第7章 精密高程测量

第七章精密高程测量7-1概述7-2精密几何水准测量7-3液体静力水准测量7-4测微水准测量7-5精密跨河水准测量7-6精密高程传递测量7-7精密三角高程测量7-8实例介绍7-1概述精密高程测量应用在工程建设中，高程作为三维空间中的垂直方向的空间控制，应用最为广泛，尤其在精密工程测量中，精密高程测量起着重要作用。在精密工程测量中，精密高程测量主要应用有：精密高程网测量精密高程传递钢构件建（构）筑物安装变形监测（沉降、倾斜、挠度监测）精密工业测量（设备安装、调校、加工，粒子对撞机）高精度场地平整（机场跑道、自行车赛场）高速列车轨道标高控制（地铁、高铁、磁悬浮）7-1概述精密高程测量精度要求根据应用领域有所不同，精度都是都在毫米级及亚毫米以内。精密高程网精密高程传递(对应精密高程网)钢构件建（构）筑物安装（３mm以内）变形监测（０.3mm以内）精密工业测量（1mm以内）高精度场地平整（3mm以内）高速列车轨道标高控制（1mm以内）目前几何水准仍是精密高程测量最主要方法7-1概述精密高程测量主要方法精密几何水准测量方法液体静力水准测量测微水准测量（电水准尺）其他精密的高程测量方法精密高程测量的中误差通常不能超过0.1～0.2mm，采用精密几何水准测量就必须采取减弱误差的措施。其基本着眼点是：选择和研究高精度水准仪；研制专用的分划尺和照准目标；研制能以足够精密、平稳地调整仪器高的水准仪支架；改进短视线几何水准测量的作业方法。在露天条件进行高精度水准测量时，除了采用阳伞外，水准仪最好还带上附加的热力保护罩。采用精密水准仪（N3、Ni007）和短视线几何水准测量方法，确定相距10～15m两点间的高差，其中误差可达到0.03～0.05mm；确定相距几百米的两点间的高差，其中误差是0.1～0.2mm。此方法可广泛用于多种精密工程测量领域。7-2精密几何水准测量1）水准仪、水准标尺规格和技术要求精密高程测量的仪器和标尺要求一、二级精密高程测量的水准仪和水准标尺调焦镜运行误差不得超过0.2mm、测站高差观测中误差不得超过0.05mm，其它应符合国家一等水准测量要求。三、四级精密高程测量的水准仪和水准标尺，应符合国家一、二等水准测量的要求。2）精密几何水准测量的观测方法和要求精密几何水准测量的方法和技术要求使用气泡式水准仪或单摆位自动安平水准仪观测时，当前后视标尺基本分划面观测完毕后，应变更仪器高度（不小于5mm），再进行辅助分划面的观测。当工作环境的工业磁场强度大于地球磁场二倍或者地面振动使自动安平水准仪不能照准时，应采用气泡式水准仪。三、四级精密工程水准测量按照《国家一、二等水准测量规范》中相应于一、二等水准测量的要求进行。一、二级精密工程水准测量除遵守国家一、二等水准测量的要求外，还须遵守以下规定：①立尺采用固定转点，仪器安置采用仪器墩或移动仪器台；②观测应在室内进行。若仅能在露天观测，则应选择阴天或者日出后1～2h之间和日落前2～1h之间进行，同时水准仪及其脚架应避免阳光直接照射；在进行用于变形观测的一、二级精密水准测量时，应同时进行地下水位、降水量、地温、气温、气压的辅助测量。精密几何水准测量的方法和要求3）精密水准测量限差规定与超限处理精密水准测量限差规定当测段、路线同方向观测高差不符值超限时，应立即重测。往返高差不符值超限时，先就可靠性较差的单程进行整测段重测，再分情况进行如下处理：①若重测高差与同方向原测高差超过往返测不符值限差，但与另一单程高差的不符值不超出限差，则取用重测结果；②若同方向两高差不符值未超出限差，且其中数与另一单程高差亦不超出限差，则取同方向中数作为该单程高差；③若(1)条中的重测高差或(2)条中两同方向高差中数与另一单程的高差不符值超出限差，须重测另一单程；④若经两次或多次重测后，出现同向高差接近而异向高差超限的分群现象，且同方向高差不符值小于限差之半时，则取原测的往返测高差中数作为往测结果，取重测的往返测高差中数作为返测结果。精密水准测量超限处理规定若路线往返不符值、环闭合差超限时，应就观测条件较差的某些测段进行重测。若重测高差与原测高差之差超过表15中的检测限差时，应对该测段相邻的测段进行检测，确定两端点的可靠性。检测路线连接点的观测精度要求，按连接路线的最低等级实施。检测时，先单程检测一测段，若单程检测超限，则应检测该测段另一单程。若高差中数仍超限，则继续向前检测，以确定稳固的已测点作为连接点。精密水准测量超限处理规定４）观测读数及计算小数位的规定5）几何水准前后视不等的测量方法2414iiDhh均均布置成对称图形。2414iiDhh均均若D4=5m，要求小于0.05mm，则为了提高测量精度，图形布置宜使D1和D4尽可能的短均均hh1.441iiⅠ、Ⅱ点架设仪器；M、N点立尺6）精密水准仪ｉ角的测定精密水准测量常常遇到前后视不等测量，这时，精密水准仪ｉ角的影响至关重要，必须根据现场情况测定。前后前后ⅠⅡDDDDHHi当一次高差测定中误差为±0.05mm；i角检定的中误差为±0.4″mDD75.43后前mDD5.2前后原理：液体静力水准测量也称连通管测量，它是利用相互连通的液面，在静力平衡时处于同一个水准面而进行高程测量的方法，特点：测量精度高，可自动化测量。应用领域：变形监测（大坝、核电站永久性观测的建筑物）以及很难进行水准测量或自动化观测要求场所。7-3液体静力水准测量仪器形式：固定式或移动式仪器（移动式静力水准仪适用于施工期测量，固定式静力水准仪适用于竣工后构筑物的变形观测）。测读方法：目视法、目视接触法、电子接触法和光电记录法等（各种流体静力水准仪的结构本质上的区别仅在于测定和读取连通管中液面位置的方法不同）。7-3液体静力水准测量东江水力发电厂液体静力水准测量液体静力水准测量有压钵体能对不等高位置的测量下图要求A、B点位置等高功能：测微水准仪可用来测定同一水平面内的分布极近的点间（1.5m）的高差或高差变化，如：测定为考察不同岩层微小位移的群式水准标石的垂直位移；测定工艺设备个别元件（比如磁件中的各单件）的倾斜和变形等工作中。精度：测量高差的精度可达到0.01∽0.02mm。目前已制成的测微水准仪，都是一种长基距的跨水准器，由带有2个或3个球形固定支柱的坚硬框架组成。在框架上安装有管水准器，其格值是2∽10”；为排除仪器的横向倾斜，在框架上还安置有格值为30”的横向水准器。当已知水准器的格值τ和基距长度（两个支柱间的距离）S时，便可按下式计算出一点对另一点的高差：Δh=τnS/ρn为水准气泡离开中间位置的偏差，以格计。7-4测微水准测量（电水准尺）7-5精密跨河水准测量跨河水准测量方法：观测方法最长视距（m）光学测微法500倾斜螺旋法1500经纬仪倾角法3500测距三角高程法3500GPS测量法35001）光学测微法2）倾斜螺旋法3）经纬仪倾角法4）测距三角高程法5）GPS测量法7-6精密高程传递测量悬尺高程传递1.右图方式2.水准尺夹方式测距仪高程传递7-6精密高程传递测量1.右图方式2.全站仪天顶方式1）原理（理想）AHBHABhlBAS大地水准面i观测值lSi高差值：litgShAB7-7精密三角高程测量观测两点的斜距（或平距）及竖角，应用三角公式计算出两点间的高差。球差：气差：球气差：单向观测高差值：RSKr2·2RSp22RSKrpf2·12）（IiO大地水准面过A点的水准面EFGKABDAHrlpABhtgD2）球气差影响精密高程测量必须要考虑地球曲率(简称球差r)及大气垂直折光差(简称气差p)的影响。liftgShAB可见：对向观测可自行消减地球曲率和大气垂直折光的影响，因此在精密高程测量中，要尽量采取同时对向观测。ABBABABABAABABfflliiSShhhtantan2121对向观测高差值：ABff∵0ABff2）球气差影响在精密高程测量中常常无法进行对向观测，就必须测定K值进行改正K值测定方法有双觇标估算K值法（右图）测线测定气象元素估算法精密水准+三角高程计算K值法。工程实际中K值的处理方法3）K值测定方法仪器高测定方法卷尺丈量法固定一脚螺旋法显微镜法精密水准尺测读法4）仪器高和目标高测定方法对下式微分可知仪器高和目标高对高差的影响。因此，精密三角高程测量中必须精密测定仪器高和目标高。liftgShAB水准尺固定觇牌法（右图）精密水准仪测读法固定棱镜高度法（两岸互换）目标高测定方法5）中间法消除量仪器高和目标高误差方法vBASaabSbhahbIvhabhabhbvhavBAIbaSaSb中间法三角高程测量原理示意图T2～T21节段架设测控257m7-8实例介绍南京三桥钢塔柱拼装K值测定方法实测K值的方法•下横梁上固定一棱镜；•每次钢塔拼装精匹配测控前，首先测定大气折光系数K值；•该值即作为当夜晚的三角高程测量修正值。棱镜自行车赛场建造中的高程控制