第五章 7高程控制網(wǎng)的建立及三角高程測(cè)量

第五章Ⅶ.高程控制網(wǎng)的建立與三角高程測(cè)量——國(guó)家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則與方案——水準(zhǔn)路線的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)和埋石——水準(zhǔn)路線上的重力測(cè)量——國(guó)家精密水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)——工程高程測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)——三角高程測(cè)量——電磁波測(cè)距三角高程導(dǎo)線上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容一、電磁波測(cè)距概念

電磁波測(cè)距是利用調(diào)制有測(cè)距信號(hào)的電磁波作為載波,進(jìn)行兩點(diǎn)間距離測(cè)量。二、脈沖法測(cè)距原理

脈沖法測(cè)距就是直接測(cè)定儀器所發(fā)射的脈沖信號(hào)往返于被測(cè)距離的傳播時(shí)間而得到距離值的，即測(cè)定發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間差t2D。三、相位法測(cè)距原理

相位法測(cè)距是通過測(cè)量含有測(cè)距信號(hào)的調(diào)制波在測(cè)線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移，間接地測(cè)定電磁波在測(cè)線上往返傳播t2D，進(jìn)而求得距離值。四、整周數(shù)N值解算的一般原理

有可變頻率法和固定頻率法兩種五、全站儀中測(cè)距新技術(shù)使用高頻測(cè)距技術(shù)

·溫控與動(dòng)態(tài)頻率校正技術(shù)無棱鏡測(cè)距技術(shù)·目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)六、測(cè)距的誤差分析和精度表達(dá)式上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容固定誤差

比例誤差固定誤差

測(cè)距的精度表達(dá)式m=a+b×D如：m=±(3mm+2×10-6D)或m=±(3mm+2ppm×D)七、距離觀測(cè)值的改正氣象改正ΔDn

（在精密距離測(cè)量中，測(cè)距的同時(shí)，要使用溫度計(jì)、空盒氣壓計(jì)、通風(fēng)干濕計(jì)來測(cè)定溫度、氣壓、濕度。）儀器加常數(shù)改正ΔDC

（可用六段法測(cè)定儀器的加常數(shù)）儀器乘常數(shù)改正ΔDR

（用比較法可同時(shí)測(cè)定儀器的加常數(shù)和乘常數(shù)）歸心改正波道曲率改正ΔDg

（主要是弧線化為弦長(zhǎng)的改正）周期誤差改正ΔD

（測(cè)距離的尾數(shù)呈現(xiàn)按精測(cè)尺為周期變化的一種誤差）上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容在測(cè)距精度要求較高，且A值大于儀器固定誤差的1/2時(shí)，才加周期誤差改正。第五章Ⅶ.高程控制網(wǎng)的建立與三角高程測(cè)量目的和任務(wù)有兩個(gè)：1)建立全國(guó)統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，為地形測(cè)圖和各項(xiàng)建設(shè)提供必要的高程控制基礎(chǔ)；2)為地殼垂直運(yùn)動(dòng)、平均海面傾斜及其變化和大地水準(zhǔn)面形狀等地球科學(xué)研究提供精確的高程數(shù)據(jù)。一、國(guó)家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則

1.布設(shè)原則：從高級(jí)到低級(jí)、從整體到局部分四個(gè)等級(jí)布設(shè)一等水準(zhǔn)測(cè)量是國(guó)家高程控制網(wǎng)的骨干，同時(shí)也為相關(guān)地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準(zhǔn)測(cè)量是國(guó)家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)；三、四等水準(zhǔn)測(cè)量是直接為地形測(cè)圖和其他工程建設(shè)提供高程控制點(diǎn)。

一、二等水準(zhǔn)測(cè)量為精密水準(zhǔn)測(cè)量

水準(zhǔn)標(biāo)石類型

間距（km）

布設(shè)具體要求一般地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)荒漠地區(qū)基巖水準(zhǔn)標(biāo)石500

只設(shè)于一等水準(zhǔn)路線上，大城市和斷裂帶附近應(yīng)增設(shè)，基巖較深地區(qū)可適當(dāng)放寬，每?。ㄊ?、自治區(qū)）至少兩座。基本水準(zhǔn)標(biāo)石4020-3060設(shè)于一二等水準(zhǔn)路線上及交叉處，大、中城市兩側(cè)及縣城附近。盡量設(shè)置在堅(jiān)固巖層上。普通水準(zhǔn)標(biāo)石4-82-410設(shè)于各等級(jí)水準(zhǔn)路線上，以及山區(qū)水準(zhǔn)路線高程變換點(diǎn)附近，長(zhǎng)度超過300米的遂道，跨河水準(zhǔn)測(cè)量的兩岸標(biāo)尺附近。2.水準(zhǔn)點(diǎn)滿足一定的密度各等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的精度，是用每公里高差中數(shù)的偶然中誤差和每公里高差中數(shù)的全中誤差來表示的。水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)一等二等三等四等MΔ的限值≤±1.0mm≤±3.0mm≤±5.0mmMW的限值≤±1.0mm≤±2.0mm≤±6.0mm≤±10.0mm3.水準(zhǔn)測(cè)量達(dá)到足夠的精度

4.一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測(cè)≤±0.45mm各等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量路線必須自行閉合或閉合于高等級(jí)的水準(zhǔn)路線上，與其構(gòu)成環(huán)形或附合路線，以便控制水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級(jí)的水準(zhǔn)環(huán)中布設(shè)低等級(jí)的水準(zhǔn)路線。一等閉合環(huán)線周長(zhǎng)，在平原和丘陵地區(qū)為1000～

1500km，一般山區(qū)為2000km左右。二等閉合環(huán)線周長(zhǎng)，在平原地區(qū)為500～750km,山區(qū)一般不超過1000km。三、四等水準(zhǔn)用于加密，根據(jù)高等級(jí)水準(zhǔn)環(huán)的大小和實(shí)際需要布設(shè)，其中環(huán)線周長(zhǎng)、附合路線長(zhǎng)度和結(jié)點(diǎn)間路線長(zhǎng)度，三等水準(zhǔn)分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。

二、國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案三、水準(zhǔn)路線的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)和埋石1、技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)是根據(jù)任務(wù)要求和測(cè)區(qū)情況，在小比例尺地圖上，擬定最合理的水準(zhǔn)網(wǎng)或水準(zhǔn)路線的布設(shè)方案。一等水準(zhǔn)路線應(yīng)沿路面坡度平緩、交通不太繁忙的交通路線布設(shè)，二等水準(zhǔn)路線盡量沿公路、大河及河流布設(shè)，沿線交通較為方便。水準(zhǔn)路線應(yīng)避開土質(zhì)松軟的地段和磁場(chǎng)甚強(qiáng)的地段，并應(yīng)盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷等障礙物。2、選點(diǎn)圖上設(shè)計(jì)完成后，須進(jìn)行實(shí)地選線，其目的在于使設(shè)計(jì)方案能符合實(shí)際情況，以確定切實(shí)可行的水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置。選定水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，必須能保證點(diǎn)位地基穩(wěn)定、安全僻靜，并利于標(biāo)石長(zhǎng)期保存與觀測(cè)使用。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能選在路線附近的機(jī)關(guān)、學(xué)校、公園內(nèi)。不宜在易于淹沒和土質(zhì)松軟的地域埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石，也不宜在易受震動(dòng)和地勢(shì)隱蔽而不易觀測(cè)的地方埋石。水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位選定后，應(yīng)填繪點(diǎn)之記，繪制水準(zhǔn)路線圖及結(jié)點(diǎn)接測(cè)圖。3、埋石按用途區(qū)分，水準(zhǔn)標(biāo)石有基巖水準(zhǔn)標(biāo)石、基本水準(zhǔn)標(biāo)石和普通水準(zhǔn)標(biāo)石三種類型。各類水準(zhǔn)標(biāo)石的制作材料和埋設(shè)規(guī)格及其埋設(shè)方法等，在《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》都有具體的規(guī)定和說明。三、水準(zhǔn)路線的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)和埋石（續(xù)）因精密水準(zhǔn)測(cè)量成果需進(jìn)行重力異常改正，故在一、二等水準(zhǔn)路線沿線要進(jìn)行重力測(cè)量。高程大于4000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為150～250m的地區(qū)，一、二等水準(zhǔn)路線上每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測(cè)定重力。高差大于250m的測(cè)段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測(cè)重力。高程在1500～4000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為50～150m的地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上重力點(diǎn)間平均距離應(yīng)小于11km；二等水準(zhǔn)路線上應(yīng)小于23km。在我國(guó)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(zhǔn)路線上每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測(cè)定重力。在由青島水準(zhǔn)原點(diǎn)至國(guó)家大地原點(diǎn)的一等水準(zhǔn)路線上，應(yīng)逐點(diǎn)測(cè)定重力，以便精確求得大地原點(diǎn)的正常高。四、水準(zhǔn)路線上的重力測(cè)量五、國(guó)家精密水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)按完成年代、采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)等，基本上可分為三期：

1951~1976：一等水準(zhǔn)長(zhǎng)度60000公里，精度2~3mm/km，二等水準(zhǔn)長(zhǎng)度130000公里，精度4mm/km。有缺陷和不足

以1956年黃海高程基準(zhǔn)起算的各等級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)1977~1981完成外業(yè)：一等水準(zhǔn)路線289條，構(gòu)成100個(gè)閉合環(huán)聯(lián)測(cè)42個(gè)驗(yàn)潮站，長(zhǎng)度93360公里，埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石2萬多座按環(huán)閉合差估算的精度1.03mm/km。

內(nèi)業(yè)以1985國(guó)家高程基準(zhǔn)起算的國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)。1981~1990完成外業(yè)：重新布設(shè)國(guó)家二等水準(zhǔn)路線136000余公里由822閉合環(huán)和101條附合路線（個(gè)別支線）構(gòu)成。埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石33000多座。由環(huán)閉合差求得精度為1.54mm/km內(nèi)業(yè)以1985國(guó)家高程基準(zhǔn)起算，以一等點(diǎn)為控制進(jìn)行平差。1990年以后一等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè)和局部地區(qū)二等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè)。六、工程高程測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)

城市和工程中的工程高程控制網(wǎng)可按水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量的方法來建立。1、水準(zhǔn)測(cè)量建立工程高程控制網(wǎng)

水準(zhǔn)測(cè)量是建立工程高程控制網(wǎng)的主要方法。其等級(jí)依次分為二、三、四等。首級(jí)高程控制網(wǎng)不應(yīng)低于三等水準(zhǔn)，應(yīng)聯(lián)測(cè)2個(gè)以上的國(guó)家精密水準(zhǔn)點(diǎn)，起始高程應(yīng)采用穩(wěn)定的基巖點(diǎn)，且一般要求布設(shè)成閉合環(huán)加密時(shí)可布成附合路線、結(jié)點(diǎn)圖形和閉合環(huán)。精度與相應(yīng)等級(jí)的國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)一致。和國(guó)家等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量相似，其主要步驟一般是：水準(zhǔn)網(wǎng)圖上設(shè)計(jì)、選點(diǎn)、標(biāo)石埋設(shè)、外業(yè)觀測(cè)、平差計(jì)算和成果表的編制等內(nèi)容。

北方城市，因大量開采地下水，地面沉降更是驚人，每年沉降達(dá)幾厘米。水準(zhǔn)路線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1.水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量沿坡度小的道路布設(shè)，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避免跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。2.水準(zhǔn)路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準(zhǔn)路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免電磁場(chǎng)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響。3.布設(shè)首級(jí)高程控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)考慮到便于進(jìn)一步加密。4.水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)盡可能布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，個(gè)別情況下亦可布設(shè)成附合路線。水準(zhǔn)點(diǎn)間的距離：一般地區(qū)為2～4km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為1～2km。工業(yè)區(qū)：1km5.應(yīng)與國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。6.注意測(cè)區(qū)已有水準(zhǔn)測(cè)量成果的利用。

水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)上最為可靠的地點(diǎn)2、三角高程測(cè)量建立工程高程控制網(wǎng)經(jīng)緯儀三角高程導(dǎo)線，應(yīng)起閉于四等水準(zhǔn)點(diǎn)。光電測(cè)距高程導(dǎo)線可以代替四等水準(zhǔn)，起閉點(diǎn)應(yīng)為不低于三等的水準(zhǔn)點(diǎn)。高程導(dǎo)線各邊的高差測(cè)定宜采用對(duì)向觀測(cè)。需檢查如下限差：①由兩個(gè)單方向算得的高程不符值；②由對(duì)向觀測(cè)所求得的高差較差；③由對(duì)向觀測(cè)所求得的高差中數(shù)，計(jì)算閉合環(huán)線或附合路線的高程閉合差。六、工程高程測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)(續(xù))七、三角高程測(cè)量(加)三角高程測(cè)量原指由測(cè)站向照準(zhǔn)目標(biāo)（其間的水平距離已知）觀測(cè)豎直角來求兩點(diǎn)間高差的方法。受諸多因素的影響此法測(cè)定的高差精度不很高，難以取代水準(zhǔn)測(cè)量而作為等級(jí)高程控制測(cè)量的方法。電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量是利用全站儀精確測(cè)定斜距（或平距）和豎直角來求兩點(diǎn)間高差的方法。如果精確量測(cè)儀器高和目標(biāo)高，電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量可以達(dá)到三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。（一）由水平距離單向觀測(cè)豎直計(jì)算高差的基本公式：C稱為球氣差系數(shù)兩差改正（二）三角高程測(cè)量嚴(yán)密公式因PCM并非直角，上式有誤差，即關(guān)系：是近似的。嚴(yán)密公式應(yīng)該按正弦定理計(jì)算：近似公式引入的誤差為：當(dāng)：可見，若距離較長(zhǎng)、高差較大，直接用平距（即視為直角）來計(jì)算會(huì)對(duì)高差的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。若采用平均高程面上的距離計(jì)算，則有由高斯坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)d與測(cè)線兩端平均高程面上邊長(zhǎng)S0之間有差異，但不大。當(dāng)用電磁波測(cè)距來確定高差時(shí)，因直接采用實(shí)測(cè)斜距，就不必考慮改正數(shù)δh。（三）由對(duì)向垂直角和平距計(jì)算兩點(diǎn)間的高差若是幾乎同步作對(duì)向觀測(cè)，就有C12=C21，則：故對(duì)向觀測(cè)豎直角計(jì)算平均高差可以消除（或削弱）球氣差的影響。八、電磁波測(cè)距三角高程導(dǎo)線若顧及角，用正弦定理計(jì)算：該公式誤差很小。（一）實(shí)測(cè)斜距和單向垂直角計(jì)算兩點(diǎn)間高差（二）往返實(shí)測(cè)斜距和往返實(shí)測(cè)垂直角計(jì)算兩點(diǎn)間高差消除了球氣差項(xiàng)的影響。條件：幾乎同步作對(duì)向觀測(cè)h12中的主要誤差是：豎直角觀測(cè)誤差、量測(cè)儀器高I和目標(biāo)高V誤差。思考：①若采用三聯(lián)腳架法測(cè)距導(dǎo)線，能否消除量測(cè)儀器高I和目標(biāo)高V誤差的影響，進(jìn)而提高電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量精度？②若采用水準(zhǔn)法測(cè)距高程導(dǎo)線，能否消除量測(cè)儀器高I和目標(biāo)高V誤差的影響。1、高差測(cè)定誤差誤差來源：豎直角觀測(cè)誤差、距離測(cè)量誤差、球氣差、量取儀器高和反光鏡高誤差綜合影響的誤差，經(jīng)驗(yàn)公式：為對(duì)向觀測(cè)高差平均值的中誤差。（六）三角高程測(cè)量的精度和限差2、對(duì)向高差閉合差的限差3、環(huán)線高差閉合差的限差GPS用于測(cè)定正常高，在GPS課中介紹結(jié)束謝謝!我國(guó)一等水準(zhǔn)網(wǎng)路線略圖

我國(guó)一等水準(zhǔn)網(wǎng)由289條路線組成，其中284條路線構(gòu)成100個(gè)閉合環(huán)，共計(jì)埋設(shè)各類標(biāo)石近2萬余座。全國(guó)一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)略圖如圖所示。一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石

工程測(cè)量中常用的普通水準(zhǔn)標(biāo)石是由柱石和盤石兩部分組成，如左下圖所示，標(biāo)石可用混凝土澆制或用天然巖石制成。水準(zhǔn)標(biāo)石上面嵌設(shè)有銅材或不銹鋼金屬標(biāo)志，如右下圖所示。水準(zhǔn)路線上的結(jié)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)

首級(jí)水準(zhǔn)路線上的結(jié)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)基本水準(zhǔn)標(biāo)石，基本水準(zhǔn)標(biāo)石及其埋設(shè)如左下圖所示。墻上水準(zhǔn)標(biāo)志如右下圖所示，一般嵌設(shè)在地基已經(jīng)穩(wěn)固的永久性建筑物的基礎(chǔ)部分，水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺安放在標(biāo)志的突分。埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石時(shí)，一定要將底部及周圍的泥土夯實(shí)，標(biāo)石埋設(shè)后，應(yīng)繪制點(diǎn)之記，并辦理托管手續(xù)。

由單向垂直角和平距計(jì)算兩點(diǎn)間的高差C稱為球氣差系數(shù)脈沖法測(cè)距原理時(shí)標(biāo)脈沖電子門計(jì)數(shù)器光電轉(zhuǎn)換器發(fā)射脈沖接收脈沖反射器儀器相位法測(cè)距原理

往程返程A

B

A′2π

2π

2π

△φ

φ=N·2π+△φ

12N

△N

光尺？N值解算的一般原理

有可變頻率法和固定頻率法兩種。可變頻率法：計(jì)算N， 取△N=0（測(cè)距時(shí)連續(xù)變動(dòng)調(diào)制頻率，當(dāng)然調(diào)制波長(zhǎng)也作相應(yīng)的連續(xù)變化。當(dāng)