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二仪器和工具
1水准仪:
由望远镜、水准器、基座三部分组成。
1.望远镜——由物镜、目镜和十字丝(上、中、下丝)三部分组成。
2.水准器有两种:
圆水准器——精度低,用于粗略整平。
水准管——精度高,用于精平。
目前我们项目部各工点采用的水准仪均为自动安平水准仪,它没有水准管;
原来使用的微倾式水准仪主要采用水准管进行精平,现在工地上已很少使用。
3.基座
为了支承并水平转动仪器,需要一个基座;
仪器的竖轴与支架连成一个整体插入基座的轴套里,使望远镜能绕竖轴转动。
⑵水准尺
水准尺简称标尺,供仪器读数用。
主要有单面尺、双面尺和塔尺几种,水准尺要求顺直,刻划准确、清晰,采用木质和铝合金材料制作。
铁路五等水准测量常用的为塔尺,尺面分划为1cm或5mm,每10cm处(E字形刻划的尖端)注有阿拉伯数字。
双面尺又称黑红双面标准尺,由两把尺组成,双面标准尺的黑面底部读数均由0开始;
红面尺的底部读数:
一把为4687mm,另一把为4787mm。
双面尺主要用于三、四等水准测量或者要求较高精度的水准点引测。
⑶尺垫
在水准测量中,为使高程得到可靠的传递并使水准尺不致于下沉,常采用尺垫作转点,以防止观测过程中水准尺下沉。
三水准仪的使用
操作程序:
粗平——瞄准——精平——读数
⑴粗平——调节脚螺旋,使圆水准气泡居中。
规律:
气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。
⑵瞄准
1.方法:
先用准星器粗瞄,再用微动螺旋精瞄。
2.视差
概念:
眼睛在目镜端上下移动时,十字丝与目标像有相对运动。
产生原因:
目标像平面与十字丝平面不重合。
消除方法:
仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。
⑶精平
若使用自动安平水准仪,仪器无微倾螺旋,故不需进行精平工作。
⑷ 读数——精平后,用十字丝的中丝在水准尺上读数。
米、分米看尺面上的注记,厘米数尺面上的格数,毫米估读。
2.规律:
读数在尺面上由小到大的方向读。
故对于望远镜成倒像的仪器,即从上往下读,望远镜成正像的仪器,即从下往上读。
四普通水准测量的实施及成果整理
⑴水准点
通过水准测量方法获得其高程的高程控制点,称为水准点,一般常用BM表示。
有永久性和临时性两种。
永久性水准点的高程由设计部门提供,临时性水准点的高程由施工单位自行引测。
⑵水准路线
水准路线依据工程的性质和测区情况,可布设成以下几种形式(如下图所示):
1.闭合水准路线
由已知点BM1出发,经过若干待测点,最后回到已知点BM1。
2.附合水准路线
由已知点BM1出发,经过若干待测点,附合到已知点BM2。
3.支水准路线
由已知点BM1出发,引测到某一待定水准点A。
⑶外业观测
观测要求:
1.水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。
2.为及时发现观测中的错误,通常采用“两次仪器高法”,即改变仪器高度(0.1~0.2m左右),重新安置仪器,再测一次高差,两次仪器高法高差之差h-h’?
?
5mm时取平均值作为本站高差,否则要重测;
或采用“双面尺法”进行高差观测。
双面尺法要求①红黑面读数差?
3mm②h黑-h红?
5mm。
3.水准测量记录表
注意:
(1)起始点只有后视读数,结束点只有前视读数,中间点既有后视读数又有前视读数。
(2)
,只表明计算无误,不表明观测和记录无误。
⑷水准测量的成果处理(内业)
(一)计算闭合差:
1.闭合水准路线:
2.附合水准路线:
(二)分配高差闭合差
1.高差闭合差限差(容许误差)
对于普通水准测量,有:
fh容=±
30√L适用于平原地区;
fh容=±
12√n适用于山区。
式中,
——高差闭合差限差,单位:
mm。
L——水准路线长度,单位:
km;
n——测站数。
2.分配原则:
按与距离L或测站数n成正比,将高差闭合差反号分配到各段高差上。
(三)计算各待定点高程
用改正后的高差和已知点的高程,来计算各待定点的高程。
五水准测量的成果实例
【例】如图为按图根水准测量要求施测某附合水准路线观测成果略图。
BM-A和BM-B为已知高程的水准点,图中箭头表示水准测量前进方向,路线上方的数字为测得的两点间的高差(以m为单位),路线下方数字为该段路线的长度(以km为单位),试计算待定点1、2、3点的高程。
解算如下:
第一步计算高差闭合差:
第二步计算限差:
30√L=±
30×
√7.4=±
81.6(mm)
因为
,可进行闭合差分配。
第三步计算每km改正数:
第四步计算各段高差改正数:
。
四舍五入后,使
故有:
V1=-8mm,V2=-10mm,V3=-9mm,V4=-10mm。
第五步计算各段改正后高差后,计算1、2、3各点的高程。
改正后高差=改正前高差+改正数Vi
H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)
H2=H1+(h2+V2)=47.609+2.803=50.412(m)
H3=H2+(h3+V3)=50.412-2.253=48.159(m)
BMB=H3+(h4+V4)=48.159+1.420=45.579(m)
改正计算如下表:
六普通水准仪的检验与校正
⑴.水准仪轴线的几何关系
水准仪轴线应满足的几何条件是:
1.水准管轴LL//视准轴CC
2.圆水准轴L’L’//竖轴VV
3.横丝要水平(即:
⊥竖轴VV)
如下图所示:
(2).水准仪的检验与校正
(一)圆水准器的检验与校正
1.检验:
气泡居中后,再将仪器绕竖轴旋转180°
,看气泡是否居中。
2.校正:
用脚螺旋使气泡向中央移动一半,再用拨针拨动三个“校正螺旋”,使气泡居中。
(二)十字丝横丝的检验与校正(示意图略)
整平后,用横丝的一端对准一固定点P,转动微动螺旋,看P点是否沿着横丝移动。
如P点偏离横丝,则需要校正。
2.校正:
旋下目镜处的十字丝环外罩,转动左右2个“校正螺丝”。
使横丝对准P点,反复检查,直到始终符合为准。
(三)水准管轴平行于视准轴(i角)的检验与校正
(1)平坦地上选A、B两点,约80m。
(2)在中点C架仪,读取a1、b1,得h1=a1-b1
(3)在距B点约2~3m处安置仪器,读取a2、b2,得h2=a2-b2
(4)若h2≠h1,则水准管轴不平行于视准轴,有i角。
因为①h1为正确高差②b2的误差可忽略不计,故有:
对于S3水准仪,若i角大于
时,需校正。
2.校正方法有二种:
a.校正水准管(主要用于微倾式水准仪)
旋转微倾螺旋,使十字丝横丝对准(a2′=h1+b2),拨动水准管“校正螺丝”,使水准管气泡居中。
b.校正十字丝(主要用于自动安平水准仪)
保持水准管气泡居中,拨动十字丝上下两个“校正螺丝”,使横丝对准a2′读数即可。
七自动安平、精密、电子水准仪简介
1自动安平水准仪
1.原理:
与普通水准仪相比,在望远镜的光路上加了一个补偿器。
2.使用:
粗平后,望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色,方可读数;
最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。
3.检校:
与普通水准仪相比,要增加一项补偿器的检验,即:
转动脚螺旋,看警告指示窗是否出现红色;
以此来检查补偿器是否失灵。
⑵精密水准仪(每公里往返平均高差中误差?
1mm)
1、精密水准仪——提供精确的水平视线和精确读数;
2、精密水准尺——刻度精确(铟钢带水准尺)。
3、读数方法
(1)精平后,转动测微螺旋,使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。
(2)读数时,将整分划值和测微器中的读数合起来。
⑶数字水准仪及条纹码水准尺
1、具有自动安平、显示读数和视距功能。
2、能与计算机数据通讯,避免了人为观测误差。
八水准测量误差及注意事项
⑴误差来源有:
仪器误差、操作误差、外界条件影响。
1.仪器误差
主要有:
视准轴不平行于水准管轴(i角)的误差、水准尺误差。
2.操作误差
水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。
3.外界条件影响的误差
仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。
⑵注意事项
水准测量的误差对高程的影响很大,了解误差的性质及其对成果的影响是很有必要的;
特别是系统性误差,虽然对单个测站来说微不足道,但累计的结果却是不可忽视的。
掌握这些规律,就可很好的指导我们的操作,获得优质的成果。
在整个测量过程中,只要有一个测站出错,就会导致整个测段内的成果不合格。
要做到每个测站都正确无误,测量人员必须紧密配合,认真细致的做好扶尺、观测、记录、计算等每一项工作。
现将水准测量注意事项列下:
㈠扶尺“四要”
1.尺子要检查:
测量前要检查标尺刻划是否准确,塔尺衔接是否严密,测量过程中要随时检查尺底或尺垫是否粘有泥土。
2.转点要牢靠:
转点最好用尺垫,或者选择坚硬稳固而又有凸棱的石头上,保证转点在两个测站的前后视中不改变位置。
3.扶尺要检查:
塔尺如有横向倾斜,观测者易于发现可指挥立直;
如前后倾斜则不易发现,会造成读数偏大。
故扶尺者身体要站直,如尺上有水准器时要检查使气泡居中。
4.要用同一的尺:
由于塔尺底部的磨损或包铁松动,将会使尺底部零点位置不准,为消除其影响,在同一测段要用同一个尺。
且测站数为偶数。
㈡观测“六要”
1.仪器要检校:
测量前要把仪器校正好,使各轴线间满足应有的几何条件。
2.仪器要安稳:
中心螺旋连接要稳固可靠,松紧适当,架腿要踩实,观测者不得扶压或骑跨架腿,观测过程中不得碰动仪器。
3.前、后视要等长:
前、后视等长的水准测量,可以消除i角误差以及地球曲率的影响,如果地面坡度不大还可消除大气折光的影响。
普通水准测量最大视线长度不得大于150m,视线不要靠近地面,最小读数要大于0.3m。
4.视线要水平:
使用微倾式水准仪度数前气泡要符合,为避免匆忙读数之差错,读数前后均应检查气泡是否符合。
烈日下要打伞。
5.读数要准确:
读数前要消除视差,要认准横丝,要认请标尺刻划特点,每次读数最好读两次。
6.迁站要慎重:
未读前视读数时不得匆忙搬动仪器,以免使水准路线中间“脱节”,造成返工;
中途休息时,应将前视点选择在容易寻找的地方,并作好标志,列如记录,以便下次续测。
㈢记录四要
1.要复诵:
读数列入记录时要边记边复诵;
避免听错记错。
如观测者兼作记录时,记完后可再看一下读数,以资复核。
2.记录要清楚:
按规定格式填写,字迹要端正,点号要记请,前后视读数不得遗漏,不得颠倒。
3.要原始记录:
要在现场用硬铅笔(HB)填写在记录簿中,不得眷抄,以免转抄错误。
记录错误时,不得用橡皮擦改,要在错误数字处画一横线,并将正确数字写在上方。
4.计算要复核:
记录者要及时根据读数计算出高差,记入记录簿并作计算的检验,再由另一人复核。
记录簿要将司仪、记录、计算者签名齐全,以明确责任。
九三、四等水准测量
三、四等水准测量除用于国家高程控制网的加密外,还常用于小地区的首级高程控制(工程建设中高速公路的高程一般均采用四等水准测量进行)。
三、四等水准测量比前述的国家等级外(铁路上常用的五等)水准测量在方法上和精度上都有所不同。
现将三、四、五等水准测量要求列于下表(表2.9.1),供参照使用。
⑴三、四等水准测量的要求和方法
1.观测和记录
三、四等水准测量每站的观测和记录顺序见表2.9.1.1。
2.测站上的计算与检核
①视距计算:
后视距⒂=[⑴-⑵]×
100
前视距⒃=[⑸-⑹]×
前后视距差⒄=⒂-⒃
视距累积差∑d⒅=本站⒄+前站⒅
②黑红面零点差验算:
零点差=黑面尺零点+K-红面尺零点
即:
⑼=⑶+KⅠ-⑻
⑽=⑷+KⅡ-⑺
式中KⅠ、KⅡ为Ⅰ、Ⅱ尺黑红面零点差。
⑼、⑽的理论值为零,允许误差见上表(表2.9.1)。
③高差计算:
⑴=⑶-⑷
⑵=⑻-⑺
⒀=⑾+[⑿±
100]
⒀的理论值为零,允许误差见上表(表2.9.1)。
④当②、③两项计算无误时且在允许误差范围内,即可计算高差中数。
⒁={⑾+[⑿±
100]}/2
⑤计算检核:
通过下列各式计算检查结果的正确性
⒀=⑼-⑽
⒁=⑾-⒀/2
末站⒅=∑⒂-∑⒃
∑⒁={∑[⑶+⑻]-∑[⑷+⑺]}/2=[∑⑾+∑⑿]/2
经校核无误,且误差不超限时方准迁站。
否则需核对计算,如果计算无误,则需重测。
三、四等水准测量记录计算见下表(2.9.1.1)
十三角高程测量(平距、垂直角、仪器高、基座高)
三角高程测量适用于地形起伏较大的山岭地区高程控制,采用全站仪结合光电测距进行。
实践证明,光电测距三角高程的精度可以达到四等水准的要求。
⑴原理(如下图)
有:
=
上图中α角为A、B两点间的竖直角,因实际测设时一般均直接读出测站的天顶角,再考虑大气折光和球气差的影响,故A、B两点的高差可以用下式表达:
式中:
S—实测斜距;
δ—天顶角;
D—计算平距,D=sinδ×
S。
—仪器高;
—前视棱镜高。
R—地球曲率半径,6371km。
⑵其他说明:
⒈当两点距离较大时(大于1000m),应在两点中间加桩,以减少折光和测角的误差影响。
⒉天顶角应采用盘左、盘右法观测,其指标差应小于7″。
第三部分角度测量
角度测量包括水平角测量和竖直角测量。
测量水平角是为了确定地面点的平面位置;
测量竖直角是为了间接测定地面点的高程。
一.角度测量的原理
1水平角定义
从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角,称为水平角。
其范围:
顺时针0o~360o。
2竖直角定义
在同一竖直面内,目标视线与水平线的夹角,称为竖直角。
其范围在00~±
900之间。
如图当视线位于水平线之上,竖直角为正,称为仰角;
反之当视线位于水平线之下,竖直角为负,称为俯角。
二.光学经纬仪的使用
经纬仪是测量角度的仪器。
按其精度分:
有DJ6、DJ2两种。
D、J表示大地测量经纬仪的意思,“6”和“2”表示一测回方向观测中误差分别为
、
目前,DJ6型经纬仪在我们公司已全部淘汰,主要采用DJ2型经纬仪测角。
⒈DJ2光学经纬仪的构造
与DJ6相比,增加了:
①测微轮——用于读数时,对径分划线影像符合。
②换像手轮——用于水平读数和竖直读数间的互换。
③竖直读盘反光镜——竖直读数时反光。
⒉DJ2经纬仪的读数方法
一般采用对径重合读数法——转动测微轮,使上下分划线精确重合后读数。
⒊经纬仪的安置
①内容及要求:
对中?
3mm
整平?
1格
②大致水平大致对中
眼睛看着对中器,拖动三脚架2个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。
③伸缩脚架粗平
根据气泡位置,伸缩三脚架2个脚,使圆水准气泡居中。
④旋转三个脚螺旋精平
按“左手大拇指法则”旋转三个脚螺旋,使水准管气泡居中。
1)转动仪器,使水准管与1、2脚螺旋连线平行。
2)根据气泡位置运用法则,对向旋转1、2脚螺旋。
3)转动仪器900,运用法则,旋转3脚螺旋。
4)架头上移动仪器,精确对中
5)脚螺旋精平。
6)反复4)、5)两步。
三水平角测量的方法
常用的有:
测回法;
方向观测法。
两个基本概念:
盘左(正镜)、盘右(倒镜)
⑴.测回法
1.适用:
两个方向的单角(∠AOB)。
2.观测步骤:
1)盘左瞄准左边A,读取a1。
2)顺时针旋转瞄准右边B,读取b1。
则上半测回角值:
β1=b1-a1。
3)倒镜成盘右,瞄准右边B,读取b2。
4)逆时针旋转瞄准左边A,读取a2。
则下半测回角值:
β2=b2-a2
5)计算角值:
β=(β1+β2)/2
3.记录格式(见表)
若要观测n个测回,为减少度盘分划误差,各测回间应按1800/n的差值来配置水平度盘。
测回法观测水平角时,各测回间同方向2C值互差不得大于13″;
两测回间同一方向值互差不得大于10″。
测回法小结:
⑵方向观测法
在一个测站上需要观测两个以上方向。
(如图,有四个观测方向)
1)上半测回
选择一明显目标A作为起始方向(零方向),用盘左瞄准A,配置度盘,顺时针依次观测A、B,C,D,A。
2)下半测回
倒镜成盘右,逆时针依次观测A,D,C,B,A。
同理各测回间按1800/n的差值,来配置水平度盘。
3.记录、计算(见下表)
(1)2C值(两倍照准误差):
2C=盘左读数-(盘右读数±
180°
)。
一测回内2C互差:
≤±
13″。
(2)半测回归零差:
8″。
(3)各方向盘左、盘右读数的平均值:
平均值=[盘左读数+(盘右读数±
)]/2
零方向观测两次,应将平均值再取平均。
(4)归零方向值:
将各方向平均值分别减去零方向平均值,即得各方向归零方向值。
(5)各测回归零方向值的平均值:
同一方向值各测回间互差:
10″。
方向观测法小结:
四竖直角测量
⑴竖直度盘的构造
1.包括:
(1)竖盘
(2)竖盘指标水准管和(3)竖盘指标水准管微动螺旋。
后两部分可采用竖盘指标自动归零补偿器来替代。
2.指标线固定不动,而整个竖盘随望远镜一起转动。
3.竖盘的注记形式有顺时针与逆时针两种。
⑵竖直角的计算公式
⒈顺时针注记形式
α左=90°
-L
同理:
α右=R-270°
一测回竖直角α=(α左+α右)/2
2.逆时针注记形式
α左=L-90°
α右=270°
-R
一测回的竖直角为:
α=(α左+α右)/2
⑶竖盘指标差
⒈定义
由于指标线偏移,当视线水平时,竖盘读数不是恰好等于90°
或者270°
上,而是与90°
或270°
相差一个x角,称为竖盘指标差。
当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时,x为正,反之为负。
⒉计算公式
1)指标差:
x=(L+R-360°
)/2
对于顺时针注记的:
正确的竖直角α=(90°
+x)-L=α左+x
α=R-(270°
+x)=α右-x
2)结论:
取盘左盘右的平均值,可消除指标差的影响。
⒊竖直角的观测及记录(格式见表)
一般规范规定,指标差变动范围:
J2≤7″;
上表中指标差为5″;
在允许误差范围内。
五光学经纬仪的检验与校正
⑴.经纬仪的主要轴线:
1、竖轴VV
2、水准管轴LL
3、横轴HH
4、视准轴CC
5、圆水准器轴L′L′
⑵.经纬仪轴线应满足的条件
⒈VV⊥LL——照准部水准管轴的检校。
⒉HH⊥十字丝竖丝—十字丝竖丝的检校
⒊HH⊥CC——视准轴的检校
⒋HH⊥VV——横轴的检校
⒌竖盘指标差应为零——指标差的检校
⒍光学垂线与VV重合——光学对中器的检校
⒎圆水准轴L’L’∥VV——圆水准器的检验与校正(次要)
⑶.经纬仪的检验与校正
1.照准部水准管轴的检校
1)检验:
用任意两个脚螺旋使水准管气泡大致居中,然后将照准部旋转180°
,若气泡偏离1格,则需校正。
2)校正:
用脚螺旋使气泡向中央移动一半后,再拨动水准管校正螺丝,使气泡居中。
此时若圆水准器气泡不居中,则拨动圆水准器校正螺丝。
2.十字丝竖丝的检校
用十字丝交点对准一目标点,再转动望远镜微动螺旋,看目标点是否始终在竖丝上移动。
微松十字丝的四个压环螺丝,转动十字丝环,使目标点始终在竖丝上移动。
3.视准轴的检校
在平坦地面上选择一直线AB,约60m~100m,在AB中点O架仪,并在B点垂直横置一小尺。
盘左瞄准A,倒镜在B点小尺上读取B1;
再用盘右瞄准A,倒镜在B点小尺上读取B2。
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