橋隧選修4高程控制測量

1、高程控制測量高程控制測量梁建昌梁建昌主要內(nèi)容主要內(nèi)容u三四高程控制測量u二等水準測量u三角高程測量l 高程基準面高程基準面：地面點高程的統(tǒng)一起算面。：地面點高程的統(tǒng)一起算面。 大地水準面、高程為零。大地水準面、高程為零。 基準面測定基準面測定l 驗潮站：驗潮站：長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗潮，長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗潮，進行這項工作的場所稱為驗潮站。進行這項工作的場所稱為驗潮站。位置適中位置適中半日潮有規(guī)律半日潮有規(guī)律不在江河入?？诓辉诮尤牒？诤Ｃ骈_闊、無島礁海面開闊、無島礁海底平坦，水深在海底平坦，水深在10m10m以上以上4.1 三、四高程控制測量三、四高程控制測量（一）

2、綜述（一）綜述l“19561956年黃海高程系統(tǒng)年黃海高程系統(tǒng)” ：青島驗潮站1950年至1956年7年潮汐資料。不足：所采用的驗潮資料時間較短不到潮汐變化的一個周期（一個周期一般為18.61年），驗潮資料中含有粗差。l“19851985國家高程基準國家高程基準”青島驗潮站19521979年19年間的驗潮資料。為什么對于一個國家來說，只能根據(jù)一個驗潮站所為什么對于一個國家來說，只能根據(jù)一個驗潮站所求得的平均海水面作為全國高程基準面？求得的平均海水面作為全國高程基準面？l國家高程系統(tǒng)采用國家高程系統(tǒng)，現(xiàn)采用國家高程系統(tǒng)采用國家高程系統(tǒng)，現(xiàn)采用“1985國國家高程基準家高程基準”。水準原點水準原點

3、 為長期、牢固，作為傳遞高程的起算點。 用精密水準測量方法將它與驗潮站的水準標尺進行聯(lián)測，以此高程作為全國各地推算高程的依據(jù)。 “1985國家高程基準”系統(tǒng)，水準原點的高程為水準原點的高程為72.2604m72.2604m。 “1985國家高程基準” 從1988年1月1日開始啟用。l高程控制測量按用途分為：國家高程控制測量、城市高程控制測量按用途分為：國家高程控制測量、城市高程控制測量、工程高程控制測量。高程控制測量、工程高程控制測量。 國家高程控制測量按精度分為國家一、二、三、四等國家高程控制測量按精度分為國家一、二、三、四等。國家一、二等水準網(wǎng)是國家高程控制的骨干和全面基礎(chǔ)控制網(wǎng)，其水準測

4、量工作稱為精密水準測量。三、四等水準直接為測制地形圖和各項工程建設(shè)用。高程控制測量分類和等級高程控制測量分類和等級 城市高程控制測量分為二、三、四等和圖根水準城市高程控制測量分為二、三、四等和圖根水準測量。測量。 工程高程控制測量分為二、三、四、五等以及圖根工程高程控制測量分為二、三、四、五等以及圖根水準測量。水準測量。地形測量中，最基本的高程控制測量是四等水準測地形測量中，最基本的高程控制測量是四等水準測量和等外水準測量。量和等外水準測量。l高程控制測量主要采用水準測量和光電測距三角高高程控制測量主要采用水準測量和光電測距三角高程測量方法。程測量方法。l 光電測距三角高程測量，通過采用對向觀

5、或中間設(shè)光電測距三角高程測量，通過采用對向觀或中間設(shè)站觀測等方法可以代替四等及其以下等級水準測量。站觀測等方法可以代替四等及其以下等級水準測量。附合水準路線 支水準路線閉合水準路線獨立水準網(wǎng)附合水準網(wǎng)（二）三、四等水準測量（二）三、四等水準測量1.水準路線布設(shè)形式水準路線布設(shè)形式（1）基本規(guī)定）基本規(guī)定l 采用尺墊作轉(zhuǎn)點尺承。觀測應(yīng)成像清晰、穩(wěn)定，否則采用尺墊作轉(zhuǎn)點尺承。觀測應(yīng)成像清晰、穩(wěn)定，否則應(yīng)縮短視線長度；應(yīng)縮短視線長度；l 三等水準測量一測站觀測順序為：后前前后；三等水準測量一測站觀測順序為：后前前后；l 四等水準測量一測站觀測順序為：后四等水準測量一測站觀測順序為：后-后后-前前-前

6、。前。2.三、四水準測量觀測三、四水準測量觀測l 三等水準測量采用中絲讀數(shù)法進行往返測。當使用有三等水準測量采用中絲讀數(shù)法進行往返測。當使用有光學(xué)測微器的水準儀和線條式因瓦水準標尺觀測時，光學(xué)測微器的水準儀和線條式因瓦水準標尺觀測時，也可進行單程雙轉(zhuǎn)點觀測；也可進行單程雙轉(zhuǎn)點觀測；l 四等水準測量采用中絲讀數(shù)法觀測。當水準路線為附四等水準測量采用中絲讀數(shù)法觀測。當水準路線為附合路線或閉合路線時進行單程觀測，支線必須往返測合路線或閉合路線時進行單程觀測，支線必須往返測或單程雙轉(zhuǎn)點觀測；或單程雙轉(zhuǎn)點觀測；1. 水準面不平行性水準面不平行性 重力位能重力位能:隨著位置和重力加速度大小而變化的位能.g

7、hW g為重力加速度；h為單位質(zhì)點所處的高度。 BBAAhghgW 取地球上取上、下兩相鄰水準取地球上取上、下兩相鄰水準面，它們的位能不等，下面小，設(shè)面，它們的位能不等，下面小，設(shè)為為W；上面大，則為；上面大，則為W+W，由于，由于它們都是等位面，因此在它們都是等位面，因此在A、B兩點：兩點：4.2 二等水準測量二等水準測量（一）正常水準面不平行性及高程系統(tǒng)（一）正常水準面不平行性及高程系統(tǒng)在同一水準面上的不同點重力加速度在同一水準面上的不同點重力加速度g值是不同值是不同的的，hA與hB必定不相等，也就是說，水準面不是相互平行的，這是水準面的一個重要特性，稱為水準水準面不平行性面不平行性。重力

8、加速度值g是隨緯度的不同而變化的，在緯度較低的赤道處有較小的值，而在兩極處值較大，因此，水準面是相互不平行的、且為向兩極收斂的、接近橢圓形的曲面。ABgg水準面的不平行性對觀測高差有何影響呢?BBAAhghgWONBBhH測 即使水準測量完全沒有誤差，這個水準環(huán)形路線的閉合差也即使水準測量完全沒有誤差，這個水準環(huán)形路線的閉合差也不為零。在閉合環(huán)形水準路線中，由于水準面不平行所產(chǎn)生的不為零。在閉合環(huán)形水準路線中，由于水準面不平行所產(chǎn)生的閉合差稱為理論閉合差。閉合差稱為理論閉合差。OABBhH測 水準面的不平行性，對水準測量的影響有水準面的不平行性，對水準測量的影響有: :(1)(1)用水準測量測

9、得兩點間的高差隨路線不同而有差異用水準測量測得兩點間的高差隨路線不同而有差異(2)(2)閉合環(huán)形路線閉合差不等于零，稱為理論閉合差。閉合環(huán)形路線閉合差不等于零，稱為理論閉合差。因為水準面的不平行性因為水準面的不平行性,所以有所以有:OABONBhhBBHH測測（1）正高高程系統(tǒng)）正高高程系統(tǒng)以大地水準面為高程基準面，地面上任一點的正高高程（簡稱正高），即該點沿垂線方向至大地水準面的距離。 在大地測量中定義下面三種高程系統(tǒng)：在大地測量中定義下面三種高程系統(tǒng)： 正高，正常高，力高高程系正高，正常高，力高高程系。 2.三三 種高程系統(tǒng)種高程系統(tǒng)00BBWWgdh01BBBBCmHdHgdhg正則：則

10、：B點的正高為：點的正高為：式中：式中： 為鉛垂線為鉛垂線BC上上的平均重力的平均重力加速度值加速度值。BmgBCdHdhW = WBW = W0O大地水準面大地水準面A點點水準面水準面ABBCBCHHdH正0001BCBBCBBCBBBBBCCBWWg dHWWWWgdhg dHdHgdhg過過B點的水準面與點的水準面與大地水準面之間的大地水準面之間的位能差位能差位差唯一：位差唯一： 某點正高不隨水準測量路線的不同而有差異。某點正高不隨水準測量路線的不同而有差異。 正高高程是唯一確定的數(shù)值可以用來表示地面的高程。正高高程是唯一確定的數(shù)值可以用來表示地面的高程。 但地面一點的正高高程不能精確求

11、得。但地面一點的正高高程不能精確求得。01BBBBCmHdHgdhg正（2）正常高高程系統(tǒng)）正常高高程系統(tǒng)將正高系統(tǒng)中不能精確測定的用正常重力代替，得到的一種高程系統(tǒng)，稱為正常高正常高。BmgBm正常高可以精確求得，其數(shù)值也不隨水準路線而異，是惟一確定的。我國規(guī)定采用正常高高程系統(tǒng)作為我國高程的統(tǒng)一系統(tǒng)。 01BBBmHgdh正常高00.30862BBBmH00.3086H地面高度地面高度H處的點的正處的點的正常重力計算：常重力計算：水準橢球面上的水準橢球面上的正常重力值。正常重力值。 正常高與正高不同，它不是地面點到大地水準面的距正常高與正高不同，它不是地面點到大地水準面的距離，而是地面點到

12、一個與大地水準面極為接近的基準離，而是地面點到一個與大地水準面極為接近的基準面的距離，這個基準面就稱為面的距離，這個基準面就稱為似大地水準面似大地水準面。 似大地水準面是由地面沿垂線向下量取正常高所得的似大地水準面是由地面沿垂線向下量取正常高所得的點形成的連續(xù)曲面，它不是水準面，只是用以計算的點形成的連續(xù)曲面，它不是水準面，只是用以計算的輔助面。輔助面。 正常高就是以似大地水準面為基準面，以鉛垂線為基正常高就是以似大地水準面為基準面，以鉛垂線為基準線的高程系統(tǒng)準線的高程系統(tǒng).對任意一點正常高和正高的差值對任意一點正常高和正高的差值mmmgHHHg正常常01BBBmHgdhg正01BBBmHgd

13、h正常高045011AAAAHgdhHgdh力區(qū)力0011BBBBBBmmHgdhHgdhg正正常高，對同一重力水準面的兩點而言，它們的位能相等，但沿對同一重力水準面的兩點而言，它們的位能相等，但沿鉛垂線到兩點的平均重力加速度和平均重力值不等，所鉛垂線到兩點的平均重力加速度和平均重力值不等，所以在同一重力水準面上兩點的正高或正常高是不相等的。以在同一重力水準面上兩點的正高或正常高是不相等的。 一點的力高就是水準面一點的力高就是水準面在緯度在緯度45處的正常高處的正常高 一點的地區(qū)力高就是水準一點的地區(qū)力高就是水準面在該測區(qū)平均緯度處的正面在該測區(qū)平均緯度處的正常高常高力高保證了力高保證了 同一

14、水準面上的各點高程都相同同一水準面上的各點高程都相同（3）力高和地區(qū)力高系統(tǒng)）力高和地區(qū)力高系統(tǒng)大地高高程系統(tǒng)大地高高程系統(tǒng)大地高：地面上某點沿法線到參考橢求面的距離。大地高：地面上某點沿法線到參考橢求面的距離。大地高高程系統(tǒng)：以橢求面為基準面，以法線為基準線大地高高程系統(tǒng)：以橢求面為基準面，以法線為基準線的高程系統(tǒng)。的高程系統(tǒng)。參考橢求面與大地水準面的差距就稱為大地水準面差距。參考橢求面與大地水準面的差距就稱為大地水準面差距。參考橢求面與似大地水準面的差距就稱為高程異常。參考橢求面與似大地水準面的差距就稱為高程異常。（二）精密水準測量的主要誤差來源及其影響（二）精密水準測量的主要誤差來源及其

15、影響3 觀測誤差觀測誤差 （在精密水準測量中影響很小，不到（在精密水準測量中影響很小，不到0.1mm）水準儀的影響磁場對補償式自動安平響電磁場對水準測量的影垂直位移的影響尺臺或尺墊儀器和水準標尺大氣垂直折光的影響角的影響溫度變化對)(i2外界因素外界因素i角視準軸與水準軸不平行的影響角水準標尺每米長度的誤差兩水準標尺零點差的影響（水準標尺長度誤差影響）1儀器誤差儀器誤差1.視準軸與水準軸不平行的誤差影響視準軸與水準軸不平行的誤差影響（1）i角的誤差影響角的誤差影響 由于檢校殘差，水準氣泡居中時，視準軸不能保持水平，使水準標尺上的讀數(shù)產(chǎn)生誤差，并且與視距成正比。 1)(前后ssis對一測站高差的

16、影響：對一測站高差的影響： 1)(前后ssis對一測段高差的影響：對一測段高差的影響： 設(shè)i=15，要求s 對高差的影響小到可以忽略不計的程度，如s =0.lmm，那么前后視距之差的容許值為二等水準測量規(guī)范：每站前后視距差1m；每測段前后視累計視距差 3m。misss4 . 1)( 前后 可見，在i角保持不變的情況下，一個測站上的前后視距相等或一個測段的前后視距總和相等，則在觀測高差中由于i角的誤差影響可以得到消除。1()=0.1si ssmm后前（2） 角誤差的影響角誤差的影響 當儀器不存在i角，則在儀器的豎軸嚴格鉛垂豎軸嚴格鉛垂時，交叉誤差并不影響在水準標尺上的讀數(shù)，因為儀器在水平方向轉(zhuǎn)動

17、時，視準軸與水準軸在垂直面上在水平方向轉(zhuǎn)動時，視準軸與水準軸在垂直面上的投影仍保持互相平行，的投影仍保持互相平行，因此對水準測量并無不利影響。 當儀器的豎軸傾斜豎軸傾斜時，如與視準軸正交的方向傾斜一個角度，那么這時視準軸雖然仍在水平位置，但水準軸兩端卻產(chǎn)生傾斜，從而水準氣泡偏離居中位置;（2） 角誤差的影響角誤差的影響 儀器在水平方向轉(zhuǎn)動時，水準氣泡將移動，當重新調(diào)整水準氣泡居中進行觀測時，視準軸就會偏離水平位置而傾斜，顯然它將影響在水準標尺上的讀數(shù)。 為了減少這種誤差對水準測量成果的影響，應(yīng)對水準儀上的圓水準器進行檢驗與校正和對交叉誤差 進行檢驗與校正。（3）溫度變化對）溫度變化對i角的影響

18、角的影響 儀器受熱的部位不同，對i角的影響也顯著不同：u當太陽射向物鏡和目鏡端影響最大；u旁射水準管一側(cè)時，影響較?。籾旁射與水準管相對的另一側(cè)時，影響最小。實驗表明，當儀器周圍的溫度均勻地每變化1C時，i角將平均變化約為0.5，有時竟可達到12 。p i角受溫度變化的影響很復(fù)雜，對高差的影響是難以角受溫度變化的影響很復(fù)雜，對高差的影響是難以用改變觀測程序的辦法來完全消除；而且在往返測用改變觀測程序的辦法來完全消除；而且在往返測不符值中也不能完全被發(fā)現(xiàn)，這就使高差中數(shù)不符值中也不能完全被發(fā)現(xiàn)，這就使高差中數(shù)受到受到系統(tǒng)性的誤差影響；系統(tǒng)性的誤差影響；p 減弱這種誤差影響最有效的辦法是減少儀器受

19、輻射減弱這種誤差影響最有效的辦法是減少儀器受輻射熱的影響，以減小熱的影響，以減小i角的復(fù)雜變化。同時，在觀測開角的復(fù)雜變化。同時，在觀測開始前應(yīng)將儀器預(yù)先從箱中取出，使儀器充分地與周始前應(yīng)將儀器預(yù)先從箱中取出，使儀器充分地與周圍空氣溫度一致。圍空氣溫度一致。p 若在觀測的較短時間段內(nèi)，i角受溫度的影響，與時間成比例地均勻變化，則可以采取改變觀測程序的方法在一定程度上在一定程度上來消除或削弱這種誤差對觀測高差的影響。奇數(shù)站：后（基）奇數(shù)站：后（基）-前（基）前（基）-前（輔）前（輔）-后（輔）后（輔）偶數(shù)站：前（基）偶數(shù)站：前（基）-后（基）后（基）-后（輔）后（輔）-前（輔）前（輔） 將測段的

20、測站數(shù)安排成將測段的測站數(shù)安排成偶數(shù)站偶數(shù)站，對于削減由于角變化對，對于削減由于角變化對觀測高差的誤差影響也是必要的。觀測高差的誤差影響也是必要的。 由于由于i角的變化不完全按照與時間成比例地均勻變化，相角的變化不完全按照與時間成比例地均勻變化，相鄰奇偶測站的視距也不一定相等，所以按上述程序進行觀測，鄰奇偶測站的視距也不一定相等，所以按上述程序進行觀測，只能說基本上消除由于只能說基本上消除由于i角變化的誤差影響。角變化的誤差影響。2.水準標尺長度誤差的影響水準標尺長度誤差的影響（1）水準標尺每米長度誤差的影響）水準標尺每米長度誤差的影響在精密水準測量作業(yè)中必須使用經(jīng)過檢驗的水準標尺。設(shè)f為水準

21、標尺每米間隔平均真長誤差，則對一個測站的觀測高差h應(yīng)加的改正數(shù)為 hff對于一個測段來說，應(yīng)加的改正數(shù)為 hff式中 為一個測段各測站觀測高差之和。h（2）兩水準標尺零點不等差的影響）兩水準標尺零點不等差的影響bababbaah)()()(111112測站測站ababaabbh)()()(222223 在兩相鄰測站的觀測高差之和中抵消了誤差的影響，在兩相鄰測站的觀測高差之和中抵消了誤差的影響，故在實際水準測量作業(yè)中各測段的測站數(shù)應(yīng)安排成偶數(shù)，故在實際水準測量作業(yè)中各測段的測站數(shù)應(yīng)安排成偶數(shù)，且在相鄰測站上使兩水準標尺輪流作為前視尺和后視尺。且在相鄰測站上使兩水準標尺輪流作為前視尺和后視尺。3.

22、儀器和水準標尺（尺臺或尺樁）垂直位移的影響儀器和水準標尺（尺臺或尺樁）垂直位移的影響（1）儀器下沉）儀器下沉 儀器和水準標尺在垂直方向位移所產(chǎn)生的誤差，是精密水準測量系統(tǒng)誤差的重要來源。 “后前前后后前前后”的觀測程序所測得的基輔高差取平均值，可較好地消除儀器的腳架隨儀器的腳架隨時間而逐漸下沉?xí)r間而逐漸下沉的誤差影響。1111) 11(111dhdbadbah基面測得的高差：基面測得的高差：22( 221)( 21)2222hadddbddabdhd輔面測得的高差：輔面測得的高差：122122hhddh基輔高差的平均值：基輔高差的平均值： 進行往返測，高差取進行往返測，高差取“往返測高差的平均

23、值往返測高差的平均值”，水準標尺（尺臺或尺樁）下沉的誤差影響可大大減少。所以水準測量一般都要求進行往返測。往返測盡可能路線相往返測盡可能路線相同。同。（2）水準標尺（尺臺或尺樁）下沉）水準標尺（尺臺或尺樁）下沉 水準標尺（尺臺或尺樁）的垂直位移，主要是發(fā)生在遷站的過程中，由原來的前視尺轉(zhuǎn)為后視尺而產(chǎn)生下沉，原來的前視尺轉(zhuǎn)為后視尺而產(chǎn)生下沉，于是總使后視讀數(shù)偏大于是總使后視讀數(shù)偏大，使各測站的觀測高差都偏大，成為系統(tǒng)性的誤差影響。在實際作業(yè)中，我們要盡量設(shè)法減少水準標尺的垂盡量設(shè)法減少水準標尺的垂直位移直位移，如立尺點要選在中等堅實的土壤上；水準標尺立于尺臺后至少要半分鐘后才進行觀測，這樣可以減

24、少其垂直位移量，從而減少其誤差影響。有時儀器腳架和尺臺（或尺樁）也會發(fā)生上升現(xiàn)象發(fā)生上升現(xiàn)象，就是當我們用力將腳架或尺臺壓入地下之后，在我們不再用力的情況下，土壤的反作用有時會使腳架或尺臺逐漸上升，如果水準測量路線沿著土壤性質(zhì)相同的路線敷設(shè)，而每次都有這種上升的現(xiàn)象發(fā)生，結(jié)果會產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響，根據(jù)研究，這種誤差可以達到相當大的數(shù)值。4.大氣垂直折光的影響大氣垂直折光的影響p 在地勢較為平坦的地區(qū)進行水準測量時，前后視距相等，視線彎曲的程度也相同，因此，在觀測高差中就可以消除這種誤差影響。p 越接近地面的大氣層，密度的梯度越大。若前后視線離地面的高度不同，則前后視線在垂直面內(nèi)的彎曲程度也

25、不同，折光影響也就不同。 如通過一個較長的坡度時。p 為了減弱垂直折光對觀測高差的影響，應(yīng)使前后視使前后視距盡量相等，并使視線離地面有足夠的高度，在坡距盡量相等，并使視線離地面有足夠的高度，在坡度較大的水準路線上進行作業(yè)時應(yīng)適當縮短視距。度較大的水準路線上進行作業(yè)時應(yīng)適當縮短視距。 p在日出后半小時左右和日落前半小時左右這兩段時間內(nèi)，由于地表面的吸熱和散熱，使近地面的大氣密度和折光差變化迅速而無規(guī)律，故不宜進行觀測；p在中午一段時間內(nèi)，由于太陽強烈照射，使空氣對流劇烈，致使目標成像不穩(wěn)定也不宜進行觀測。p為了減弱垂直折光對觀測高差的影響，水準規(guī)范還規(guī)定每一測段的往測和返測應(yīng)分別在上午或下每一測

26、段的往測和返測應(yīng)分別在上午或下午午，這樣在往返測觀測高差的平均值中可以減弱垂直折光的影響。 總之：削弱方法：總之：削弱方法：使前后視距相等；使前后視距相等；使視線離地面具有足夠的高度，在坡度較大的水準路線使視線離地面具有足夠的高度，在坡度較大的水準路線上進行作業(yè)時應(yīng)適當縮短視距。上進行作業(yè)時應(yīng)適當縮短視距。 避免在日出后半小時、日落前半小時和正午進行觀測。避免在日出后半小時、日落前半小時和正午進行觀測。每一測段的往測和返測應(yīng)分別在上午或下午進行。每一測段的往測和返測應(yīng)分別在上午或下午進行。5.電磁場、地磁場對水準測量的影響電磁場、地磁場對水準測量的影響 輸電線經(jīng)過的地帶所產(chǎn)生的電磁場，對光線，

27、其中包括對水準測量視準線位置的正確性有系統(tǒng)性的影響，并與電流強度有關(guān)； 輸電線所形成的電磁場對平行于電磁場和正交于電磁場的視準線將有不同影響 。辦法：辦法：在布設(shè)與輸電線平行的水準路線時，必須使在布設(shè)與輸電線平行的水準路線時，必須使水準線路離輸電線水準線路離輸電線50m以外；如果水準線路與輸電線以外；如果水準線路與輸電線相交，則其交角應(yīng)為直角，并且應(yīng)將水準儀嚴格地安相交，則其交角應(yīng)為直角，并且應(yīng)將水準儀嚴格地安置在輸電線的下方，標尺點與輸電線成對稱布置，這置在輸電線的下方，標尺點與輸電線成對稱布置，這樣，照準后視和前視水準標尺的視準線直線性的變形樣，照準后視和前視水準標尺的視準線直線性的變形可

28、以互相抵消?？梢曰ハ嗟窒?（1）電磁場對水準測量的影響）電磁場對水準測量的影響自動安平水準儀的補償器受到地磁場的影響，會在磁場中產(chǎn)生嚴重偏轉(zhuǎn)，以致使視準線產(chǎn)生系統(tǒng)性變化，而對水準測量的觀側(cè)成果產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)的磁性感應(yīng)誤差的影響。這種系統(tǒng)性誤差的影響與距離成正比地降這種系統(tǒng)性誤差的影響與距離成正比地降低水準測量的傳遞精度。低水準測量的傳遞精度。誤差的基本特征是與水準測量路線的方向有關(guān)：誤差的基本特征是與水準測量路線的方向有關(guān)：l 在南北方向進行水準測量時表現(xiàn)出明顯的系統(tǒng)誤差。每公里可達0. 7一1. 4mm。l 對于東西方向水準測量路線，表現(xiàn)突出的是偶然誤差，而沒有發(fā)現(xiàn)明顯的系統(tǒng)誤差的影響，可以

29、認為觀測成果沒有這種誤差的影響，或者影響極為微弱。這種來源于地磁場影響的磁感誤差，隨地球表面各地磁場的方向和強度不同而異，而且還受到隨時間發(fā)生變化的各種因素的影響，因此這種誤差影響是十分復(fù)雜的。（2）磁場對補償式自動安平水準儀的影響）磁場對補償式自動安平水準儀的影響辦法：改進儀器構(gòu)造，在補償器上加裝磁屏蔽，或提供非磁性的補償式自動安平水準儀。一些國家試驗的資料表明，非磁性自動安平水準儀并不比通常的補償式自動安平水準儀有所改善，因此抗磁性補償器并不能令人滿意。進行精密工程水準測量時，在存在強的電磁場情況下，以使用精密水準器水準儀。如使用Ni 004精密水準儀。磁致誤差與補償器水準儀的材料、擺的質(zhì)

30、量和磁致誤差與補償器水準儀的材料、擺的質(zhì)量和擺長等因素有關(guān)。克服磁致誤差影響較為有效的擺長等因素有關(guān)?？朔胖抡`差影響較為有效的措施是措施是改進補償器的結(jié)構(gòu)和選用新型非磁性材料改進補償器的結(jié)構(gòu)和選用新型非磁性材料。6.觀測誤差的影響觀測誤差的影響l水準器氣泡居中的誤差l照準水準標尺上分劃的誤差l讀數(shù)誤差 由于精密水準儀有傾斜螺旋和符合水準器，并有光學(xué)測微器裝置，可以提高讀數(shù)精度，同時用楔形絲照準水準標尺上的分劃線，這樣可以減小照準誤差，因此，這些誤差影響都可以有效地控制在很小的范圍內(nèi)。實驗結(jié)果分析表明，這些誤差在每測站上由基輔分劃所得觀測高差的平均值中的影響還不到0.lmm。1.精密水準測量作

31、業(yè)的一般規(guī)定精密水準測量作業(yè)的一般規(guī)定1）觀測前30分鐘，應(yīng)將儀器置于露天陰影處，使使儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時應(yīng)用測傘遮儀器與外界氣溫趨于一致；觀測時應(yīng)用測傘遮蔽陽光；遷站時應(yīng)罩以儀器罩。蔽陽光；遷站時應(yīng)罩以儀器罩。2）儀器距前、后視水準標尺的距離應(yīng)盡量相等，儀器距前、后視水準標尺的距離應(yīng)盡量相等，其差應(yīng)小于規(guī)定的限值。其差應(yīng)小于規(guī)定的限值。二等水準測量中，前、后視距差應(yīng)小于1.0m，前、后視距累積差應(yīng)小于3m。 可以消除或削弱與距離有關(guān)的各種誤差對觀測高差的影響，如角誤差和垂直折光等影響。（三）精密水準測量的實施（三）精密水準測量的實施3）對氣泡式水準儀，觀測前應(yīng)測出傾斜螺旋的置平零點

32、，并作標記，隨著氣溫變化，應(yīng)隨時調(diào)整置平零點的位置。對于自動安平水準儀的圓水準器，須嚴自動安平水準儀的圓水準器，須嚴格置平。格置平。4）同一測站上觀測時，不得兩次調(diào)焦同一測站上觀測時，不得兩次調(diào)焦；轉(zhuǎn)動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進旋進，以避免傾斜螺旋和測微器隙動差對觀測成果的影響。5）在兩相鄰測站上，應(yīng)按奇、偶數(shù)測站的觀測程序進行觀測，對于往測奇數(shù)測站按往測奇數(shù)測站按“后前前后后前前后”、偶數(shù)、偶數(shù)測站按測站按“前后后前前后后前”的觀測程序在相鄰測站上交替的觀測程序在相鄰測站上交替進行進行。返測時，奇數(shù)測站與偶數(shù)測站的觀測程序與往測時相反。這樣的觀測程序可以消除或減弱與時

33、間成比例均勻變化的誤差對觀測高差的影響，如角的變化和儀器的垂直位移等影響。6）在連續(xù)各測站上安置水準儀時，應(yīng)使其中兩腳螺旋與水準路線方向平行，而第三腳螺旋輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。7）每一測段的往測與返測，測站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)，削減兩水準標尺零點不等差等誤差對觀測高差的影響。由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩水準標尺應(yīng)互換位置，并應(yīng)重新整置儀器。8）每一測段的水準測量路線應(yīng)進行往測和返測，可以消除或減弱性質(zhì)相同、正負號也相同的誤差影響。9）一個測段的水準測量路線的往測和返測應(yīng)在不同的氣象條件下進行。如分別在上午和下午觀測。10）使用補償式自動安平水準儀，觀測前對圓水準器應(yīng)嚴格檢驗與校正，觀測時應(yīng)嚴格使圓水準

34、器氣泡居中。11）水準測量的觀測工作間歇時，最好能結(jié)束在固定的水準點上，否則，應(yīng)選擇兩個堅穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置水準標尺的固定點，作為間歇點間歇點加以標記。間歇后，應(yīng)檢測兩間歇點的高差，如符合限差要求（二等水準測量檢測間歇點高差之差應(yīng)1.0mm），就可以從間歇點起測。若僅能選定一個固定點作為間歇點，則在間歇后應(yīng)仔細檢視，確認沒有發(fā)生任何位移，方可由間歇點起測。2.精密水準測量精密水準測量測站觀測測站觀測程序程序 往測往測，奇數(shù)測站： 后視標尺的基本分劃； 前視標尺的基本分劃； 前視標尺的輔助分劃； 后視標尺的輔助分劃； 往測，偶數(shù)測站： 前視標尺的基本分劃； 后視標尺的基本分劃； 后視標尺

35、的輔助分劃； 前視標尺的輔助分劃。 返測返測，奇、偶數(shù)奇、偶數(shù)測站照準標尺的順序分別與往測偶、偶、奇數(shù)奇數(shù)測站相同相同。 3.技術(shù)指標技術(shù)指標各等級水準測量限差規(guī)定如下表(GB12897-91) ：項目等級附合路線總長(km)儀器類型水準尺視線長度（m）前后視距差（m）任一測站上前后視距累計差(m)視線下絲高度(m)上下絲均值與中絲讀數(shù)之差(mm)基輔（紅黑）分劃讀數(shù)差（mm）基輔（紅黑）分劃所得高差之差（mm）檢查間隙點高差之差（mm）0.5cm刻劃1cm刻劃一一S05S1因瓦301.53.0二二S05S1因瓦501.03.00.40.6

36、1.0三三50S1S3因瓦雙面75360.323四四16S3雙面1005100.235l 當一、二等水準路線跨越江河、峽谷、湖泊、洼地等障礙物的視線長度在100m以內(nèi)時，可用一般觀測方法進行施測，但在測站上應(yīng)變換一次儀器高度，觀測兩次的高差之差應(yīng)不超過1. 5mm，取用兩次觀測的中數(shù)。l 若視線長度超過l00m時，則應(yīng)根據(jù)視線長度和儀器設(shè)備等情況，選用特殊的方法進行觀測。 （四）跨河精密水準測量（四）跨河精密水準測量1.跨河水準測量的特點跨河水準測量的特點1）跨越障礙物的視線較長，使觀測時前后視線不能相等，儀器i角誤差的影響隨著視線長度的增長而增大，致使由短視線后視減長視線前視讀數(shù)所得高差中包

37、含有較大的i角誤差影響;2）跨越障礙的視線加長，使大氣垂直折光的影響增大，這種影響隨著地面覆蓋物、水面情況和視線離水面的高度等因素的不同而不同，同時還隨空氣溫度的變化而變化，因而也就隨著時間而變化;3）視線長度的增大，水準標尺上的分劃，在望遠鏡中觀察就顯得非常細小，甚至無法辨認，因而也就難以精確照準水準標尺分劃和無法讀數(shù)。2.跨越場地的布設(shè)跨越場地的布設(shè)（1）布設(shè)形式一）布設(shè)形式一在河的兩岸選定立尺點b1,b2和測站I1、I2，同時I1、I2又是立尺點，且b1I1=b2I2。儀器先在I1處后視b1，在尺上讀數(shù)為B1，前視I2 標尺上讀數(shù)為A1。設(shè)水準儀i角誤差對B1的影響為1，對A1的誤差影響

38、為2，則由I1站所得觀測結(jié)果為：在I2處設(shè)站，在I2的標尺遷至I1，在b1的標尺遷至b2。在I2測得后尺B2，i角的影響為2;前尺讀數(shù)為A2，i角的影響為1。則由I2站所得觀測結(jié)果： 取11 ,I2測站所得高差的平均值：儀器i角誤差對水準標尺上讀數(shù)的影響，在平均高差中得到抵消。 l 儀器在I1站觀測為上半測回觀測，在I2站觀測為下半測回觀測，由此構(gòu)成一個測回的觀測。測回數(shù)、跨河視線長度、測量等級在水準規(guī)范中有明確規(guī)定。l 跨河水準測量的全部觀測測回數(shù)，應(yīng)分別在上午和下午觀測各占一半?；蚍謩e在白天和晚間觀測。測回間應(yīng)間歇30min，再開始下一測回的觀測。l 為了保證跨越兩岸的視線I1 I2在相對

39、方向上具有相同的折光影響，對I1和I2的點位選擇，應(yīng)特別注意。 當跨越的視距較短當跨越的視距較短(小于小于500m) ,渡河比較方便，可以在渡河比較方便，可以在較短時間內(nèi)完成觀測工作時，這種布點方式才是可行的。較短時間內(nèi)完成觀測工作時，這種布點方式才是可行的。（2）布設(shè)形式二、三：）布設(shè)形式二、三： 為了更好地消除儀器i角的誤差影響和折光影響，最好用兩架同型號的儀器在兩岸同時進行觀測，如下圖： 立尺點b1、 b2和儀器觀測站I1 , I2布置成下圖所示的兩種形式。盡量使b1I1= B2i2,b1I2=I2b1. （3）場地布設(shè)要求）場地布設(shè)要求1）為了盡可能使往返跨越障礙物的視線受著相同的折光

40、影響,要盡量選擇在兩岸地形相似、高度相差不大而跨越距離較短的地點;2）草叢、沙灘、蘆葦?shù)仁苋展庹丈浜?，上面空氣層中的溫度分布情況變化很快，產(chǎn)生的折光影響很復(fù)雜，所以要力求避免通過它們的上方;3）兩岸測站至水面的一段河灘，距離應(yīng)相等，并應(yīng)大于2m;4）立尺點應(yīng)打帶有帽釘?shù)哪緲?，以利于立尺?）兩岸儀器視線離水面的高度應(yīng)相等，當跨河視線長度小于300m時，視線離水面高度應(yīng)不低于2m；大于300m時，應(yīng)不低于 ；若水位受潮汐影響時，應(yīng)按最高水位計算；當視線高度不能滿足要求時，須埋設(shè)牢固的標尺樁，并建造穩(wěn)固的觀測臺或標架。2.、觀測方法、觀測方法（1）光學(xué)測微法）光學(xué)測微法跨越障礙的距離在500m以內(nèi)

41、，預(yù)先制作有加粗標志線的特制覘板，將水準尺上的分劃線放大。標志線的寬度取跨越障礙距離的1 /25 000，長度約為寬度的5倍。硯板中央開矩形小窗口，中央一條水平的指標線，指標線與標志線的上、緣等距。覘板可沿水準標尺尺面上下滑動，并能用螺旋將規(guī)板固定在水準標尺上的任一位置。 1)覘板制作覘板制作 2) 觀測方法觀測方法1、觀測本岸近標尺。連照基本分劃兩次，用測微器讀數(shù)。2、觀測對岸標尺：(1)測微器讀數(shù)中央位置,對準水準標尺，符合水準氣泡精密符合；(2) 指揮對岸將覘板沿水準標尺上下移動，直至覘板上的矩形標志線被望遠鏡中的楔形絲平分夾住為止. (這時覘板指標線在水準尺上的讀數(shù)，就是水平視線在對岸

42、水準標尺上的讀數(shù))。(3) 再移動覘板，使覘板指標線精確對準水準標尺上最鄰近的一條分劃線。讀取水準標尺上分劃線的注記讀數(shù)并用光學(xué)測微器測定覘標指標線的平移量，則得到對岸水準標尺上的精確讀數(shù)。(4) 一般規(guī)定要多次用光學(xué)測微器使楔形絲照準覘板的矩形標志線，按多次測定結(jié)果的平均數(shù)作為覘板指標線的平移量。1.水準標尺每米長度誤差水準標尺每米長度誤差的改正數(shù)計算的改正數(shù)計算（五）觀測高差的各項改正數(shù)的計算（五）觀測高差的各項改正數(shù)的計算f (mm/m) =平均每米真長平均每米真長-1ml取一對水準標尺的檢定成果的中數(shù),作為一對水準標尺平均每米真長。l一對水準標尺的平均每米真長與名義長度lm之差稱為平平

43、均米真長偏差均米真長偏差，以f表示 一對精密水準標尺的平均米真長偏差大于0. 1 mm，就不能用于作業(yè)。偏差大于0. 02 mm，則應(yīng)對水準測量的觀測高差施加每米真長改正.改正后的高差h， h=h+ =h+fh規(guī)定，當一對水準標尺每米長度的平均誤差 大于0.02mm時，就要對觀測高差進行改正，對于一個測段的改正 f由于往返測觀測高差的符號相反，所以往返測觀測高往返測觀測高差的改正數(shù)也將有不同的正負號差的改正數(shù)也將有不同的正負號。 設(shè)有一對水準標尺經(jīng)檢定得，一米間隔的平均真長為999.96mm，則=（999.96-1000）= -0.04mm。測段往返測高差m345.20h則該測段往返測高差的改

44、正數(shù)為 (mm)81. 0)345.20(04. 0fhff2.正常水準面不平行和重力異常的改正數(shù)計算正常水準面不平行和重力異常的改正數(shù)計算 1）正常水準面不平行和重力異常改正）正常水準面不平行和重力異常改正01BBBmHgdh正常高00.3086H00.30862BBBmHABABdhHH常常000011()()11 ()()BBAABBABAOOAmmBABAOOmmHHdhdhdhgdhgdh正常高正常高第一項為主項，是第一項為主項，是水準測量測得的高差水準測量測得的高差;第二項中的水準路線上各點的重力值，因緯度而異，所以此項第二項中的水準路線上各點的重力值，因緯度而異，所以此項即為即為

45、正常位水準面不平行改正數(shù)正常位水準面不平行改正數(shù)。 （前兩項的和稱概略高程）（前兩項的和稱概略高程）第三項是由正常位水位面與重力等位面不一致引起的，稱為第三項是由正常位水位面與重力等位面不一致引起的，稱為重重力異常改正項力異常改正項。ABABdhHH常常正常位水準面不平行引起的高差改正正常位水準面不平行引起的高差改正)(iiAH或：或：重力異常引起的高差改正重力異常引起的高差改正按水準規(guī)范規(guī)定，各等級水準測量結(jié)果，均須計算正常水準面不平行的改正。正常水準面不平行改正數(shù)按下式計算，即)(iiAH2）正常水準面不平行改正數(shù)計算）正常水準面不平行改正數(shù)計算3）重力異常改正數(shù)計算）重力異常改正數(shù)計算l

46、 高程大于4000m或水準點間的平均高差為150-250m的地區(qū)，一、二等水準路線上每個水準點均應(yīng)測定重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測重力。l 高程在1 500-4 000m或水準點間的平均高差為50-150m的地區(qū)，一等水準路線上重力點間平均距離應(yīng)小于l l km;二等水準路線應(yīng)小于23km。l 在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準路線上每個水準點均應(yīng)測定重力。l 在由青島水準原點至國家大地原點的一等水準路線上，應(yīng)逐點測定重力，以便精確求得大地原點的正常高。l 水準點上重力測量，按加密重力點要求施測。（六）水準測量的精度（六）水準測量的精度水準測量觀

47、測精度高，工作量大，難于多次重復(fù)，一般只進行往返測，也就是以往返測高差平均作為高差的最或是值。當評定這種最或是值的精度時，也只有往返測高差之差可資利用，它反映了水準測量各種誤差共同作用的結(jié)果，具有真誤差的性質(zhì)，它們含有偶然誤差的影響也含有系統(tǒng)誤差的影響。而系統(tǒng)誤差具有累積的特性。但不論用那一種公式都不能正確反映往返測平均高差中系統(tǒng)誤差影響的大小。 一、二等水準路線須以測段往返高差不符值計算每公里水準測量往返高差中數(shù)的偶然中誤差RnnR2121由由n個測段往返測的高差不符值個測段往返測的高差不符值計算計算每公里單程每公里單程高差的偶然中誤差高差的偶然中誤差公式公式 在短距離，如一個測段的往返測高差之差中，偶然誤差肯定得到反映，雖然也不排除有系統(tǒng)誤差的影響，但由于距離短，系統(tǒng)誤差畢竟很小，所以用測段的往返測高差之差來估算偶然中誤差還是可行的。 RnnR2121由由n個測段往返測的高差不符值個測段往返測的高差不符值計算計算每公里單程每公里單程高差的偶然中誤差高差的偶然中誤差公式公式RnM412則每公里往返高