高程控制测量课件.ppt

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1、第八章第八章高程控制测量高程控制测量 在在在在测测测测区区区区布布布布设设设设一一一一批批批批高高高高程程程程控控控控制制制制点点点点，即即即即水水水水准准准准点点点点，用用用用精精精精确确确确方方方方法法法法测定它们的高程，构成高程控制网。测定它们的高程，构成高程控制网。测定它们的高程，构成高程控制网。测定它们的高程，构成高程控制网。高程控制测量的方法：高程控制测量的方法：水准测量和三角高程测量。水准测量和三角高程测量。水准测量和三角高程测量。水准测量和三角高程测量。高程基准面高程基准面:大地水准面大地水准面大地水准面大地水准面.水准原点水准原点:我国规定自我国规定自我国规定自我国规定自19

2、891989年起一律采用年起一律采用年起一律采用年起一律采用“1985 1985 国家高程基准国家高程基准国家高程基准国家高程基准”.”.以这个基准测定的青岛水准原点高程为以这个基准测定的青岛水准原点高程为以这个基准测定的青岛水准原点高程为以这个基准测定的青岛水准原点高程为7272.260260mm。高程控制测量的任务高程控制测量的任务:第第一一节节 概概 述述高程控制测量高程控制测量高程控制测量高程控制测量国家高程控制网国家高程控制网 国家高程控制网是用国家高程控制网是用精密水准测量精密水准测量精密水准测量精密水准测量方法建立的，所以方法建立的，所以又称国家水准网。国家水准网的布设也是采用从

3、又称国家水准网。国家水准网的布设也是采用从整体整体到局部，由高级到低级，到局部，由高级到低级，分级布设逐级控制的原则。分级布设逐级控制的原则。国家水准网分为国家水准网分为一、二、三、四，一、二、三、四，4个等级。个等级。第第一一节节 概概 述述一等水准网一等水准网是沿平缓的交通路线布设成周长约是沿平缓的交通路线布设成周长约1500km的的环形路线。一等水准网是精度最高的高程控制网，它是国环形路线。一等水准网是精度最高的高程控制网，它是国家高程控制的骨干，同时也是地学科研工作的主要依据。家高程控制的骨干，同时也是地学科研工作的主要依据。二等水准网二等水准网是布设在一等水准环线内，形成周长为是布设

4、在一等水准环线内，形成周长为500750km的环线。它是国家高程控制网的全面基础。的环线。它是国家高程控制网的全面基础。国家高程控制网国家高程控制网 高程控制测量高程控制测量高程控制测量高程控制测量工程建设中的高程控制网工程建设中的高程控制网 按照由按照由高级到低级高级到低级分级布设的原则分级布设的原则,高程控制网的等高程控制网的等级分为二、三、四、五等水准及图根水准。级分为二、三、四、五等水准及图根水准。视测区的大小，各等级水准均可作为测区的首级高视测区的大小，各等级水准均可作为测区的首级高程控制。首级网应程控制。首级网应布设成环形路线布设成环形路线，加密时宜，加密时宜布设布设成附合路线或结

5、点网成附合路线或结点网。独立的首级网，应以独立的首级网，应以不低于首级网的精度与国家水不低于首级网的精度与国家水准点联测准点联测。水准点应有一定的水准点应有一定的密度密度，一般沿水准路线每，一般沿水准路线每13km埋设一点，埋设后应绘制点之记。水准观测埋设一点，埋设后应绘制点之记。水准观测须待埋设的水准点稳定后方可进行。须待埋设的水准点稳定后方可进行。高程控制测量高程控制测量高程控制测量高程控制测量 第第一一节节 概概 述述工程建设中的高程控制测量主要技术要求工程建设中的高程控制测量主要技术要求 表表8-1注：注：结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度、不应大于表中规定的结点之间或结点与高级

6、点之间，其路线的长度、不应大于表中规定的0.7倍；倍；L为往返测段，附合或环线的水准路线长度（为往返测段，附合或环线的水准路线长度（km）；）；n为测站数。为测站数。（km）第二节第二节 三、四等水准测量方法三、四等水准测量方法 三、四等水准测量一般是在国家一、二等水准网（点）的三、四等水准测量一般是在国家一、二等水准网（点）的基础上进行，常用作小地区的首级高程控制，以及工程建设基础上进行，常用作小地区的首级高程控制，以及工程建设地区的工程测量和变形观测的基本控制。地区的工程测量和变形观测的基本控制。与普通（等外）水准测量相比它的精度更高，削弱观测误与普通（等外）水准测量相比它的精度更高，削弱

7、观测误差的措施更多，一般需采用黑红双面水准尺。差的措施更多，一般需采用黑红双面水准尺。三、四等水准路线一般尽可能沿铁路、公路以及其他坡度三、四等水准路线一般尽可能沿铁路、公路以及其他坡度较小、施测方便的路线布设。尽可能避免穿越湖泊、沼泽和较小、施测方便的路线布设。尽可能避免穿越湖泊、沼泽和江河地段。水准点应选在土质坚实、地下水位低、易于观测江河地段。水准点应选在土质坚实、地下水位低、易于观测的地方。凡易受淹没、潮湿、震动和沉陷的地方，均不宜作的地方。凡易受淹没、潮湿、震动和沉陷的地方，均不宜作水准点位置。水准点位置。水准点选定后，应埋设水准标石和水准标志，并绘制点之水准点选定后，应埋设水准标石

8、和水准标志，并绘制点之记，以便日后查寻。记，以便日后查寻。四等水准测量四等水准测量 每一测站上，按下列顺序进行观测：每一测站上，按下列顺序进行观测：（1）后视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数）后视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数.（1）、（）、（2）、（）、（3）（2）后视水准尺的红面，读中丝读数后视水准尺的红面，读中丝读数.（4）（3）前视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数）前视水准尺的黑面，读下丝、上丝和中丝读数.（5）、（）、（6）、（7）（4）前视水准尺的红面，读中丝读数前视水准尺的红面，读中丝读数（8）。以上的观测顺序称为以上的观测顺序称为后一后一前一前后一后一前一前后一后

9、一前一前后一后一前一前，即黑，即黑-红红-黑黑-红红，在后视和前视读数时，均，在后视和前视读数时，均先读黑面再读先读黑面再读红面红面，读，读黑面时黑面时读三丝读数读三丝读数，读，读红面红面时时只读中丝读数只读中丝读数。a1b1a2b2第二节第二节 三、四等水准测量方法三、四等水准测量方法 括号内数字为读数顺序。记录和计算格式见表括号内数字为读数顺序。记录和计算格式见表8-38-3，其，其中括号内数字表示观测和计算的顺序，同时也说明有中括号内数字表示观测和计算的顺序，同时也说明有关数字在表格内应填写的位置。关数字在表格内应填写的位置。三、四等水准测量的观测记录表三、四等水准测量的观测记录表表表8

10、-38-3计计 算算 和和 检检 核核 1、测站上的计算和检核、测站上的计算和检核（1 1）、）、视距计算视距计算视距计算视距计算 对于四等水准测量，前后视距差不得超过对于四等水准测量，前后视距差不得超过5m；对于三等水准测量，对于三等水准测量，不得超过不得超过3m。四等水准测量的数据计算和检核四等水准测量的数据计算和检核 后视距离后视距离（9）=（1）-（2）前视距离前视距离 （10）=（5）-（6）前、后视距差前、后视距差 （11）=（9）-（10）前、后视距累积差前、后视距累积差（12）=本站（本站（11）+前站（前站（12）第二节第二节 三、四等水准测量方法三、四等水准测量方法 计计

11、算算 和和 检检 核核 1、测站上的计算和检核、测站上的计算和检核（3 3）、）、高差的计算和检核高差的计算和检核高差的计算和检核高差的计算和检核对于四等水准测量，黑、红面高差之差不得超过对于四等水准测量，黑、红面高差之差不得超过5 5mmmm；对于三等水对于三等水准测量，不得超过准测量，不得超过3 3mmmm。黑面高差黑面高差:（15）=（3）-（7）红面高差红面高差:（16）=（4）-（8）黑黑 红红 面面 所所 测测 高高 差差 之之 差差 （17）=（14）-（13）=（15）-（16）100上式中的上式中的100为两根水准尺为两根水准尺红面红面的起始注记之差，单位为的起始注记之差，单

12、位为mm。如果（如果（17）符合要求，则计算高差中数）符合要求，则计算高差中数高差中数高差中数:（18）=（15）+（16）100四等水准测量的数据计算和检核四等水准测量的数据计算和检核 第二节第二节 三、四等水准测量方法三、四等水准测量方法 2总的计算和检核总的计算和检核(观测结束后的计算与检核观测结束后的计算与检核)在手簿每页末或每一测段完成后，应作下列检核：在手簿每页末或每一测段完成后，应作下列检核：在手簿每页末或每一测段完成后，应作下列检核：在手簿每页末或每一测段完成后，应作下列检核：（1 1 1 1）视距的计算和检核）视距的计算和检核）视距的计算和检核）视距的计算和检核末站的末站的（

13、2）高差的计算和检核）高差的计算和检核当测站数为偶数时当测站数为偶数时 总高差总高差当测站数为奇数时当测站数为奇数时总高差总高差四等水准测量的数据计算和检核四等水准测量的数据计算和检核 计计 算算 和和 检检 核核 第二节第二节 三、四等水准测量方法三、四等水准测量方法 四等水准测量记录表四等水准测量记录表8-38-3三三 角角 高高 程程 测测 量量根根据据两两点点间间的的水水平平距距离离或或斜斜距距离离以以及及竖竖直直角角来来求求出出两两点点间间的的高高差差。三三角角高高程程测测量量又又可可分分为为经经纬纬仪仪三三角角高高程程测测量量和和光光电电测测距距（全全站仪）三角高程测量站仪）三角高

14、程测量。定定义义优缺点优缺点这种方法较之水准测量这种方法较之水准测量灵活方便灵活方便，但，但精度较低精度较低，主要用于山区，主要用于山区的高程控制和平面控制点的高程测定。的高程控制和平面控制点的高程测定。用光电测距仪测得的斜距及竖直角来计算高差。其常常与光电用光电测距仪测得的斜距及竖直角来计算高差。其常常与光电测距（全站仪）导线合并进行，形成所谓的测距（全站仪）导线合并进行，形成所谓的“三维导线三维导线”。经纬仪三角高程测量经纬仪三角高程测量光电测距三角高程测量光电测距三角高程测量利用平面控制测量中，已知的边长和用经纬仪测得两点间的竖利用平面控制测量中，已知的边长和用经纬仪测得两点间的竖直角来

15、求得高差。直角来求得高差。第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 三三 角角 高高 程程 测测 量量三角高程测量原理三角高程测量原理 取双向观测的平均值得：取双向观测的平均值得：如果已知如果已知A、B两点之间的平距两点之间的平距D如果直接测得两点间的斜距如果直接测得两点间的斜距SB点高程为：点高程为：第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 三三 角角 高高 程程 测测 量量顾顾及及地地球球曲曲率率的的影影响响加加上上曲曲率率改改正正P，此此项项改改正正称称为为球球差差改改正正，如如图图所所示示。同同时时，由由于于大大气气密密度度垂垂直直梯梯度度的的存存在在，将将使使倾倾斜斜视视

16、线线产产生生折折射射而而成成为为一一条条凸凸向向天天空空的的曲曲线线，还还必必须须加加上上大大气气垂垂直直折折光光差差改改正正r，此此项项改改正正称称为为气气差差改改正正。以以上上两两项项改改正正合合称称为为球球气气差差改改正正，简简称称两差改正两差改正，常用，常用f表示，其值为表示，其值为三角高程测量的球气差改正三角高程测量的球气差改正第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 三三 角角 高高 程程 测测 量量取双向观测的平均值得：取双向观测的平均值得：可见从理论上可以可见从理论上可以:消除地球曲率和大气消除地球曲率和大气折光折光的影响。的影响。地地球球曲曲率率半半径径R=6371km

17、，大大气气垂垂直直折折光光系系数数值值大大约约在在0.080.14之之间间，所所以以，恒恒大大于于零零。大大气气垂垂直直折折光光系系数数是是随随地地区区、气气候候、季季节节、地地面面覆覆盖盖物物和和视视线线超超出出地地面面高高度度等等条条件件的的不不同同而而变变化化的的，目目前前人人们们还还不不能能精精确确地地测测定定它的数值，一般取它的数值，一般取k=0.14计算两差改正，即计算两差改正，即三角高程测量的球气差改正三角高程测量的球气差改正第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 三 角 高 程 测 量光电测距三角高程测量光电测距三角高程测量 技术要求技术要求技术要求技术要求 高高程程路

18、路线线应应起起起起闭闭闭闭于于于于高高高高级级级级水水水水准准准准点点点点，三角高程网中任任一一点点到到最最近近高高程程起起算算点点的的边边数数，当平均边长为1km时，不超过10条，平均边长为2km时，不超过4条。竖竖竖竖直直直直角角角角用用用用DJDJ2 2级级级级经经经经纬纬纬纬仪仪仪仪，在在在在四四等等高高程程测测3个个测测回回，五等测五等测2个测回个测回。距距距距离离离离应应应应采采采采用用用用标标标标称称称称精精精精度度度度不不不不低低低低于于于于（5 5mmmm+5 5 1010-6-6）的的的的测距仪，四等高程测往返各一测回，五等测一个测回。测距仪，四等高程测往返各一测回，五等测

19、一个测回。测距仪，四等高程测往返各一测回，五等测一个测回。测距仪，四等高程测往返各一测回，五等测一个测回。第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 竖直角观测是三角高程测量的关键工作竖直角观测是三角高程测量的关键工作，对竖直角观测的要，对竖直角观测的要求见表求见表8-4。注：注：D为光电测距边长度（为光电测距边长度（km）第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 三三 角角 高高 程程 测测 量量1观测观测（1）安置经纬仪于测站上，量取仪高）安置经纬仪于测站上，量取仪高i（和目标高和目标高v）。）。（2）用盘左、盘右测量竖直角（和读取目标高用盘左、盘右测量竖直角（和读取目标高v）。

20、）。（3）用用测测距距仪仪测测量量两两点点间间的的斜斜距距S，或或用用三三角角测测量量方方法法计计算算两点间的平距两点间的平距D。具体测量指标和限差可参见表具体测量指标和限差可参见表8-4 8-4。2计算计算（1）依依测测得得的的斜斜距距S（或或平平距距D），竖竖直直角角，仪仪高高i和和目标高目标高V，计算高差。计算高差。（2）根据平距）根据平距D，计算两差改正数计算两差改正数f。（3）将相应的改正数将相应的改正数f加上高差成为最终的高差。加上高差成为最终的高差。第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 图根高程测量图根高程测量图根高程测量图根高程测量 图图 根根 高高 程程 测测 量量

21、 定定义义 测测量量图图根根平平面面控控制制点点高高程程的的工工作作，称称图图根根高高程程测测量量。它它是是在在国国家家高高程程控控制制网网或或地地区区首首级级高高程程控控制制网网的的基基础础上上，采采用用图图根根水水准准测量或图根三角高程测量来进行的。测量或图根三角高程测量来进行的。方方法法一般水准测量一般水准测量水准路线沿图根点布设，并起闭于高级水准点上，形成附合水水准路线沿图根点布设，并起闭于高级水准点上，形成附合水准路线或闭合水准路线。视线长度不超过准路线或闭合水准路线。视线长度不超过100m，测量时所有测量时所有图根点应作为水准路线上的转点，以保证图根点高程得到检核。图根点应作为水准

22、路线上的转点，以保证图根点高程得到检核。图根三角高程测量图根三角高程测量图根三角高程路线应起闭于水准测量测定的水准点上。三角高图根三角高程路线应起闭于水准测量测定的水准点上。三角高程路线沿图根点布设，交会点也可组成在三角高程路线中。三程路线沿图根点布设，交会点也可组成在三角高程路线中。三角高程路线的边数不要超过角高程路线的边数不要超过12条。条。第三节第三节 三角高程测量方法三角高程测量方法 第四节第四节第四节第四节 跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量 跨 河 水 准 测 量 当水准路线需要跨越较宽的河流或山谷时，当水准路线需要跨越较宽的河流或山谷时，因跨河视线较长，超过了规定的

23、长度，使水准因跨河视线较长，超过了规定的长度，使水准仪仪i角的误差、大气折光和地球曲率误差均增大，角的误差、大气折光和地球曲率误差均增大，且读尺困难。所以必须采用特殊的观测方法，且读尺困难。所以必须采用特殊的观测方法，这就是这就是跨河水准测量跨河水准测量方法。方法。当跨河视线在当跨河视线在500m以下时，通常用精密水准仪，以下时，通常用精密水准仪，以进行观测。由于跨河视线较长，须要特制一觇板供以进行观测。由于跨河视线较长，须要特制一觇板供照准和读数之用。照准和读数之用。跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量-光学测微法光学测微法 觇板上的照准标志用黑觇板上的照准标志用黑色绘成矩形，其

24、宽度为视色绘成矩形，其宽度为视线长的线长的1/2.5万，长度为万，长度为宽度的宽度的5倍。觇板中央开一倍。觇板中央开一小口，并在中央安装一水小口，并在中央安装一水平指标线，指标线应平分平指标线，指标线应平分矩形标志的宽度。矩形标志的宽度。1观观测测本本岸岸近近标标尺尺。直直接接照照准准标标尺尺分分划划线线，用用光学测微器读数两次。光学测微器读数两次。2观观测测对对岸岸标标尺尺。照照准准标标尺尺后后使使气气泡泡精精密密符符合合，测测微微器器读读旋旋到到50。指指挥挥对对岸岸持持尺尺者者将将觇觇板板沿沿标标尺尺上上下下移移动动，使使觇觇板板指指标标线线置置于于水水平平视视线线附附近近，则则根根据据

25、水水准准标标尺尺上上分分划划线线的的注注记记读读数数和和用用光光学学测测微微器器测测定定的的觇觇标标指指标标线线的的平平移移量量，就就可可以以得得到到水水平平视视线线在在对对岸岸水水准准标标尺尺上上的的精精确确读读数数,构构成成一一组组观观测测。然然后后移移动动觇觇板板重重新新对对准准标标尺尺分分划划线线，按按同同样样顺顺序序进进行行第第二二组观测。组观测。以上以上1、2两步操作，称一测回的两步操作，称一测回的上半测回上半测回。用光学测微法的观测方法如下用光学测微法的观测方法如下：特制特制特制特制 觇板觇板觇板觇板 第四节第四节第四节第四节 跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量 3

26、、上半测回完成后，立即将仪器迁、上半测回完成后，立即将仪器迁至对岸，并互换两岸标尺。然后进行至对岸，并互换两岸标尺。然后进行下半测回观测。下半测回观测。下半测回应先测远尺下半测回应先测远尺再测近尺再测近尺，观测每一标尺的操作与上，观测每一标尺的操作与上半测回相同。半测回相同。由上、下半测回组成由上、下半测回组成一测回一测回。用用两两台台仪仪器器观观测测时时，应应从从两两岸岸同同时时作作对对向向观观测测。由由两两台台仪仪器器各各测测的的一一测测回回组组成成一一个个双双测测回回。三三、四四等等跨跨河河水水准准测测量量应应测测两两个双测回。各双测回互差的限值按下式计算：个双测回。各双测回互差的限值按

27、下式计算：式式中中 每每公公里里高高差差中中数数的的偶偶然然中中误误差差，三三等等水水准准为为3 3 mmmm，四四等等水水准准为为5 5 mmmm；N N 双双测测回回测测回回数数；S S 跨跨河河视线长以视线长以kmkm为单位。为单位。当用一台水准仪进行跨河水准测量时，测回数应加倍。当用一台水准仪进行跨河水准测量时，测回数应加倍。第四节第四节第四节第四节 跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量跨河水准测量 用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差 可可用用等等权权代代替替法法来来解解决决水水准准网网中中有有两两个

28、个以以上上的的结结点点水水准准网网的平差，如图所示的平差，如图所示.(先先看看右右图图)各各段段水水准准路路线线的的长度为Li，各高差观测值的权为pi，故pi=，首先根据A、B两点的高程及Z1、Z2两线路的观测高程，则可用求加权平均值方法计算出E点的局局部部加加权权平平均值均值:方 法 推 导第五节第五节 高程控制网的的内业计算高程控制网的的内业计算方方 法法 推推 导导而而 的权的权 。现在。现在用一条虚拟用一条虚拟 的路线来的路线来代替水准路线代替水准路线Z1和和Z2。由虚拟路线求出的由虚拟路线求出的E 点高程为点高程为 ，故虚拟，故虚拟路线高差的权为路线高差的权为 ，虚拟路线的长度则为，

29、虚拟路线的长度则为 。这样左图。这样左图的水准网可用右图的形状来代替。在的水准网可用右图的形状来代替。在右图中只有一个结点右图中只有一个结点F，所以可用所以可用求加权平均值方法来求出它的最或然值求加权平均值方法来求出它的最或然值了。了。第五节第五节 高程控制网的的内业计算高程控制网的的内业计算实 例 演 示用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差实例计算实例计算实例计算实例计算结点水准网观测数据和已知数据由A、B 经由Z1、Z2两条路线算出的E点高程及其权分别为：路路 线线观测高差观测高差（m）线路长度线路长度（k

30、m）水水 准准 点点高高 程（程（m）Z1Z2Z3Z4Z5+9.279-9.262+1.108-12.169+5.3862520403025ABCD34.26052.78047.77661.073第五节第五节第五节第五节 高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算 用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差实 例 演 示E点高程的局部加权平均值：虚拟路线高差的权为虚拟路线高差的权为:虚拟路线的长度为虚拟路线的长度为:首先分别由三条路线计算F点的高程。由（A、B）点经 及Z5计计算

31、算F点的高程及其权：点的高程及其权：第五节第五节第五节第五节 高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算 用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差实 例 演 示路线长 的权由C、D点经Z3、Z4计算F点的高程及其权：故F点的最或然高程为：第五节第五节第五节第五节 高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算 实 例 演 示用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差这

32、就是结点F 平差后的高程。下面接接着着要要计计算算E点点的的最最或或然然高高程程。由（A、B）点经 及Z5计算出F点的高程为 ，故在线路 上高程闭合差为：第五节第五节第五节第五节 高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算 实 例 演 示用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差用等权代替法作结点水准网的平差闭合差f可按线路长度 和L5进行分配，在 线段上改正数为：故故E点的最或然高程为：点的最或然高程为：这就是结点E平差后的高程。第五节第五节第五节第五节 高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算高程控制网的内业计算