地下管線測量技術(shù)-項目4 高程控制測量 2_第1頁
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文檔簡介

第一節(jié)水準測量原理一、水準測量原理水準測量是利用水準儀提供的水平視線,讀取豎立在兩個地面點上的水尺的讀數(shù),直接測定地面上兩點間的高差,然后根據(jù)已知點高程和測得的差,推算出未知點高程。ABabHAHBhABHi大地水準面前進方向圖2-1

水準測量原理圖2-1如示,設(shè)水準測量是由A向B進行的,則A點為后視點,B點為前視點,A點尺上的后視讀數(shù)為a,B尺上的前視讀數(shù)為b。A、B兩點間高差hAB為:因此,高差等于后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。

(2--1)

1)高差法ABabhAB前進方向大地水準面HAHBHB如果已知A點的高程HA,則B點的高程HB為:

2)視線高法ABabhAB前進方向大地水準面HAHBHBHiB點高程也可以通過水準儀的視線高程Hi來計算,即返回下一節(jié)

在測量中,有時安置一次儀器,需測定多個地面點的高程,采用視線高法就比較方便。

第二節(jié)水準測量的儀器和工具水準測量所使用的儀器為水準儀,工具有水準尺和尺墊。國產(chǎn)水準儀按其精度分DS05,DS1,DS3及DS10等幾種型號。05、1、3和10表示水準儀精度等級。DS表示大地水準儀。精度等級表示每千米往返測得的高差中數(shù)的中誤差毫米值。一、DS3微傾式水準儀的構(gòu)造DS3水準儀主要由望遠鏡、水準器及基座組成。如圖2—3所示圖2—3DS3水準儀立體圖1、望遠鏡望遠鏡的作用是精確瞄準遠處目標并對水準尺進行讀數(shù)的部件望遠鏡由物鏡、目鏡、對光透鏡和十字絲分劃板組成,如圖2-4(1)物鏡和目鏡:物鏡是水準儀對準目標的鏡頭,目鏡是眼睛觀看的鏡頭。物鏡和目鏡采用復(fù)合圖2-4望遠鏡縱平面圖透鏡組,目標經(jīng)過物鏡成像后形成一個縮小實像。(2)十字絲分劃板

十字絲分劃板由光學(xué)玻璃制成,如圖2—5

所示。十字絲分劃板的作用是瞄準目標和讀數(shù)用的。移動對光透鏡,可使不同距離的目標均能清晰地成像在十字絲平面上。(3)視準軸十字絲交點與物鏡光心的連線,稱為視準軸C-C。視準軸的延長線即為視線,水準測量就是在視準軸水平時,用十字絲的中絲在水準尺上截取讀數(shù)的。上絲下絲中絲豎絲圖2—5十字絲分劃板2.水準器(1)管水準器

管水準器用于精確整平儀器。如圖2-6所示,它是玻璃管,其縱剖面方向的內(nèi)壁研磨成一定半徑的圓弧形,水準管上一般刻有間隔為2mm的分劃線,分劃線的中點O稱為水準管零點,通過零點與圓弧相切的縱向切線LL稱為水準管軸L-L。

水準管軸平行于視準軸。如圖2—5所示水準管上2mm圓弧所對的圓心角τ,稱為水準管的分劃值,水準管分劃愈小,水準管靈敏度愈高,用其整平儀器的精度也愈高。DS3型水準儀的水準管分劃值為20″,記作20″/2mm。如圖2—7所示。

OLL圖2-6管水準器圖2-7管水準器分劃值(2)符合水準器為了提高水準管氣泡居中的精度采用符合水準器。如圖2—8所示。圖2-8符合水準器(3)圓水準器圓水準器裝在水準儀基座上用于粗略整平。圓水準器頂面的玻內(nèi)表面研磨成球面,球面的正中刻有圓圈,其圓心稱為圓水準器的點。過零點的球面法線L′L′,稱為圓水準器軸。如圖2—9所示3、基座:支座作用是支承儀器的上部,并通過連接螺旋與三腳架連接。它主要由軸座、腳螺旋、底板和三腳壓板構(gòu)成。轉(zhuǎn)動腳螺旋,可使圓水準氣泡居中。二、水準尺水準尺是進行水準測量時與水準儀配合使用的標尺。常用的水準尺有塔尺和雙面尺兩種。(1)塔尺是一種逐節(jié)縮小的組合尺,其長度為3m~5m,有兩節(jié)或三節(jié)連接在一起,尺面上有寬度為1cm黑白相間的刻劃。(2)雙面水準尺

尺長為3m,兩根尺為一對。尺的雙面均有刻劃,一面為黑白相間,稱為黑面尺,尺底為0.000m;另一面為紅白相間,稱為紅面尺,一直尺的尺底為4.787m,另一直尺的尺底為4.687;兩尺差為常數(shù)0.1m,這個常數(shù)稱為尺常數(shù)。三、尺墊尺墊是由生鐵鑄成。一般為三角形板座,其下方有三個腳,可以踏入土中。尺墊上方有一突起的半球體,水準尺立于半球頂面。

圖2-10水準尺和尺墊

第三節(jié)水準儀的使用

微傾式水準儀的基本操作程序為:

安置儀器、粗略整平、瞄準水準尺、精確整平和讀數(shù)一、安置儀器(1)調(diào)整安置腳架松開三腳架架腿的固定螺旋,調(diào)整架腿長度,再擰緊固定螺旋,張開三腳架將架腿踩實,使三腳架架頭大致水平。(2)架頭上連接水準儀

圖2-11水準儀的連接從儀器箱中取出水準儀,用連接螺旋將水準儀固定在三腳架架頭上。如圖2-11所示。二、粗略整平通過調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準器氣泡居中。(1)先調(diào)平兩個腳螺旋將園水準器置于兩腳螺旋之間,用兩手按相對方向轉(zhuǎn)動兩腳螺旋,使氣泡沿兩腳螺旋連線方向由a

移至b,調(diào)平兩個腳螺旋。(2)調(diào)平另一個腳螺旋用手轉(zhuǎn)動另一個腳螺旋使氣泡由b移至中心,調(diào)平腳螺旋。整平時,氣泡移動的方向與左手大拇指旋轉(zhuǎn)腳螺旋的方向一致,與右手大拇指旋轉(zhuǎn)腳螺旋時的移動方向相反。如圖2-12所示圖2-12圓水準器整平三、瞄準水準尺(1)目鏡調(diào)焦

松開制動螺旋,將望遠鏡轉(zhuǎn)向明亮的背景,轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋,使十字絲成像清晰。(2)初步瞄準通過望遠鏡筒上方的照門和準星瞄準水準尺,旋緊制動螺旋。(3)物鏡調(diào)焦轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋,使水準尺的成像清晰。(4)精確瞄準轉(zhuǎn)動微動螺旋,使十字絲的豎絲瞄準水準尺邊緣或中央,直至尺像與十字絲平面重合,如圖2-13、14所示

圖2-13精確瞄準與讀數(shù) a)存在視差b)沒有視差圖2-14視差現(xiàn)象

四、精確整平精確整平簡稱精平。觀察水準氣泡窗內(nèi)的氣泡影像,用右手緩慢地轉(zhuǎn)動微傾螺旋,使氣泡兩端的影像嚴密吻合。此時視線即為水平視線。如圖2-15所示。

五、讀數(shù)符合水準器氣泡居中后,應(yīng)立即用十字絲中絲在水準尺上讀數(shù)。讀數(shù)時應(yīng)從小數(shù)向大數(shù)讀,直接讀取米、分米和厘米,并估讀出毫米,共四位數(shù)。如圖2-16所示,讀數(shù)是1.336m。讀數(shù)后再檢查符合水準器氣泡是否居中,若不居中,應(yīng)再次精平,重新讀數(shù)。

圖2-16水準尺讀數(shù)

圖2-15精確整平

第四節(jié)水準測量的施測方法一、水準點及水準路線的布設(shè)形式

1、水準點用水準測量的方法測定的高程控制點稱為水準點,記為BMx。水準點有永久性和臨時性兩種。(1)永久性水準點

國家等級水準點設(shè)為永久性水準點如圖2-17和圖2-18所示。建筑工地上的永久性水準點,其形式如圖2-189所示。圖2-17國家就等級水準點

圖2-18墻上水準點

(2)臨時性水準點

臨時性水準點可用地面上突出的堅硬巖石或用大木樁打入地下,樁頂釘鐵釘,作為水準點的標志,如圖2-19b示。

圖2-19建筑工程水準點a)永久性水準點b)臨時性水準點2、水準路線的布設(shè)形式分類

在水準點間進行水準測量所經(jīng)過的路線,稱為水準路線。(1)附合水準路線從已知高程水準點出發(fā),沿待定高程的水準點進行測量,最后附合到另一已知高程水準點的水準路線,稱附合水準路線。如圖2-20BMA

BMB

h1 h2 h3 h4

1

2

3

圖2-20附合水準路線

(3)支水準路線從已知高程水準點出發(fā),沿待定高程水準點進行水準測量,既不閉合又不附合的水準路線,稱為支水準路線。支水準路線要進行往返測量。圖2-22

(2)閉合水準路線

從已知高程水準點出發(fā),沿各待定高程點進行水準測量,最后又回到原出發(fā)點的環(huán)形路線,稱為閉合水準路線BMA

1

hf

hb

圖2-22支水準路線

BMA

h1 h2 h3 h4

h5 1

2

3

4

圖2-21閉合水準路線

二、水準測量的施測方法

轉(zhuǎn)點用TPx表示,在水準測量中它們起傳遞高程的作用。如圖2-23所示,已知水準點BMA的高程為HA

,現(xiàn)欲測定B點的高程HB。1、水準測量觀測:A

HA

B

HB

hAB

大地水準面 D=1000m

TP1 Ⅰ

TP4 TP3 h1 Ⅱ

TP2 進行方向 h2 2.312 0.450 2.424 0.558 2.014 1.223 1.901 1.108 1.955 0.740 2.077 0.866 h3 2.413 0.901 2.287 0.771 h4 0.418 0.533 2.467 2.350 h5

圖2-23水準測量的施測

2.觀測與記錄

表2-1水準測量手簿測站測點水準尺讀數(shù)/m高差/m高程/m備注后視讀數(shù)前視讀數(shù)+-12345671BM.A1.4530.580132.815TP.10.8732TP.12.5320.770TP.21.7623TP.21.3721.337TP.30.0354TP.30.8740.929TP.41.8035TP.41.0200.564B1.584134.009計算檢核∑7.2516.0572.6871.493∑a-∑b=+1.194∑h=+1.194hAB=HB-HA=+1.1943.計算與計算檢核(1)計算

每一測站都可測得前、后視兩點的高差,即:

……

...

將上述各式相加,得:

則B點高程為:(2)計算檢核

為了保證記錄表中數(shù)據(jù)的正確,應(yīng)對后視讀數(shù)總和減前視讀總和、高差總、B點高程與A點高程之差進行檢核,這三個數(shù)字應(yīng)相等

三、水準測量成果檢測1、水準路線測量成果檢測(2)閉合水準測量路線成果檢核

閉合水準路線各測段高差代數(shù)和應(yīng)等于零,即:如果不等于零,則高差閉合差為:(3)支水準測量路線的成果檢核

支水準路線往測高差與返測高差的代數(shù)和應(yīng)等于零。

如果不等于零,則高差閉合差為:

(1)附合水準測量的成果檢核

附合水準路線各測段高差代數(shù)和應(yīng)等于兩個已知高程的水準點間的高差,即

實測高差代數(shù)和與其理論高差的差稱為高差閉合差2064小地區(qū)控制測量一般采用三四等水準測量和三角高程測量。一、三、四等水準測量

用于國家高程控制網(wǎng)加密、建立小地區(qū)首級高程控制。布設(shè)形式:符合水準路線、結(jié)點網(wǎng)的形式;閉合水準路線形式;水準支線。2165三、四等水準的主要技術(shù)要求等級水準儀型號視線長度m前后視距差m前后視距累積差m視線離地面最低高度m基本分劃、輔助分劃(黑紅面)讀數(shù)差mm基本分劃、輔助分劃(黑紅面)高差之差mm等級水準儀型號水準尺線路長度km與已知點聯(lián)測附合成環(huán)線觀測次數(shù)每千米高差中誤差mm往返較差、附合或環(huán)線閉合差平地mm山地mm三四五圖根DS1DS3DS3DS10DS3因瓦雙面雙面單面單面≤50≤16≤5往返各一次往返各一次往返各一次往返各一次往返各一次往返各一次往一次往一次往一次往一次6101520三四五圖根DS1DS3DS3DS10DS310075100≤10010035大致相等6100.30.22.03.01.05.03.01.5L為往返測段、附合或環(huán)繞的水準路線長度(單位為km),n為測站數(shù)。2266

三四等水準測量的觀測和記錄方法1)雙面尺法①后視黑面,讀取下、上、中絲讀數(shù),記入(1)(2)(3)中;②前視黑面,讀取下、上、中絲讀數(shù),記入(4)(5)(6)中;

黑面尺紅面尺23672)單面尺法

按變動儀器高法進行檢核。觀測順序為“后—前—變動儀器高—前—后”,變高前按三絲讀數(shù),以后按中絲讀數(shù)。③前視紅面,讀取中絲讀數(shù),記入(7);④后視紅面,讀取中絲讀數(shù),記入(8)。2468

測站計算和檢核1)雙面尺法計算和檢核①視距計算前、后視距差:三等水準測量,不得超過3m,四等水準測量,不得超過5m。前、后視距累積差:三等水準測量,不得超過6m,四等水準測量,不得超過10m。

2569③計算黑面、紅面的高差

三等水準測量,不得超過3mm,四等水準測量,不得超過5mm。式內(nèi)0.100為單、雙號兩根水準尺紅面零點注記之差,以米(m)為單位。④計算平均高差

②同一水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)的檢核

同一水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)之差,應(yīng)等于該尺紅、黑面的常數(shù)差K(4.687或4.787),三等水準測量,不得超過2mm,四等水準測量,不得超過3mm。

2670測站編號點號后尺前尺下絲上絲下絲上絲后視距前視距視距差d(m)Σd(m)方向及尺號水準尺讀數(shù)(m)黑面紅面K+黑-紅平均高差(m)備注K為尺常數(shù):K5=4.787K6=4.687三、四等水準測量記錄(雙面尺法)(1)(4)(2)(5)(9)(10)(11)(12)后前后-前(3)(6)(8)(7)(15)(16)(14)(13)(17)(18)12BM.1-TP.1TP.1-TP.21.5360.94758.9+0.11.9541.37358.1-0.11.0300.44258.8+0.11.2760.69458.20后5前6后-前后6前5后-前1.2420.736+0.5066.0305.422+0.6081.6640.985+0.6796.3505.773+0.577-1+1-2+0.5070+1-1+2+0.67802771每頁校核:

Σ(9)=117.0—

Σ(10)=117.1=-0.1=2站(12)

Σ[(3)+(8)]

=15.286—

Σ[(6)+(7)]=12.916=+2.37

Σ[(15)+(16)]=+2.37

Σ(18)=+1.1852Σ(18)=+2.37

總視距Σ(9)+Σ

(10)]=234.1m28722)單面尺法的計算校核四等水準測量記錄、計算表(變更儀器高法)測站編號1后尺前尺下絲上絲下絲上絲后視距前視距視距差d(m)Σd(m)水準尺讀數(shù)(m)后視前視高差+-平均高差備注(1)(4)(2)(5)(3)(6)(9)(10)(11)(12)(8)(7)(15)(14)(13)1.6811.3071.4940.8490.4730.6610.5411.37237.437.6-0.2-0.20.8310.833+0.832(5)2973AB大地水準面αDHAhABHBDtanαvi二、三角高程測量三角高程測量原理A、B兩點間的高差:若用測距儀測得斜距:直覘A-B、反覘B-A——對向觀測3074等級儀器測回數(shù)三絲法中絲法指標較差?豎直角較差?對向觀測高差較差mm附合或環(huán)型閉合差mm四等五等圖根DJ2DJ2DJ61321≤7≤400D≤7≤10≤10測距儀三角高程測量的主要技術(shù)要求三角高程測量的觀測與計算

電磁波測距三角高程(四等、五等)、經(jīng)緯儀三角高程;

可布設(shè)三角高程網(wǎng)或高程導(dǎo)線,也可布置為閉合或附合的高程路線。返回2.水準測量的測站檢核(1)變動儀器高法

在同一個測站上用兩次不同的儀器高度,測得兩次高差進行檢核。要求:改變儀器高度應(yīng)大于10cm,兩次所測高差之差不超過容許值(等外水準測量容許值為±6mm),取其平均值作為該測站最后結(jié)果,否則須要重測。(2)雙面尺法

分別對雙面水準尺的黑面和紅面進行觀測。利用前、后視的黑面和紅面讀數(shù),分別算出兩個高差。如果不符值不超過規(guī)定的限差(四等水準測量容許值±5mm),取其平均值作為該測站最后結(jié)果,否則須要重測。3、普通水準測量的高程閉合差容許值規(guī)定:

普通水準測量的高差閉合差均不得超過規(guī)定的容許值,即fh<fh容(1)平地

fh容=±40L1/2mm

(2)山地

fh容=±12n1/2

mm

注:L為水準路線長度(km);n為測站數(shù)。

第六節(jié)微傾式水準儀的檢驗與校正一、水準儀應(yīng)滿足的幾何條件根據(jù)水準測量的原理,水準儀必須能提供一條水平的視線,它才能正確地測出兩點間的高差。為此,水準儀在結(jié)構(gòu)上應(yīng)滿足以下的幾何條件。圖2-24水準儀的軸線 (1)圓水準器軸L′L′應(yīng)平行于儀器的豎軸VV;(2)十字絲的中絲應(yīng)垂直于儀器的豎軸VV;(3)水準管軸LL

應(yīng)平行于視準軸CC

。如圖2-4所示在水準測量之前,應(yīng)對水準儀進行檢驗和校正。二、水準儀的檢驗與校正1.圓水準器軸L′L′平行于儀器的豎軸VV的檢驗與校正(1)檢驗方法旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準器氣泡居中,然后將儀器繞豎軸旋轉(zhuǎn)180?,如果氣泡仍居中,則表示該幾何條件滿足;否則需要校正。(2)校正方法先調(diào)整腳螺旋,使氣泡向零點方向移動偏離值的一半,此時豎軸處于鉛垂位置。然后稍旋松圓水準器底部的固定螺釘,用校正針撥動三個校正螺釘,使氣泡居中,緊固定螺釘。圓水準器校正螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2-25所示。此項校正,需反復(fù)進行,直至儀器旋轉(zhuǎn)到任何位置時,圓水準器氣泡皆居中為止。最后旋緊固定螺釘。圖2-25圓水準器校正螺釘2.十字絲中絲垂直于儀器的豎軸的檢驗與校正(1)檢驗方法

安置水準儀,使圓水準器的氣泡嚴格居中。用十字絲交點瞄準某一明顯的點狀目標M

,旋緊制動螺旋。轉(zhuǎn)動微動螺旋,如果目標點M不離開中絲,中絲垂直于儀器豎軸如果目標點M離開中絲,如圖2-26c所示,則需要校正。(2)校正方法

松開十字絲分劃板座的固定螺釘,轉(zhuǎn)動十字絲分劃板座,使中絲一端對準目標點M,再將固定螺釘擰緊。此項校正也需反復(fù)進行。3.水準管軸平行于視準軸的檢驗與校正(1)檢驗方法

1)在較平坦的地面上選擇相距約80m的A、B兩點,打木樁或放置尺墊。用皮尺丈量定出AB的中間點C。

2)在C點安置水準儀,用變動儀器高法,連續(xù)兩次測出A、B兩點的高差,若兩次測定的高差之差不超過3mm,則取兩次高差的平均值作為高差hAB

。由于距離相等,前、后視讀數(shù)誤差x1相等,故高差hAB不受視準軸誤差的影響。圖2—27水準管軸平行視準軸的檢驗

3)在離B點大約3m左右的D點處安置水準儀,精平后讀得B點尺上的讀數(shù)為b2。根據(jù)b2和高差hAB算出A點尺上視線水平時的應(yīng)讀讀數(shù)為:4)瞄準A點水準尺,讀出中絲的讀數(shù)a2,如果a2與a2相等,表示兩軸平行。否則需要校正。如圖2-28所示

(2)校正方法

1)轉(zhuǎn)動微傾螺旋,使十字絲的中絲對準A點尺上應(yīng)讀讀數(shù)a2′,

2)用校正針撥松水準管一端左、右和上、下校正螺釘,使氣泡居中,將校正螺釘旋緊。如圖2-35所示

3)再進行檢驗,直至達到要求。第七節(jié)水準測量誤差與注意事項一、儀器誤差1、水準管軸與視準軸不平行誤差經(jīng)校正任存在的殘余誤差。這種誤差的影響與距離成正比,觀測時使前、后視距離相等,可消除此項誤差。2、水準尺誤差因水準尺刻劃不準確、尺長變化、彎曲等原因產(chǎn)生的誤差。因此,水準尺要經(jīng)過檢核才能用。二、觀測誤差

1.水準管氣泡的居中誤差氣泡不居中存在誤差,致使視線偏離水平位置,產(chǎn)生的讀數(shù)誤差為減小該誤差,每次讀數(shù)時,都要使水準管氣泡嚴格居中。2.讀數(shù)誤差估讀水準尺毫米數(shù)的誤差為讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與望遠鏡的放大倍率以及視線長度有關(guān)。測量工作中,對不同等級的水準測量應(yīng)滿足對望遠鏡放大倍率和最大視線長度的規(guī)定,以保證估讀精度。

3.視差的影響誤差存在視差時,由于十字絲平面與水準尺影像不重合,若眼睛的位置不同,便讀出不同的讀數(shù),而產(chǎn)生讀數(shù)誤差。因此,觀測時要仔細調(diào)焦,嚴格消差。

4.水準尺傾斜的影響誤差水準尺傾斜,將使尺上讀數(shù)增大,從而帶來誤差。為了減少這種誤差的影響,水準尺必須扶直。三、外界條件的影響誤差1.水準儀下沉誤差由于水準儀下沉,使視線降低,而引起高差誤差。如采用“后、前、前、后”的觀測程序,可減弱其影響。2.尺墊下沉誤差如果在轉(zhuǎn)點發(fā)生尺墊下沉,將使下一站的后視讀數(shù)增加,也將引起高差的誤差。采用往返觀測的方法,取成果的中數(shù),可減弱其影響。3.為了防止水準儀和尺墊下沉,測站和轉(zhuǎn)點應(yīng)選在土質(zhì)實處,并踩實三腳架和尺墊,使其穩(wěn)定。3.地球曲率及大氣折光的影響

水準測量時用水平視線代替水準面在水準尺上的讀數(shù)產(chǎn)生的誤差為

由于大氣折光的影響,視線要發(fā)生彎曲,在水準尺上的讀數(shù)將減小r值就是大氣折光對讀數(shù)的影響,在穩(wěn)定的氣象條件下,r約為c的1/7,地球曲率和大氣折光的共同影響為:

地球曲率和大氣折光影響,采用前、后視距離相等的方法可消除4、溫度的影響誤差溫度的變化不僅會引起大氣折光的變化,而且產(chǎn)生水準管變形和管內(nèi)液體溫度的升高,氣泡向著溫度高的方向移動,影響水準管軸的水平,產(chǎn)生了氣泡居中誤差。測量中應(yīng)隨時注意為儀器打傘遮陽。

第八節(jié)其他水準儀簡介一、精密水準儀和精密水準尺

1、精密水準儀精密水準儀與一般水準儀比較,在結(jié)構(gòu)具有如下特征:(1)水準器具有較高的靈敏度。水準儀的管水準器τ值較小。(2)望遠鏡具有良好的光學(xué)性能。圖2-31精密水準儀如DS1水準儀望遠鏡放大倍數(shù)為40倍,能較精確地瞄準水準尺的劃。(3)具有光學(xué)測微器裝置??芍苯幼x取水準尺一個分格,提高讀數(shù)精度。(4)視準軸與水準軸間的聯(lián)系相對穩(wěn)定,受溫度變化小。2.精密水準尺精密水準儀必須配精密水準尺使用。精密水準尺一般有兩種(1)基輔分劃水準尺尺身刻有左右兩排分劃,右邊為基本分劃,左邊為輔助劃?;痉謩澋淖⒂洀牧汩_始,輔助分劃的注記從某一常數(shù)K開始。(2)雙基本分劃尺

尺身兩排均為基本劃分,但

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