稱 上下絲或視距絲（可視得距之絲）。計算式為 S＝aK＋C S：為距離 a：上下絲讀數差值 K：視距測量的乘常數，一般儀器出廠時定為100。 C：視距測量的加常數，一般儀器出廠時定為0。 上、下絲與十字絲橫絲（不妨稱為中絲）刻劃等距，兩者讀數平均應該恰為 中絲讀數，可以進行三者相互檢核使用。 公式3-1