在测量中如何消除水准仪i角对高差观测值的影响

在测量中如何消除水准仪i角对高差观测值的影响
在测量中如何消除水准仪i角对高差观测值的影响

在测量中如何消除水准仪i角对高差观测值的影响
第一节 水准仪调平
水准仪不调平,一切都是空谈.我们先看看怎样调平.下图示意了怎样调平水准仪.
先跟据地势调整三个支脚的长度,使水准仪能大致水平.然后踩实任意两个支脚,留一个活动的便于调整.支脚的活动方向和圆气泡的活动方向的关系如上图所示.注意：如果地比较松软,在踩实最后一个支脚时会产生图中右下的情况,所以应预留一些富裕量.在全部三个支脚都踩实了以后再调节三个螺旋,将圆气泡调到中间既可.螺旋的转动和圆气泡的移动的关系如下图：
圆气泡调好后,如果是自动安平的水准仪,就可以直接读数了.如果是半自动的,刚需按一个按钮就行了.如果是需要调长气泡的,则有点麻烦,调平长气泡后再读.把U形气泡的两边调的越对称越好.
第二节 水准仪的数据
读数没什么好讲的,只要会看尺应该就会读数,关键就在于最后一位(毫米)的估读的准确性.有一点要注意的是：立塔尺时多少会有些倾斜(也许网肉眼看不出),这会导致读数偏大,所以在估读拿不准时,我个人习惯于把数读小一点,例如：看着像1456.5,我会读1456,而不读1457(正确读数应是1.4565m,但在实际工作中只要自己明白其含意就行了,怎么读都无所谓,上文只是我个人的习惯).
使用水准仪的一个基本公式是：
读数＋高程=仪器高
一旦仪器立好,它的仪器高就不会变了,而立好仪器后要求仪器高就必需要有水准点,所谓水准点就是有高程信息的点,既通过读取这点的读数,再加上这点的高程,其和就是仪器高.
水准点高程＋水准点读数=仪器高
在用水准镜控制各层结构的施工过程中有下列公式：
仪器高=目标点高程＋目标点读数
由上述两个公式可得出下面的公式：
水准点高程＋水准点读数 = 仪器高 = 目标点高程＋目标点读数
这个公式就是施工过程中用的公式.图为各部分示意图.其中水准点的两个数据是已知的,目标点高程是已知的,只要目标点读数能达到计算出来的值,则目标点的实际高程就会符合它的理论值.
在实际工作中会遇到一个与此相反的过程.举个例子：一、两个读数都是实际读取的,这时目标点高程会随着水准点高程的变化而变化,既水准点高程变大,目标点高程就会变大,反之亦然；二、在水准点高程无法改变而读数可改变的情况下,目标点读数实际读取,水准点读数会与目标点高程产生相同的变化.如果觉得乱,记住下面的话：目标点读数实际读,目标点高程随着仪器高变化而变化.想让目标点高程怎样变化,只要想办法让仪器高做相同变化既可.除此之外,可能还会有一些其他的情况发生,只要牢记上面的公式并跟据当时情况灵活应变都能迎刃而解.
还有一种特殊的情况：就是测量时所用的尺可能是半截的,既尺底的数,标的不是0,而是其他数据.这时公式会变化：
水准点高程＋水准点读数＋尺底数 = 仪器高＋尺底数 = 目标点高程＋目标点读数＋尺底数
可以看出这种情况下,只要前后视都用同一把尺,就没有任何问题了.
有时候,只知道水准点和目标点的高差,既水准点也只是一个参考点,这时只要变化一下公式就可以了.
水准点高程－目标点高程 = 目标点读数－水准点读数
第三节 目标高程点的计算
所谓目标高程点,大多数情况下都是设计高程或跟据设计高程计算出的数据.请看下面两个公式：
目标点高程 = 设计高程 － 结构层厚 － 横坡 × 目标点距路中的距离
目标点读数 = 仪器高 － 设计高程 ＋ 结构层厚 ＋ 横坡 × 目标点距路中的距离
注意横坡的方向,绝大多数情况下是路中高两边低,也有相反的,比如超高路段或个别设计(比如东丽湖情景大道就是中间低两边高,为的是把雨水收集到中间的绿化带中).
第四节 水准点的测设
水准点的测设是一切水准工作的前提,水准点测设的不好,会影响整条路的修筑质量.一般情况下,在一个工程开工以前,设计单位会把水准点、导线点、路中点等重要的点交给施工单位,俗称"交桩".而这些点往往不够施工过程中用的,需要加密,包括水准点和导线点.本节只讨论一下水准点的测设.
首先要在全线范围内选好水准点的位置,并记录下来.注意：无论做什么工作,凡涉及到设点的过程,都要记好"点之记".选水准点的原则是：点位要固定.至少保证在施工时期内不会丢失.我个人工作时一般都会选在台阶、矮墙、或在树上钉钉子.选位是还要注意,应尽量选在朝路的方向,还要注意能保证把尺立直,比如在树上钉钉子时,要选那些向路外歪的树,而且在立尺时,不要把尺靠在树上,因为看似竖直的树,从水准镜里看就不竖直了.选好的点要编号,并记录在本上,这个本非常重要,最已把所有前期测量的工作成果记在一个本上,一个工程一个本,别混淆了.所设的水准点要能覆盖整个工程的修筑范围,一个点的覆盖范围为,以该点为圆心,半径150m的圆.
点设立完了后,下一步是要测这些点.这项工作最好是五个人完成：两个扶尺、两个看水准仪读数,一个记录并实时计算数据.所有水准点,头尾两个点应该是已知点,既交桩时设计方给的点.测相邻两个点的高差,为一个测站.一个工程有n个水准点,在测这些点时就会有n－1个测站.每个测站的来方向的点为后视点,前进方向的点为前视点.每个测站的工作流程如下：
一、前后视点都要立好塔尺,看水准镜的人把水准镜立在一个能保证前后视距差在5m以内的地方,这是为了把水准镜的竖直角造成的误差尽量地减少(前后视距可以通过分别读取前后视点上下丝的数值差获得,上下丝的读数差与实际距离差是1:100的关系,既读数差1cm,实际距离是1m).
二、两个人分别读取前后视读数,然后分别用后视数据减去前视数据,所得结果既为前视点与后视点的高程差.公式如下：
后视读数 － 前视读数 = 前后点高程差 = 前视点高程 － 后视点高程
读数后,两人的结果的差在3mm之内就可以了,进入下个测站的观测.如果大于3mm,则进行调整重新观测,直到数据符合要求,切不可弄虚作假.调整的内容有：重新确定立镜位置、重新立镜、两人换镜读数等.
有点需要注意的是,有的书上要求两台水准镜的立镜高度应差10cm以上,我个人认为没那个必要,因为那个要求是为了让数据分开,表示从不同立镜高都能得出正确值,我认为只要数据对就可以了.
当全部测站的工作都完成后,下面要做的是平差,其原理如下：
一、假定测量过程中不存在误差,则有如下公式：
第一个水准点的高程 ＋ 第一测站的高差 ＋ …… ＋ 第n－1测站的高差 = 第n个水准点的高程
二、考虑误差后,公式如下：
第一个水准点的高程 ＋
（第一测站的高差 ＋ 第一测站的误差 ） ＋ …… ＋ （第n－1测站的高差 ＋ 第n－1测站的误差）
= 第n个水准点的高程 ＋ n－1个测站的误差总和
三、平差的目的就是要消除第二个公式所有的误差,使第二个公式变为第一个公式,当然,这只是从理论上消除,为的是让工作顺利进行,但实际的误差并不会消除.
平差的方法是：在第二个公式等号右边减去“n－1个测站的误差总和”,等号左边每个测站减去“‘n－1个测站的误差总和’的n分之一”,如下所示：
第一个水准点的高程 ＋ (第一测站的高差 ＋ 第一测站的误差 － (n－1个测站的误差总和)/n) ＋ ……
＋ （第n－1测站的高差 ＋ 第n－1测站的误差 － (n－1个测站的误差总和)/n）
= 第n个水准点的高程 ＋ n－1个测站的误差总和 － n－1个测站的误差总和
既
第一个水准点的高程 ＋ (第一测站的高差 ＋ 第一测站的误差 － (n－1个测站的误差总和)/n) ＋ ……
＋ （第n－1测站的高差 ＋ 第n－1测站的误差 － (n－1个测站的误差总和)/n) = 第n个水准点的高程
需要注意的是,严格意义讲,每测站的平差量不应该简单的把误差总和取平均值,应该是测站距离越大,平差数越大,上述公式只是一个简单的算法,我个人认为,只要精度允许,用上述公式还是可以用的,因为施工测量的精度掌握不全在水准点的测设上,水准点再精,实际施工时不精也是没用的.施工精度参见各规范,水准点的测设满足规范即可,不用精益求精,施工讲究的是精度和速度并重,不可偏向一边,关键在于平衡,够用就好.另附跟据测站距离平差的公式：
第一个水准点的高程 ＋
(第一测站的高差 ＋ 第一测站的误差 － (n－1个测站的误差总和)×(第一测站距离/n－1个测站的总距离))
＋ …… ＋
(第n－1测站的高差 ＋ 第n－1测站的误差 － (n－1个测站的误差总和)×(第n－1测站距离/n－1个测站的总距离))
= 第n个水准点的高程
平差结束,下面要做的就是根据平差结果算出各水准点的高程,公式如下：
第二个水准点高程 = 第一个水准点高程 ＋ 第一测站的高差
第三个水准点高程 = 第二个水准点高程 ＋ 第二测站的高差
以此类推
第n个水准点高程 = 第n－1个水准点高程 ＋ 第n－1测站的高差
注：此高差是平差后的高差,并不是直接读数的结果,与上不同,下面皆如此.
至此,水准部分的测量基本讲完了,有遗漏的地方还忘大家见谅,下面附上一张用excel编的自动平差水准点的表格,希望能对大家有帮助.
附表：水准平差自动计算表
A B C D E
1 点号 读数 高差 平差后高差 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
表格说明： 1、最外圈的数字和字母代表EXCEL里的行号和列号,单元格的表示以列号加行号的方 式,例：A1、B19、E32
2、由两格合并成的一格,其表示以其所占格的左、上格为准,例：C24,而没有C25
3、表格内粗写的格子,其内容需根据实际填写,为已知数据
4、有等号的部分为计算公式,在EXCEL中,其会输出计算结果,照抄
5、斜写的一列"3333"为读数,根据实际填写
6、点号列写实际过程中的号,最上一行汉字照抄即可
7、SUM(C2:C29)表示求C2到C29格的数值和
8、COUNT(C2:C29)用于统计C2到C29格中不为空的格子数目,此例中为14
第三篇 平面测量
第二篇讲的是水准测量,是竖直方向的测量,是一维的,这篇讲平面测量,是水平方向的,是二维的.平面测量的作用是使实际道路的平面形状与图纸吻合.现在,平面测量主要用全站仪来进行,GPS的精度和速度只能取其一,正如我前面说过的一句话,精度和速度之间要有个平衡,全站仪是目前最符合这一原则的工具.
第一节 全站仪调平
因为全站仪是二维测量工具,所以它的调平有“水平”和“对中”两个要求.全站仪有两个水平气泡,一个是圆气泡,一个是长气泡,调平的最终状态应是：无论全站仪朝向何方向,长气泡均应保持水平状态,而且从对中镜中看,立镜点正好在镜中圆心上.
全站仪调平的步骤如下：
一、根据立镜点周围的地形及自己的身高,调整好三角架三条腿的长短,先把全站仪中心大致对着立镜点,三角架上平面基本水平.并把三条腿踩死,之后才能调整.
二、根据下图所示的三角架的腿长度、全站仪三个角螺旋、对中镜中的点位置及圆气泡位置之间的关系,来进行调整.规律很简单,只要灵活的组合,就能达成目的.
三、当圆气泡调平时,如果对中镜中立镜点离中心不太远,可以旋松三角架上固定全站仪的螺栓（旋松即可,不要分开）,挪动全站仪对中.这时用角螺旋调整长气泡,方法是先转动全站仪使长气泡与任意两个角螺旋的连线平行,调平长气泡,然后再把全站仪转动90度,使长气泡和原来的方向垂直,然后只调另一个角螺旋,把长气泡调平.这时基本上就满足长气泡在任意角度都平了.然后再挪动全站仪对中,再调长气泡,反复进行这两个内容,直到水平与对中都满意为止.