高程控制測量.ppt

1、a,1,第八章 高程控制測量,a,2,在測區(qū)布設(shè)一批高程控制點，即水準(zhǔn)點，用精確方法測定它們的高程，構(gòu)成高程控制網(wǎng)。,高程控制測量的方法： 水準(zhǔn)測量和三角高程測量。,高程基準(zhǔn)面:大地水準(zhǔn)面.,水準(zhǔn)原點:,我國規(guī)定自1989年起一律采用“1985 國家高程基準(zhǔn)”.以這個基準(zhǔn)測定的青島水準(zhǔn)原點高程為72.260m。,高程控制測量的任務(wù):,第一節(jié) 概 述,a,3,高程控制測量,國家高程控制網(wǎng),國家高程控制網(wǎng)是用精密水準(zhǔn)測量方法建立的，所以又稱國家水準(zhǔn)網(wǎng)。國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)也是采用從整體到局部，由高級到低級，分級布設(shè)逐級控制的原則。國家水準(zhǔn)網(wǎng)分為一、二、三、四，4個等級。,第一節(jié) 概 述,a,4,一等水

2、準(zhǔn)網(wǎng)是沿平緩的交通路線布設(shè)成周長約1500km的環(huán)形路線。一等水準(zhǔn)網(wǎng)是精度最高的高程控制網(wǎng)，它是國家高程控制的骨干，同時也是地學(xué)科研工作的主要依據(jù)。 二等水準(zhǔn)網(wǎng)是布設(shè)在一等水準(zhǔn)環(huán)線內(nèi)，形成周長為500750km的環(huán)線。它是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)。,國家高程控制網(wǎng),高程控制測量,a,5,三、四等級水準(zhǔn)網(wǎng)是直接為地形測圖或工程建設(shè)提供高程控制點。,國家高程控制網(wǎng),高程控制測量,三等水準(zhǔn)一般布置成附合在高級點間的附合水準(zhǔn)路線，長度不超過200km。 四等水準(zhǔn)均為附合在高級點間的附合水準(zhǔn)路線，長度不超過80km。,a,6,工程建設(shè)中的高程控制網(wǎng),按照由高級到低級分級布設(shè)的原則,高程控制網(wǎng)的等級分為二

3、、三、四、五等水準(zhǔn)及圖根水準(zhǔn)。 視測區(qū)的大小，各等級水準(zhǔn)均可作為測區(qū)的首級高程控制。首級網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成環(huán)形路線，加密時宜布設(shè)成附合路線或結(jié)點網(wǎng)。 獨立的首級網(wǎng)，應(yīng)以不低于首級網(wǎng)的精度與國家水準(zhǔn)點聯(lián)測。 水準(zhǔn)點應(yīng)有一定的密度，一般沿水準(zhǔn)路線每13km埋設(shè)一點，埋設(shè)后應(yīng)繪制點之記。水準(zhǔn)觀測須待埋設(shè)的水準(zhǔn)點穩(wěn)定后方可進行。,高程控制測量,a,7,第一節(jié) 概 述,工程建設(shè)中的高程控制測量主要技術(shù)要求 表8-1,注： 結(jié)點之間或結(jié)點與高級點之間，其路線的長度、不應(yīng)大于表中規(guī)定的0.7倍； L為往返測段，附合或環(huán)線的水準(zhǔn)路線長度（km）；n為測站數(shù)。,（km）,a,8,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,三、四等水

4、準(zhǔn)測量一般是在國家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)（點）的基礎(chǔ)上進行，常用作小地區(qū)的首級高程控制，以及工程建設(shè)地區(qū)的工程測量和變形觀測的基本控制。 與普通（等外）水準(zhǔn)測量相比它的精度更高，削弱觀測誤差的措施更多，一般需采用黑紅雙面水準(zhǔn)尺。,三、四等水準(zhǔn)路線一般盡可能沿鐵路、公路以及其他坡度較小、施測方便的路線布設(shè)。盡可能避免穿越湖泊、沼澤和江河地段。水準(zhǔn)點應(yīng)選在土質(zhì)堅實、地下水位低、易于觀測的地方。凡易受淹沒、潮濕、震動和沉陷的地方，均不宜作水準(zhǔn)點位置。 水準(zhǔn)點選定后，應(yīng)埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石和水準(zhǔn)標(biāo)志，并繪制點之記，以便日后查尋。,a,9,三、四等水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求 表8-2,三、四等水準(zhǔn)測量的觀測應(yīng)在通視良好、成

5、像清晰穩(wěn)定的情況下進行。下面介紹用DS3水準(zhǔn)儀和雙面水準(zhǔn)尺進行三、四等水準(zhǔn)測量的程序及其觀測記錄表,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,10,四等水準(zhǔn)測量,每一測站上，按下列順序進行觀測： （1）后視水準(zhǔn)尺的黑面，讀下絲、上絲和中絲讀數(shù). （1）、（2）、（3） （2）后視水準(zhǔn)尺的紅面，讀中絲讀數(shù). （4） （3）前視水準(zhǔn)尺的黑面，讀下絲、上絲和中絲讀數(shù). （5）、（6） 、 （7） （4）前視水準(zhǔn)尺的紅面，讀中絲讀數(shù)（8） 。,以上的觀測順序稱為后一后一前一前，即黑-紅-黑-紅，在后視和前視讀數(shù)時，均先讀黑面再讀紅面，讀黑面時讀三絲讀數(shù)，讀紅面時只讀中絲讀數(shù)。,a1,b1,a2,b2,第二節(jié)

6、三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,11,括號內(nèi)數(shù)字為讀數(shù)順序。記錄和計算格式見表8-3，其中括號內(nèi)數(shù)字表示觀測和計算的順序，同時也說明有關(guān)數(shù)字在表格內(nèi)應(yīng)填寫的位置。,三、四等水準(zhǔn)測量的觀測記錄表 表8-3,a,12,三等水準(zhǔn)測量 觀測順序應(yīng)為后一前一前一后 .,每一測站上，按下列順序進行觀測： （1）后視水準(zhǔn)尺的黑面，讀下絲、上絲和中絲讀數(shù). （2）前視水準(zhǔn)尺的黑面，讀中絲和下絲、上絲讀數(shù). （3）前視水準(zhǔn)尺的紅面，讀中絲讀數(shù). （4）后視水準(zhǔn)尺的紅面，讀中絲讀數(shù)。,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,即黑-黑-紅-紅觀測順序,a,13,計 算 和 檢 核,1、測站上的計算和檢核,（1）、視距計算 對于四等

7、水準(zhǔn)測量，前后視距差不得超過5m；對于三等水準(zhǔn)測量，不得超過3m。,四等水準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)計算和檢核,后視距離 （9）=（1）-（2） 前視距離 （10）=（5）-（6） 前、后視距差 （11）=（9）-（10） 前、后視距累積差 （12）=本站（11）+前站（12）,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,14,計 算 和 檢 核,1、測站上的計算和檢核,（2）、同一水準(zhǔn)尺紅、黑面讀數(shù)差的檢核 K為水準(zhǔn)尺紅、黑面常數(shù)差，一對水準(zhǔn)尺的常數(shù)差K分別為4.687和4.787。對于四等水準(zhǔn)測量，紅、黑面讀數(shù)差不得超過3mm；對于三等水準(zhǔn)測量，不得超過2mm。,同一水準(zhǔn)尺黑、紅面中絲讀數(shù)之差應(yīng)等于該尺的尺常數(shù)K

8、（4.687和4.787）。 前尺 （13）=（3）+K1-（4） 后尺 （14）=（7）+K2-（8）,四等水準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)計算和檢核,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,15,計 算 和 檢 核,1、測站上的計算和檢核,（3）、高差的計算和檢核 對于四等水準(zhǔn)測量，黑、紅面高差之差不得超過5mm；對于三等水準(zhǔn)測量，不得超過3mm。,黑面高差:（15）=（3）-（7） 紅面高差:（16）=（4）-（8） 黑紅面所測高差之差 （17）=（14）-（13）=（15）-（16）100 上式中的100為兩根水準(zhǔn)尺紅面的起始注記之差，單位為mm。 如果（17）符合要求，則計算高差中數(shù) 高差中數(shù):（18）=

9、（15）+（16）100,四等水準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)計算和檢核,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,16,2總的計算和檢核(觀測結(jié)束后的計算與檢核 ) 在手簿每頁末或每一測段完成后，應(yīng)作下列檢核： （1）視距的計算和檢核,末站的,（2）高差的計算和檢核 當(dāng)測站數(shù)為偶數(shù)時,總高差,當(dāng)測站數(shù)為奇數(shù)時,總高差,四等水準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)計算和檢核,計 算 和 檢 核,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,17,三、四等水準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)計算和檢核,2全路線測量成果的整理,三、四等單一水準(zhǔn)路線的成果整理與普通水準(zhǔn)測量相同 （參見第二章）。,第二節(jié) 三、四等水準(zhǔn)測量方法,a,18,四等水準(zhǔn)測量記錄表8-3,a,19,三 角 高

10、程 測 量,根據(jù)兩點間的水平距離或斜距離以及豎直角來求出兩點間的高差。三角高程測量又可分為經(jīng)緯儀三角高程測量和光電測距（全站儀）三角高程測量。,定 義,優(yōu)缺點,這種方法較之水準(zhǔn)測量靈活方便，但精度較低，主要用于山區(qū)的高程控制和平面控制點的高程測定。,用光電測距儀測得的斜距及豎直角來計算高差。其常常與光電測距（全站儀）導(dǎo)線合并進行，形成所謂的“三維導(dǎo)線”。,經(jīng)緯儀三角高程測量,光電測距三角高程測量,利用平面控制測量中，已知的邊長和用經(jīng)緯儀測得兩點間的豎直角來求得高差。,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,20,三 角 高 程 測 量,三角高程測量原理,取雙向觀測的平均值得：,如果已知A、B兩點之間的平

11、距D,如果直接測得兩點間的斜距S,B點高程為：,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,21,三 角 高 程 測 量,顧及地球曲率的影響加上曲率改正P，此項改正稱為球差改正，如圖所示。同時，由于大氣密度垂直梯度的存在，將使傾斜視線產(chǎn)生折射而成為一條凸向天空的曲線，還必須加上大氣垂直折光差改正r，此項改正稱為氣差改正。以上兩項改正合稱為球氣差改正，簡稱兩差改正，常用f表示，其值為,三角高程測量的球氣差改正,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,22,三 角 高 程 測 量,取雙向觀測的平均值得：,可見從理論上可以:消除地球曲率和大氣折光的影響。,地球曲率半徑R=6371km，大氣垂直折光系數(shù)值大約在0.080.1

12、4之間，所以，恒大于零。大氣垂直折光系數(shù)是隨地區(qū)、氣候、季節(jié)、地面覆蓋物和視線超出地面高度等條件的不同而變化的，目前人們還不能精確地測定它的數(shù)值，一般取k=0.14計算兩差改正，即,三角高程測量的球氣差改正,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,23,三 角 高 程 測 量,三角高程控制網(wǎng),布設(shè)應(yīng)在平面網(wǎng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)成三角高程網(wǎng)或高程導(dǎo)線。采用四等水準(zhǔn)測量聯(lián)測一定數(shù)量的水準(zhǔn)點，作為高程起算數(shù)據(jù)。 三角高程網(wǎng)中任一點到最近高程起算點的邊數(shù)，當(dāng)平均邊長為1km時，不超過10條，平均邊長為2km時，不超過4條。 為減少垂直折光變化的影響，應(yīng)避免在大風(fēng)或雨后初睛時觀測，也不宜在日出后和日落前2h內(nèi)觀測，在每條

13、邊上均應(yīng)作對向觀測。 覘標(biāo)高和儀器高用鋼尺丈量兩次，讀至毫米，其較差對于四等三角高程不應(yīng)大于2mm，對于五等三角高程不大于4mm。,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,24,三 角 高 程 測 量,光電測距三角高程測量,技術(shù)要求,高程路線應(yīng)起閉于高級水準(zhǔn)點，三角高程網(wǎng)中任一點到最近高程起算點的邊數(shù)，當(dāng)平均邊長為1km時，不超過10條，平均邊長為2km時，不超過4條。 豎直角用DJ2級經(jīng)緯儀，在四等高程測3個測回，五等測2個測回。 距離應(yīng)采用標(biāo)稱精度不低于（5mm+510-6）的測距儀，四等高程測往返各一測回，五等測一個測回。,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,25,豎直角觀測是三角高程測量的關(guān)鍵工作，對

14、豎直角觀測的要求見表8-4。,注：D為光電測距邊長度（km）,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,26,三 角 高 程 測 量,1觀測 （1）安置經(jīng)緯儀于測站上，量取儀高i（和目標(biāo)高v）。 （2）用盤左、盤右測量豎直角（和讀取目標(biāo)高v）。 （3）用測距儀測量兩點間的斜距S，或用三角測量方法計算兩點間的平距D。 具體測量指標(biāo)和限差可參見表8-4 。,2計算 （1）依測得的斜距S（或平距D），豎直角，儀高i和目標(biāo)高V，計算高差。 （2）根據(jù)平距D，計算兩差改正數(shù)f。 （3）將相應(yīng)的改正數(shù)f加上高差成為最終的高差。,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,27,表8-4 :三角高程路線高差計算表,第三節(jié) 三角高程測

15、量方法,a,28,圖根高程測量,圖 根 高 程 測 量,定 義,測量圖根平面控制點高程的工作，稱圖根高程測量。它是在國家高程控制網(wǎng)或地區(qū)首級高程控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用圖根水準(zhǔn)測量或圖根三角高程測量來進行的。,方 法,一般水準(zhǔn)測量 水準(zhǔn)路線沿圖根點布設(shè)，并起閉于高級水準(zhǔn)點上，形成附合水準(zhǔn)路線或閉合水準(zhǔn)路線。視線長度不超過100m，測量時所有圖根點應(yīng)作為水準(zhǔn)路線上的轉(zhuǎn)點，以保證圖根點高程得到檢核。 圖根三角高程測量 圖根三角高程路線應(yīng)起閉于水準(zhǔn)測量測定的水準(zhǔn)點上。三角高程路線沿圖根點布設(shè)，交會點也可組成在三角高程路線中。三角高程路線的邊數(shù)不要超過12條。,第三節(jié) 三角高程測量方法,a,29,第四節(jié)

16、跨河水準(zhǔn)測量,跨 河 水 準(zhǔn) 測 量,當(dāng)水準(zhǔn)路線需要跨越較寬的河流或山谷時，因跨河視線較長，超過了規(guī)定的長度，使水準(zhǔn)儀i角的誤差、大氣折光和地球曲率誤差均增大，且讀尺困難。所以必須采用特殊的觀測方法，這就是跨河水準(zhǔn)測量方法。,a,30,進行跨河水準(zhǔn)測量，首先是要選擇好跨河地點，如選在江河最窄處，視線避開草叢沙灘的上方，儀器站應(yīng)選在開闊通風(fēng)處，跨河視線離水面23m以上。 當(dāng)用一臺水準(zhǔn)儀觀測時，宜采用圖中（ a ）的形式，圖中I1、I2既是儀器站又是立尺點。當(dāng)使用兩臺水準(zhǔn)儀作對向觀測時，宜布置成圖中的（ b ）或（ c ）的形式。圖中I1、I2為儀器站，b1、b2為立尺點。,第四節(jié) 跨河水準(zhǔn)測量,

17、a,31,當(dāng)跨河視線在500m以下時，通常用精密水準(zhǔn)儀，以進行觀測。由于跨河視線較長，須要特制一覘板供照準(zhǔn)和讀數(shù)之用。,跨河水準(zhǔn)測量-光學(xué)測微法,覘板上的照準(zhǔn)標(biāo)志用黑色繪成矩形，其寬度為視線長的1/2.5萬，長度為寬度的5倍。覘板中央開一小口，并在中央安裝一水平指標(biāo)線，指標(biāo)線應(yīng)平分矩形標(biāo)志的寬度。,a,32,1 觀測本岸近標(biāo)尺。直接照準(zhǔn)標(biāo)尺分劃線，用光學(xué)測微器讀數(shù)兩次。 2 觀測對岸標(biāo)尺。照準(zhǔn)標(biāo)尺后使氣泡精密符合，測微器讀旋到50。指揮對岸持尺者將覘板沿標(biāo)尺上下移動，使覘板指標(biāo)線置于水平視線附近，則根據(jù)水準(zhǔn)標(biāo)尺上分劃線的注記讀數(shù)和用光學(xué)測微器測定的覘標(biāo)指標(biāo)線的平移量，就可以得到水平視線在對岸水

18、準(zhǔn)標(biāo)尺上的精確讀數(shù),構(gòu)成一組觀測。然后移動覘板重新對準(zhǔn)標(biāo)尺分劃線，按同樣順序進行第二組觀測。 以上1、2兩步操作，稱一測回的上半測回。,用光學(xué)測微法的觀測方法如下：,特制 覘板,第四節(jié) 跨河水準(zhǔn)測量,a,33,3、上半測回完成后，立即將儀器遷至對岸，并互換兩岸標(biāo)尺。然后進行下半測回觀測。下半測回應(yīng)先測遠尺再測近尺，觀測每一標(biāo)尺的操作與上半測回相同。 由上、下半測回組成一測回。,用兩臺儀器觀測時，應(yīng)從兩岸同時作對向觀測。由兩臺儀器各測的一測回組成一個雙測回。三、四等跨河水準(zhǔn)測量應(yīng)測兩個雙測回。各雙測回互差的限值按下式計算： 式中 每公里高差中數(shù)的偶然中誤差，三等水準(zhǔn)為3 mm，四等水準(zhǔn)為5 mm；N 雙測回測回數(shù)；S 跨河視線長以km為單位。 當(dāng)用一臺水準(zhǔn)儀進行跨河水準(zhǔn)測量時，測回數(shù)應(yīng)加倍。,第四節(jié) 跨河水準(zhǔn)測量,a,34,用等權(quán)代替法作結(jié)點水準(zhǔn)網(wǎng)的平差,可用等權(quán)代替法來解決水準(zhǔn)網(wǎng)中有兩個以上的結(jié)點水準(zhǔn)網(wǎng)的平差，如圖所示.,(先看右圖)各段水準(zhǔn)路線的長度為Li，各高差觀測值的權(quán)為pi，故pi= ，首先根據(jù)A、B兩點的高程及Z1、Z2兩線路的觀測高程，則可用求加權(quán)平均值方法計算出E點的局部加權(quán)平均值:,方 法 推 導(dǎo),第五節(jié) 高程控制網(wǎng)的的內(nèi)業(yè)計算,a,35,方 法 推 導(dǎo),而 的權(quán) ?，F(xiàn)在用一條虛擬 的路線來代替水準(zhǔn)路線Z