第7章 精密高程測(cè)量

1、第七章 精密高程測(cè)量,?7-1 概述?7-2 精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量 ?7-3 液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量?7-4 測(cè)微水準(zhǔn)測(cè)量?7-5 精密跨河水準(zhǔn)測(cè)量?7-6 精密高程傳遞測(cè)量?7-7 精密三角高程測(cè)量?7-8 實(shí)例介紹,?7-1 概述,精密高程測(cè)量應(yīng)用 在工程建設(shè)中，高程作為三維空間中的垂直方向的空間控制，應(yīng)用最為廣泛，尤其在精密工程測(cè)量中，精密高程測(cè)量起著重要作用。在精密工程測(cè)量中，精密高程測(cè)量主要應(yīng)用有： 精密高

2、程網(wǎng)測(cè)量 精密高程傳遞 鋼構(gòu)件建（構(gòu)）筑物安裝 變形監(jiān)測(cè)（沉降、傾斜、撓度監(jiān)測(cè)） 精密工業(yè)測(cè)量（設(shè)備安裝、調(diào)校、加工，粒子對(duì)撞機(jī)） 高精度場(chǎng)地平整（機(jī)場(chǎng)跑道、自行車(chē)賽場(chǎng)） 高速列車(chē)軌道標(biāo)高控制（地鐵、高鐵、磁懸浮）,?7-1 概述,精密高程測(cè)量精度要求 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域有所不同，精度都是都在毫米級(jí)及亞毫米以內(nèi)。 精密高程網(wǎng) 精密高程傳遞(對(duì)應(yīng)精密高程網(wǎng)) 鋼構(gòu)件建（構(gòu)）筑物安裝（３mm以內(nèi)） 變形監(jiān)測(cè)（０.3

3、mm以內(nèi)） 精密工業(yè)測(cè)量（1mm以內(nèi)） 高精度場(chǎng)地平整（3mm以內(nèi)） 高速列車(chē)軌道標(biāo)高控制（ 1mm以內(nèi)）,目前幾何水準(zhǔn)仍是精密高程測(cè)量最主要方法,?7-1 概述,精密高程測(cè)量主要方法 精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法 液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量 測(cè)微水準(zhǔn)測(cè)量（電水準(zhǔn)尺） 其他精密的高程測(cè)量方法,精密高程測(cè)量的中誤差通常不能超過(guò)0.1～0.2mm，采用精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量 就必須采取減弱誤差的措施。其基本著眼點(diǎn)是：選擇和研究高精度水準(zhǔn)儀；研制專

4、用的分劃尺和照準(zhǔn)目標(biāo)；研制能以足夠精密、平穩(wěn)地調(diào)整儀器高的水準(zhǔn)儀支架；改進(jìn)短視線幾何水準(zhǔn)測(cè)量的作業(yè)方法。在露天條件進(jìn)行高精度水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，除了采用陽(yáng)傘外，水準(zhǔn)儀最好還帶上附加的熱力保護(hù)罩。采用精密水準(zhǔn)儀（N3、Ni007）和短視線幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法，確定相距10～15m兩點(diǎn)間的高差，其中誤差可達(dá)到0.03～ 0.05mm；確定相距幾百米的兩點(diǎn)間的高差，其中誤差是0.1～ 0.2mm。此方法可廣泛用于多種精密工程測(cè)量領(lǐng)域。,?7-2

5、精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量,1 ）水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)標(biāo)尺規(guī)格和技術(shù)要求,精密高程測(cè)量的儀器和標(biāo)尺要求 一、二級(jí)精密高程測(cè)量的水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺調(diào)焦鏡運(yùn)行誤差不得超過(guò)0.2mm、測(cè)站高差觀測(cè)中誤差不得超過(guò)0.05mm ，其它應(yīng)符合國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量要求。三、四級(jí)精密高程測(cè)量的水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺，應(yīng)符合國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。,,2） 精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)方法和要求,精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法和技術(shù)要求,使用氣泡式水準(zhǔn)儀或單擺位自動(dòng)安平水

6、準(zhǔn)儀觀測(cè)時(shí)，當(dāng)前后視標(biāo)尺基本分劃面觀測(cè)完畢后，應(yīng)變更儀器高度（不小于5mm），再進(jìn)行輔助分劃面的觀測(cè)。當(dāng)工作環(huán)境的工業(yè)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于地球磁場(chǎng)二倍或者地面振動(dòng)使自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀不能照準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)采用氣泡式水準(zhǔn)儀。三、四級(jí)精密工程水準(zhǔn)測(cè)量按照《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》 中相應(yīng)于一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行。一、二級(jí)精密工程水準(zhǔn)測(cè)量除遵守國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求外，還須遵守以下規(guī)定：立尺采用固定轉(zhuǎn)點(diǎn)，儀器安置采用儀器墩或移動(dòng)儀器臺(tái)；觀測(cè)

7、應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行。若僅能在露天觀測(cè)，則應(yīng)選擇陰天或者日出后1～2h之間和日落前2～1h之間進(jìn)行，同時(shí)水準(zhǔn)儀及其腳架應(yīng)避免陽(yáng)光直接照射；在進(jìn)行用于變形觀測(cè)的一、二級(jí)精密水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行地下水位、降水量、地溫、氣溫、氣壓的輔助測(cè)量。,精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法和要求,3） 精密水準(zhǔn)測(cè)量限差規(guī)定與超限處理,精密水準(zhǔn)測(cè)量限差規(guī)定,當(dāng)測(cè)段、路線同方向觀測(cè)高差不符值超限時(shí)，應(yīng)立即重測(cè)。往返高差不符值超限時(shí)，先就可靠性較差的單程進(jìn)行整測(cè)段重測(cè)，再分

8、情況進(jìn)行如下處理：若重測(cè)高差與同方向原測(cè)高差超過(guò)往返測(cè)不符值限差，但與另一單程高差的不符值不超出限差，則取用重測(cè)結(jié)果；若同方向兩高差不符值未超出限差，且其中數(shù)與另一單程高差亦不超出限差，則取同方向中數(shù)作為該單程高差；若(1)條中的重測(cè)高差或(2)條中兩同方向高差中數(shù)與另一單程的高差不符值超出限差，須重測(cè)另一單程；若經(jīng)兩次或多次重測(cè)后，出現(xiàn)同向高差接近而異向高差超限的分群現(xiàn)象，且同方向高差不符值小于限差之半時(shí)，則取原測(cè)的往返測(cè)高差

9、中數(shù)作為往測(cè)結(jié)果，取重測(cè)的往返測(cè)高差中數(shù)作為返測(cè)結(jié)果。,精密水準(zhǔn)測(cè)量超限處理規(guī)定,若路線往返不符值、環(huán)閉合差超限時(shí)，應(yīng)就觀測(cè)條件較差的某些測(cè)段進(jìn)行重測(cè)。若重測(cè)高差與原測(cè)高差之差超過(guò)表15中的檢測(cè)限差時(shí)，應(yīng)對(duì)該測(cè)段相鄰的測(cè)段進(jìn)行檢測(cè)，確定兩端點(diǎn)的可靠性。檢測(cè)路線連接點(diǎn)的觀測(cè)精度要求，按連接路線的最低等級(jí)實(shí)施。檢測(cè)時(shí)，先單程檢測(cè)一測(cè)段，若單程檢測(cè)超限，則應(yīng)檢測(cè)該測(cè)段另一單程。若高差中數(shù)仍超限，則繼續(xù)向前檢測(cè)，以確定穩(wěn)固的已測(cè)點(diǎn)作為連接點(diǎn)。

10、,精密水準(zhǔn)測(cè)量超限處理規(guī)定,４）觀測(cè)讀數(shù)及計(jì)算小數(shù)位的規(guī)定,,5）幾何水準(zhǔn)前后視不等的測(cè)量方法,,,,,布置成對(duì)稱圖形。,,若D4=5m， 要求小于0.05mm，則為了提高測(cè)量精度，圖形布置宜使D1和D4盡可能的短,Ⅰ、Ⅱ點(diǎn)架設(shè)儀器； M、N點(diǎn)立尺,6）精密水準(zhǔn)儀ｉ角的測(cè)定,,精密水準(zhǔn)測(cè)量常常遇到前后視不等測(cè)量，這時(shí)，精密水準(zhǔn)儀ｉ角的影響至關(guān)重要，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況測(cè)定。,,當(dāng)一次高差測(cè)定中誤差為±0.05

11、mm；i角檢定的中誤差為±0.4″,,,原理：液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量也稱連通管測(cè)量，它是利用相互連通的液面，在靜力平衡時(shí)處于同一個(gè)水準(zhǔn)面而進(jìn)行高程測(cè)量的方法，特點(diǎn)：測(cè)量精度高，可自動(dòng)化測(cè)量。應(yīng)用領(lǐng)域：變形監(jiān)測(cè)（大壩、核電站永久性觀測(cè)的建筑物）以及很難進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量或自動(dòng)化觀測(cè)要求場(chǎng)所。,?7-3 液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量,儀器形式：固定式或移動(dòng)式儀器（移動(dòng)式靜力水準(zhǔn)儀適用于施工期測(cè)量，固定式靜力水準(zhǔn)儀適用于竣工后構(gòu)筑物的變形觀測(cè)

12、）。測(cè)讀方法：目視法、目視接觸法、電子接觸法和光電記錄法等（各種流體靜力水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上的區(qū)別僅在于測(cè)定和讀取連通管中液面位置的方法不同）。,?7-3 液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量,東江水力發(fā)電廠液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量,液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量,有壓缽體能對(duì)不等高位置的測(cè)量,下圖要求A、B點(diǎn)位置等高,功能：測(cè)微水準(zhǔn)儀可用來(lái)測(cè)定同一水平面內(nèi)的分布極近的點(diǎn)間（<1.5m）的高差或高差變化，如：測(cè)定為考察不同巖層微小位移的群式水準(zhǔn)標(biāo)石的垂直位移；測(cè)定工藝設(shè)

13、備個(gè)別元件（比如磁件中的各單件）的傾斜和變形等工作中。精度：測(cè)量高差的精度可達(dá)到0.01∽0.02mm。目前已制成的測(cè)微水準(zhǔn)儀，都是一種長(zhǎng)基距的跨水準(zhǔn)器，由帶有2個(gè)或3個(gè)球形固定支柱的堅(jiān)硬框架組成。在框架上安裝有管水準(zhǔn)器，其格值是2 ∽ 10”；為排除儀器的橫向傾斜，在框架上還安置有格值為30”的橫向水準(zhǔn)器。 當(dāng)已知水準(zhǔn)器的格值τ和基距長(zhǎng)度（兩個(gè)支柱間的距離）S時(shí)，便可按下式計(jì)算出一點(diǎn)對(duì)另一點(diǎn)的高差：

14、 Δh = τnS/ρ n為水準(zhǔn)氣泡離開(kāi)中間位置的偏差，以格計(jì)。,?7-4 測(cè)微水準(zhǔn)測(cè)量（電水準(zhǔn)尺）,?7-5 精密跨河水準(zhǔn)測(cè)量,跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法：,1）光學(xué)測(cè)微法,2）傾斜螺旋法,3）經(jīng)緯儀傾角法,4）測(cè)距三角高程法,5） GPS測(cè)量法,?7-6 精密高程傳遞測(cè)量,懸尺高程傳遞,右圖方式水準(zhǔn)尺夾方式,測(cè)距儀高程傳遞,?7-6 精密高程傳遞測(cè)量,右圖方式全站儀天頂方式,1）原理（理想）,觀測(cè)值,高差值：,?7-

15、7 精密三角高程測(cè)量,,觀測(cè)兩點(diǎn)的斜距（或平距）及豎角，應(yīng)用三角公式計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差。,球差： 氣差： 球氣差：?jiǎn)蜗蛴^測(cè)高差值：,2）球氣差影響,精密高程測(cè)量必須要考慮地球曲率(簡(jiǎn)稱球差 r )及大氣垂直折光差(簡(jiǎn)稱氣差 p )的影響。,,可見(jiàn)：對(duì)向觀測(cè)可自行消減地球曲率和大氣垂直折光的影響，因此在精密高程測(cè)量中，要盡量采取同時(shí)對(duì)向觀測(cè)。,對(duì)向觀測(cè)高差值：,2）球氣差影響,,在精密高程測(cè)量中常常無(wú)法進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，就必須測(cè)定

16、K值進(jìn)行改正 K值測(cè)定方法有 雙覘標(biāo)估算K值法（右圖） 測(cè)線測(cè)定氣象元素估算法 精密水準(zhǔn)+三角高程計(jì)算K值法。 工程實(shí)際中K值的處理方法,3）K值測(cè)定方法,,儀器高測(cè)定方法 卷尺丈量法 固定一腳螺旋法 顯微鏡法 精密水準(zhǔn)尺測(cè)讀法,4）儀器高和目標(biāo)高測(cè)定方法,對(duì)下式微分可知儀器高和目標(biāo)高對(duì)高差的影響。因此，精密三角高程測(cè)量中必須精密測(cè)定儀器高和目標(biāo)高。,,水準(zhǔn)尺固定覘牌法（右圖） 精密水準(zhǔn)儀測(cè)讀法