《高程測量技術(shù)應(yīng)用》課件

《高程測量技術(shù)應(yīng)用》課程簡介：高程測量的定義與意義高程測量的定義高程測量是確定地面點相對于特定基準(zhǔn)面的高度的過程。它通過精確測量地面點的高程，為地形圖的繪制、工程設(shè)計、施工放樣等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。高程測量是地理空間信息獲取的重要手段，也是工程建設(shè)不可或缺的環(huán)節(jié)。高程測量的意義高程測量在工程建設(shè)中的作用1工程設(shè)計高程測量提供詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)，用于路線、橋梁、隧道等工程的設(shè)計。精確的高程數(shù)據(jù)有助于優(yōu)化設(shè)計方案，降低工程成本，減少環(huán)境影響。2施工放樣高程測量為施工提供高程控制點，確保工程按照設(shè)計高程進行施工。精確的施工放樣可以避免工程偏差，保證工程質(zhì)量?？⒐を炇諏W(xué)習(xí)目標(biāo)與課程安排學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)員將掌握水準(zhǔn)測量、三角高程測量、GPS高程測量、傾斜攝影測量等各種高程測量技術(shù)。能夠獨立完成高程測量方案設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和成果分析。具備解決實際工程問題的能力。課程安排本課程共分為十章，內(nèi)容涵蓋高程測量的基本原理、儀器檢校、實施方法、數(shù)據(jù)處理和新技術(shù)應(yīng)用。通過理論學(xué)習(xí)、實驗操作和案例分析，使學(xué)員全面掌握高程測量技術(shù)。課程資源提供詳細(xì)的課程講義、實驗指導(dǎo)書、案例分析報告和參考文獻。學(xué)員還可以通過在線論壇與老師和同學(xué)交流學(xué)習(xí)心得。鼓勵學(xué)員積極參與課堂討論，分享實踐經(jīng)驗。第一章：水準(zhǔn)測量原理1基本概念介紹水準(zhǔn)測量、水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、視線、水準(zhǔn)面等基本概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2測量方法講解水準(zhǔn)測量的步驟、方法和注意事項，包括前后視讀數(shù)、記錄表格填寫、閉合差計算等。3誤差分析分析水準(zhǔn)測量的誤差來源和消除方法，提高測量精度和可靠性。水準(zhǔn)儀的構(gòu)造與工作原理構(gòu)造水準(zhǔn)儀由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)管、基座等部件組成。望遠(yuǎn)鏡用于瞄準(zhǔn)目標(biāo)，水準(zhǔn)管用于提供水平視線，基座用于支撐儀器。工作原理水準(zhǔn)儀利用水準(zhǔn)管的水平視線，通過讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，計算兩點間的高差。水準(zhǔn)管的氣泡居中，保證視線水平。水準(zhǔn)測量的基本概念：視線、水準(zhǔn)面視線視線是望遠(yuǎn)鏡十字絲中心與目標(biāo)點之間的連線。水準(zhǔn)測量中，視線必須保持水平，才能保證測量精度。水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面是與鉛垂線處處正交的曲面。靜止的水面是水準(zhǔn)面的一個實例。水準(zhǔn)面是高程測量的基準(zhǔn)面。高程地面點沿鉛垂線方向到水準(zhǔn)面的距離稱為高程。高程是描述地面點位置的重要參數(shù)。水準(zhǔn)測量的步驟與方法儀器安置將水準(zhǔn)儀安置在兩點之間，保證視線能夠同時讀取前后視水準(zhǔn)尺。氣泡居中調(diào)整水準(zhǔn)儀腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中，確保視線水平。讀數(shù)分別讀取前后視水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，記錄在記錄表格中。計算計算前后視讀數(shù)之差，得到兩點間的高差。水準(zhǔn)路線的布設(shè)閉合水準(zhǔn)路線從一個已知點出發(fā)，經(jīng)過一系列水準(zhǔn)測量，最終回到該已知點。用于檢驗測量精度。附合水準(zhǔn)路線從一個已知點出發(fā)，經(jīng)過一系列水準(zhǔn)測量，最終到達(dá)另一個已知點。用于加密高程控制點。支水準(zhǔn)路線從一個已知點出發(fā)，經(jīng)過一系列水準(zhǔn)測量，到達(dá)一個未知點。用于確定未知點的高程。水準(zhǔn)測量的誤差來源與消除1儀器誤差水準(zhǔn)儀本身存在的誤差，如水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸。通過儀器檢校消除。2觀測誤差人為觀測造成的誤差，如讀數(shù)誤差、估讀誤差。通過提高觀測技能，多次觀測取平均值消除。3外界因素誤差外界因素引起的誤差，如大氣折光、溫度變化。通過選擇合適的觀測時間，進行氣象改正消除。第二章：水準(zhǔn)儀器的檢校檢校的必要性1檢校的頻率2檢校的內(nèi)容3檢校的方法4水準(zhǔn)儀的檢校內(nèi)容：水準(zhǔn)管、十字絲水準(zhǔn)管檢驗水準(zhǔn)管軸是否平行于視準(zhǔn)軸。如果不平行，會影響視線的水平性，導(dǎo)致測量誤差。十字絲檢驗十字絲是否垂直于水準(zhǔn)管軸。如果不垂直，會影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測量誤差。檢校的方法與步驟詳解水準(zhǔn)管檢校1.安置儀器，使氣泡居中；2.旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡180°；3.如果氣泡不居中，調(diào)整水準(zhǔn)管調(diào)整螺絲。十字絲檢校1.瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)；2.旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，觀察十字絲是否偏離目標(biāo)；3.如果偏離，調(diào)整十字絲調(diào)整螺絲。檢校記錄表格的填寫檢校項目檢校標(biāo)準(zhǔn)檢校結(jié)果調(diào)整情況備注水準(zhǔn)管氣泡居中合格/不合格已調(diào)整/未調(diào)整調(diào)整日期十字絲垂直合格/不合格已調(diào)整/未調(diào)整調(diào)整日期檢校注意事項與常見問題1注意事項檢校前仔細(xì)閱讀儀器說明書，了解檢校步驟和注意事項。檢校過程中輕拿輕放，避免損壞儀器。2常見問題氣泡難以居中、十字絲模糊不清、調(diào)整螺絲松動。針對不同問題，采取相應(yīng)的解決方法。水準(zhǔn)儀的維護與保養(yǎng)清潔定期清潔水準(zhǔn)儀，保持儀器表面干凈。使用柔軟的布擦拭，避免使用腐蝕性清潔劑。潤滑定期潤滑水準(zhǔn)儀的活動部件，保證儀器運轉(zhuǎn)靈活。使用專用潤滑油，避免使用普通機油。存放將水準(zhǔn)儀存放在干燥、通風(fēng)、無塵的環(huán)境中。避免陽光直射，防止儀器老化。第三章：水準(zhǔn)測量實施1準(zhǔn)備工作2選點與埋石3路線設(shè)計4觀測方法準(zhǔn)備工作：人員、儀器、資料人員測量員、記錄員、扶尺員。明確人員分工，責(zé)任到人。儀器水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、腳架。確保儀器檢校合格，狀態(tài)良好。資料測量任務(wù)書、設(shè)計圖紙、控制點資料。熟悉測量任務(wù)，了解測量范圍和精度要求。選點與埋石選點選擇堅實、穩(wěn)定、易于觀測的地點作為水準(zhǔn)點。避免選擇松軟、易受擾動的地點。埋石將水準(zhǔn)點標(biāo)志埋設(shè)在地下，保證其長期穩(wěn)定。埋石深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貎鐾辽疃却_定。水準(zhǔn)路線的設(shè)計與優(yōu)化1路線長度控制路線總長度，避免過長，減少誤差積累。2測站數(shù)量合理設(shè)置測站數(shù)量，保證測量精度和效率。3前后視距盡量使前后視距相等，消除儀器誤差的影響。觀測方法：前后視讀數(shù)后視讀數(shù)瞄準(zhǔn)后視水準(zhǔn)尺，讀取十字絲在中絲上的讀數(shù)。后視讀數(shù)用于確定儀器的視線高。前視讀數(shù)瞄準(zhǔn)前視水準(zhǔn)尺，讀取十字絲在中絲上的讀數(shù)。前視讀數(shù)用于確定前視點的高程。記錄表格的設(shè)計與填寫規(guī)范測站后視點后視讀數(shù)前視點前視讀數(shù)高差備注1A1.234B1.345-0.111第四章：水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)整理1高差計算2閉合差調(diào)整3精度評定4數(shù)據(jù)整理與檢查1數(shù)據(jù)錄入將現(xiàn)場記錄的數(shù)據(jù)錄入計算機，建立數(shù)據(jù)庫。2數(shù)據(jù)檢查檢查數(shù)據(jù)是否完整、正確，是否存在明顯錯誤。3數(shù)據(jù)備份對數(shù)據(jù)進行備份，防止數(shù)據(jù)丟失。高差計算與閉合差調(diào)整高差計算根據(jù)前后視讀數(shù)之差，計算兩點間的高差。高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)。閉合差調(diào)整計算閉合水準(zhǔn)路線的閉合差，根據(jù)誤差分配原則，將閉合差分配到各測段高差中。成果的精度評定中誤差用于評定測量成果的精度。中誤差越小，精度越高。相對誤差用于評定水準(zhǔn)路線的精度。相對誤差越小，精度越高。容許誤差根據(jù)測量規(guī)范，確定容許誤差。測量成果必須滿足容許誤差的要求。水準(zhǔn)網(wǎng)的平差計算數(shù)據(jù)輸入將水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入平差軟件。平差計算利用最小二乘法進行平差計算，得到各點高程的最或然值。成果輸出輸出平差后的高程成果，并進行精度評定。計算軟件的應(yīng)用南方CASS用于地形圖繪制、土方計算等。科傻RTK用于GPS數(shù)據(jù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。清華三維用于三維建模、虛擬現(xiàn)實等。第五章：三角高程測量原理1基本概念2垂直角觀測3儀器高、目標(biāo)高4計算公式三角高程測量的基本概念三角高程測量利用測量兩點間的水平距離和垂直角，計算兩點間高差的方法。垂直角視線與水平線之間的夾角。向上為正，向下為負(fù)。水平距離兩點在水平面上的投影距離。垂直角觀測儀器安置將經(jīng)緯儀安置在測站上，進行整平對中。瞄準(zhǔn)目標(biāo)瞄準(zhǔn)目標(biāo)點的目標(biāo)，讀取垂直角讀數(shù)。多次觀測進行多次觀測，取平均值，減少誤差。儀器高、目標(biāo)高的確定1儀器高經(jīng)緯儀中心到地面的距離。2目標(biāo)高目標(biāo)點到地面的距離。計算公式的推導(dǎo)基本公式高差=水平距離*tan(垂直角)+儀器高-目標(biāo)高?？紤]地球曲率高差=水平距離*tan(垂直角)+儀器高-目標(biāo)高+地球曲率改正?？紤]大氣折光高差=水平距離*tan(垂直角)+儀器高-目標(biāo)高+地球曲率改正-大氣折光改正。精度分析誤差來源垂直角觀測誤差、距離測量誤差、儀器高目標(biāo)高測量誤差、大氣折光誤差等。提高精度提高觀測技能、使用高精度儀器、進行氣象改正等。第六章：三角高程測量實施1測站選擇2準(zhǔn)備工作3觀測方法4記錄填寫測站的選擇與布設(shè)1通視條件測站之間必須通視，保證能夠進行觀測。2穩(wěn)定性測站必須穩(wěn)定，避免沉降或變形。3便于觀測測站位置應(yīng)便于觀測，減少觀測誤差。觀測前的準(zhǔn)備工作儀器檢查檢查經(jīng)緯儀是否完好，是否需要檢校。氣象觀測觀測氣溫、氣壓、濕度等氣象要素，用于氣象改正。目標(biāo)設(shè)置在目標(biāo)點設(shè)置目標(biāo)，便于瞄準(zhǔn)。觀測方法與步驟對中整平將經(jīng)緯儀對中整平，保證儀器水平。瞄準(zhǔn)目標(biāo)瞄準(zhǔn)目標(biāo)點的目標(biāo)，讀取垂直角讀數(shù)。記錄數(shù)據(jù)將觀測數(shù)據(jù)記錄在記錄表格中。觀測記錄的填寫測站目標(biāo)點垂直角水平距離儀器高目標(biāo)高備注AB+10°20'30"100.000m1.500m2.000m數(shù)據(jù)傳輸與備份數(shù)據(jù)傳輸將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，建立數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)備份對數(shù)據(jù)進行備份，防止數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)安全保護數(shù)據(jù)安全，防止數(shù)據(jù)泄露。第七章：三角高程測量數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)預(yù)處理2氣象改正3彎曲差改正4高程計算數(shù)據(jù)預(yù)處理：異常值剔除異常值與正常值明顯偏離的數(shù)據(jù)，可能是由于觀測錯誤或儀器故障引起的。剔除方法統(tǒng)計分析方法、人工判斷方法等。氣象改正1大氣折光大氣對光線的折射，會影響垂直角觀測的精度。需要進行氣象改正。2氣象要素氣溫、氣壓、濕度等氣象要素，用于計算大氣折光改正數(shù)。彎曲差改正地球曲率地球是球體，地球曲率會影響高程計算的精度。需要進行彎曲差改正。改正公式彎曲差改正數(shù)=水平距離的平方/(2*地球半徑)。高程計算與精度評定高程計算根據(jù)改正后的觀測數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)點的高程。精度評定評定高程計算的精度，是否滿足測量規(guī)范的要求。軟件應(yīng)用實例南方CASS利用南方CASS軟件進行三角高程測量數(shù)據(jù)處理，快速準(zhǔn)確地計算目標(biāo)點的高程。科傻RTK利用科傻RTK軟件進行數(shù)據(jù)處理，提高測量效率和精度。第八章：GPS高程測量技術(shù)1基本原理2接收機操作3數(shù)據(jù)采集與處理4精度分析GPS高程測量的基本原理GPS定位利用GPS衛(wèi)星信號，確定地面點的三維坐標(biāo)。高程確定根據(jù)三維坐標(biāo)，計算地面點的高程。GPS接收機的操作與設(shè)置儀器連接將GPS接收機與天線連接，并固定在腳架上。參數(shù)設(shè)置設(shè)置接收機的定位模式、數(shù)據(jù)采集頻率等參數(shù)。衛(wèi)星搜索啟動接收機，搜索GPS衛(wèi)星信號。數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集在測站點進行數(shù)據(jù)采集，記錄GPS衛(wèi)星信號。數(shù)據(jù)處理利用專業(yè)軟件對數(shù)據(jù)進行處理，計算測站點的高程。精度分析與誤差來源1衛(wèi)星幾何衛(wèi)星分布情況會影響定位精度。2大氣影響電離層和對流層對GPS信號的延遲會影響定位精度。3多徑效應(yīng)GPS信號經(jīng)過反射后到達(dá)接收機，會影響定位精度。應(yīng)用案例分析城市高程控制網(wǎng)利用GPS技術(shù)建立城市高程控制網(wǎng)，為城市建設(shè)提供高精度的高程基準(zhǔn)。地形圖測繪利用GPS技術(shù)進行地形圖測繪，快速高效地獲取地形數(shù)據(jù)。第九章：傾斜攝影測量高程應(yīng)用1簡介2數(shù)據(jù)采集3建模4數(shù)據(jù)提取傾斜攝影測量簡介與高程提取傾斜攝影測量通過搭載多個傳感器的飛行平臺，從不同角度獲取地面影像，進行三維建模和數(shù)據(jù)提取的技術(shù)。高程提取從傾斜攝影測量獲取的三維模型中，提取地面點的高程數(shù)據(jù)。傾斜攝影測量的數(shù)據(jù)采集流程航線設(shè)計根據(jù)測區(qū)范圍和精度要求，設(shè)計合理的航線。飛行拍攝利用搭載多個相機的飛行平臺，按照設(shè)計航線進行飛行拍攝。數(shù)據(jù)傳輸將拍攝的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，進行后續(xù)處理。建模與三維重建影像處理對采集的影像進行處理，包括影像校正、影像匹配等。三維重建利用影像處理的結(jié)果，進行三維重建，生成三維模型。高程數(shù)據(jù)的提取與精度分析1數(shù)據(jù)提取從三維模型中提取地面點的高程數(shù)據(jù)。2精度分析對提取的高程數(shù)據(jù)進行精度分析，評估其可靠性。應(yīng)用案例分析與討論數(shù)字城市建設(shè)利用傾斜攝影測量技術(shù)，快速構(gòu)建數(shù)字城市三維模型，為城市規(guī)劃和管理提供數(shù)據(jù)支持。災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)利用傾斜攝影測量技