lvvAAA水准测量的原理

调平原理一、几种常见的调平方法1.几何水准测量(简称水准测量)；2.三角高程测量；3.气压高度测量(物理高度测量)。二、调平原则水准测量使用水平视线来获得两点之间的高程差。例如，在图2-1中，为了获得A点和B点之间的高程差，在A点和B点上安装一个带刻度的标尺水准仪，在A点和B点之间安装一个能提供水平视线的仪器水准仪。当视线水平时，分别在A点和B点的标尺上读取读数A和B，那么A点和B点之间的高程差等于两个标尺读数之差。那就是：(2-1)如果A是已知高程的点，B是要获得高程的点，则B点的高程为：(高度差法)(2-2)读数A是已知高程点的水准仪读数，称为“后视读数”；b为待测高程点的水准仪读数，称为“前瞻性读数”。高差必须是向后读数减去向前读数。高度差可以是正的，也可以是负的。正值表示要寻找的点B高于已知点A，负值表示要寻找的点B低于已知点A。此外，高差的符号也与测量方向有关。例如，在图2-2中，从a到b进行测量，并且高程差被表示为正。另一方面，如果从B到A进行，高度差用表示，其值为负。因此，在解释高差时，必须标出高差的符号，并解释测量方向。图2-1从图2-1中可以看出，点b的高程也可以通过仪器的视线高程Hi来计算，即高=高可用性+a (2-3)Hb=hi-b(米高度法)(2-4)三、转点、站当两点相距较远或高差过大时，可以分段连续进行，如图2-2所示：(2-5)图2-2从等式2-5可以看出：1.每个站的高度差等于该站的向后读数减去向前读数；2.从起点到终点的高程差等于每个线段高程差的代数和，也等于向后看读数的和减去向前看读数的和。通常，和都用于检查计算是否错误。在图2-2中，我们将观测期间放置的每个仪器观测到的两点之间的高度差称为测量站。点1，2，垂直标尺的角叫做转折点。这一转折点的特点如下：1 .转移高度。转折点上的任何误差都会影响未来所有点的高程；第二，既有向前看的读物，也有向后看的读物。它们首先被用作在前一站获得高程的点，然后被用作下一站已知高程的点。当然，水准测量的目的不仅仅是获得两点之间的高程差，还要获得一系列点的高程，如测量沿线的地面起伏。2-2水平仪和水平尺水平水准仪是水准测量的主要工具。它可以为调平提供必要的水平视线。目前常用的水准测量仪器按结构可分为两种类型：水准管水准仪，它利用水准管获得水平视线，其主要形式称为“微倾斜水准仪”；另一种是“自动水平仪”，使用补偿器来获得水平视线。此外，还有一种新型水准仪电子水准仪，通过数字图像处理结合条纹编码尺，可以自动显示高程和距离，从而实现水准测量的自动化。中国的等级标准分为DS05、DS1、DS3和DS20。d是大地测量仪器的代号，S是水准仪的代号，两者均以水的汉语拼音首字母为准。角度代码的数量表示仪器的精度。其中，DS05和DS1用于精密水准测量，DS3用于一般水准测量，DS20用于简单水准测量。DS3倾斜水准仪的结构DS3微倾斜水准仪广泛应用于一般水准测量，它由fo测量仪器上的望远镜还必须有十字准线十字线，这是一组刻在玻璃片上的十字准线，安装在望远镜筒靠近目镜的一端。液位计上的十字丝如图2-5所示。在水准测量中，十字丝或十字丝中间的楔形丝用于读取水准仪上的读数。连接交叉线和物镜的光学中心的线称为准直轴，即视线。瞄准轴是液位计的主轴之一。(a) (b)图2-5为了准确瞄准目标或读数，望远镜必须能够同时看到清晰的物体和十字线。因此，目标图像必须落在十字准线十字线的平面上。为了在十字十字线平面上使目标与仪器图像相距不同的距离，还必须在望远镜中安装一个聚焦透镜。为了观察不同距离的目标，可以旋转聚焦螺钉来改变聚焦透镜的位置，以便在望远镜中可以清楚地看到十字准线和要观察的目标。望远镜的性能测量指标：放大率、分辨率、视场角、亮度等。液位指示器用于指示仪器或视线是否处于水平位置。液位计是用于调平仪器的一种设备，是测量仪器的重要组成部分。标高分为两种类型：管道标高和圆形标高：(1)管液位也称为液位管。这是一个封闭的玻璃管。管的内壁在纵向方向研磨成圆弧，其半径可从0.2m到100m。管含有酒精、乙醚或两者的混合物，并带有气泡(图2-6)。管子表面刻有2mm间隔的分割线，分割线的中点称为水准管的零点。在纵向上与管道内壁相切的过零点直线称为水平管道轴线。当气泡的中心点与零点重合时，称为气泡居中，当气泡居中时，水平管轴位于水平位置。图2-6为了提高气泡对中的精度，在水平管的顶部安装了一组棱镜组(图2-7)，使两端有半个气泡的图像一起反射。当气泡居中时，两端的气泡图像可以匹配。因此，这种液位计称为重合液位计，是倾斜液位计上常用的液位计。图2-7(2)圆形水平面是一个封闭的圆形玻璃容器，顶盖的内表面是一个球面，半径可以从0.12米到0.86米，容器内装有乙醚液体，留下一个小的圆形气泡(图2-8)。容器顶盖的中心刻有一个小圆，小圆的中心是圆形水平面的零点。穿过零点的球面法线是圆形水平面的轴。当圆形水准仪的气泡居中时，圆形水准仪的轴线位于垂直位置。圆形液位计的分度值为顶盖球面上2mm弧长对应的中心角。液位计上圆形液位计的角度值为8 至15 。图2-8底座用于调平仪器。它支撑着仪器的上部，并能使仪器的上部在水平方向旋转。水准尺和尺垫水准尺由优质木材或铝合金制成。最常见的形状是杆型和箱形(图2-9)，长度分别为3米和5米。箱式直尺可以伸缩，便于携带，但接头容易出错，杆式直尺比较牢固可靠。水准尺的尺面涂有1厘米或5毫米的黑白网格，米和分米标有数字，尺底为零。为了便于倒置的望远镜读数，数字通常是颠倒的。双面水准尺是一边黑一边红的刻度。每一对都是一对。两者的黑色边在底部为零，而红色边分别为4.687米和4.787米。读数可以用双面尺检查。(a) (b)图2-9直尺垫是一种用于转弯的工具，由钢板或铸铁制成(图2-10)。使用时，将三只尖头脚放入土壤中，将水准尺放在凸出的圆顶上。尺垫可以稳定首先，打开三脚架，把三脚架放在一个合适的高度，使它的头部大致水平且牢固。在山坡上，把三脚架的脚放在斜坡下，一只放在斜坡上。然后用中心连接螺钉将液位计连接到三脚架上。拿水平仪时，你必须握住仪器的牢固部分，并在松开之前确认它已牢固地连接到三脚架上。2.仪器的粗略调平仪器的粗略调平是用脚踏螺钉将圆形水平仪的气泡居中。不管圆形水平仪的位置如何，首先使用任意两个英尺螺旋将气泡移动到通过圆形水平仪零点的方向，并垂直于连接两个英尺螺旋的线，如图2-11所示，气泡从a移动到b，因此仪器可以在连接两个英尺螺旋的线的方向上处于水平位置。然后用第三个腿螺丝将气泡居中，使原来的两个腿螺丝的垂直方向也处于水平位置，从而调平整个仪器。如果仍有偏差，可以重复。操作过程中必须牢记以下三个要点：(1)首先旋转两英尺螺旋，然后旋转第三英尺螺旋；(2)转动两条腿的螺杆时，必须相对转动，即转动方向应该相反。(3)气泡的运动方向始终与左手拇指的运动方向相同。图2-11瞄准目标用望远镜瞄准目标时，必须调整目镜以使十字准线清晰。然后用望远镜上的瞄准镜从外面对准水准尺，然后旋转调焦螺丝，使尺像清晰，即使尺像落在十字平面上。这两个步骤不可逆转。最后，用微动螺钉使十字丝垂直丝与水准尺对齐。为了便于阅读，标尺图像也可以稍微偏离垂直线。当在不同的距离观察水准标尺时，需要重新调整聚焦螺钉以使标尺图像清晰，但是不需要重新调整十字线。瞄准目标时必须消除视差。观察时，稍微上下移动你的眼睛。如果标尺图像相对于十字线移动，即读数改变，则视差存在。原因是标尺图像没有落在交叉线的平面上(图2-12a和b)。当视差存在时，不可能获得精确的读数。消除视差的方法是仔细观察，同时轻轻旋转聚焦螺钉，直到标尺图像和十字线之间没有相对运动，即标尺图像和十字线在同一平面上(图2-12c)。(a) (b) (c)图2-124.瞄准器的精确调平由于圆形液位计的灵敏度低，液位计只能用圆形液位计粗略调平。因此，每次读数前，必须用一个微小的倾斜螺旋使水准管的气泡符合标准，这样才能准确地调平视线。因为当轻微倾斜的螺旋旋转时，望远镜和垂直轴之间的关系经常改变，所以当望远镜从一个方向改变到另一个方向时，水准管中的气泡通常不再符合。因此，每次改变望远镜的方向后，也就是每次读数前，有必要用一个稍微倾斜的螺旋重新对准气泡。5.阅读使用十字线中间的十字线读取液位计。米、分米和厘米的数字可以直接从尺子上读出，毫米的数字可以估算，所以每个读数必须有四位数字。如果某个数字是零，它也必须被读取和记录。不能省略，如1.002米、0.007米、2.100米等。由于望远镜通常是倒置的，所以从望远镜内部的读数应该从上到下，即从十进制到大型。在阅读之前，首先要识别水准尺的标记特征，并特别注意与注记相对应的仪表标记的位置。为了确保正确的水平视线读数，应在读数前后检查气泡。2-4水准测量方法及横向立交桥计算根据不同的精度要求，我国水准测量分为一、二、三、四个等级。也有不属于指定等级的调平。我们称之为普通水准测量，也称为外部水准测量。普通水准测量的精度低于国家水准。水准测量线的布置和密度用水准测量法测量高程的控制点称为水准点，一般用英文缩写BM来表示。国家级基准应按要求配备永久性固定标志。对于那些不需要永久保存的，将木桩打入地下，或者在地面和建筑物上设置苦味标记并进行标记。(2)标准路线：水准测量的任务是从已知高程的水准点测量其他水准点或地面点的高程。测量前，应根据要求布置和选择水准点的位置，用石块标出水准点，并绘制水准路线。水平路由的布局形式分为单级路由和级网络，单级路由有以下三种布局形式：图2-3-1(1)附着水准线是从一个高水准点开始，到另一个高水准点结束的水准线。这种形式的水准路线可以确保测量结果的可靠验证(图2-3-1a)。(2)闭合水准路线是从已知高程的水准点开始，最后接近起点的水准路线。这种形式的水准测量线也可以检查测量结果(图2-3-1B)。(3)水准支线是从已知高程的水准点开始，最后既不附着也不靠近已知高程的水准点的水准线。由于这种形式的水准测量线不能单独检查测量结果，所以必须前后测量，或用两套仪器测量(图2-3-1c)。水准网当几条相连的水准线或闭合水准线连接在一起时，就形成了水准网(图2-3-1d，e)。水准网可以增加检查结果的条件，从而提高结果的准确性。二、水准测量方法(一)普通水准测量的观测顺序：水准测量顺序如图2-3-2所示，其中A为已知高程点，B为待计算高程点。1.在已知标高的起点A处立一把水准尺作为后视尺；2.在测量方向上，将第一个转折点Z1设置在距离起点不超过150米的位置。如有必要，放置一个尺垫，并竖立一把水准尺作为前视尺。3.将水平仪放在离这两点等距离的地方。仪器大致调平后，首先对准起点A上的水准尺。当气泡与轻微倾斜螺旋成一直线后，A点的后视读数应读取并记录在起始书上。4.然后对准转向点Z1上的水准尺，待气泡符合要求后，读取Z1点的前瞻性读数。将阅读记录在书中，并计算两点之间的差异。这时，即使一个站的观测过程完成了。5.将仪器移至第二站。此时，转向点Z1处的水准标尺不会移动，只是将标尺表面转向前方。A点的水准标尺向前移动。水准标尺以与第一站相同的间距放置在转折点Z2。根据与第一站相同的步骤和方法，读取后视读数和前视读数，并计算高差。就这样，9号完成了第二站的高差观测。6.继续，直到找到高程点B。图2-3-2(2)注意事项1.在已知的高程点上放置一把直尺，并将其直接放在石标中心(或木桩)上；2.从仪器到前后调平脚的距离应该大致相等，并且可以通过视距或脚步测量来确定。3.水准尺应保持平直，不能前后左右倾斜。4.标尺垫仅用于转折点。在仪器移动站之前，后视点的标尺板不能移动。5.记录数据时不得更改原始记录。应删除错误或错误的数据，并将正确的数据写在顶部，并在备注栏中注明原因。让记录本干净整洁。(3)水准测量观测记