高程控制网的建立与三角高程测量.ppt

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1、第五章.高程控制网的建立与三角高程测量,国家高程控制网的布设原则与方案水准路线的设计、选点和埋石水准路线上的重力测量国家精密水准网的布设工程高程测量控制网的布设三角高程测量电磁波测距三角高程导线,上一讲应掌握的内容,一、精密水准测量的误差来源及影响1、视准轴与水准轴不平行（i角）的误差 2、水准标尺每米长度误差的影响3、两水准标尺零点差的影响4、温度变化对i角的影响5、仪器垂直位移的影响 当仪器的脚架随时间而逐渐下沉时的影响。用后-前-前-后观测程序、作业熟练、硬路面观测误差小。6、水准标尺（尺台）垂直位移的影响 主要是发生在迁站的过程中，由原来的前视尺转为后视尺而产生下沉。7、大气垂直折光的

2、8、磁场对补偿式自动安平水准仪的影响9、观测误差的影响,用往返观测取平均来削弱这项误差,上一讲应掌握的内容,二、精密水准测量作业的一般规定观测前30分钟，应将仪器置于露天阴影处；仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等；同一测站上观测时，不得两次调焦；使用倾斜螺旋和测微螺旋，其最后旋转方向均应为旋进；在两相邻测站上，往测奇数测站按“后前前后”，偶数测站按“前后后前”的观测程序进行；连续观测时，应使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，而第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧；每一测段的测站数均应为偶数；每一测段应往测与返测，由往测转向返测时，两水准标尺应互换位置；使用自动安平水准仪观测时，应对圆水准器

3、严格检验与校正，观测时应使圆水准器气泡居中；前后视不许调圆气泡。,（人盯人法）,（固定脚架法）,三、每站操作步骤（总结）,对于“后前前后”的观测程序整置仪器水平（望远镜绕垂直轴旋转时，符合水准器气泡两端影像分离不超过1cm）将望远镜对准后视标尺（标尺立直），使符合水准器气泡两端的影像符合（即气泡两端影像分离不得大于2mm），随后转动测微轮用望远镜的上丝和下丝照准标尺的基本分划进行视距读数，视距读数的第四位数由测微器直接读取。然后，使符合水准器气泡两端影像完全密合，转动测微轮用楔形丝精确夹准标尺的基本分划线，读取标尺的基本分划读数（前三位在标尺读取，后两位在测微器读取）。,每站操作步骤（续）,旋

4、转望远镜照准前视标尺，使符合水准气泡两端影像精确符合，转动测微轮，用楔形丝精确夹准标尺的基本分划线，读取标尺的基本分划和测微器读数，然后用上丝和下丝照准标尺基本分划进行视距读数。照准前视标尺的辅助分划线，并使符合水准气泡两端影像精确符合，转动测微轮使楔形丝精确夹准标尺的基本分划线，读取标尺辅助分划和测微器的读数。旋转望远镜照，照准后视标尺辅助分划线，使符合水准气泡两端影像精确符合，转动测微轮使楔形丝精确夹准标尺的基本分划线，读取后视标尺辅助分划和测微器的读数。对于“前后后前”的观测程序，操作步骤类似,四、精密水准测量观测有关限差,一、二等水准测量限差规定如下表：,五、水准测量的概算,观测高差的

5、各项改正数的计算和水准点概略高程表的编算1.水准标尺每米长度误差的改正数计算 当一对水准标尺每米长度的平均误差f大于0.02 mm 时，就要对观测高差进行改正，大小为：fh 2.正常水准面不平行的改正数计算3.水准路线闭合差计算 4.高差改正数的计算 5.计算水准点的概略高程,第五章.高程控制网的建立与三角高程测量,目的和任务有两个：1)建立全国统一的高程控制网，为地形测图和各项建设提供必要的高程控制基础；2)为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。一、国家高程控制网的布设原则 1.布设原则：从高级到低级、从整体到局部分四个等级布设 一等水准测量是

6、国家高程控制网的骨干，同时也为相关地球科学研究提供高程数据；二等水准测量是国家高程控制网的全面基础；三、四等水准测量是直接为地形测图和其他工程建设提供高程控制点。一、二等水准测量为精密水准测量,2.水准点满足一定的密度,各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然中误差和每公里高差中数的全中误差来表示的。,3.水准测量达到足够的精度,4.一等水准网应定期复测,0.45mm,各等级水准测量路线必须自行闭合或闭合于高等级的水准路线上，与其构成环形或附合路线，以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。一等闭合环线周长，在平原和丘陵地区为1 000 1 500km，

7、一般山区为2 000km左右。二等闭合环线周长，在平原地区为500750km,山区一般不超过1 000km。三、四等水准用于加密，根据高等级水准环的大小和实际需要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度，三等水准分别为200km、150km和70km；四等分别为100km、80km和30km。,二、国家水准网的布设方案,三、水准路线的设计、选点和埋石,1、技术设计 技术设计是根据任务要求和测区情况，在小比例尺地图上，拟定最合理的水准网或水准路线的布设方案。一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。水准路线应避开土

8、质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。,2、选点 图上设计完成后，须进行实地选线，其目的在于使设计方案能符合实际情况，以确定切实可行的水准路线和水准点的具体位置。选定水准点时，必须能保证点位地基稳定、安全僻静，并利于标石长期保存与观测使用。水准点应尽可能选在路线附近的机关、学校、公园内。不宜在易于淹没和土质松软的地域埋设水准标石，也不宜在易受震动和地势隐蔽而不易观测的地方埋石。水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。3、埋石 按用途区分，水准标石有基岩水准标石、基本水准标石和普通水准标石三种类型。各类水准标石的制作材料和埋设规格及

9、其埋设方法等，在国家一、二等水准测量规范都有具体的规定和说明。,三、水准路线的设计、选点和埋石（续）,因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿线要进行重力测量。高程大于4 000m或水准点间的平均高差为150250m的地区，一、二等水准路线上每个水准点均应测定重力。高差大于250m的测段，在地面倾斜变化处应加测重力。高程在1 5004 000m或水准点间的平均高差为50150m的地区，一等水准路线上重力点间平均距离应小于11km；二等水准路线上应小于23km。在我国西北、西南和东北边境等有较大重力异常的地区，一等水准路线上每个水准点均应测定重力。在由青岛水准原点至国家大地原

10、点的一等水准路线上，应逐点测定重力，以便精确求得大地原点的正常高。,四、水准路线上的重力测量,五、国家精密水准网的布设,按完成年代、采用技术标准和高程基准等，基本上可分为三期：1951 1976：一等水准长度60000公里，精度23mm/km，二等水准长度130000公里，精度4mm/km。有缺陷和不足 以1956年黄海高程基准起算的各等级水准网1977 1981完成外业：一等水准路线289条，构成100个闭合环 联测42个验潮站，长度93360公里，埋设水准标石2万多座 按环闭合差估算的精度1.03mm/km。内业以1985国家高程基准起算的国家一等水准网。1981 1990完成外业：重新布

11、设国家二等水准路线136000余公里 由822闭合环和101条附合路线（个别支线）构成。埋设水准标石33000多座。由环闭合差求得精度为1.54mm/km 内业以1985国家高程基准起算，以一等点为控制进行平差。1990年以后一等水准网的复测和局部地区二等水准网的复测。,六、工程高程测量控制网的布设,城市和工程中的工程高程控制网可按水准测量和三角高程测量的方法来建立。1、水准测量建立工程高程控制网 水准测量是建立工程高程控制网的主要方法。其等级依次分为二、三、四等。首级高程控制网不应低于三等水准，应联测2个以上的国家精密水准点，起始高程应采用稳定的基岩点，且一般要求布设成闭合环加密时可布成附合

12、路线、结点图形和闭合环。精度与相应等级的国家水准网一致。和国家等级水准测量相似，其主要步骤一般是：水准网图上设计、选点、标石埋设、外业观测、平差计算和成果表的编制等内容。北方城市，因大量开采地下水，地面沉降更是惊人，每年沉降达几厘米。,水准路线设计应遵循以下原则：,1.水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。2.水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。3.布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。4.水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附合

13、路线。水准点间的距离：一般地区为24km；城市建筑区和工业区为12km。工业区：1km5.应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。6.注意测区已有水准测量成果的利用。水准点应设置在地质上最为可靠的地点,2、三角高程测量建立工程高程控制网 经纬仪三角高程导线，应起闭于四等水准点。光电测距高程导线可以代替四等水准，起闭点应为不低于三等的水准点。高程导线各边的高差测定宜采用对向观测。需检查如下限差：由两个单方向算得的高程不符值；由对向观测所求得的高差较差；由对向观测所求得的高差中数，计算闭合环线或附合路线的高程闭合差。,六、工程高程测量控制网的布设(续),七、三角高程测量(加),三角高程测量原

14、指由测站向照准目标（其间的水平距离已知）观测竖直角来求两点间高差的方法。受诸多因素的影响此法测定的高差精度不很高，难以取代水准测量而作为等级高程控制测量的方法。电磁波测距三角高程测量是利用全站仪精确测定斜距（或平距）和竖直角来求两点间高差的方法。如果精确量测仪器高和目标高，电磁波测距三角高程测量可以达到三、四等水准测量的精度。（一）由水平距离单向观测竖直计算高差的基本公式：,C称为球气差系数,两差改正,（二）三角高程测量严密公式,因PCM并非直角，上式有误差，即关系：是近似的。,严密公式应该按正弦定理计算：,近似公式引入的误差为：,当：,可见，若距离较长、高差较大，直接用平距（即视为直角）来计

15、算会对高差的准确性产生影响。,若采用平均高程面上的距离计算，则有,由高斯坐标反算的边长d与测线两端平均高程面上边长S0之间有差异，但不大。当用电磁波测距来确定高差时，因直接采用实测斜距，就不必考虑改正数h。,（三）由对向垂直角和平距计算两点间的高差,若是几乎同步作对向观测，就有C12=C21，则：,故对向观测竖直角计算平均高差可以消除（或削弱）球气差的影响。,八、电磁波测距三角高程导线,若顾及角，用正弦定理计算：,该公式误差很小。,（一）实测斜距和单向垂直角计算两点间高差,（二）往返实测斜距和往返实测垂直角计算两点间高差,消除了球气差项的影响。条件：几乎同步作对向观测h12中的主要误差是：竖直

16、角观测误差、量测仪器高I和目标高V误差。思考：若采用三联脚架法测距导线，能否消除量测仪器高I和目标高V误差的影响，进而提高电磁波测距三角高程测量精度？若采用水准法测距高程导线，能否消除量测仪器高I和目标高V误差的影响。,1、高差测定误差误差来源：竖直角观测误差、距离测量误差、球气差、量取仪器高和反光镜高误差综合影响的误差，经验公式：,（六）三角高程测量的精度和限差,2、对向高差闭合差的限差,3、环线高差闭合差的限差,GPS用于测定正常高，在GPS课中介绍,结束,谢谢!,一、二等水准网,水准点标石,工程测量中常用的普通水准标石是由柱石和盘石两部分组成，如左下图所示，标石可用混凝土浇制或用天然岩石制成。水准标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志，如右下图所示。,水准路线上的结点应埋设,首级水准路线上的结点应埋设基本水准标石，基本水准标石及其埋设如左下图所示。墙上水准标志如右下图所示，一般嵌设在地基已经稳固的永久性建筑物的基础部分，水准测量时，水准标尺安放在标志的突分。埋设水准标石时，一定要将底部及周围的泥土夯实，标石埋设后，应绘制点之记，并办理托管手续。,由单向垂直角和平距计算两点间的高差,C称为球气差系数,