精密定位與垂準(zhǔn)測(cè)量

1、1 一、概述一、概述 設(shè)備定位的實(shí)質(zhì)是利用精密測(cè)量的儀器和方法設(shè)備定位的實(shí)質(zhì)是利用精密測(cè)量的儀器和方法滿足它們的滿足它們的幾何軸線幾何軸線或或物理軸線物理軸線之間的關(guān)系。這些之間的關(guān)系。這些軸線關(guān)系包括直線度、曲線度、水平度、傾斜度、軸線關(guān)系包括直線度、曲線度、水平度、傾斜度、平行度和鉛直度等。平行度和鉛直度等。 設(shè)備精密定位的基本過程一般是根據(jù)固定在設(shè)設(shè)備精密定位的基本過程一般是根據(jù)固定在設(shè)備上用以表示其幾何或物理軸線的測(cè)量標(biāo)志與控制備上用以表示其幾何或物理軸線的測(cè)量標(biāo)志與控制網(wǎng)點(diǎn)的位置關(guān)系，計(jì)算出定位元素，然后按照計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)的位置關(guān)系，計(jì)算出定位元素，然后按照計(jì)算出的定位元素進(jìn)行設(shè)備的實(shí)地定

2、位。出的定位元素進(jìn)行設(shè)備的實(shí)地定位。2大型精密儀器設(shè)備和結(jié)構(gòu)安裝要求相當(dāng)高的定位大型精密儀器設(shè)備和結(jié)構(gòu)安裝要求相當(dāng)高的定位和找平精度和找平精度, ,為了保證各種大型精密設(shè)備和結(jié)構(gòu)順利為了保證各種大型精密設(shè)備和結(jié)構(gòu)順利安裝、安全運(yùn)行安裝、安全運(yùn)行, ,用常規(guī)的測(cè)量儀器和工具就顯得力用常規(guī)的測(cè)量儀器和工具就顯得力不從心不從心, ,必須借助精密工程測(cè)量技術(shù)、必須借助精密工程測(cè)量技術(shù)、GPSGPS技術(shù)和工業(yè)技術(shù)和工業(yè)測(cè)量技術(shù)等使之達(dá)到所要求的安裝精度。測(cè)量技術(shù)等使之達(dá)到所要求的安裝精度。精密測(cè)距技術(shù)主要是以各種定長桿尺和定長銦精密測(cè)距技術(shù)主要是以各種定長桿尺和定長銦瓦線尺配合測(cè)微裝置組成的測(cè)量儀、測(cè)量

3、距離變化瓦線尺配合測(cè)微裝置組成的測(cè)量儀、測(cè)量距離變化的應(yīng)變儀和伸縮儀等短距離和微距離機(jī)械測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變儀和伸縮儀等短距離和微距離機(jī)械測(cè)量技術(shù)和以采用紅外光電測(cè)距儀和精密激光測(cè)距儀等中長和以采用紅外光電測(cè)距儀和精密激光測(cè)距儀等中長距離光電測(cè)量技術(shù)。距離光電測(cè)量技術(shù)。3(2)(2)精密測(cè)平技術(shù)精密測(cè)平技術(shù)安裝工程設(shè)備找平安裝工程設(shè)備找平, ,大間距范圍內(nèi)的相對(duì)高程測(cè)大間距范圍內(nèi)的相對(duì)高程測(cè)量是利用導(dǎo)電法連通管水平儀和可調(diào)平尺，在長距離、量是利用導(dǎo)電法連通管水平儀和可調(diào)平尺，在長距離、大跨度、異形面的高精度找平中大跨度、異形面的高精度找平中, ,用精密水準(zhǔn)儀測(cè)平。用精密水準(zhǔn)儀測(cè)平。精密高程測(cè)量技術(shù)主

4、要采用微水準(zhǔn)測(cè)量、激光掃平水精密高程測(cè)量技術(shù)主要采用微水準(zhǔn)測(cè)量、激光掃平水準(zhǔn)測(cè)量和液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量。前者采用專用微型水平準(zhǔn)測(cè)量和液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量。前者采用專用微型水平尺和激光水準(zhǔn)儀，而后者是則是根據(jù)連通管原理尺和激光水準(zhǔn)儀，而后者是則是根據(jù)連通管原理, ,通通過各種類型的傳感器測(cè)量容器的液面高度過各種類型的傳感器測(cè)量容器的液面高度, ,同時(shí)獲取同時(shí)獲取樹十至數(shù)百個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程樹十至數(shù)百個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程, ,具有高精度、遙測(cè)、自動(dòng)具有高精度、遙測(cè)、自動(dòng)化、可移動(dòng)和持續(xù)測(cè)量等特點(diǎn)。化、可移動(dòng)和持續(xù)測(cè)量等特點(diǎn)。4(3)(3)精密安裝基準(zhǔn)線測(cè)量技術(shù)精密安裝基準(zhǔn)線測(cè)量技術(shù)精密基準(zhǔn)線測(cè)量又稱精密準(zhǔn)直測(cè)量精密基準(zhǔn)

5、線測(cè)量又稱精密準(zhǔn)直測(cè)量, ,是直線型是直線型設(shè)備精密安裝或水平位移精密測(cè)量的一種方法。其設(shè)備精密安裝或水平位移精密測(cè)量的一種方法。其基本原理是在兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間通過光學(xué)視準(zhǔn)線、機(jī)基本原理是在兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間通過光學(xué)視準(zhǔn)線、機(jī)械引張線或激光束建立一條基準(zhǔn)線械引張線或激光束建立一條基準(zhǔn)線, ,以測(cè)出設(shè)備上以測(cè)出設(shè)備上觀測(cè)點(diǎn)偏離該基準(zhǔn)線的偏離值觀測(cè)點(diǎn)偏離該基準(zhǔn)線的偏離值, ,從而把設(shè)備調(diào)整安從而把設(shè)備調(diào)整安裝到該基準(zhǔn)線或者測(cè)出水平位移量。裝到該基準(zhǔn)線或者測(cè)出水平位移量。5(4)(4)安裝施工精密定位測(cè)量技術(shù)安裝施工精密定位測(cè)量技術(shù)在安裝工程中在安裝工程中, ,廣泛應(yīng)用高精度經(jīng)緯儀、激光廣泛應(yīng)用高精度經(jīng)緯

6、儀、激光水準(zhǔn)儀、激光經(jīng)緯儀和激光準(zhǔn)直儀找中水準(zhǔn)儀、激光經(jīng)緯儀和激光準(zhǔn)直儀找中, ,定位和定定位和定向向. .尤其是對(duì)成套機(jī)組設(shè)備尤其是對(duì)成套機(jī)組設(shè)備, ,用激光測(cè)量儀器檢測(cè)明用激光測(cè)量儀器檢測(cè)明顯優(yōu)于拉鋼絲法、普通水準(zhǔn)儀法和經(jīng)緯儀法顯優(yōu)于拉鋼絲法、普通水準(zhǔn)儀法和經(jīng)緯儀法, ,而且而且操作簡單。操作簡單。6 平面定位常采用的方法平面定位常采用的方法: : 基準(zhǔn)線法、弦線偏距法、距離交會(huì)法、極坐標(biāo)基準(zhǔn)線法、弦線偏距法、距離交會(huì)法、極坐標(biāo)法等。法等。 而設(shè)備的高程定位時(shí)，短視線的幾何水準(zhǔn)測(cè)量而設(shè)備的高程定位時(shí)，短視線的幾何水準(zhǔn)測(cè)量仍是一種廣泛采用的行之有效的方法。此外，也有仍是一種廣泛采用的行之有效

7、的方法。此外，也有采用液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量和微水準(zhǔn)測(cè)量方法，利用計(jì)采用液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量和微水準(zhǔn)測(cè)量方法，利用計(jì)算機(jī)配合電子測(cè)角系統(tǒng)，采用空間交會(huì)的方法進(jìn)行算機(jī)配合電子測(cè)角系統(tǒng)，采用空間交會(huì)的方法進(jìn)行三維坐標(biāo)的測(cè)量，同時(shí)定位和自動(dòng)定位。三維坐標(biāo)的測(cè)量，同時(shí)定位和自動(dòng)定位。7 定位精度要求定位精度要求: : 定位精度要求視各種設(shè)備的工藝特點(diǎn)和要定位精度要求視各種設(shè)備的工藝特點(diǎn)和要求而異，有時(shí)要求最終定位的精度高達(dá)求而異，有時(shí)要求最終定位的精度高達(dá)0.10.10.150.15mmmm。因此，在進(jìn)行精密定位之前，要擬訂。因此，在進(jìn)行精密定位之前，要擬訂合理的定位方案。根據(jù)最后的限差要求和擬訂合理的定位方案

8、。根據(jù)最后的限差要求和擬訂的定位方法進(jìn)行誤差分析，以確定定位過程中的定位方法進(jìn)行誤差分析，以確定定位過程中每一單項(xiàng)操作的精度要求。這些單項(xiàng)操作的精每一單項(xiàng)操作的精度要求。這些單項(xiàng)操作的精度有時(shí)僅為最終要求的幾分之一，甚至高達(dá)度有時(shí)僅為最終要求的幾分之一，甚至高達(dá)0.050.050.020.02mmmm。8 對(duì)于某些工藝構(gòu)件有時(shí)提出先將各單個(gè)構(gòu)件在專用的對(duì)于某些工藝構(gòu)件有時(shí)提出先將各單個(gè)構(gòu)件在專用的組裝臺(tái)上裝配成一個(gè)組體，這樣可以在一個(gè)局部范圍內(nèi)，保組裝臺(tái)上裝配成一個(gè)組體，這樣可以在一個(gè)局部范圍內(nèi)，保證組體內(nèi)各構(gòu)件之間有很高的相對(duì)精度，然后將組體安裝到證組體內(nèi)各構(gòu)件之間有很高的相對(duì)精度，然后將組

9、體安裝到設(shè)計(jì)位置上去。無論是單個(gè)構(gòu)件的組裝還是組體定位，設(shè)計(jì)位置上去。無論是單個(gè)構(gòu)件的組裝還是組體定位，一般一般都是先以較低的精度進(jìn)行初定位，然后進(jìn)行精密定位，以至都是先以較低的精度進(jìn)行初定位，然后進(jìn)行精密定位，以至可能要進(jìn)行多次循環(huán)。可能要進(jìn)行多次循環(huán)。 在最終的精密定位之前，應(yīng)考慮到設(shè)備重量對(duì)地基的在最終的精密定位之前，應(yīng)考慮到設(shè)備重量對(duì)地基的影響，一般要求在地基和基礎(chǔ)的變形趨于穩(wěn)定之后在進(jìn)行精影響，一般要求在地基和基礎(chǔ)的變形趨于穩(wěn)定之后在進(jìn)行精密定位。密定位。9二、環(huán)形粒子加速器的磁件定位二、環(huán)形粒子加速器的磁件定位 下面以環(huán)形粒子加速器的構(gòu)件定位和機(jī)械制造工業(yè)中的下面以環(huán)形粒子加速器的

10、構(gòu)件定位和機(jī)械制造工業(yè)中的設(shè)備定位為例，說明其定位方法和特點(diǎn)。設(shè)備定位為例，說明其定位方法和特點(diǎn)。 某環(huán)形粒子加速器由某環(huán)形粒子加速器由120120塊磁件組成，它們分布在半徑塊磁件組成，它們分布在半徑為為236236m m的圓周上，每塊磁件長約的圓周上，每塊磁件長約1111m m，由由5 5個(gè)構(gòu)件按一定的個(gè)構(gòu)件按一定的曲率半徑放置在一金屬梁上。在進(jìn)行磁件定位之前，先根曲率半徑放置在一金屬梁上。在進(jìn)行磁件定位之前，先根據(jù)單個(gè)構(gòu)件同側(cè)邊緣上固定的兩個(gè)軌道標(biāo)志，在金屬梁上據(jù)單個(gè)構(gòu)件同側(cè)邊緣上固定的兩個(gè)軌道標(biāo)志，在金屬梁上進(jìn)行初步定位，然后將進(jìn)行初步定位，然后將5 5個(gè)構(gòu)件組裝為一塊個(gè)構(gòu)件組裝為一塊磁

11、件磁件。 其組裝方法如下：其組裝方法如下：109234123456789構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件1 0 根據(jù)磁件的曲率半徑根據(jù)磁件的曲率半徑和單個(gè)構(gòu)件之間的間隙和單個(gè)構(gòu)件之間的間隙, ,當(dāng)采用當(dāng)采用弦線偏距法組裝時(shí)弦線偏距法組裝時(shí), ,先計(jì)算出組裝元素先計(jì)算出組裝元素, ,即即2 29 9軌道點(diǎn)軌道點(diǎn), ,相對(duì)相對(duì)于軌道點(diǎn)于軌道點(diǎn)1 1和和1010的連線的偏距：的連線的偏距： 2 2、3 39 9 在軌道點(diǎn)在軌道點(diǎn)1 1和和1010之間用一根拉緊的細(xì)鋼絲作弦線，在中間之間用一根拉緊的細(xì)鋼絲作弦線，在中間點(diǎn)點(diǎn)2 29 9上放置與偏距上放置與偏距ii長度相應(yīng)的專用桿尺，以測(cè)定各點(diǎn)長度相應(yīng)的專用桿尺，以

12、測(cè)定各點(diǎn)相對(duì)于弦線的偏距。當(dāng)測(cè)得的偏距與計(jì)算值不一致時(shí)，移動(dòng)相對(duì)于弦線的偏距。當(dāng)測(cè)得的偏距與計(jì)算值不一致時(shí)，移動(dòng)構(gòu)件使各桿尺上讀得的偏距正好等于計(jì)算的偏距值，即表示構(gòu)件使各桿尺上讀得的偏距正好等于計(jì)算的偏距值，即表示把各構(gòu)件組裝到半徑為把各構(gòu)件組裝到半徑為的一段設(shè)計(jì)圓周上。的一段設(shè)計(jì)圓周上。11 有時(shí)為了減少專用桿尺的長度，有時(shí)為了減少專用桿尺的長度，可利用軌道點(diǎn)可利用軌道點(diǎn)2 2和和9 9的連的連線作為弦線線作為弦線，分別計(jì)算其余各點(diǎn)相對(duì)于軌道點(diǎn)，分別計(jì)算其余各點(diǎn)相對(duì)于軌道點(diǎn)2 2和和9 9的連線的的連線的偏距，再按上法進(jìn)行組裝。在單個(gè)構(gòu)件組裝完成之后，將其偏距，再按上法進(jìn)行組裝。在單個(gè)構(gòu)件

13、組裝完成之后，將其固定在金屬梁上構(gòu)成一塊磁件，這時(shí)軌道點(diǎn)固定在金屬梁上構(gòu)成一塊磁件，這時(shí)軌道點(diǎn)2 2和和9 9（前者（前者1 1和和1010）即為這磁件的軌道標(biāo)志，它們是磁件定位的依據(jù)。）即為這磁件的軌道標(biāo)志，它們是磁件定位的依據(jù)。 在進(jìn)行磁件定位時(shí)，為保證各磁件的相互位置精度，通在進(jìn)行磁件定位時(shí)，為保證各磁件的相互位置精度，通常先根據(jù)安裝控制網(wǎng)采用常先根據(jù)安裝控制網(wǎng)采用極坐標(biāo)法極坐標(biāo)法對(duì)部分磁件進(jìn)行對(duì)部分磁件進(jìn)行初定位初定位，然后，再利用弦線偏距法進(jìn)行然后，再利用弦線偏距法進(jìn)行精密定位精密定位。這時(shí)，為保證各磁。這時(shí)，為保證各磁件之間的平滑度，應(yīng)件之間的平滑度，應(yīng)采用逐漸趨近采用逐漸趨近的方

14、法，盡可能使所有磁的方法，盡可能使所有磁件都位于設(shè)計(jì)位置。件都位于設(shè)計(jì)位置。12N 2左NONONONONO1234 1右 -2左 2右 -3左1左1右2左2右 2右L1L2L3123123磁 件 1磁 件 2磁 件 3磁 件 4磁 件 N下面以一段圓弧上的磁件定位為例，說明其作業(yè)程序如下：下面以一段圓弧上的磁件定位為例，說明其作業(yè)程序如下：13作業(yè)程序如下：作業(yè)程序如下：1 1、如圖，根據(jù)控制點(diǎn)、如圖，根據(jù)控制點(diǎn)1 1、2 2、33和磁件軌道點(diǎn)（設(shè)計(jì)和磁件軌道點(diǎn)（設(shè)計(jì)值）坐標(biāo)之間的關(guān)系，計(jì)算出角度值）坐標(biāo)之間的關(guān)系，計(jì)算出角度1 1、2 2、3 3和長和長度度L L1 1、L L2 2、L

15、L3 3放樣數(shù)據(jù)，用極坐標(biāo)法初步放樣出放樣數(shù)據(jù)，用極坐標(biāo)法初步放樣出單號(hào)磁單號(hào)磁件件（11、33）的）的右軌道點(diǎn)右軌道點(diǎn)1 1右右、3 3右右。2 2、在單號(hào)磁件的右軌道點(diǎn)（、在單號(hào)磁件的右軌道點(diǎn)（1 1右右、3 3右右）之間拉弦線，用弦）之間拉弦線，用弦線偏距法和專用桿尺放樣出線偏距法和專用桿尺放樣出1 1右右2 2左左以及偏距以及偏距2 2左左、2 2右右，從，從而確定了而確定了22磁件的位置。同法確定其余各雙號(hào)（磁件的位置。同法確定其余各雙號(hào)（44、66）磁件的位置。）磁件的位置。3 3、以雙號(hào)磁件的軌道點(diǎn)（、以雙號(hào)磁件的軌道點(diǎn)（2 2右、右、4 4右）的連線為弦線，同右）的連線為弦線，

16、同法放樣出法放樣出3 3左左、3 3右右和和2 2右右3 3左左確定出確定出33磁件的位置及其余磁件的位置及其余各單號(hào)磁件的位置。各單號(hào)磁件的位置。4 4、重復(fù)步驟、重復(fù)步驟2 2進(jìn)行檢查。進(jìn)行檢查。14 從上述作業(yè)程序可以出：在步驟從上述作業(yè)程序可以出：在步驟2 2和和3 3中，由單號(hào)磁件的中，由單號(hào)磁件的右軌道點(diǎn)放樣雙號(hào)磁件，再由雙號(hào)磁件的左右軌道點(diǎn)放樣單右軌道點(diǎn)放樣雙號(hào)磁件，再由雙號(hào)磁件的左右軌道點(diǎn)放樣單號(hào)磁件時(shí)，未與控制點(diǎn)發(fā)生聯(lián)系，只是求得它們的號(hào)磁件時(shí)，未與控制點(diǎn)發(fā)生聯(lián)系，只是求得它們的平滑度平滑度。利用這種將利用這種將單號(hào)磁件和雙號(hào)磁件進(jìn)行互相聯(lián)系、逐漸趨近單號(hào)磁件和雙號(hào)磁件進(jìn)行互

17、相聯(lián)系、逐漸趨近的的定位方法，不僅可以保證整個(gè)圓環(huán)上各相鄰磁件有很高的相定位方法，不僅可以保證整個(gè)圓環(huán)上各相鄰磁件有很高的相對(duì)位置精度，并減弱控制點(diǎn)坐標(biāo)誤差的影響，而且在控制點(diǎn)對(duì)位置精度，并減弱控制點(diǎn)坐標(biāo)誤差的影響，而且在控制點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)，沒有必要重新計(jì)算放樣元素。發(fā)生位移時(shí)，沒有必要重新計(jì)算放樣元素。 需要指出：在磁件定位過程中，由于磁件設(shè)計(jì)位置的徑需要指出：在磁件定位過程中，由于磁件設(shè)計(jì)位置的徑向精度要求比切向高，因此，可根據(jù)不同的精度要求來計(jì)算向精度要求比切向高，因此，可根據(jù)不同的精度要求來計(jì)算放樣元素放樣元素和及和及，對(duì)對(duì)應(yīng)計(jì)算到微米，而只要計(jì)算到應(yīng)計(jì)算到微米，而只要計(jì)算到0.10.1

18、mmmm即可。即可。15 在進(jìn)行磁件平面位置定位的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行磁在進(jìn)行磁件平面位置定位的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行磁件的高程定位。通常在磁件進(jìn)行初步定位時(shí)，測(cè)定件的高程定位。通常在磁件進(jìn)行初步定位時(shí)，測(cè)定磁件標(biāo)志的高程，當(dāng)磁件進(jìn)行平面精密定位時(shí)，同磁件標(biāo)志的高程，當(dāng)磁件進(jìn)行平面精密定位時(shí)，同時(shí)調(diào)整支撐金屬架的千斤頂，使磁件位于設(shè)計(jì)高程時(shí)調(diào)整支撐金屬架的千斤頂，使磁件位于設(shè)計(jì)高程上，這一過程也需要逐漸趨近，以保持磁件在高程上，這一過程也需要逐漸趨近，以保持磁件在高程上相互位置的平滑度。上相互位置的平滑度。16 一、概述一、概述 在精密工程測(cè)量中，常常需要將一個(gè)高程面上的點(diǎn)垂直在精密工程測(cè)量中，常常需要將一

19、個(gè)高程面上的點(diǎn)垂直投影到另一個(gè)高程面上，其投影精度要求有時(shí)高達(dá)幾十微米。投影到另一個(gè)高程面上，其投影精度要求有時(shí)高達(dá)幾十微米。例如，在大型粒子加速器工程的施工測(cè)量中，需要將地面上例如，在大型粒子加速器工程的施工測(cè)量中，需要將地面上的控制點(diǎn)的坐標(biāo)通過豎井垂直投影到地下隧道的控制點(diǎn)上；的控制點(diǎn)的坐標(biāo)通過豎井垂直投影到地下隧道的控制點(diǎn)上；在進(jìn)行設(shè)備構(gòu)件的安裝定位時(shí)，常常根據(jù)底層控制點(diǎn)來安裝在進(jìn)行設(shè)備構(gòu)件的安裝定位時(shí)，常常根據(jù)底層控制點(diǎn)來安裝上部構(gòu)件，又需要進(jìn)行向上的垂直投影；為保證各類儀器設(shè)上部構(gòu)件，又需要進(jìn)行向上的垂直投影；為保證各類儀器設(shè)備能在同一標(biāo)志上對(duì)中，也要用到各種精密對(duì)點(diǎn)器。備能在同一標(biāo)

20、志上對(duì)中，也要用到各種精密對(duì)點(diǎn)器。17對(duì)于數(shù)百米高的大廈、信號(hào)轉(zhuǎn)播塔、煙囪及數(shù)百米深的對(duì)于數(shù)百米高的大廈、信號(hào)轉(zhuǎn)播塔、煙囪及數(shù)百米深的豎井等工程，在施工中或在運(yùn)營過程的檢測(cè)中必須以較高的精豎井等工程，在施工中或在運(yùn)營過程的檢測(cè)中必須以較高的精度控制垂直度，有的工程如核電站、火箭發(fā)射架等機(jī)械設(shè)備的度控制垂直度，有的工程如核電站、火箭發(fā)射架等機(jī)械設(shè)備的安裝中，其垂直精度通常要求達(dá)亞毫米級(jí)。安裝中，其垂直精度通常要求達(dá)亞毫米級(jí)。目前常用的投點(diǎn)方法有：目前常用的投點(diǎn)方法有：機(jī)械法和光學(xué)法兩大類。機(jī)械法和光學(xué)法兩大類。機(jī)械法投點(diǎn)的實(shí)質(zhì)是改進(jìn)了的正垂線或倒垂線，當(dāng)它們與機(jī)械法投點(diǎn)的實(shí)質(zhì)是改進(jìn)了的正垂線或倒

21、垂線，當(dāng)它們與傳感器和電子系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化投點(diǎn)。傳感器和電子系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化投點(diǎn)。光學(xué)投影儀器按其投影高度，應(yīng)用的光源等可分為光學(xué)對(duì)光學(xué)投影儀器按其投影高度，應(yīng)用的光源等可分為光學(xué)對(duì)點(diǎn)儀、投影儀、激光鉛直儀、激光垂準(zhǔn)儀等。點(diǎn)儀、投影儀、激光鉛直儀、激光垂準(zhǔn)儀等。普通的光學(xué)垂直儀較好的精度大約為普通的光學(xué)垂直儀較好的精度大約為1/400001/40000，200200m m高度高度的誤差為的誤差為5 5mmmm左右，可以滿足一般工程的精度要求。而高精左右，可以滿足一般工程的精度要求。而高精度的垂準(zhǔn)儀相對(duì)精度要求達(dá)到度的垂準(zhǔn)儀相對(duì)精度要求達(dá)到1/1000001/100000

22、1/2000001/200000，因此在儀，因此在儀器結(jié)構(gòu)及操作程序應(yīng)做相應(yīng)改變。器結(jié)構(gòu)及操作程序應(yīng)做相應(yīng)改變。18 高層建筑物施工及安全監(jiān)測(cè)主要包括兩個(gè)方面：高層建筑物施工及安全監(jiān)測(cè)主要包括兩個(gè)方面： 一方面是沉降觀測(cè)，另一方面是垂直度監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，國內(nèi)一方面是沉降觀測(cè)，另一方面是垂直度監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，國內(nèi)高層建筑施工中，常用的軸線豎向傳遞測(cè)量方法有經(jīng)緯儀投點(diǎn)高層建筑施工中，常用的軸線豎向傳遞測(cè)量方法有經(jīng)緯儀投點(diǎn)測(cè)量法、激光測(cè)量法、掛吊線錘法等。測(cè)量法、激光測(cè)量法、掛吊線錘法等。 經(jīng)緯儀投點(diǎn)測(cè)量法是目前建筑施工中使用比較普遍的方法，經(jīng)緯儀投點(diǎn)測(cè)量法是目前建筑施工中使用比較普遍的方法，其缺點(diǎn)是當(dāng)建筑

23、物高度較高時(shí)，由于仰角關(guān)系，測(cè)設(shè)距離要遠(yuǎn)，其缺點(diǎn)是當(dāng)建筑物高度較高時(shí)，由于仰角關(guān)系，測(cè)設(shè)距離要遠(yuǎn)，在城區(qū)建筑密集處施工，場地狹小，現(xiàn)場測(cè)設(shè)工作有一定難度；在城區(qū)建筑密集處施工，場地狹小，現(xiàn)場測(cè)設(shè)工作有一定難度；受氣候影響較大，不宜在太陽下、刮風(fēng)及雨天進(jìn)行測(cè)量操作；地受氣候影響較大，不宜在太陽下、刮風(fēng)及雨天進(jìn)行測(cè)量操作；地面控制樁受到破損就無法測(cè)量。面控制樁受到破損就無法測(cè)量。19 用用經(jīng)緯儀投點(diǎn)經(jīng)緯儀投點(diǎn)測(cè)設(shè)時(shí)，應(yīng)特別注意儀器的整平精度。測(cè)測(cè)設(shè)時(shí)，應(yīng)特別注意儀器的整平精度。測(cè)設(shè)時(shí)，應(yīng)采用正、倒鏡的測(cè)設(shè)方案。同時(shí)應(yīng)操控視線仰角的設(shè)時(shí)，應(yīng)采用正、倒鏡的測(cè)設(shè)方案。同時(shí)應(yīng)操控視線仰角的大小，大小，般不

24、宜大于般不宜大于45度，否則，應(yīng)在經(jīng)緯儀上配制彎管目度，否則，應(yīng)在經(jīng)緯儀上配制彎管目鏡，改善觀測(cè)條件，因?yàn)檠鼋沁^大，不但操作不便，而且會(huì)鏡，改善觀測(cè)條件，因?yàn)檠鼋沁^大，不但操作不便，而且會(huì)降低測(cè)設(shè)精度。降低測(cè)設(shè)精度。 激光經(jīng)緯儀（激光鉛直儀）在建筑施工中應(yīng)用的日益普激光經(jīng)緯儀（激光鉛直儀）在建筑施工中應(yīng)用的日益普及，用來作軸線豎向傳遞測(cè)量，除具有測(cè)量方法簡單、測(cè)量速及，用來作軸線豎向傳遞測(cè)量，除具有測(cè)量方法簡單、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)外，還可進(jìn)行夜間測(cè)量定位工作。此度快、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)外，還可進(jìn)行夜間測(cè)量定位工作。此外，它在室內(nèi)作業(yè)不受風(fēng)振與日照等自然環(huán)境影響，能保證豎外，它在室內(nèi)作業(yè)

25、不受風(fēng)振與日照等自然環(huán)境影響，能保證豎向傳遞測(cè)量的精度，但要注意因基礎(chǔ)不均勻沉降造成的測(cè)量誤向傳遞測(cè)量的精度，但要注意因基礎(chǔ)不均勻沉降造成的測(cè)量誤差。差。吊線錘測(cè)量法的缺點(diǎn)是測(cè)量精度低，受風(fēng)力影響大，不宜吊線錘測(cè)量法的缺點(diǎn)是測(cè)量精度低，受風(fēng)力影響大，不宜在建筑物外部操作，高樓層遠(yuǎn)距測(cè)量時(shí)操作難度大。在建筑物外部操作，高樓層遠(yuǎn)距測(cè)量時(shí)操作難度大。20吊錘線法、經(jīng)緯儀投測(cè)法吊錘線法、經(jīng)緯儀投測(cè)法儀器設(shè)備簡單、施工方法簡便儀器設(shè)備簡單、施工方法簡便的優(yōu)點(diǎn)，被施工單位廣泛采用，但該方法受外界風(fēng)力，場地的優(yōu)點(diǎn)，被施工單位廣泛采用，但該方法受外界風(fēng)力，場地條件影響較大，特別在高層建筑中操作起來比較困難；條

26、件影響較大，特別在高層建筑中操作起來比較困難；激光鉛垂儀激光鉛垂儀進(jìn)行投測(cè)，利用儀器發(fā)射的垂直激光束形成進(jìn)行投測(cè)，利用儀器發(fā)射的垂直激光束形成的投測(cè)光斑，逐層投點(diǎn)，從而確定逐層軸線的偏差。這種方的投測(cè)光斑，逐層投點(diǎn)，從而確定逐層軸線的偏差。這種方法精度較高、方便快捷，對(duì)施工場地沒有特殊要求，法精度較高、方便快捷，對(duì)施工場地沒有特殊要求， 因此，因此，這種方法在高層建筑中逐步得到廣泛應(yīng)用。這種方法在高層建筑中逐步得到廣泛應(yīng)用。21（一）（一）JC100 JC100 激光垂準(zhǔn)儀（激光垂準(zhǔn)儀（蘇州一光蘇州一光）電子自動(dòng)安平電子自動(dòng)安平自動(dòng)提供高精度的向上和向下的鉛垂線自動(dòng)提供高精度的向上和向下的鉛垂

27、線具有自動(dòng)超范圍報(bào)警等功能具有自動(dòng)超范圍報(bào)警等功能配有紅外遙控器，可對(duì)儀器所有的功能實(shí)行遙控配有紅外遙控器，可對(duì)儀器所有的功能實(shí)行遙控產(chǎn)品功能描述產(chǎn)品功能描述上對(duì)點(diǎn)精度上對(duì)點(diǎn)精度 2(2(中誤差中誤差) )下對(duì)點(diǎn)精度下對(duì)點(diǎn)精度 2(2(中誤差中誤差) )自動(dòng)安平范圍自動(dòng)安平范圍 3 3工作范圍工作范圍 上、下上、下150150米米遙控距離遙控距離 3030米米激光波長激光波長 635nm635nm電源電源 4.8V 4.8V 可充電電池可充電電池連續(xù)工作時(shí)間連續(xù)工作時(shí)間 約約1212小時(shí)小時(shí)工作溫度工作溫度 -20-50-20-50儀器尺寸儀器尺寸mm 160 x230mm 160 x230儀

28、器重量儀器重量Kg 4.5KgKg 4.5Kg二、幾種垂準(zhǔn)儀介紹二、幾種垂準(zhǔn)儀介紹22（二）（二）DZJ2DZJ2激光鉛垂儀（蘇一光）激光鉛垂儀（蘇一光）23如圖為如圖為JZY-40JZY-40型型立井激光投點(diǎn)儀，立井激光投點(diǎn)儀，它是在礦山立井建設(shè)中掘進(jìn)砌壁時(shí)采用它是在礦山立井建設(shè)中掘進(jìn)砌壁時(shí)采用激光投點(diǎn)代替中心垂球線的專用儀器。激光投點(diǎn)代替中心垂球線的專用儀器。主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)：投點(diǎn)距離投點(diǎn)距離 800m800m光斑直徑光斑直徑 40mm40mm（800m800m處）處）電池供電電池供電 DC 3VDC 3V外接電源外接電源 AC 220VAC 220V激光功率激光功率 4.8mW

29、4.8mW水準(zhǔn)管格值水準(zhǔn)管格值 20/mm20/mm垂直精度垂直精度 1/400001/40000工作環(huán)境溫度工作環(huán)境溫度 10104040儀器重量儀器重量 6.8kg6.8kg穩(wěn)壓電源重量穩(wěn)壓電源重量 0.5kg0.5kg（三）（三） JZY-40JZY-40型立井激光投點(diǎn)儀型立井激光投點(diǎn)儀24下圖下圖為北京歐普光學(xué)儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的為北京歐普光學(xué)儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LC10 LC10 激激光投線儀。光投線儀。1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：由投線儀由投線儀主體、磁阻尼自動(dòng)安平主體、磁阻尼自動(dòng)安平系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)和系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)和控制面板等部分組成?？刂泼姘宓炔糠纸M成。投線儀主體懸掛于投線

30、儀主體懸掛于安平機(jī)構(gòu)殼體支架上，安平機(jī)構(gòu)殼體支架上，在主體上裝有一個(gè)垂直在主體上裝有一個(gè)垂直下投點(diǎn)激光器、四個(gè)互下投點(diǎn)激光器、四個(gè)互成成9090的垂直面激光器的垂直面激光器和五個(gè)水平面激光器共和五個(gè)水平面激光器共十個(gè)激光器。十個(gè)激光器。（四）（四） LC10 LC10 激光投線儀激光投線儀。25在自動(dòng)安平狀態(tài)，儀器投射出一個(gè)下投點(diǎn)，四個(gè)互成在自動(dòng)安平狀態(tài)，儀器投射出一個(gè)下投點(diǎn)，四個(gè)互成9090的垂直面和五個(gè)水平面互相搭接成的水平環(huán)面，還可的垂直面和五個(gè)水平面互相搭接成的水平環(huán)面，還可由四垂線在天頂相交形成上投點(diǎn)，磁阻尼自動(dòng)安平系統(tǒng)可由四垂線在天頂相交形成上投點(diǎn)，磁阻尼自動(dòng)安平系統(tǒng)可使儀器在傾角

31、小于使儀器在傾角小于3.53.5時(shí)自動(dòng)安平。電路系統(tǒng)保證十支激時(shí)自動(dòng)安平。電路系統(tǒng)保證十支激光器的正常開關(guān)，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安平系統(tǒng)傾角超范圍時(shí)輸光器的正常開關(guān)，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安平系統(tǒng)傾角超范圍時(shí)輸出的激光閃爍提示報(bào)警。儀器還帶有觀察鏡、外接電源、出的激光閃爍提示報(bào)警。儀器還帶有觀察鏡、外接電源、三腳架、調(diào)制激光接收器、充電器（也可用做電源適配三腳架、調(diào)制激光接收器、充電器（也可用做電源適配器）、充電電池盒等附件。器）、充電電池盒等附件。2 2、性能方面、性能方面263 3、儀器的基本參數(shù)：、儀器的基本參數(shù)：儀器的投射型式儀器的投射型式: : 一點(diǎn)、一水平環(huán)線、四垂線一點(diǎn)、一水平環(huán)線、四垂線光源光源

32、: : 半導(dǎo)體激光器（下投點(diǎn)），半導(dǎo)體調(diào)制激光器半導(dǎo)體激光器（下投點(diǎn)），半導(dǎo)體調(diào)制激光器波長波長: 635nm: 635nm、650nm650nm輸出功率輸出功率: : 1mW1mW垂直投射角垂直投射角: : 水平線下水平線下2 2天頂相交天頂相交水平面的水平精度水平面的水平精度: : 1mm/5m1mm/5m鉛垂線的精確度鉛垂線的精確度: :1mm/5m1mm/5m四垂線互成四垂線互成9090的精度的精度: : 1mm/5m1mm/5m使用電池連續(xù)工作時(shí)間使用電池連續(xù)工作時(shí)間: 8 : 8 小時(shí)小時(shí)工作溫度工作溫度: : 10 +4010 +40儀器外型儀器外型: 140: 140245mm

33、245mm儀器重量儀器重量: 1.8kg: 1.8kg可旋轉(zhuǎn)：可旋轉(zhuǎn)：360360274 4、儀器的精度檢查、儀器的精度檢查儀器新購進(jìn)或已經(jīng)使用了一段時(shí)間以后，應(yīng)對(duì)儀器的主儀器新購進(jìn)或已經(jīng)使用了一段時(shí)間以后，應(yīng)對(duì)儀器的主要參數(shù)進(jìn)行一次精度檢查，檢查的項(xiàng)目和方法如下要參數(shù)進(jìn)行一次精度檢查，檢查的項(xiàng)目和方法如下: :水平環(huán)面處于同一平面內(nèi)的檢查水平環(huán)面處于同一平面內(nèi)的檢查接通電源，五個(gè)水平激光器在墻面上投射出水平環(huán)線。觀接通電源，五個(gè)水平激光器在墻面上投射出水平環(huán)線。觀察五個(gè)激光管投射出的光線所構(gòu)成的環(huán)線是否首尾重合，如不察五個(gè)激光管投射出的光線所構(gòu)成的環(huán)線是否首尾重合，如不重合，環(huán)線中將出現(xiàn)雙線

34、，設(shè)雙線的間距為重合，環(huán)線中將出現(xiàn)雙線，設(shè)雙線的間距為a a，儀器到墻面的，儀器到墻面的距離為距離為L L，則，則: : a/L a/L0.0002 0.0002 為合格。為合格。28水平環(huán)面水平性的檢查水平環(huán)面水平性的檢查該項(xiàng)檢查是為了核查激光光束沿光束前進(jìn)方向的水平性。該項(xiàng)檢查是為了核查激光光束沿光束前進(jìn)方向的水平性。儀器置于房間儀器置于房間, ,距墻距墻L,L,接通電源接通電源; ;儀器在墻上投射出一條水平線儀器在墻上投射出一條水平線; ;在墻上做出高度標(biāo)記在墻上做出高度標(biāo)記A1;A1;將儀器旋轉(zhuǎn)將儀器旋轉(zhuǎn)180180，以同樣的方法在墻，以同樣的方法在墻上做出標(biāo)記上做出標(biāo)記B1B1。則。

35、則 (A1-B1)/2L (A1-B1)/2L 就是水平環(huán)面和水平面夾角的就是水平環(huán)面和水平面夾角的正切值。若（正切值。若（A1-B1A1-B1）/2L/2L0.00020.0002，則為合格。，則為合格。四鉛垂面鉛垂性的檢查四鉛垂面鉛垂性的檢查在墻面上懸掛重錘建立一個(gè)垂線基準(zhǔn)在墻面上懸掛重錘建立一個(gè)垂線基準(zhǔn), ,長為長為L L。儀器投射出。儀器投射出的鉛垂面與墻面相交形成的激光垂線。四條垂線與鉛錘基準(zhǔn)一的鉛垂面與墻面相交形成的激光垂線。四條垂線與鉛錘基準(zhǔn)一一與其比較即可找出激光垂面鉛垂性的角誤差。一與其比較即可找出激光垂面鉛垂性的角誤差。e/L e/L 是角誤差是角誤差的正切值。的正切值。e

36、 e 為激光垂線與鉛垂基準(zhǔn)在為激光垂線與鉛垂基準(zhǔn)在L L長時(shí)的偏差值長時(shí)的偏差值. .要要求求:e/L:e/L0.00020.0002。29 1、儀器的豎軸傾斜誤差、儀器的豎軸傾斜誤差 普通的光學(xué)垂準(zhǔn)儀采用格值為普通的光學(xué)垂準(zhǔn)儀采用格值為20/220/2mmmm的長水準(zhǔn)器整平的長水準(zhǔn)器整平儀器，若設(shè)儀器整平誤差為儀器，若設(shè)儀器整平誤差為1/41/4氣泡格值，那么豎軸的傾斜氣泡格值，那么豎軸的傾斜能達(dá)到能達(dá)到55，200200m m高度的垂準(zhǔn)誤差達(dá)高度的垂準(zhǔn)誤差達(dá)5 5mmmm。豎軸誤差無法利豎軸誤差無法利用觀測(cè)方法進(jìn)行消除，屬系統(tǒng)誤差分量。因此要提高垂準(zhǔn)精用觀測(cè)方法進(jìn)行消除，屬系統(tǒng)誤差分量。因

37、此要提高垂準(zhǔn)精度就必須提高豎軸的置中精度。度就必須提高豎軸的置中精度。 2、豎軸的加工精度、豎軸的加工精度 在垂準(zhǔn)測(cè)量中，為克服視準(zhǔn)軸與豎軸不嚴(yán)格重合而產(chǎn)生在垂準(zhǔn)測(cè)量中，為克服視準(zhǔn)軸與豎軸不嚴(yán)格重合而產(chǎn)生的投影誤差，應(yīng)旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部在相隔的投影誤差，應(yīng)旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部在相隔120120的三個(gè)方向上投點(diǎn)。的三個(gè)方向上投點(diǎn)。取重心作為最終結(jié)果。取重心作為最終結(jié)果。30 3、垂準(zhǔn)儀的調(diào)焦誤差、垂準(zhǔn)儀的調(diào)焦誤差 因測(cè)量不同的高度（深度），垂準(zhǔn)儀必須調(diào)焦。而調(diào)焦因測(cè)量不同的高度（深度），垂準(zhǔn)儀必須調(diào)焦。而調(diào)焦會(huì)使視準(zhǔn)軸發(fā)生變化而產(chǎn)生投點(diǎn)誤差。但采取在互為會(huì)使視準(zhǔn)軸發(fā)生變化而產(chǎn)生投點(diǎn)誤差。但采取在互為120120的

38、三個(gè)方向投點(diǎn)取重心時(shí)，該項(xiàng)誤差可以得到有效的消除。的三個(gè)方向投點(diǎn)取重心時(shí)，該項(xiàng)誤差可以得到有效的消除。 4、目標(biāo)的標(biāo)定誤差、目標(biāo)的標(biāo)定誤差 目標(biāo)的標(biāo)定有各種方法，最常用的是用鉛筆尖畫小圓點(diǎn)，目標(biāo)的標(biāo)定有各種方法，最常用的是用鉛筆尖畫小圓點(diǎn)，這種方法的誤差可能達(dá)（這種方法的誤差可能達(dá)（2233）。如果采用有機(jī)玻璃）。如果采用有機(jī)玻璃片畫細(xì)十字線的方法其誤差大約在片畫細(xì)十字線的方法其誤差大約在11以內(nèi)。以內(nèi)。 5、豎直面內(nèi)的大氣折光、豎直面內(nèi)的大氣折光 在豎直方向，大氣結(jié)構(gòu)有著固有的特點(diǎn)。有時(shí)受環(huán)境條在豎直方向，大氣結(jié)構(gòu)有著固有的特點(diǎn)。有時(shí)受環(huán)境條件影響，可能使豎直方向的各個(gè)不同高度處有橫向溫度梯

39、度件影響，可能使豎直方向的各個(gè)不同高度處有橫向溫度梯度場存在，使垂準(zhǔn)光線發(fā)生偏折。而垂直方向的大氣的交換及場存在，使垂準(zhǔn)光線發(fā)生偏折。而垂直方向的大氣的交換及湍流運(yùn)動(dòng)，使垂準(zhǔn)光線發(fā)生漂移，影響垂準(zhǔn)精度。湍流運(yùn)動(dòng)，使垂準(zhǔn)光線發(fā)生漂移，影響垂準(zhǔn)精度。31 關(guān)于豎直面內(nèi)垂準(zhǔn)光線漂移的關(guān)于豎直面內(nèi)垂準(zhǔn)光線漂移的方差方差，根據(jù)湍流大氣波的傳，根據(jù)湍流大氣波的傳播理論并考慮折射率結(jié)構(gòu)函數(shù)的高程分布模式，可得播理論并考慮折射率結(jié)構(gòu)函數(shù)的高程分布模式，可得 式中：式中：a a為常數(shù)為常數(shù), ,這里取這里取0.71; 0.71; C C2 2n n0 0為參考平面的折射率為參考平面的折射率結(jié)構(gòu)函數(shù)值；結(jié)構(gòu)函數(shù)值；h h0 0為參考高程；為參考高程；H H為測(cè)量的高度；為測(cè)量的高度；b b為大氣系數(shù)。為大氣系數(shù)。 按照按照HufnagelHufnagel模式，取參考高程模式，取參考高程320320m m，且白天的且白天的C C2 2n n0 0=3.6=3.61010-13-13,b=s/b,b=s/b，夜間的夜間的C C2 2n n0 0=1.6=1.61010-13-13，b=1b=1?？疾炜疾旄叱谈叱蘃=200mH=200m的情況，則的情況，則H/hH/h0 0=0.6=0.61 1 則得到：白天的則得到：白天的r r= =2.5mm2.5mm 夜間的夜間的r