五高程控制测量.ppt

第五章高程控制测量,5.1国家高程基准5.2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,本章提要：,本章提要,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,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,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,高程基准面就是地面点高程的统一起算面，因此通常采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日开始启用。,.1国家高程基准,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72.289m1985年国家高程基准，水准原点的高程值72.2604m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。,一、国家高程控制网的布设原则：1.从高级到低级、逐级控制；,5.2国家高程控制网建立的基本原理,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-测段往返高差不符值，mm-测段长度，km-测段数。每公里高差中数的全中误差来-各项改正后的闭合差，mm-水准环长度，km-水准环数。,5.2国家高程控制网建立的基本原理,4一等水准网应定期复测。,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。,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,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。,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,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24km；城市建筑区和工业区为12km。（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。,5.3城市和工程建设高程控制测量,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。,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。,5.4精密水准仪与水准尺,.4.精密水准仪的构造特点.4.精密水准标尺的构造特点.4.WildN3精密水准仪.4.ZeissNi004精密水准仪.4.国产S1型精密水准仪,我国水准仪系列及基本技术参数,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。,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。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。,5.4.1精密水准仪和水准尺的构造特点,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,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。,5.4.1精密水准仪和水准尺的构造特点,（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。,（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。,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0300cm，辅助分划注记从300600cm，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0.15.9m，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。,5.4.1精密水准仪和水准尺的构造特点,5.4.2精密普通水准仪,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。,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,WildN3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,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。,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。,1）N3精密水准仪的倾料螺旋装置,转动范围是7周,5.4.2精密普通水准仪,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。,2)N3精密水准仪的测微器装置,5.4.2精密普通水准仪,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。,2.ZeissNi004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。,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。,Ni004精密水准仪与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使用。在右图中，使用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上197分划，在测微分划鼓上的读数为340，即3.40mm，水准标尺上的全部读数为197.340cm。,ZeissNi004精密水准仪,5.4.2精密普通水准仪,3.国产S1型精密水准仪,DS1型精密水准仪由北京测绘仪器厂生产。仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为40倍，管状水准器格值为10/2mm。测微螺旋范围10mm，测微器分划尺有100个分格，最小格值为0.1mm。,5.4.2精密普通水准仪,望远镜目镜视场中，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。该仪器与分格值为5mm的精密水准标尺配套使用。图中，楔形丝夹准198分划，测微器读数150，即1.50mm，全部读数为198.150cm。,国产S1型精密水准仪,5.4.2精密普通水准仪,1.自动安平水准仪的补偿原理,5.4.3补偿式自动安平水准仪,如果则若补偿器能使来自水平的光线平移量a=f，则平移后的光线也将正确地进入十字丝分划O1处，从而得到正确补偿的目的。,2.自动安平水准仪Koni007,与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使用。,5.4.3补偿式自动安平水准仪,1)光学补偿器光学补偿器6是一块等腰直角棱镜，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，以摆轴为中心可以自由摆动，在重力作用下，最后静止在与重力方向一致的位置上,5.4.3补偿式自动安平水准仪,2）光学测微器,5.4.3补偿式自动安平水准仪,棱镜测微器,3.自动安平水准仪Ni002,特点：没有水平方向制动，目镜可以在仪器上沿水平方向转动。,与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使用。,5.4.3补偿式自动安平水准仪,精密高差测量仪器Ni002自动安平水准仪每公里往返测高差中误差m=0.4mm/km放大倍率为44倍,5.4.3补偿式自动安平水准仪,2光学补偿器（平面反射摆镜）,也称“数字水准仪”,具有自动安平功能。自动显示水平视线读数和视距。通过物镜获取水准尺图象，通过仪器的理系统，将图象信息转换成数字显示。能与计算机实现数据通讯。基本避免了人为的观测误差（视差、水准器精平误差、瞄准误差、估读数误差。,5.4.4电子水准仪,条码尺,测量键,5.4.4电子水准仪,索佳SDL30M,技术指标,索佳SDL30M,拓普康电子水准仪DL-111C（国家DS1级）,5.4.4电子水准仪,自动安平水准仪国产达到DS1一级水准（需DS2+测绘器）,5.4.4电子水准仪,要求竖丝位于条码带上，否则不能读数,要求尺子立直（以圆气泡为准），否则拒绝工作。,5.4.4电子水准仪,大屏幕的液晶显示屏具有程序测量功能调教才能读数对标尺倾斜没有影响,徕卡高精度数字水准仪DNA03,5.4.4电子水准仪,5.4.4电子水准