72高程控制测量.docx

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72高程控制测量

1、高程控制测量概述

高程控制测量就是在测区布设高程控制点，即水准点，用精确方法测定它们的高程，构成高程控制网。

高程控制测量的主要方法有：

水准测量和三角高程测量。

国家高程控制网是用精密水准测量方法建立的，所以又称国家水准网。

国家水准网的布设也是采用从整体到局部，由高级到低级，分级布设逐级控制的原则。

国家水准网分为4个等级。

一等水准网是沿平缓的交通路线布设成周长约1500km的环形路线。

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，也是地学科研工作的主要依据。

二等水准网是布设在一等水准环线内，形成周长为500～750km的环线。

它是国家高程控制网的全面基础。

三、四等级水准网是直接为地形测图或工程建设提供高程控制点。

三等水准一般布置成附合在高级点间的附合水准路线，长度不超过200km。

四等水准均为附合在高级点间的附合水准路线，长度不超过80km。

城市高程控制网是用水准测量方法建立的，称为城市水准测量。

按其精度要求：

分为二、三、四、五等水准和图根水准。

根据测区的大小，各级水准均可首级控制。

首级控制网应布设成环形路线，加密时宜布设成附合路线或结点网。

水准测量主要技术要求见表7-2-1。

表7-2-1水准测量主要技术要求

等级

每公里高差中误差/mm

路线长度/km

水准仪的型号

水准尺

观测次数

往返较差、附合或环线闭合差

与已知点联测

附合路线或环线

平地/mm

山地/mm

二等

2

—

因瓦

往返各一次

往返各一次

—

三等

6

≤50

因瓦

往返各一次

往一次

双面

往返各一次

四等

10

≤16

双面

往返各一次

往一次

五等

15

—

单面

往返各一次

往一次

—

图根

20

≤5

往返各一次

往一次

注：

①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0.7倍；

②L为往返测段，附合或环线的水准路线长度以km为单位；n为测站数。

工程建设的高程控制测量，采用二、三、四、五等水准测量和图根水准测量等几个等级，其技术要求见教材表7-1-5。

在丘陵或山区，高程控制量测边可采用三角高程测量。

光电测距三角高程测量现已用于（代替）四、五等水准测量。

水准点间的距离，一般地区为2—3km，城市建筑区为1—2km，工业区小于1km。

一个测区至少设立三个水准点。

2、三、四等水准测量

三、四等水准测量应在通视情况良好、成像清晰、稳定的情况下进行。

三、四等水准测量的观测与计算方法如下：

（1）一个测站上的观测顺序

①后视水准尺黑面，使圆水准器气泡居中，读取下、上丝读数，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。

②前视水准尺黑面，读取下、上丝读数，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。

③前视水准尺红面，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数；

④后视水准尺红面，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。

这样的观测顺序简称为“后—前—前—后”。

其优点是可以大大减弱仪器下沉误差的影响。

四等水准测量每站的观测，除了可采用三等水准测量的观测顺序外，也可以选择“后—后—前—前”的观测顺序。

（2）测站计算与检核

①视距计算

前、后视距差，三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。

前、后视距累积差，三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。

②同一水准尺红、黑尺面中丝读数的检核

同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K（4.687或4.787），三等水准测量，不得超过2mdR，四等水准溯量，不得超过3a3m。

③计算黑面、红面的高差

三等水准测量，不得超过3mm，四等水准测量，不得超过5mm。

式内0.100为单、双号两根水准尺红面零点注记之差，以米（m）为单位。

④计算平均高差

三（四）等水准测量成果计算见表7-2-2。

表7-2-2三（四）等水准测量成果计算表

3、三角高程测量

（1）基本原理

山地测定控制点的高程，若用水准测量，则速度慢，困难大，故可采用三角高程测量的方法，如图7-2-1所示。

但必须用水准测量的方法在测区内引测一定数量的水准点，作为高程起算的依据。

三角高程测量是根据两点的水平距离和竖直角计算两点的高差。

当两点距离大于300m时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。

三角高程测量，一般应进行往返观测（双向观测），它可消除地球曲率和大气折光的影响。

图7-2-1三角高程测量原理

（2）高程的计算

用三角高程测量方法测定地面上一系列点的高程时，应将这些点尽可能的组成闭合或者附合的测量路线。

每两点之间均须进行对向观测，由它求得两点之间的高差平均值，并计算闭合环或附合路线的高程闭合差

，高差闭合差的限差：

式中D为各边的水平距离，以km为单位。

若，则按照与各边边长成比例的原则将反符号分配到各测段高差中，求出各测段改正后的高差，然后从起始点的高程计算出各待求点的高程。

1、GPS控制测量基本知识

（1）GPS控制测量概述

1）GPS控制测量的特点

GPS控制测量具有以下特点：

①观测站之间不需通视；

②定位精度高，而且具有良好的抗干扰性和保密性。

；

③观测时间短；

④提供三维坐标；

⑤操作简单；

⑥全球性、全天候作业。

2）GPS网形设计的一般原则

GPS网形设计就是根据用户要求，确定具体的布网观测方案，其核心是如何高质量低成本地完成既定的测量任务。

通常在进行GPS网设计时，必须顾及测站选址、卫星选择、仪器设备装置与后勤交通保障等因素；当网点位置、接收机数量确定以后，网的设计就主要体现在观测时间的确定、网形构造及各点设站观测的次数等方面。

因此，GPS网形设计的一般原则是：

①GPS网一般应采用由独立观测边构成的闭合图形；

②GPS网其相邻点间基线向量的精度应分布均匀；

③GPS网点应尽量与原有地面控制点重合；

④GPS网点应设在视野开阔和交通便利的地方。

3）GPS一般网形

一般GPS网应根据同一时间段内观测的基线边，即同步观测边构成闭合图形（称同步环），其一般网形有：

①三角形网

GPS网中的三角形由独立基线边组成，它需三台接收机，同步观测三条边，其中两条是独立边。

用于测量精度和可靠性要求较高的网。

②环形网

环形网是由若干个含有多条观测边的闭合环组成的网。

以增加检核条件，提高网的可靠性；环形网观测工作量小，自检能力较好，但相邻点间的基线精度分布不均匀。

③星形网

星形网图形简单，自检能力差，用于工程放样、边界测量等

（2）GPS外业观测

GPS测量的外业工作主要包括选点、建立观测标志、野外观测以及成果质量检核等；内业工作主要包括（GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。

如果按照GPS测量实施的工作程序，则可分为技术设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与数据处理等阶段。

1）GPS网的技术设计

GPS网的技术设计是一项基础性的工作。

这项工作应根据网的用途和用户的要求来进行，其主要内容包括精度指标的确定和网的图形设计等。

①GPS测量的精度指标

精度指标的确定取决于网的用途，设计时应根据用户的实际需要和可以实现的设备条件，恰当地确定GPS网的精度等级。

精度指标通常以网中相邻点之间的距离误差来表示。

②网的图形设计

前已述及，略。

2）选点与建立标志

由于GPS测量观测站之间不要求通视，而且网形结构灵活，故选点工作远较常规大地测量简便；并且省去了建立高标的费用，降低了成本。

但GPS测量又有其自身的特点，因此选点时，应满足以下要求：

点位应选在交通方便、易于安置接收设备的地方，且视野开阔，以便于同常规地面控制网的联测；GPS点应避开对电磁波接收有强烈吸收、反射等干扰影响的金属和其它障碍物体，如高压线、电台电视台、高层建筑、大范围水面等。

点位选定后，应按要求埋置标石，以便保存。

最后，应绘制点之记、测站环视图和GPS网选点图，作为提交的选点技术资料。

3）外业观测

外业观测是指利用GPS接收机采集来自GPS卫星的电磁波信号，其作业过程大致可分为天线安置、接收机操作和观测记录。

外业观测应严格按照技术设计时所拟定的观测计划进行实施，只有这样，才能协调好外业观测的进程，提高工作效率，保证测量成果的精度。

为了顺利地完成观测任务，在外业观测之前，还必须对所选定的接收设备进行严格的检验。

天线的妥善安置是实现精密定位的重要条件之一，其具体内容包括：

对中、整平、定向并量取天线高。

接收机操作的具体方法步骤，详见仪器使用说明书。

实际上，目前GPS接收机的自动化程度相当高，一般仅需按动若干功能键，就能顺利地自动完成测量工作；并且每做一步工作，显示屏上均有提示，大大简化了外业操作工作，降低了劳动强度。

观测记录的形式一般有两种：

一种由接收机自动形成，并保存在机载存储器中，供随时调用和处理，这部分内容主要包括接收到的卫星信号、实时定位结果及接收机本身的有关信息。

另一种是测量手簿，由操作员随时填写，其中包括观测时的气象元素等其它有关信息。

观测记录是GPS定位的原始数据，也是进行后续数据处理的唯一依据，必须妥善保管。

（3）成果检核与数据处理

观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节。

所以，当观测任务结束后，必须在测区及时对外业观测数据进行严格的检核；并根据情况采取淘汰或必要的重测、补测措施。

只有按照《规范》要求，对各项检核内容严格检查，确保准确无误，才能进行后续的平差计算和数据处理。

前已叙及，GPS测量采用连续同步观测的方法，一般15秒钟自动记录一组数据，其数据之多、信息量之大是常规测量方法无法相比的；同时，采用的数学模型、算法等形式多样，数据处理的过程相当复杂。

在实际工作中，借助于电子计算机，使得数据处理工作的自动化达到了相当高的程度，这也是GPS能够被广泛使用的重要原因之一。

2、实训练习

实训练习六四等水准测量

（1）目的与要求

1）掌握四等水准测量的观测、记录和计算方法。

2）掌握水准测量的闭合差调整及求出待定点的高程。

（2）计划与设备

1）实验时数安排3学时，实验小组由4~5人组成。

2）实验设备每组为水准仪一台，水准尺2根，尺垫2个，记录板1块，测伞1把。

3）实验场地选择一条闭合水准路线，中间设置三个坚固点A、B、C作为水准点，以A点为已知高程点假定高程为10.000m。

由A点出发，测定B、C点高程，并测回到A点，组成闭合水准路线。

对闭合差进行调整，求出待定点高程。

记录计算在实验报告八，每人上交一份实验报告。

（3）方法与步骤

1）从已知点A出发，固定点A、B、C中间设置若干个转点。

2）每测站观测程序为：

①后视黑面尺，长水准器气泡居中，读中、下、上丝读数。

②前视黑面尺，长水准器气泡居中，读中、下、上丝读数，

③前视红面尺，长水准器气泡居中，读中丝读数，

④后视红面尺，长水准器气泡居中，读中丝读数。

3）每测站各读数按四等水准表格记录；计算和校核计算要求如下：

①视线长≤100m。

②前、后视距差d≤±5m。

③红、黑面读数差≤±3mm。

④h黑—h红≤±5mm。

⑤视距差累计值∑d≤±10m。

4）注意事项

①每测站观测完毕，要立即进行计算和校核，符合要求后方可搬站。

否则，需要重测。

②本站的∑d接近10m时，下一站要调整前、后视距，使之减少，但一次不超过5m。

实验报告八四等水准测量

日期班组姓名

测站编号

后尺

下丝

前尺

下丝

方向及尺号

水准尺读数

K+黑减红

平均高差h

备注

上丝

上丝

后视距

前视距

黑面

红面

视距差d

∑d

后

前

后-前

后

前

后-前

后

前

后-前

后

前

后-前

后

前

后-前

后

前

后-前

后

前

后-前

后

前

后-前

校核

∑后视

∑后

∑h

∑前视

∑前

∑后+∑前

后-前

四等水准测量成果计算表

点号

距离（km）

测站数N

高差（m）

改正数（m）

改正高差（m）

高程（m）

备注

∑

辅助计算