第7章 精密高程測量

1、第七章 精密高程測量,?7-1 概述?7-2 精密幾何水準測量 ?7-3 液體靜力水準測量?7-4 測微水準測量?7-5 精密跨河水準測量?7-6 精密高程傳遞測量?7-7 精密三角高程測量?7-8 實例介紹,?7-1 概述,精密高程測量應(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，尤其在精密工程測量中，精密高程測量起著重要作用。在精密工程測量中，精密高程測量主要應(yīng)用有： 精密高

2、程網(wǎng)測量 精密高程傳遞 鋼構(gòu)件建（構(gòu)）筑物安裝 變形監(jiān)測（沉降、傾斜、撓度監(jiān)測） 精密工業(yè)測量（設(shè)備安裝、調(diào)校、加工，粒子對撞機） 高精度場地平整（機場跑道、自行車賽場） 高速列車軌道標高控制（地鐵、高鐵、磁懸?。??7-1 概述,精密高程測量精度要求 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域有所不同，精度都是都在毫米級及亞毫米以內(nèi)。 精密高程網(wǎng) 精密高程傳遞(對應(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（０.3

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

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

5、精密幾何水準測量,1 ）水準儀、水準標尺規(guī)格和技術(shù)要求,精密高程測量的儀器和標尺要求 一、二級精密高程測量的水準儀和水準標尺調(diào)焦鏡運行誤差不得超過0.2mm、測站高差觀測中誤差不得超過0.05mm ，其它應(yīng)符合國家一等水準測量要求。三、四級精密高程測量的水準儀和水準標尺，應(yīng)符合國家一、二等水準測量的要求。,,2） 精密幾何水準測量的觀測方法和要求,精密幾何水準測量的方法和技術(shù)要求,使用氣泡式水準儀或單擺位自動安平水

6、準儀觀測時，當前后視標尺基本分劃面觀測完畢后，應(yīng)變更儀器高度（不小于5mm），再進行輔助分劃面的觀測。當工作環(huán)境的工業(yè)磁場強度大于地球磁場二倍或者地面振動使自動安平水準儀不能照準時，應(yīng)采用氣泡式水準儀。三、四級精密工程水準測量按照《國家一、二等水準測量規(guī)范》 中相應(yīng)于一、二等水準測量的要求進行。一、二級精密工程水準測量除遵守國家一、二等水準測量的要求外，還須遵守以下規(guī)定：立尺采用固定轉(zhuǎn)點，儀器安置采用儀器墩或移動儀器臺；觀測

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

8、情況進行如下處理：若重測高差與同方向原測高差超過往返測不符值限差，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，須重測另一單程；若經(jīng)兩次或多次重測后，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，則取原測的往返測高差

9、中數(shù)作為往測結(jié)果，取重測的往返測高差中數(shù)作為返測結(jié)果。,精密水準測量超限處理規(guī)定,若路線往返不符值、環(huán)閉合差超限時，應(yīng)就觀測條件較差的某些測段進行重測。若重測高差與原測高差之差超過表15中的檢測限差時，應(yīng)對該測段相鄰的測段進行檢測，確定兩端點的可靠性。檢測路線連接點的觀測精度要求，按連接路線的最低等級實施。檢測時，先單程檢測一測段，若單程檢測超限，則應(yīng)檢測該測段另一單程。若高差中數(shù)仍超限，則繼續(xù)向前檢測，以確定穩(wěn)固的已測點作為連接點。

10、,精密水準測量超限處理規(guī)定,４）觀測讀數(shù)及計算小數(shù)位的規(guī)定,,5）幾何水準前后視不等的測量方法,,,,,布置成對稱圖形。,,若D4=5m， 要求小于0.05mm，則為了提高測量精度，圖形布置宜使D1和D4盡可能的短,Ⅰ、Ⅱ點架設(shè)儀器； M、N點立尺,6）精密水準儀ｉ角的測定,,精密水準測量常常遇到前后視不等測量，這時，精密水準儀ｉ角的影響至關(guān)重要，必須根據(jù)現(xiàn)場情況測定。,,當一次高差測定中誤差為±0.05

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

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

13、備個別元件（比如磁件中的各單件）的傾斜和變形等工作中。精度：測量高差的精度可達到0.01∽0.02mm。目前已制成的測微水準儀，都是一種長基距的跨水準器，由帶有2個或3個球形固定支柱的堅硬框架組成。在框架上安裝有管水準器，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”的橫向水準器。 當已知水準器的格值τ和基距長度（兩個支柱間的距離）S時，便可按下式計算出一點對另一點的高差：

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

15、7 精密三角高程測量,,觀測兩點的斜距（或平距）及豎角，應(yīng)用三角公式計算出兩點間的高差。,球差： 氣差： 球氣差：單向觀測高差值：,2）球氣差影響,精密高程測量必須要考慮地球曲率(簡稱球差 r )及大氣垂直折光差(簡稱氣差 p )的影響。,,可見：對向觀測可自行消減地球曲率和大氣垂直折光的影響，因此在精密高程測量中，要盡量采取同時對向觀測。,對向觀測高差值：,2）球氣差影響,,在精密高程測量中常常無法進行對向觀測，就必須測定

16、K值進行改正 K值測定方法有 雙覘標估算K值法（右圖） 測線測定氣象元素估算法 精密水準+三角高程計算K值法。 工程實際中K值的處理方法,3）K值測定方法,,儀器高測定方法 卷尺丈量法 固定一腳螺旋法 顯微鏡法 精密水準尺測讀法,4）儀器高和目標高測定方法,對下式微分可知儀器高和目標高對高差的影響。因此，精密三角高程測量中必須精密測定儀器高和目標高。,,水準尺固定覘牌法（右圖） 精密水準儀測讀法