在測量中如何消除水準儀i角對高差觀測值的影響

時間 2021-10-27 04:45:41

1樓:

第一節 水準儀調平

水準儀不調平,一切都是空談。我們先看看怎樣調平。下圖示意了怎樣調平水準儀。

先跟據地勢調整三個支腳的長度,使水準儀能大致水平。然後踩實任意兩個支腳,留一個活動的便於調整。支腳的活動方向和圓氣泡的活動方向的關係如上圖所示。

注意:如果地比較鬆軟,在踩實最後一個支腳時會產生圖中右下的情況,所以應預留一些富裕量。在全部三個支腳都踩實了以後再調節三個螺旋,將圓氣泡調到中間既可。

螺旋的轉動和圓氣泡的移動的關係如下圖:

圓氣泡調好後,如果是自動安平的水準儀,就可以直接讀數了。如果是半自動的,剛需按一個按鈕就行了。如果是需要調長氣泡的,則有點麻煩,調平長氣泡後再讀。

把u形氣泡的兩邊調的越對稱越好。

第二節 水準儀的資料

讀數沒什麼好講的,只要會看尺應該就會讀數,關鍵就在於最後一位(毫米)的估讀的準確性。有一點要注意的是:立塔尺時多少會有些傾斜(也許網肉眼看不出),這會導致讀數偏大,所以在估讀拿不準時,我個人習慣於把數讀小一點,例如:

看著像1456.5,我會讀1456,而不讀1457(正確讀數應是1.4565m,但在實際工作中只要自己明白其含意就行了,怎麼讀都無所謂,上文只是我個人的習慣)。

使用水準儀的一個基本公式是:

讀數+高程=儀器高

一旦儀器立好,它的儀器高就不會變了,而立好儀器後要求儀器高就必需要有水準點,所謂水準點就是有高程資訊的點,既通過讀取這點的讀數,再加上這點的高程,其和就是儀器高。

水準點高程+水準點讀數=儀器高

在用水準鏡控制各層結構的施工過程中有下列公式:

儀器高=目標點高程+目標點讀數

由上述兩個公式可得出下面的公式:

水準點高程+水準點讀數 = 儀器高 = 目標點高程+目標點讀數

這個公式就是施工過程中用的公式。圖為各部分示意圖。其中水準點的兩個資料是已知的,目標點高程是已知的,只要目標點讀數能達到計算出來的值,則目標點的實際高程就會符合它的理論值。

在實際工作中會遇到一個與此相反的過程。舉個例子:一、兩個讀數都是實際讀取的,這時目標點高程會隨著水準點高程的變化而變化,既水準點高程變大,目標點高程就會變大,反之亦然;二、在水準點高程無法改變而讀數可改變的情況下,目標點讀數實際讀取,水準點讀數會與目標點高程產生相同的變化。

如果覺得亂,記住下面的話:目標點讀數實際讀,目標點高程隨著儀器高變化而變化。想讓目標點高程怎樣變化,只要想辦法讓儀器高做相同變化既可。

除此之外,可能還會有一些其他的情況發生,只要牢記上面的公式並跟據當時情況靈活應變都能迎刃而解。

還有一種特殊的情況:就是測量時所用的尺可能是半截的,既尺底的數,標的不是0,而是其他資料。這時公式會變化:

水準點高程+水準點讀數+尺底數 = 儀器高+尺底數 = 目標點高程+目標點讀數+尺底數

可以看出這種情況下,只要前後視都用同一把尺,就沒有任何問題了。

有時候,只知道水準點和目標點的高差,既水準點也只是一個參考點,這時只要變化一下公式就可以了。

水準點高程-目標點高程 = 目標點讀數-水準點讀數

第三節 目標高程點的計算

所謂目標高程點,大多數情況下都是設計高程或跟據設計高程計算出的資料。請看下面兩個公式:

目標點高程 = 設計高程 - 結構層厚 - 橫坡 × 目標點距路中的距離

目標點讀數 = 儀器高 - 設計高程 + 結構層厚 + 橫坡 × 目標點距路中的距離

注意橫坡的方向,絕大多數情況下是路中高兩邊低,也有相反的,比如超高路段或個別設計(比如東麗湖情景大道就是中間低兩邊高,為的是把雨水收集到中間的綠化帶中)。

第四節 水準點的測設

水準點的測設是一切水準工作的前提,水準點測設的不好,會影響整條路的修築質量。一般情況下,在一個工程開工以前,設計單位會把水準點、導線點、路中點等重要的點交給施工單位,俗稱"交樁"。而這些點往往不夠施工過程中用的,需要加密,包括水準點和導線點。

本節只討論一下水準點的測設。

首先要在全線範圍內選好水準點的位置,並記錄下來。注意:無論做什麼工作,凡涉及到設點的過程,都要記好"點之記"。

選水準點的原則是:點位要固定。至少保證在施工時期內不會丟失。

我個人工作時一般都會選在臺階、矮牆、或在樹上釘釘子。選位是還要注意,應儘量選在朝路的方向,還要注意能保證把尺立直,比如在樹上釘釘子時,要選那些向路外歪的樹,而且在立尺時,不要把尺靠在樹上,因為看似豎直的樹,從水準鏡裡看就不豎直了。選好的點要編號,並記錄在本上,這個本非常重要,最已把所有前期測量的工作成果記在一個本上,一個工程一個本,別混淆了。

所設的水準點要能覆蓋整個工程的修築範圍,一個點的覆蓋範圍為,以該點為圓心,半徑150m的圓。

點設立完了後,下一步是要測這些點。這項工作最好是五個人完成:兩個扶尺、兩個看水準儀讀數,一個記錄並實時計算資料。

所有水準點,頭尾兩個點應該是已知點,既交樁時設計方給的點。測相鄰兩個點的高差,為一個測站。一個工程有n個水準點,在測這些點時就會有n-1個測站。

每個測站的來方向的點為後視點,前進方向的點為前視點。每個測站的工作流程如下:

一、前後視點都要立好塔尺,看水準鏡的人把水準鏡立在一個能保證前後視距差在5m以內的地方,這是為了把水準鏡的豎直角造成的誤差儘量地減少(前後視距可以通過分別讀取前後視點上下絲的數值差獲得,上下絲的讀數差與實際距離差是1:100的關係,既讀數差1cm,實際距離是1m)。

二、兩個人分別讀取前後視讀數,然後分別用後視資料減去前視資料,所得結果既為前視點與後視點的高程差。公式如下:

後視讀數 - 前視讀數 = 前後點高程差 = 前視點高程 - 後視點高程

讀數後,兩人的結果的差在3mm之內就可以了,進入下個測站的觀測。如果大於3mm,則進行調整重新觀測,直到資料符合要求,切不可弄虛作假。調整的內容有:

重新確定立鏡位置、重新立鏡、兩人換鏡讀數等。

有點需要注意的是,有的書上要求兩臺水準鏡的立鏡高度應差10cm以上,我個人認為沒那個必要,因為那個要求是為了讓資料分開,表示從不同立鏡高都能得出正確值,我認為只要資料對就可以了。

當全部測站的工作都完成後,下面要做的是平差,其原理如下:

一、假定測量過程中不存在誤差,則有如下公式:

第一個水準點的高程 + 第一測站的高差 + …… + 第n-1測站的高差 = 第n個水準點的高程

二、考慮誤差後,公式如下:

第一個水準點的高程 +

(第一測站的高差 + 第一測站的誤差 ) + …… + (第n-1測站的高差 + 第n-1測站的誤差)

= 第n個水準點的高程 + n-1個測站的誤差總和

三、平差的目的就是要消除第二個公式所有的誤差,使第二個公式變為第一個公式,當然,這只是從理論上消除,為的是讓工作順利進行,但實際的誤差並不會消除。

平差的方法是:在第二個公式等號右邊減去“n-1個測站的誤差總和”,等號左邊每個測站減去“‘n-1個測站的誤差總和’的n分之一”,如下所示:

第一個水準點的高程 + (第一測站的高差 + 第一測站的誤差 - (n-1個測站的誤差總和)/n) + ……

+ (第n-1測站的高差 + 第n-1測站的誤差 - (n-1個測站的誤差總和)/n)

= 第n個水準點的高程 + n-1個測站的誤差總和 - n-1個測站的誤差總和

既第一個水準點的高程 + (第一測站的高差 + 第一測站的誤差 - (n-1個測站的誤差總和)/n) + ……

+ (第n-1測站的高差 + 第n-1測站的誤差 - (n-1個測站的誤差總和)/n) = 第n個水準點的高程

需要注意的是,嚴格意義講,每測站的平差量不應該簡單的把誤差總和取平均值,應該是測站距離越大,平差數越大,上述公式只是一個簡單的演算法,我個人認為,只要精度允許,用上述公式還是可以用的,因為施工測量的精度掌握不全在水準點的測設上,水準點再精,實際施工時不精也是沒用的。施工精度參見各規範,水準點的測設滿足規範即可,不用精益求精,施工講究的是精度和速度並重,不可偏向一邊,關鍵在於平衡,夠用就好。另附跟據測站距離平差的公式:

第一個水準點的高程 +

(第一測站的高差 + 第一測站的誤差 - (n-1個測站的誤差總和)×(第一測站距離/n-1個測站的總距離))

+ …… +

(第n-1測站的高差 + 第n-1測站的誤差 - (n-1個測站的誤差總和)×(第n-1測站距離/n-1個測站的總距離))

= 第n個水準點的高程

平差結束,下面要做的就是根據平差結果算出各水準點的高程,公式如下:

第二個水準點高程 = 第一個水準點高程 + 第一測站的高差

第三個水準點高程 = 第二個水準點高程 + 第二測站的高差

以此類推

第n個水準點高程 = 第n-1個水準點高程 + 第n-1測站的高差

注:此高差是平差後的高差,並不是直接讀數的結果,與上不同,下面皆如此。

至此,水準部分的測量基本講完了,有遺漏的地方還忘大家見諒,下面附上一張用excel編的自動平差水準點的**,希望能對大家有幫助。

附表:水準平差自動計算表

a b c d e

1 點號 讀數 高差 平差後高差 高程

2 s1 3333 =b2-b3 =c2-d32/c32 s1高程

3 s2 3333 =e2+d2

4 3333 =b4-b5 =c4-d32/c32

5 s3 3333 =e3+d4

6 3333 =b6-b7 =c6-d32/c32

7 s4 3333 =e5+d6

8 3333 =b8-b9 =c8-d32/c32

9 s5 3333 =e7+d8

10 3333 =b10-b11 =c10-d32/c32

11 s6 3333 =e9+d10

12 3333 =b12-b13 =c12-d32/c32

13 s7 3333 =e11+d12

14 3333 =b14-b15 =c14-d32/c32

15 s8 3333 =e13+d14

16 3333 =b16-b17 =c16-d32/c32

17 s9 3333 =e15+d16

18 3333 =b18-b19 =c18-d32/c32

19 s10 3333 =e17+d18

20 3333 =b20-b21 =c20-d32/c32

21 s11 3333 =e19+d20

22 3333 =b22-b23 =c22-d32/c32

23 s12 3333 =e21+d22

24 3333 =b24-b25 =c24-d32/c32

25 s13 3333 =e23+d24

26 3333 =b26-b27 =c26-d32/c32

27 s14 3333 =e25+d26

28 3333 =b28-b29 =c28-d32/c32

29 s15 3333 3333 =e27+d28

30 =sum(c2:c29) =sum(d2:d29)

31 s1高程 s15高程 =b31-a31

32 =count(c2:c29) =c30-c31

**說明: 1、最外圈的數字和字母代表excel裡的行號和列號,單元格的表示以列號加行號的方 式,例:a1、b19、e32

2、由兩格合併成的一格,其表示以其所佔格的左、上格為準,例:c24,而沒有c25

3、**內粗寫的格子,其內容需根據實際填寫,為已知資料

4、有等號的部分為計算公式,在excel中,其會輸出計算結果,照抄

5、斜寫的一列"3333"為讀數,根據實際填寫

6、點號列寫實際過程中的號,最上一行漢字照抄即可

7、sum(c2:c29)表示求c2到c29格的數值和

8、count(c2:c29)用於統計c2到c29格中不為空的格子數目,此例中為14

第三篇 平面測量

第二篇講的是水準測量,是豎直方向的測量,是一維的,這篇講平面測量,是水平方向的,是二維的。平面測量的作用是使實際道路的平面形狀與圖紙吻合。現在,平面測量主要用全站儀來進行,gps的精度和速度只能取其一,正如我前面說過的一句話,精度和速度之間要有個平衡,全站儀是目前最符合這一原則的工具。

第一節 全站儀調平

因為全站儀是二維測量工具,所以它的調平有“水平”和“對中”兩個要求。全站儀有兩個水平氣泡,一個是圓氣泡,一個是長氣泡,調平的最終狀態應是:無論全站儀朝向何方向,長氣泡均應保持水平狀態,而且從對中鏡中看,立鏡點正好在鏡中圓心上。

全站儀調平的步驟如下:

一、根據立鏡點周圍的地形及自己的身高,調整好三角架三條腿的長短,先把全站儀中心大致對著立鏡點,三角架上平面基本水平。並把三條腿踩死,之後才能調整。

二、根據下圖所示的三角架的腿長度、全站儀三個角螺旋、對中鏡中的點位置及圓氣泡位置之間的關係,來進行調整。規律很簡單,只要靈活的組合,就能達成目的。

三、當圓氣泡調平時,如果對中鏡中立鏡點離中心不太遠,可以旋鬆三角架上固定全站儀的螺栓(旋鬆即可,不要分開),挪動全站儀對中。這時用角螺旋調整長氣泡,方法是先轉動全站儀使長氣泡與任意兩個角螺旋的連線平行,調平長氣泡,然後再把全站儀轉動90度,使長氣泡和原來的方向垂直,然後只調另一個角螺旋,把長氣泡調平。這時基本上就滿足長氣泡在任意角度都平了。

然後再挪動全站儀對中,再調長氣泡,反覆進行這兩個內容,直到水平與對中都滿意為止。

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