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本文格式為Word版,下載可任意編輯——情景教學(xué)二水準(zhǔn)測(cè)量與高程測(cè)設(shè)情境教學(xué)二水準(zhǔn)測(cè)量與高程測(cè)設(shè)

學(xué)習(xí)本單元,應(yīng)了解水準(zhǔn)測(cè)量原理和水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造;把握DS3型水準(zhǔn)儀的使用方法;把握水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè)方法和內(nèi)業(yè)計(jì)算;能夠進(jìn)行DS3型水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正;了解水準(zhǔn)測(cè)量的誤差和其他水準(zhǔn)儀的基本特點(diǎn)。把握已知高程的測(cè)設(shè)方法;把握已知坡度的測(cè)設(shè)方法。

知識(shí)要點(diǎn)水準(zhǔn)儀及其使用技能訓(xùn)練DS3型水準(zhǔn)儀的粗平、瞄準(zhǔn)、精平和讀數(shù)方法;水準(zhǔn)測(cè)量的施測(cè);水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)施測(cè)與內(nèi)業(yè)計(jì)算水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄計(jì)算;對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)成果計(jì)算;水準(zhǔn)儀軸線應(yīng)滿足的幾何條水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正件;圓水準(zhǔn)器、十字絲板、水準(zhǔn)管軸的檢驗(yàn)與校正方法;高程測(cè)設(shè)根據(jù)工程現(xiàn)狀選擇測(cè)設(shè)高程的方法并進(jìn)行測(cè)設(shè);根據(jù)工程需要測(cè)設(shè)坡度;相關(guān)知識(shí)(1)水準(zhǔn)儀的構(gòu)造;(2)水準(zhǔn)尺和尺墊;(3)水準(zhǔn)儀的使用;(1)水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)的基本步驟;(2)水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄計(jì)算;(3)水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)量校核;(4)水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算;(1)圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)與校正;(2)十字絲橫絲的檢驗(yàn)與校正;(3)水準(zhǔn)管的檢驗(yàn)與校正;(1)高程測(cè)設(shè)的一般方法;(2)高程傳遞法;(1)坡度起點(diǎn)和終點(diǎn)高程的測(cè)設(shè);已知坡度的測(cè)設(shè)

(2)坡度平行線的確定;(3)坡度釘?shù)臏y(cè)設(shè)。項(xiàng)目一水準(zhǔn)測(cè)量原理與水準(zhǔn)儀的使用

1.1水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器及工具的使用

1.1.1高程測(cè)量的概念

確定地面點(diǎn)高程的測(cè)量工作,稱為高程測(cè)量。高程測(cè)量按使用的儀器、施測(cè)方法和精度要求的不同,主要有水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和GPS測(cè)量等。在工程建設(shè)中進(jìn)行高程測(cè)量的主要方法是水準(zhǔn)測(cè)量。

水準(zhǔn)測(cè)量是利用水準(zhǔn)儀建立的水平視線來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)問(wèn)的高差,進(jìn)而獲得地面點(diǎn)的高程。三角高程測(cè)量是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的水平距離或斜距和豎直角(即傾斜角),然后利用三角公式計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差,以求得高程,其工作精度較低,只能在適當(dāng)?shù)臈l件下才被采用。氣壓高程測(cè)量是利用大氣壓力的變化,測(cè)量點(diǎn)的高程。1.1.2水準(zhǔn)測(cè)量原理

水準(zhǔn)測(cè)量是運(yùn)用水準(zhǔn)儀所提供的水平視線來(lái)測(cè)定兩點(diǎn)間的高差,根據(jù)某一已知點(diǎn)的高程和兩點(diǎn)間的高差,計(jì)算另一待定點(diǎn)的高程。

1.高差法

如圖2.1,在A、B兩點(diǎn)分別樹(shù)立水準(zhǔn)尺,利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線在水準(zhǔn)尺上分別讀取數(shù)據(jù)a和b,則兩點(diǎn)間高差:

hAB=a-b(2-1)

圖2.1水準(zhǔn)測(cè)量原理

兩點(diǎn)的高差,等于后視讀數(shù)a減前視讀數(shù)b。高差有正負(fù)值,當(dāng)后視讀數(shù)a大于前視讀數(shù)b(即地面B點(diǎn)高于A點(diǎn)),高差hAB為正值,反之為負(fù)值。測(cè)得A點(diǎn)至B點(diǎn)的高差后,可求得B點(diǎn)的高程:

HB=HA+hAB(2-2)

特別提醒

水準(zhǔn)測(cè)量是有方向性的,在書(shū)寫(xiě)高差時(shí),必需注意h的下標(biāo):hAB表示B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的高差;hBA則表示A點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的高差。兩者絕對(duì)值相等,符號(hào)相反。

2.視線高法

如圖2.1,高程的計(jì)算也可以用視線高程的方法進(jìn)行計(jì)算,HB=(HA+a)-b=Hi-b(2-3)

式中Hi為視線高程,它等于已知A點(diǎn)的高程HA加A點(diǎn)尺上的后視讀數(shù)a。

特別提醒

在同一個(gè)測(cè)站上,利用同一個(gè)視線高,可以較便利的計(jì)算出若干個(gè)不同位置的前視點(diǎn)的高程。這種方法常在工程測(cè)量中應(yīng)用。

綜上所述,高差法與視線高法都是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線測(cè)定地面點(diǎn)高程,因此前提要求視線水平。在進(jìn)行水準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)要做好兩項(xiàng)工作:確保視線水平和選取水準(zhǔn)尺讀數(shù)。此外,水準(zhǔn)儀安置的高度對(duì)觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有影響。

1.1.3水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器及工具

進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的儀器是水準(zhǔn)儀,協(xié)同使用的工具有水準(zhǔn)尺和尺墊。1.水準(zhǔn)儀的型號(hào)及標(biāo)稱精度

水準(zhǔn)儀按測(cè)量精度分為DS0.5,DS1,DS3等水準(zhǔn)儀?!癉〞,“S〞分別是“大地測(cè)量〞、“水準(zhǔn)儀〞的漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)字母。下標(biāo)數(shù)字表示這些型號(hào)的儀器每公里來(lái)回測(cè)高差中數(shù)的中誤差,以毫米為單位。DS0.5,DS1型屬于縝密水準(zhǔn)儀,DS0.5型主要用于國(guó)家一、二等水準(zhǔn)和縝密工程測(cè)量,DS1型主要用于國(guó)家二等水準(zhǔn)和縝密工程測(cè)量。DS3型為普通水準(zhǔn)儀,可用于一般工程建設(shè)測(cè)量、國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量,是目前工程上使用最普遍的一種。

水準(zhǔn)儀按結(jié)構(gòu)分類,目前主要有微傾式水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀三種。2.DS3型微傾式水準(zhǔn)儀構(gòu)造

儀器主要部件的名稱如圖2.2所示。DS3型微傾式水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座和三腳架組成。各組成部分的主要功能見(jiàn)表2.1。

圖2.2DS3型微傾式水準(zhǔn)儀

1-微傾螺旋2-分劃板護(hù)罩3-目鏡4-物鏡調(diào)焦螺旋5-制動(dòng)螺旋6-微動(dòng)螺旋

7-底板8-三角壓板9-腳螺旋10-彈簧帽11-望遠(yuǎn)鏡12-物鏡

13-管水準(zhǔn)器14圓水準(zhǔn)器15連接小螺釘16-軸座

DS3型微傾式水準(zhǔn)儀的組成部分表2.1序號(hào)組成部分名稱作用及功能望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)確切瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)(標(biāo)尺)和提供水平視線進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)的設(shè)備。它主要由物鏡、目鏡、十字絲分劃板和對(duì)光(調(diào)1焦)透鏡組成。如圖2.3所示。水準(zhǔn)器是水準(zhǔn)儀上的重要部件,它尋常分為圓水準(zhǔn)器(圖2.4)水準(zhǔn)器和管水準(zhǔn)器(圖2.5)兩類。為了提高管水準(zhǔn)器氣泡的精度,2水準(zhǔn)儀中尋常安置的是符合水準(zhǔn)器(圖2.6)?;淖饔檬侵С袃x器的上部,并通過(guò)連接螺旋與三角架相基座3連?;系娜齻€(gè)腳螺旋起粗平的作用。特別提醒

水準(zhǔn)儀除了上述三個(gè)主要部分外,還裝有一套制動(dòng)和微動(dòng)螺旋。瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí),只要擰緊制動(dòng)螺旋,望遠(yuǎn)鏡就不能轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí),放轉(zhuǎn)微動(dòng)螺旋可使望遠(yuǎn)鏡在水平方向作微小的轉(zhuǎn)動(dòng),以利于確切瞄難日標(biāo)。當(dāng)松開(kāi)制動(dòng)螺旋時(shí),微動(dòng)螺旋也就失去了作用。

1)

望遠(yuǎn)鏡

望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)確切瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)(即水準(zhǔn)尺)的。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋即可帶動(dòng)對(duì)光透鏡在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)前后移動(dòng),使物像明了地反映到十字絲平面上。轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋,使十字絲像明了。

圖2.3望遠(yuǎn)鏡

1-物鏡2-目鏡3-調(diào)焦透鏡

4-十字絲分劃板5-連接螺旋6-調(diào)焦透鏡

十字絲刻在一塊圓形的玻璃片上,稱為十字絲分劃板,它裝在十字絲環(huán)上,再用螺絲固定在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)。十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸(圖2.3的C-C軸)。視準(zhǔn)軸的延長(zhǎng)線為視線,它是瞄準(zhǔn)目標(biāo)的依據(jù)。十字絲橫絲上下的二根短絲是測(cè)距時(shí)用的。2)水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器是供整平儀器用的。水準(zhǔn)器分為圓水準(zhǔn)器和水準(zhǔn)管兩種。

圓水準(zhǔn)器適用于儀器粗略整平之用。如圖2.4所示,圓圈的中心稱為零點(diǎn),通過(guò)零點(diǎn)的法線L′L′,稱為圓水準(zhǔn)軸。當(dāng)氣泡居中時(shí),圓水準(zhǔn)軸就處于鉛垂位置。指示儀器的豎軸也處于鉛垂位置。

水準(zhǔn)管適用于儀器確切整平。圓弧中點(diǎn)稱為水準(zhǔn)管的零點(diǎn),通過(guò)零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧相切的直線稱為水準(zhǔn)管軸(圖2.5中LL軸線)。水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí),水準(zhǔn)管軸處于水平位置。指示視準(zhǔn)軸也處于水平位置。

圖2.4圓水準(zhǔn)器圖2.5管水準(zhǔn)器圖2.6符合水準(zhǔn)器

為了提高判別水準(zhǔn)管氣泡居中的確鑿度,在水準(zhǔn)管的上方設(shè)置一組符合棱鏡(圖2.6a),借棱鏡組的反射將氣泡兩端的半像反映在望遠(yuǎn)鏡旁邊的觀測(cè)窗內(nèi)。圖2.6c是水準(zhǔn)管氣泡不居中,水準(zhǔn)管兩端的影像錯(cuò)開(kāi),這時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋(右手大姆指旋轉(zhuǎn)微傾螺旋方向與左側(cè)半氣泡影像的移動(dòng)方向一致),以使水準(zhǔn)管連同望遠(yuǎn)鏡沿豎向作微小轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到水準(zhǔn)管氣泡居中,此時(shí)兩端的影像吻合,氣泡居中(圖2.6b)。3)基座

基座由軸座、腳螺旋和連接板組成。儀器上部通過(guò)豎軸插入軸座內(nèi),由基座承托,旋緊中心螺旋,使儀器與三腳架相連接。三腳架由木質(zhì)(或金屬)制成,腳架一般可伸縮,便于攜帶及調(diào)整儀器高度。

3.水準(zhǔn)儀的附件(見(jiàn)表2.2)水準(zhǔn)儀的附件表2.2序號(hào)附件名稱作用及功能用以安置水準(zhǔn)儀,由木質(zhì)或金屬制成,腳架一般可伸縮,便于三角架1攜帶及調(diào)整儀器高度,使用時(shí)用中心連接螺旋與儀器固緊。水準(zhǔn)標(biāo)尺是水準(zhǔn)測(cè)量的重要工具,其質(zhì)量的好壞直接影響水準(zhǔn)測(cè)量的精度。水準(zhǔn)尺的形式好多,一般有單面尺、雙面尺、木水準(zhǔn)標(biāo)尺2質(zhì)標(biāo)尺、鋁合金標(biāo)尺、塔尺、縝密水準(zhǔn)尺(銦鋼尺)、條形碼水準(zhǔn)尺等。如圖2.7所示。一般由三角形鑄鐵制成,下面有三個(gè)尖腳,便于使用時(shí)將尺墊尺墊踩入土中,使之穩(wěn)固。上面有一個(gè)突起的半球體,水準(zhǔn)尺立于3球頂?shù)淖罡唿c(diǎn)。尺墊尋常用于轉(zhuǎn)點(diǎn)上。如圖2.8所示。圖2.7水準(zhǔn)標(biāo)尺圖2.8尺墊

1.2水準(zhǔn)儀的操作步驟

1.2.1水準(zhǔn)儀的操作步驟(見(jiàn)表2.3)

水準(zhǔn)儀的基本操作步驟表2.3

序號(hào)1步驟安置儀器2粗平3瞄準(zhǔn)4精平5讀數(shù)操作方法安置儀器的方法是,在測(cè)站上開(kāi)啟三角架,將其支在地面上,使高度適中,架頭大致水平,并將三角架的三個(gè)腳尖踩緊。從儀器箱中取出儀器,用中心螺旋將其與三角架連接緊固。儀器的粗平,就是調(diào)整儀器腳螺旋,使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。如圖2.8所示。當(dāng)氣泡偏離如圖a的位置時(shí),可旋轉(zhuǎn)任意兩個(gè)腳螺旋。轉(zhuǎn)動(dòng)①、②兩個(gè)腳螺旋,其轉(zhuǎn)動(dòng)方向按圖中箭頭所示方向進(jìn)行,兩手應(yīng)對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng),使氣泡從圖a所示位置轉(zhuǎn)至圖b所示位置。然后按箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)第三個(gè)腳螺旋③使氣泡向中心移動(dòng)。按此方法屢屢進(jìn)行,使氣泡居中。腳螺旋的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與氣泡的移動(dòng)方向的規(guī)律是:轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋時(shí),氣泡移動(dòng)的方向與左手大拇指轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋的方向一致。用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。先用望遠(yuǎn)鏡上方的照門(mén)和準(zhǔn)星,使目標(biāo)在這兩點(diǎn)的延長(zhǎng)線上。然后轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋,使十字絲明了,松開(kāi)水平制動(dòng)螺旋,轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡,利用望遠(yuǎn)鏡上部的準(zhǔn)星與缺口照準(zhǔn)目標(biāo),旋緊制動(dòng)螺旋,再轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋,使目標(biāo)的像明了,此時(shí)目標(biāo)的像不完全在中間位置,可轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋確切對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。瞄準(zhǔn)目標(biāo)后再進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦以消除視差。如圖2.9所示。(在讀數(shù)之前,將眼睛在目鏡端上下(或左右)微小移動(dòng),若發(fā)現(xiàn)十字絲和物像有相對(duì)移動(dòng),出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是由于對(duì)光沒(méi)有做好,像平面不與十字絲分劃板平面重合。要消除視差必需再次進(jìn)行目鏡對(duì)光(使十字絲明了)和物鏡對(duì)光(使物像明了),以達(dá)到像平面與十字絲分劃板平面相重合。)在標(biāo)尺讀數(shù)前,必需進(jìn)行確切整平。方法是漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋,調(diào)整符合水準(zhǔn)器使氣泡居中。如圖2.10所示。水準(zhǔn)測(cè)量是用十字絲的橫絲在標(biāo)尺上讀數(shù)的。讀數(shù)前,必需轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋使符合水準(zhǔn)器氣泡嚴(yán)格

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