控制测量课件第五章高程控制测量1

5.2国家高程控制网建立的基本原理
国家高程控制网自1951年开始分以下几个阶段： 1951 ~ 1975：一等水准长度50000公里，精度2 ~3mm/km
二等水准长度140000公里,精度4mm/km 1976 ~ 1984：一等水准路线289条，构成100个闭合环，
联测42个验潮站，长度93000公里，按环闭 合差估算的精度1.03mm/km 1981 ~ 1990：重新布设国家二等水准路线136000公里， 由822闭合环或附合到一等点的附合路线构 成。由环闭合差求得精度为1. 54mm/km 1986年完成国家一等水准网的平差计算，求得每公里测量中误 差为1.15mm。 1976年 ~ 1990年完成的水准网称为国家第二期水准网。 一等水准网的环长在1000 ~ 2000km之间，二等水准网的环长 在500 ~ 750km之间.
启用。
位置适中 半日潮有规律 不在江河入海口 海面开阔、无岛礁
海底平坦，水深在10m以上
水准原点------青岛观象山
1956年黄海高程系统，水准原点的高程值72.289m
1985年国家高程基准，水准原点的高程值72.260m
两系统相差-0.0286m
主点—原点、参考点和副点共6个
点组成水准原点网。
5.2国家高程控制网建立的基本原理
国家控制网布设的目的和任务： 一是在全国领土上建立统一的高程控制网，为地形图测绘
和各项建设提供必要的高程控制基础。 二是为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准
面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。
5.2国家高程控制网建立的基本原理
一、国家高程控制网的布设原则： 1.从高级到低级、逐级控制；
5.3 城市和工程建设高程控制测量
点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。 一般要求离铁路的距离应大于50m，离公路的距离应大于 20m。
工程测量中常用的普通水准标石是由柱石和盘石两 部分组成，标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志。
5.4 精密水准仪与水准尺
５.4.１ 精密水准仪的构造特点 ５.4.２ 精密水准标尺的构造特点 ５.4.３ Wild N3精密水准仪 ５.4.４ Zeiss Ni 004精密水准仪 ５.4.５ 国产S1型精密水准仪
测微分划上读数为5mm，而不是0。最后读数为148cm+6.50mm-5mm
即
=148.650cm-5mm
故，每次读数中应减去常数（初始读数) 5mm，但在计算高差时能自动抵
消这个常数。
5.4.2 精密普通水准仪
2.Zeiss Ni 004精密水准仪
该仪器的主要特点是对热 影响的感应较小，这是因 为望远镜、管状水准器和 平行玻璃板的倾斜设备等 部件，都装在一个附有绝 热层的金属套筒内。
5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点
1.精密水准仪的分类
水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型等。S是“水” 字的意思, 数字表示偶然中误差，Z表示自动安平。
技术参数项目
水准仪系列型号
每公里往返平均高差中误差 望远镜放大率
望远镜有效孔径 管状水准器格值 测微器有效量测范围 测微器最小分格值
2s
S10 ≤10mm ≥25倍 ≥35mm 20″/2m
m
±10′ ±2″ 2s
我国水准仪系列及基本技术参数
5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点
5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点
2.精密水准仪的结构特点
1）高质量的望远镜光学系统
源自文库一般精密水准仪的放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于 50mm。影像更清晰。
5.2国家高程控制网建立的基本原理
5.2国家高程控制网建立的基本原理
5.2.3 水准路线的设计、选点和埋石 1、技术设计
一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二 等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。 水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通 过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。 2、选点 水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。 3 、埋石 5.2.4 水准路线上的重力测量 因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿 线要进行重力测量。
Wild N3精密水准仪
5.4.2 精密普通水准仪
水准尺读数148 测微器读数653(即6.53mm)， 全部读数为148.653cm。
N3读数方法
5.4.2 精密普通水准仪
1） N3精密水准仪的倾料螺旋装置
转动范围是7周
仪器转轴位于靠近物镜的 一端。使用倾斜螺旋精确整 平视准轴时，将会引起视准 轴高度的变化。如果前后视 精确整平视准轴时，倾斜螺 旋的转动量不等，就会在高 差中带来这种误差的影响。
5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点
线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm和5mm两种。 1）分格值为10mm如图（a）所示， 基本分划注记从0～300cm， 辅助分划注记从300～600cm， 基辅差（尺常数）3.0155。 2）分格值为5mm如图（b）所示， 两排分划彼此错开5mm , 左边是单数，右边是双数，没有辅助分划。 右边是米数，左边是分米数，整个注记从0.1～5.9m， 实际分格值为5mm，所测得的高差值必须除以2才是实际 的高差值。
因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的 分离量小于lcm时（垂直轴基本在垂直位置），才允许使用 倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置， 位于过望远镜中心的垂直几何轴线上。
5.4.2 精密普通水准仪
2) N3精密水准仪的测微器装置
光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。 测微分划尺上有100个分格，它与10mm相对应，即每分格为0.lmm，可估 读至0.0lmm。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为 lmm。
线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。 （3）布设首级高程控制网时，应考虑到便于进一步加密。 （4）水准网应尽可能布设成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附
合路线。水准点间的距离：一般地区为2～4km；城市建筑区和工业区为 1～2km。
（5）应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。 （6）注意测区已有水准测量成果的利用。
2）坚固稳定的仪器结构
主要构件均用特殊的合金钢制成，并有起隔热作用的防护罩。 3）高精度的测微器装置 精密水准仪必须有光学测微器装置，一般精密水准仪的光学
测微器可以读到0.lmm，估读到0.Olmm。 4.高灵敏的管水准器
一般精密水准仪的管水准器的格值为10"/2mm。
5.高性能的补偿器装置
5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点
自动安平水 补偿范围
准仪
安平精度
补偿性能 安平时间不长于
S05
≤0.5mm ≥40倍 ≥60mm
10″/2mm 5mm 0.1mm
±8′ ±0.1″
2s
S1
≤1mm ≥40倍 ≥50mm 10″/2m
m 5mm 0.1mm
±8′ ±0.2″
2s
S3 ≤3mm ≥30倍 ≥42mm 20″/m
m
±8′ ±0.5″
5.4.2 精密普通水准仪
气泡式的精密水准仪、自动安 平的精密水准仪、数字水准仪以 及相应的因瓦合金水准尺
1.WildN3精密水准仪 ➢有效孔径为50mm ➢放大倍率为40倍 ➢管状水准器格值为10“/2mm。 ➢与分格值为l0mm的水准标尺配套 ➢标尺的基辅差为301.55cm。
5.4.2 精密普通水准仪
2 水准点应该有足够的密度；
5.2国家高程控制网建立的基本原理
3 水准测量应达到足够的精度
各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然
中误差和每公里高差中数的全中误差来表示的。
5.2国家高程控制网建立的基本原理
每公里高差中数的偶然中误差
M / R/(4 n)
M ---测段往返高差不符值，mm R ---测段长度，km n ---测段数。
5.3 城市和工程建设高程控制测量
一、城市和工程建设高程控制网概述
城市测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为二、三、四
等3个等级。
二、水准测量的实施
图上设计应遵循以下原则： （1）水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影
响。尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。 （2）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电
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５.1 国家高程基准
高程基准面就是地面点高程的统一起算面，因此通常 采用大地水准面作为高程基准面。
大地水准面是假想海洋处于完全静止的平衡状态时的 海水面延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。
1956年黄海高程系统(1950-1956) 1985年国家高程基准(1952-1979) ,1988年1月1日开始
在一等水准环内布设的二等水准网是囚家局程控制的全面基础，其环 线周长根据不同地形的地区在500—750km之间。
一、二等水族测量统称为精密水准测量。 二等水准网在一等水准网的基础上布设。 三、四等水准测量直接提供地形测图和各种工程建设所必须的高程控
制点。
5.2国家高程控制网建立的基本原理
3.精密水准尺的结构特点
（1）当空气的温度和湿度发生变化时， 水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或 仅有微小的变化。
因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩 变形影响。
（2）水准标尺的分划必须十分正确 与精密，分划的偶然误差和系统误差都 应很小。
（3）水准标尺在构造上应保证全长 笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等 变形。
有效孔径为56mm 望远镜放大倍率为44倍 目镜视场内有左右两组楔形丝 管水准器格值为10″/2mm。 测微器范围是10mm。
5.4.2 精密普通水准仪
测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见右图），通过放大镜在测 微鼓上进行读数，测微鼓上有100个分格，所以测微鼓最小格值为 0.1mm。从望远镜目镜视场中所看到的影像如右图所示，视场下部是 水准器的符合气泡影像。
5.4.1 精密水准仪和水准尺的构造特点
（4）在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作 业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般 还应有扶尺环的。
（5）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分 划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。
在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有 一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如下图所示。
第五章 高程控制测量
[本章提要]： 5.1 国家高程基准 5.2 国家高程控制网建立的基本原理 5.3 城市和工程建设高程控制测量
5.4 精密水准仪 5.5 精密水准仪和水准尺的检验 5.6 精密水准测量的主要误差来源及其影响 5.7 精密水准测量的实施 5.8 跨河精密水准测量 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算 5.10 水准测量的概算 5.11 三角高程测量
5.2国家高程控制网建立的基本原理
国家水准网分4个等级布设，一、二等水准测量路线是国家的精密高 程控制网。一等水难测量路线构成的一等水准网是国家高程控制网的 骨干，同时也是研究地壳和地面垂直运动以及有关科学问题的主要依 据，每隔15—20年沿相同的路线重复观测一次。构成一等水准网的 环线局长根据不同地形的地区，一般在1000一2000 km之间。我国 一等水准网由289条路线组成，其中284条路线构成100个闭合环．共 计埠设各类标石近2万余座。
每公里高差中数的全中误差来
MW WW / F/ N
W ---各项改正后的闭合差，mm F ---水准环长度，km N ---水准环数。
4 一等水准网应定期复测。
5.2.1 国家高程控制测量
二、 国家水准网布设方案及精度要求
我国一 等水准网由 289条路线组 成，其中284 条路线构成 100个闭合环， 共计埋设各 类标石近2万 余座。全国 一等水准网 布设略图如 图所示。
本章提要
本章讲述高程控制网的布设，精密水准测量、三角 高程测量。目的是解决高程控制点位置的测定问题。内 容涉及国家高程基准、高程控制网的布设、精密水准仪 与水准尺、精密水准测量的主要误差来源及其影响、精 密水准测量的实施、正常水准面不平行性及其改正数计 算、水准测量的概算、三角高程测量
[重点]精密水准仪与水准尺、精密水准测量 的实施、三角高程测量 [难点]正常水准面不平行性及其改正数计算