lvvAAA水準測量的原理

調(diào)平原理一、幾種常見的調(diào)平方法1.幾何水準測量(簡稱水準測量)；2.三角高程測量；3.氣壓高度測量(物理高度測量)。二、調(diào)平原則水準測量使用水平視線來獲得兩點之間的高程差。例如，在圖2-1中，為了獲得A點和B點之間的高程差，在A點和B點上安裝一個帶刻度的標尺水準儀，在A點和B點之間安裝一個能提供水平視線的儀器水準儀。當視線水平時，分別在A點和B點的標尺上讀取讀數(shù)A和B，那么A點和B點之間的高程差等于兩個標尺讀數(shù)之差。那就是：(2-1)如果A是已知高程的點，B是要獲得高程的點，則B點的高程為：(高度差法)(2-2)讀數(shù)A是已知高程點的水準儀讀數(shù)，稱為“后視讀數(shù)”；b為待測高程點的水準儀讀數(shù)，稱為“前瞻性讀數(shù)”。高差必須是向后讀數(shù)減去向前讀數(shù)。高度差可以是正的，也可以是負的。正值表示要尋找的點B高于已知點A，負值表示要尋找的點B低于已知點A。此外，高差的符號也與測量方向有關(guān)。例如，在圖2-2中，從a到b進行測量，并且高程差被表示為正。另一方面，如果從B到A進行，高度差用表示，其值為負。因此，在解釋高差時，必須標出高差的符號，并解釋測量方向。圖2-1從圖2-1中可以看出，點b的高程也可以通過儀器的視線高程Hi來計算，即高=高可用性+a (2-3)Hb=hi-b(米高度法)(2-4)三、轉(zhuǎn)點、站當兩點相距較遠或高差過大時，可以分段連續(xù)進行，如圖2-2所示：(2-5)圖2-2從等式2-5可以看出：1.每個站的高度差等于該站的向后讀數(shù)減去向前讀數(shù)；2.從起點到終點的高程差等于每個線段高程差的代數(shù)和，也等于向后看讀數(shù)的和減去向前看讀數(shù)的和。通常，和都用于檢查計算是否錯誤。在圖2-2中，我們將觀測期間放置的每個儀器觀測到的兩點之間的高度差稱為測量站。點1，2，垂直標尺的角叫做轉(zhuǎn)折點。這一轉(zhuǎn)折點的特點如下：1 .轉(zhuǎn)移高度。轉(zhuǎn)折點上的任何誤差都會影響未來所有點的高程；第二，既有向前看的讀物，也有向后看的讀物。它們首先被用作在前一站獲得高程的點，然后被用作下一站已知高程的點。當然，水準測量的目的不僅僅是獲得兩點之間的高程差，還要獲得一系列點的高程，如測量沿線的地面起伏。2-2水平儀和水平尺水平水準儀是水準測量的主要工具。它可以為調(diào)平提供必要的水平視線。目前常用的水準測量儀器按結(jié)構(gòu)可分為兩種類型：水準管水準儀，它利用水準管獲得水平視線，其主要形式稱為“微傾斜水準儀”；另一種是“自動水平儀”，使用補償器來獲得水平視線。此外，還有一種新型水準儀電子水準儀，通過數(shù)字圖像處理結(jié)合條紋編碼尺，可以自動顯示高程和距離，從而實現(xiàn)水準測量的自動化。中國的等級標準分為DS05、DS1、DS3和DS20。d是大地測量儀器的代號，S是水準儀的代號，兩者均以水的漢語拼音首字母為準。角度代碼的數(shù)量表示儀器的精度。其中，DS05和DS1用于精密水準測量，DS3用于一般水準測量，DS20用于簡單水準測量。DS3傾斜水準儀的結(jié)構(gòu)DS3微傾斜水準儀廣泛應(yīng)用于一般水準測量，它由fo測量儀器上的望遠鏡還必須有十字準線十字線，這是一組刻在玻璃片上的十字準線，安裝在望遠鏡筒靠近目鏡的一端。液位計上的十字絲如圖2-5所示。在水準測量中，十字絲或十字絲中間的楔形絲用于讀取水準儀上的讀數(shù)。連接交叉線和物鏡的光學(xué)中心的線稱為準直軸，即視線。瞄準軸是液位計的主軸之一。(a) (b)圖2-5為了準確瞄準目標或讀數(shù)，望遠鏡必須能夠同時看到清晰的物體和十字線。因此，目標圖像必須落在十字準線十字線的平面上。為了在十字十字線平面上使目標與儀器圖像相距不同的距離，還必須在望遠鏡中安裝一個聚焦透鏡。為了觀察不同距離的目標，可以旋轉(zhuǎn)聚焦螺釘來改變聚焦透鏡的位置，以便在望遠鏡中可以清楚地看到十字準線和要觀察的目標。望遠鏡的性能測量指標：放大率、分辨率、視場角、亮度等。液位指示器用于指示儀器或視線是否處于水平位置。液位計是用于調(diào)平儀器的一種設(shè)備，是測量儀器的重要組成部分。標高分為兩種類型：管道標高和圓形標高：(1)管液位也稱為液位管。這是一個封閉的玻璃管。管的內(nèi)壁在縱向方向研磨成圓弧，其半徑可從0.2m到100m。管含有酒精、乙醚或兩者的混合物，并帶有氣泡(圖2-6)。管子表面刻有2mm間隔的分割線，分割線的中點稱為水準管的零點。在縱向上與管道內(nèi)壁相切的過零點直線稱為水平管道軸線。當氣泡的中心點與零點重合時，稱為氣泡居中，當氣泡居中時，水平管軸位于水平位置。圖2-6為了提高氣泡對中的精度，在水平管的頂部安裝了一組棱鏡組(圖2-7)，使兩端有半個氣泡的圖像一起反射。當氣泡居中時，兩端的氣泡圖像可以匹配。因此，這種液位計稱為重合液位計，是傾斜液位計上常用的液位計。圖2-7(2)圓形水平面是一個封閉的圓形玻璃容器，頂蓋的內(nèi)表面是一個球面，半徑可以從0.12米到0.86米，容器內(nèi)裝有乙醚液體，留下一個小的圓形氣泡(圖2-8)。容器頂蓋的中心刻有一個小圓，小圓的中心是圓形水平面的零點。穿過零點的球面法線是圓形水平面的軸。當圓形水準儀的氣泡居中時，圓形水準儀的軸線位于垂直位置。圓形液位計的分度值為頂蓋球面上2mm弧長對應(yīng)的中心角。液位計上圓形液位計的角度值為8 至15 。圖2-8底座用于調(diào)平儀器。它支撐著儀器的上部，并能使儀器的上部在水平方向旋轉(zhuǎn)。水準尺和尺墊水準尺由優(yōu)質(zhì)木材或鋁合金制成。最常見的形狀是桿型和箱形(圖2-9)，長度分別為3米和5米。箱式直尺可以伸縮，便于攜帶，但接頭容易出錯，桿式直尺比較牢固可靠。水準尺的尺面涂有1厘米或5毫米的黑白網(wǎng)格，米和分米標有數(shù)字，尺底為零。為了便于倒置的望遠鏡讀數(shù)，數(shù)字通常是顛倒的。雙面水準尺是一邊黑一邊紅的刻度。每一對都是一對。兩者的黑色邊在底部為零，而紅色邊分別為4.687米和4.787米。讀數(shù)可以用雙面尺檢查。(a) (b)圖2-9直尺墊是一種用于轉(zhuǎn)彎的工具，由鋼板或鑄鐵制成(圖2-10)。使用時，將三只尖頭腳放入土壤中，將水準尺放在凸出的圓頂上。尺墊可以穩(wěn)定首先，打開三腳架，把三腳架放在一個合適的高度，使它的頭部大致水平且牢固。在山坡上，把三腳架的腳放在斜坡下，一只放在斜坡上。然后用中心連接螺釘將液位計連接到三腳架上。拿水平儀時，你必須握住儀器的牢固部分，并在松開之前確認它已牢固地連接到三腳架上。2.儀器的粗略調(diào)平儀器的粗略調(diào)平是用腳踏螺釘將圓形水平儀的氣泡居中。不管圓形水平儀的位置如何，首先使用任意兩個英尺螺旋將氣泡移動到通過圓形水平儀零點的方向，并垂直于連接兩個英尺螺旋的線，如圖2-11所示，氣泡從a移動到b，因此儀器可以在連接兩個英尺螺旋的線的方向上處于水平位置。然后用第三個腿螺絲將氣泡居中，使原來的兩個腿螺絲的垂直方向也處于水平位置，從而調(diào)平整個儀器。如果仍有偏差，可以重復(fù)。操作過程中必須牢記以下三個要點：(1)首先旋轉(zhuǎn)兩英尺螺旋，然后旋轉(zhuǎn)第三英尺螺旋；(2)轉(zhuǎn)動兩條腿的螺桿時，必須相對轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)動方向應(yīng)該相反。(3)氣泡的運動方向始終與左手拇指的運動方向相同。圖2-11瞄準目標用望遠鏡瞄準目標時，必須調(diào)整目鏡以使十字準線清晰。然后用望遠鏡上的瞄準鏡從外面對準水準尺，然后旋轉(zhuǎn)調(diào)焦螺絲，使尺像清晰，即使尺像落在十字平面上。這兩個步驟不可逆轉(zhuǎn)。最后，用微動螺釘使十字絲垂直絲與水準尺對齊。為了便于閱讀，標尺圖像也可以稍微偏離垂直線。當在不同的距離觀察水準標尺時，需要重新調(diào)整聚焦螺釘以使標尺圖像清晰，但是不需要重新調(diào)整十字線。瞄準目標時必須消除視差。觀察時，稍微上下移動你的眼睛。如果標尺圖像相對于十字線移動，即讀數(shù)改變，則視差存在。原因是標尺圖像沒有落在交叉線的平面上(圖2-12a和b)。當視差存在時，不可能獲得精確的讀數(shù)。消除視差的方法是仔細觀察，同時輕輕旋轉(zhuǎn)聚焦螺釘，直到標尺圖像和十字線之間沒有相對運動，即標尺圖像和十字線在同一平面上(圖2-12c)。(a) (b) (c)圖2-124.瞄準器的精確調(diào)平由于圓形液位計的靈敏度低，液位計只能用圓形液位計粗略調(diào)平。因此，每次讀數(shù)前，必須用一個微小的傾斜螺旋使水準管的氣泡符合標準，這樣才能準確地調(diào)平視線。因為當輕微傾斜的螺旋旋轉(zhuǎn)時，望遠鏡和垂直軸之間的關(guān)系經(jīng)常改變，所以當望遠鏡從一個方向改變到另一個方向時，水準管中的氣泡通常不再符合。因此，每次改變望遠鏡的方向后，也就是每次讀數(shù)前，有必要用一個稍微傾斜的螺旋重新對準氣泡。5.閱讀使用十字線中間的十字線讀取液位計。米、分米和厘米的數(shù)字可以直接從尺子上讀出，毫米的數(shù)字可以估算，所以每個讀數(shù)必須有四位數(shù)字。如果某個數(shù)字是零，它也必須被讀取和記錄。不能省略，如1.002米、0.007米、2.100米等。由于望遠鏡通常是倒置的，所以從望遠鏡內(nèi)部的讀數(shù)應(yīng)該從上到下，即從十進制到大型。在閱讀之前，首先要識別水準尺的標記特征，并特別注意與注記相對應(yīng)的儀表標記的位置。為了確保正確的水平視線讀數(shù)，應(yīng)在讀數(shù)前后檢查氣泡。2-4水準測量方法及橫向立交橋計算根據(jù)不同的精度要求，我國水準測量分為一、二、三、四個等級。也有不屬于指定等級的調(diào)平。我們稱之為普通水準測量，也稱為外部水準測量。普通水準測量的精度低于國家水準。水準測量線的布置和密度用水準測量法測量高程的控制點稱為水準點，一般用英文縮寫B(tài)M來表示。國家級基準應(yīng)按要求配備永久性固定標志。對于那些不需要永久保存的，將木樁打入地下，或者在地面和建筑物上設(shè)置苦味標記并進行標記。(2)標準路線：水準測量的任務(wù)是從已知高程的水準點測量其他水準點或地面點的高程。測量前，應(yīng)根據(jù)要求布置和選擇水準點的位置，用石塊標出水準點，并繪制水準路線。水平路由的布局形式分為單級路由和級網(wǎng)絡(luò)，單級路由有以下三種布局形式：圖2-3-1(1)附著水準線是從一個高水準點開始，到另一個高水準點結(jié)束的水準線。這種形式的水準路線可以確保測量結(jié)果的可靠驗證(圖2-3-1a)。(2)閉合水準路線是從已知高程的水準點開始，最后接近起點的水準路線。這種形式的水準測量線也可以檢查測量結(jié)果(圖2-3-1B)。(3)水準支線是從已知高程的水準點開始，最后既不附著也不靠近已知高程的水準點的水準線。由于這種形式的水準測量線不能單獨檢查測量結(jié)果，所以必須前后測量，或用兩套儀器測量(圖2-3-1c)。水準網(wǎng)當幾條相連的水準線或閉合水準線連接在一起時，就形成了水準網(wǎng)(圖2-3-1d，e)。水準網(wǎng)可以增加檢查結(jié)果的條件，從而提高結(jié)果的準確性。二、水準測量方法(一)普通水準測量的觀測順序：水準測量順序如圖2-3-2所示，其中A為已知高程點，B為待計算高程點。1.在已知標高的起點A處立一把水準尺作為后視尺；2.在測量方向上，將第一個轉(zhuǎn)折點Z1設(shè)置在距離起點不超過150米的位置。如有必要，放置一個尺墊，并豎立一把水準尺作為前視尺。3.將水平儀放在離這兩點等距離的地方。儀器大致調(diào)平后，首先對準起點A上的水準尺。當氣泡與輕微傾斜螺旋成一直線后，A點的后視讀數(shù)應(yīng)讀取并記錄在起始書上。4.然后對準轉(zhuǎn)向點Z1上的水準尺，待氣泡符合要求后，讀取Z1點的前瞻性讀數(shù)。將閱讀記錄在書中，并計算兩點之間的差異。這時，即使一個站的觀測過程完成了。5.將儀器移至第二站。此時，轉(zhuǎn)向點Z1處的水準標尺不會移動，只是將標尺表面轉(zhuǎn)向前方。A點的水準標尺向前移動。水準標尺以與第一站相同的間距放置在轉(zhuǎn)折點Z2。根據(jù)與第一站相同的步驟和方法，讀取后視讀數(shù)和前視讀數(shù)，并計算高差。就這樣，9號完成了第二站的高差觀測。6.繼續(xù)，直到找到高程點B。圖2-3-2(2)注意事項1.在已知的高程點上放置一把直尺，并將其直接放在石標中心(或木樁)上；2.從儀器到前后調(diào)平腳的距離應(yīng)該大致相等，并且可以通過視距或腳步測量來確定。3.水準尺應(yīng)保持平直，不能前后左右傾斜。4.標尺墊僅用于轉(zhuǎn)折點。在儀器移動站之前，后視點的標尺板不能移動。5.記錄數(shù)據(jù)時不得更改原始記錄。應(yīng)刪除錯誤或錯誤的數(shù)據(jù)，并將正確的數(shù)據(jù)寫在頂部，并在備注欄中注明原因。讓記錄本干凈整潔。(3)水準測量觀測記