lvvAAA水準(zhǔn)測(cè)量的原理

調(diào)平原理一、幾種常見(jiàn)的調(diào)平方法1.幾何水準(zhǔn)測(cè)量(簡(jiǎn)稱水準(zhǔn)測(cè)量)；2.三角高程測(cè)量；3.氣壓高度測(cè)量(物理高度測(cè)量)。二、調(diào)平原則水準(zhǔn)測(cè)量使用水平視線來(lái)獲得兩點(diǎn)之間的高程差。例如，在圖2-1中，為了獲得A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的高程差，在A點(diǎn)和B點(diǎn)上安裝一個(gè)帶刻度的標(biāo)尺水準(zhǔn)儀，在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間安裝一個(gè)能提供水平視線的儀器水準(zhǔn)儀。當(dāng)視線水平時(shí)，分別在A點(diǎn)和B點(diǎn)的標(biāo)尺上讀取讀數(shù)A和B，那么A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的高程差等于兩個(gè)標(biāo)尺讀數(shù)之差。那就是：(2-1)如果A是已知高程的點(diǎn)，B是要獲得高程的點(diǎn)，則B點(diǎn)的高程為：(高度差法)(2-2)讀數(shù)A是已知高程點(diǎn)的水準(zhǔn)儀讀數(shù)，稱為“后視讀數(shù)”；b為待測(cè)高程點(diǎn)的水準(zhǔn)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(fù)的。正值表示要尋找的點(diǎn)B高于已知點(diǎn)A，負(fù)值表示要尋找的點(diǎn)B低于已知點(diǎn)A。此外，高差的符號(hào)也與測(cè)量方向有關(guān)。例如，在圖2-2中，從a到b進(jìn)行測(cè)量，并且高程差被表示為正。另一方面，如果從B到A進(jìn)行，高度差用表示，其值為負(fù)。因此，在解釋高差時(shí)，必須標(biāo)出高差的符號(hào)，并解釋測(cè)量方向。圖2-1從圖2-1中可以看出，點(diǎn)b的高程也可以通過(guò)儀器的視線高程Hi來(lái)計(jì)算，即高=高可用性+a (2-3)Hb=hi-b(米高度法)(2-4)三、轉(zhuǎn)點(diǎn)、站當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高差過(guò)大時(shí)，可以分段連續(xù)進(jìn)行，如圖2-2所示：(2-5)圖2-2從等式2-5可以看出：1.每個(gè)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(diǎn)到終點(diǎn)的高程差等于每個(gè)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(jì)算是否錯(cuò)誤。在圖2-2中，我們將觀測(cè)期間放置的每個(gè)儀器觀測(cè)到的兩點(diǎn)之間的高度差稱為測(cè)量站。點(diǎn)1，2，垂直標(biāo)尺的角叫做轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)的特點(diǎn)如下：1 .轉(zhuǎn)移高度。轉(zhuǎn)折點(diǎn)上的任何誤差都會(huì)影響未來(lái)所有點(diǎn)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(diǎn)，然后被用作下一站已知高程的點(diǎn)。當(dāng)然，水準(zhǔn)測(cè)量的目的不僅僅是獲得兩點(diǎn)之間的高程差，還要獲得一系列點(diǎn)的高程，如測(cè)量沿線的地面起伏。2-2水平儀和水平尺水平水準(zhǔn)儀是水準(zhǔn)測(cè)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(zhǔn)測(cè)量?jī)x器按結(jié)構(gòu)可分為兩種類型：水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀，它利用水準(zhǔn)管獲得水平視線，其主要形式稱為“微傾斜水準(zhǔn)儀”；另一種是“自動(dòng)水平儀”，使用補(bǔ)償器來(lái)獲得水平視線。此外，還有一種新型水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀，通過(guò)數(shù)字圖像處理結(jié)合條紋編碼尺，可以自動(dòng)顯示高程和距離，從而實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測(cè)量的自動(dòng)化。中國(guó)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為DS05、DS1、DS3和DS20。d是大地測(cè)量?jī)x器的代號(hào)，S是水準(zhǔn)儀的代號(hào)，兩者均以水的漢語(yǔ)拼音首字母為準(zhǔn)。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(zhǔn)測(cè)量，DS3用于一般水準(zhǔn)測(cè)量，DS20用于簡(jiǎn)單水準(zhǔn)測(cè)量。DS3傾斜水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)DS3微傾斜水準(zhǔn)儀廣泛應(yīng)用于一般水準(zhǔn)測(cè)量，它由fo測(cè)量?jī)x器上的望遠(yuǎn)鏡還必須有十字準(zhǔn)線十字線，這是一組刻在玻璃片上的十字準(zhǔn)線，安裝在望遠(yuǎn)鏡筒靠近目鏡的一端。液位計(jì)上的十字絲如圖2-5所示。在水準(zhǔn)測(cè)量中，十字絲或十字絲中間的楔形絲用于讀取水準(zhǔn)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(zhǔn)直軸，即視線。瞄準(zhǔn)軸是液位計(jì)的主軸之一。(a) (b)圖2-5為了準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)目標(biāo)或讀數(shù)，望遠(yuǎn)鏡必須能夠同時(shí)看到清晰的物體和十字線。因此，目標(biāo)圖像必須落在十字準(zhǔn)線十字線的平面上。為了在十字十字線平面上使目標(biāo)與儀器圖像相距不同的距離，還必須在望遠(yuǎn)鏡中安裝一個(gè)聚焦透鏡。為了觀察不同距離的目標(biāo)，可以旋轉(zhuǎn)聚焦螺釘來(lái)改變聚焦透鏡的位置，以便在望遠(yuǎn)鏡中可以清楚地看到十字準(zhǔn)線和要觀察的目標(biāo)。望遠(yuǎn)鏡的性能測(cè)量指標(biāo)：放大率、分辨率、視場(chǎng)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(jì)是用于調(diào)平儀器的一種設(shè)備，是測(cè)量?jī)x器的重要組成部分。標(biāo)高分為兩種類型：管道標(biāo)高和圓形標(biāo)高：(1)管液位也稱為液位管。這是一個(gè)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(diǎn)稱為水準(zhǔn)管的零點(diǎn)。在縱向上與管道內(nèi)壁相切的過(guò)零點(diǎn)直線稱為水平管道軸線。當(dāng)氣泡的中心點(diǎn)與零點(diǎn)重合時(shí)，稱為氣泡居中，當(dāng)氣泡居中時(shí)，水平管軸位于水平位置。圖2-6為了提高氣泡對(duì)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(gè)氣泡的圖像一起反射。當(dāng)氣泡居中時(shí)，兩端的氣泡圖像可以匹配。因此，這種液位計(jì)稱為重合液位計(jì)，是傾斜液位計(jì)上常用的液位計(jì)。圖2-7(2)圓形水平面是一個(gè)封閉的圓形玻璃容器，頂蓋的內(nèi)表面是一個(gè)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(gè)小的圓形氣泡(圖2-8)。容器頂蓋的中心刻有一個(gè)小圓，小圓的中心是圓形水平面的零點(diǎn)。穿過(guò)零點(diǎn)的球面法線是圓形水平面的軸。當(dāng)圓形水準(zhǔn)儀的氣泡居中時(shí)，圓形水準(zhǔn)儀的軸線位于垂直位置。圓形液位計(jì)的分度值為頂蓋球面上2mm弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的中心角。液位計(jì)上圓形液位計(jì)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(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺由優(yōu)質(zhì)木材或鋁合金制成。最常見(jiàn)的形狀是桿型和箱形(圖2-9)，長(zhǎng)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(cuò)，桿式直尺比較牢固可靠。水準(zhǔn)尺的尺面涂有1厘米或5毫米的黑白網(wǎng)格，米和分米標(biāo)有數(shù)字，尺底為零。為了便于倒置的望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)，數(shù)字通常是顛倒的。雙面水準(zhǔn)尺是一邊黑一邊紅的刻度。每一對(duì)都是一對(duì)。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(shí)，將三只尖頭腳放入土壤中，將水準(zhǔn)尺放在凸出的圓頂上。尺墊可以穩(wěn)定首先，打開(kāi)三腳架，把三腳架放在一個(gè)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(jì)連接到三腳架上。拿水平儀時(shí)，你必須握住儀器的牢固部分，并在松開(kāi)之前確認(rèn)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(gè)英尺螺旋將氣泡移動(dòng)到通過(guò)圓形水平儀零點(diǎn)的方向，并垂直于連接兩個(gè)英尺螺旋的線，如圖2-11所示，氣泡從a移動(dòng)到b，因此儀器可以在連接兩個(gè)英尺螺旋的線的方向上處于水平位置。然后用第三個(gè)腿螺絲將氣泡居中，使原來(lái)的兩個(gè)腿螺絲的垂直方向也處于水平位置，從而調(diào)平整個(gè)儀器。如果仍有偏差，可以重復(fù)。操作過(guò)程中必須牢記以下三個(gè)要點(diǎn)：(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(dòng)兩條腿的螺桿時(shí)，必須相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)該相反。(3)氣泡的運(yùn)動(dòng)方向始終與左手拇指的運(yùn)動(dòng)方向相同。圖2-11瞄準(zhǔn)目標(biāo)用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，必須調(diào)整目鏡以使十字準(zhǔn)線清晰。然后用望遠(yuǎn)鏡上的瞄準(zhǔn)鏡從外面對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)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(gè)步驟不可逆轉(zhuǎn)。最后，用微動(dòng)螺釘使十字絲垂直絲與水準(zhǔn)尺對(duì)齊。為了便于閱讀，標(biāo)尺圖像也可以稍微偏離垂直線。當(dāng)在不同的距離觀察水準(zhǔn)標(biāo)尺時(shí)，需要重新調(diào)整聚焦螺釘以使標(biāo)尺圖像清晰，但是不需要重新調(diào)整十字線。瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)必須消除視差。觀察時(shí)，稍微上下移動(dòng)你的眼睛。如果標(biāo)尺圖像相對(duì)于十字線移動(dòng)，即讀數(shù)改變，則視差存在。原因是標(biāo)尺圖像沒(méi)有落在交叉線的平面上(圖2-12a和b)。當(dāng)視差存在時(shí)，不可能獲得精確的讀數(shù)。消除視差的方法是仔細(xì)觀察，同時(shí)輕輕旋轉(zhuǎn)聚焦螺釘，直到標(biāo)尺圖像和十字線之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即標(biāo)尺圖像和十字線在同一平面上(圖2-12c)。(a) (b) (c)圖2-124.瞄準(zhǔn)器的精確調(diào)平由于圓形液位計(jì)的靈敏度低，液位計(jì)只能用圓形液位計(jì)粗略調(diào)平。因此，每次讀數(shù)前，必須用一個(gè)微小的傾斜螺旋使水準(zhǔn)管的氣泡符合標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能準(zhǔn)確地調(diào)平視線。因?yàn)楫?dāng)輕微傾斜的螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡和垂直軸之間的關(guān)系經(jīng)常改變，所以當(dāng)望遠(yuǎn)鏡從一個(gè)方向改變到另一個(gè)方向時(shí)，水準(zhǔn)管中的氣泡通常不再符合。因此，每次改變望遠(yuǎn)鏡的方向后，也就是每次讀數(shù)前，有必要用一個(gè)稍微傾斜的螺旋重新對(duì)準(zhǔn)氣泡。5.閱讀使用十字線中間的十字線讀取液位計(jì)。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(gè)讀數(shù)必須有四位數(shù)字。如果某個(gè)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(yuǎn)鏡通常是倒置的，所以從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部的讀數(shù)應(yīng)該從上到下，即從十進(jìn)制到大型。在閱讀之前，首先要識(shí)別水準(zhǔn)尺的標(biāo)記特征，并特別注意與注記相對(duì)應(yīng)的儀表標(biāo)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(zhǔn)測(cè)量方法及橫向立交橋計(jì)算根據(jù)不同的精度要求，我國(guó)水準(zhǔn)測(cè)量分為一、二、三、四個(gè)等級(jí)。也有不屬于指定等級(jí)的調(diào)平。我們稱之為普通水準(zhǔn)測(cè)量，也稱為外部水準(zhǔn)測(cè)量。普通水準(zhǔn)測(cè)量的精度低于國(guó)家水準(zhǔn)。水準(zhǔn)測(cè)量線的布置和密度用水準(zhǔn)測(cè)量法測(cè)量高程的控制點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)，一般用英文縮寫(xiě)B(tài)M來(lái)表示。國(guó)家級(jí)基準(zhǔn)應(yīng)按要求配備永久性固定標(biāo)志。對(duì)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(biāo)記并進(jìn)行標(biāo)記。(2)標(biāo)準(zhǔn)路線：水準(zhǔn)測(cè)量的任務(wù)是從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量其他水準(zhǔn)點(diǎn)或地面點(diǎn)的高程。測(cè)量前，應(yīng)根據(jù)要求布置和選擇水準(zhǔn)點(diǎn)的位置，用石塊標(biāo)出水準(zhǔn)點(diǎn)，并繪制水準(zhǔn)路線。水平路由的布局形式分為單級(jí)路由和級(jí)網(wǎng)絡(luò)，單級(jí)路由有以下三種布局形式：圖2-3-1(1)附著水準(zhǔn)線是從一個(gè)高水準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始，到另一個(gè)高水準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)束的水準(zhǔn)線。這種形式的水準(zhǔn)路線可以確保測(cè)量結(jié)果的可靠驗(yàn)證(圖2-3-1a)。(2)閉合水準(zhǔn)路線是從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始，最后接近起點(diǎn)的水準(zhǔn)路線。這種形式的水準(zhǔn)測(cè)量線也可以檢查測(cè)量結(jié)果(圖2-3-1B)。(3)水準(zhǔn)支線是從已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始，最后既不附著也不靠近已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)線。由于這種形式的水準(zhǔn)測(cè)量線不能單獨(dú)檢查測(cè)量結(jié)果，所以必須前后測(cè)量，或用兩套儀器測(cè)量(圖2-3-1c)。水準(zhǔn)網(wǎng)當(dāng)幾條相連的水準(zhǔn)線或閉合水準(zhǔn)線連接在一起時(shí)，就形成了水準(zhǔn)網(wǎng)(圖2-3-1d，e)。水準(zhǔn)網(wǎng)可以增加檢查結(jié)果的條件，從而提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。二、水準(zhǔn)測(cè)量方法(一)普通水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)順序：水準(zhǔn)測(cè)量順序如圖2-3-2所示，其中A為已知高程點(diǎn)，B為待計(jì)算高程點(diǎn)。1.在已知標(biāo)高的起點(diǎn)A處立一把水準(zhǔn)尺作為后視尺；2.在測(cè)量方向上，將第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z1設(shè)置在距離起點(diǎn)不超過(guò)150米的位置。如有必要，放置一個(gè)尺墊，并豎立一把水準(zhǔn)尺作為前視尺。3.將水平儀放在離這兩點(diǎn)等距離的地方。儀器大致調(diào)平后，首先對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn)A上的水準(zhǔn)尺。當(dāng)氣泡與輕微傾斜螺旋成一直線后，A點(diǎn)的后視讀數(shù)應(yīng)讀取并記錄在起始書(shū)上。4.然后對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向點(diǎn)Z1上的水準(zhǔn)尺，待氣泡符合要求后，讀取Z1點(diǎn)的前瞻性讀數(shù)。將閱讀記錄在書(shū)中，并計(jì)算兩點(diǎn)之間的差異。這時(shí)，即使一個(gè)站的觀測(cè)過(guò)程完成了。5.將儀器移至第二站。此時(shí)，轉(zhuǎn)向點(diǎn)Z1處的水準(zhǔn)標(biāo)尺不會(huì)移動(dòng)，只是將標(biāo)尺表面轉(zhuǎn)向前方。A點(diǎn)的水準(zhǔn)標(biāo)尺向前移動(dòng)。水準(zhǔn)標(biāo)尺以與第一站相同的間距放置在轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(jì)算高差。就這樣，9號(hào)完成了第二站的高差觀測(cè)。6.繼續(xù)，直到找到高程點(diǎn)B。圖2-3-2(2)注意事項(xiàng)1.在已知的高程點(diǎn)上放置一把直尺，并將其直接放在石標(biāo)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(guò)視距或腳步測(cè)量來(lái)確定。3.水準(zhǔn)尺應(yīng)保持平直，不能前后左右傾斜。4.標(biāo)尺墊僅用于轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在儀器移動(dòng)站之前，后視點(diǎn)的標(biāo)尺板不能移動(dòng)。5.記錄數(shù)據(jù)時(shí)不得更改原始記錄。應(yīng)刪除錯(cuò)誤或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并將正確的數(shù)據(jù)寫(xiě)在頂部，并在備注欄中注明原因。讓記錄本干凈整潔。(3)水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)記