高程系统及高程控制测量

2.1 基础理论

2.1.1我国高程系统

为了建立一个全国统一的高程系统，必须确定一个统一的高程基准面，通常采用大地水准面即平均海水面作为高程基准面。解放后我国采用青岛验潮站1950～1956年观测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面。根据这个基准面得出的高程称为“1956黄海高程系”。为了确定高程基准面的位置，在青岛建立了一个与验潮站相联系的水准原点，并测得其高程为72.289m。水准原点作为全国高程测量的基准点。从1989年起，国家规定采用青岛验潮站1952～1979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面，称为“1985国家高程基准”。根据新的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为72.260m。所以在使用已有的高程资料时，应注意到高程基准面的差异。

1.高程

一点的高程一般是指这点沿铅垂线方向到似大地水准面(海平面)的距离，又称海拔。如图2.1所示，A点到海平面的距离为HA,那么A点的海拔为HA，B点到海平面的距离为HB,那么B点的海拔为HB，A、B两点的高差为HA-HB。

A

H A H B

海平面

图2.1 高程示意图

2.水准点

高程测量也是按照“从整体到局部”的原则来进行。就是先在测区内设立一些高程控制点，并精确测出它们的高程，然后根据这些高程控制点测量附近其他点的高程。这些高程控制点称水准点，工程上常用BM来标记、水准点一般用混凝土标石制成，顶部嵌有金属或瓷质的标志

。标石应埋在地下，埋设地点应选在地质稳定、便于使用和便于保存的地方。临时性的水准点则可用更简便的方法来设立，例如用刻凿在岩石上的或用油漆标记在建筑物上的简易标志。

2.1.2高程测量

测量地面上各点高程的工作 , 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为：

（1）水准测量；

（2）三角高程测量；

（3）气压高程测量；

（4）GPS拟合高程。

高程测量

三角高程测量气

压

高

程

测

量

G

P

S

拟

合

高

程

水

准

测

量

工程测量中常使用水准测量和三角高程测量两种方法来获取点的高程，其中水准测量的精度较高，应用又最为广泛的。水准测量的目的是要获得点的高程，通过直接测得两点间的高差，根据其中一点的已知高程推算出另一点的高程。 2.1.3 水准测量原理

水准测量的操作原理是通过水准仪的水平视线观测两个目标点上的标尺，求出两个目标点的高差。

1.高差

两点到同一水平面距离的差值称为这两点的高差，指的是两点竖向方向的距离。例如：建筑物2层和建筑物1层的高差为3.0米，指的是2层楼面比1层楼面要高3.0米。

2.高差的测定方法

要测量目标点A 和B 的高差，方法如下，在点A 和点B 上竖直的各立一根水准尺，在A 、B 之间架设一台水准仪，水准仪的作用是能获得一条水平视线，那么水准仪在水准尺A 和水准尺B 之上会获得两个读数a 、b 。则A 、B 两点的高差为h AB =a-b ，见图2.2。

图2.2 高差测量

3.连续水准测量

转点 TP(turning point) 的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。

后视读数a b

如图所示，在实际水准测量中，A、B两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿A、B的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到A 、B两点间的高差值：h1 = a1－ b1；

h2 = a2－ b2

……

则： h AB = h1 + h2 +…… + h n= Σh = Σa －Σb

结论： A 、 B 两点间的高差h AB等于后视读数之和减去前视读数之和。

2.3.4水准路线测量

1水准路线(leveling line)

水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：

（1）闭合水准路线，由已知点BM5 ——已知点BM5；

（2）附合水准路线，由已知点BM1 ——已知点BM2；

（3）支水准路线，由已知点BM8 ——某一待定水准点2；

（4）水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。

2水准测量的实施（外业）

（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处，单站视距长度不超过100m。

（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。

两次仪器高法：高差之差h-h'< ±5mm ；双面尺法，①红黑面读数差<±3mm ②h 黑-h 红<±5mm 。

案例：

已知控制点K19高程为19.944m，K17高程为19.605m，利用“双面尺法”完成K19-K17水准路线测量。

自K19

测天气：成像：观测：记录：计算：

测站编号点号

后尺

上丝前

尺

上丝

中丝读数

高差

高差

中数下丝下丝

后距前距

后前

视距差d ∑d

1 K19

①⑤③⑦

②⑥④⑧Z1

实施：

1.记录后尺的黑面读数（上丝①、下丝②、中丝③）和红面读数（中丝④）；

2.记录后尺的黑面读数（上丝⑤、下丝⑥、中丝⑦）和红面读数（中丝⑧）；

3.计算各项指标，参考相关规范，若相关参数未能满足规范要求，则需重新观测部分数据或整个测站；若能满足规范要求，则进行下一站测量；