第五章 高程控制测量

1、/21/211 控制测量学控制测量学 第五章第五章 高程控制测量高程控制测量 2控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 一、高程基准面一、高程基准面 高程基准面：高程基准面：就是地面点高程的统一起算面，由于大地水准就是地面点高程的统一起算面，由于大地水准 面所形成的体形面所形成的体形大地体是与整个地球最为接近的体形，大地体是与整个地球最为接近的体形， 因此通常采用因此通常采用大地水准面大地水准面作为高程基准面。作为高程基准面。 大地水准面：大地水准面：与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的 包围整个地球的封闭的重力位水准面。包围整个地球的封

2、闭的重力位水准面。 事实上海洋受潮汐、风力等因素，不会处于完全静止，事实上海洋受潮汐、风力等因素，不会处于完全静止， 怎么解决，通过怎么解决，通过验潮验潮。 5.1 国家高程基准国家高程基准 3控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 n验潮、验潮站验潮、验潮站：为掌握海水的变化规律而进行的长：为掌握海水的变化规律而进行的长 期观测海水面水位升降的工作称为验潮，进行这项期观测海水面水位升降的工作称为验潮，进行这项 工作的场所称为验潮站。工作的场所称为验潮站。 n高程基准面的确定高程基准面的确定：在海洋近岸的一点处竖立水位：在海洋近岸的一点处竖立水位 标尺，成年累月地观测海水面的水位升

3、降，根据长标尺，成年累月地观测海水面的水位升降，根据长 期观测的结果可以求出该点处海洋水面的平均位置，期观测的结果可以求出该点处海洋水面的平均位置， 假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。 5.1 国家高程基准国家高程基准 4控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.1 国家高程基准国家高程基准 5控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 n由于沿岸各地的平均海面并不是一致的，故每个验潮站只能由于沿岸各地的平均海面并不是一致的，故每个验潮站只能 求出当地的平均海面。对于海岸线长的国家，一般需要建立求出当地的平均海面。

4、对于海岸线长的国家，一般需要建立 若干个验潮站，选择其中若干个验潮站，选择其中较适合本国海面状况，并且具有整较适合本国海面状况，并且具有整 体代表性的一个验潮站作为全国高程系统基准面体代表性的一个验潮站作为全国高程系统基准面，其他作为，其他作为 参考。参考。 n地面上的点相对于高程基准面的高度，通常称为绝地面上的点相对于高程基准面的高度，通常称为绝对高程或对高程或 海拔高程海拔高程。如：珠穆朗玛峰高程为。如：珠穆朗玛峰高程为8844.43m8844.43m。 n海洋的深度也是相对于高程基准面而言的，比如太平洋的平海洋的深度也是相对于高程基准面而言的，比如太平洋的平 均深度为均深度为4000m4

5、000m。 5.1 国家高程基准国家高程基准 6控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 二、水准原点二、水准原点 为了长期、牢固地表示出高为了长期、牢固地表示出高 程基准面的位置，作为程基准面的位置，作为传递传递 高程的起算点高程的起算点，通常在国家，通常在国家 高程基准面验潮站附近建立高程基准面验潮站附近建立 稳固的稳固的国家水准原点国家水准原点，用，用精精 密水准测量方法密水准测量方法将它与验潮将它与验潮 站的水准标尺进行联测，以站的水准标尺进行联测，以 高程基准面为零推求水准原高程基准面为零推求水准原 点的高程。点的高程。 5.1 国家高程基准国家高程基准 7控制测量学控制测

6、量学2021年7月1日13时27分 我国水准原点建我国水准原点建 在在青岛观象山青岛观象山，由，由一一 个主点，两个附点，个主点，两个附点， 三个参考点三个参考点组成水准组成水准 原点网，网点设置在原点网，网点设置在 地壳比较稳定，质地地壳比较稳定，质地 坚硬的花岗岩基岩上。坚硬的花岗岩基岩上。 5.1 国家高程基准国家高程基准 8控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 19561956年黄海高程系年黄海高程系 以以19501950年至年至19561956年年7 7年间青岛验潮站的潮汐资料推求的年间青岛验潮站的潮汐资料推求的 平均海水面作为我国的高程基准面。（潮汐变化周期为平均海水

7、面作为我国的高程基准面。（潮汐变化周期为 18.6118.61年）年） 其水准原点的高程为其水准原点的高程为72.289m72.289m，19591959年正式启用。年正式启用。 19851985国家高程基准国家高程基准 由于由于19561956高程系存在观测资料少、潮汐数据记录有个别高程系存在观测资料少、潮汐数据记录有个别 错误、没有联测海南岛等原因，需确定新高程系。错误、没有联测海南岛等原因，需确定新高程系。 根据青岛验潮站根据青岛验潮站 1952195219791979年中取年中取1919年的验潮资料计年的验潮资料计 算确定，并从算确定，并从19881988年年1 1月月1 1日开始启用

8、。日开始启用。 其水准原点的高程为其水准原点的高程为72.260m72.260m 5.1 国家高程基准国家高程基准 9控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.1 国家高程基准国家高程基准 n由于确定大地水准面具有区域性，各国通过验潮由于确定大地水准面具有区域性，各国通过验潮 确定的确定的大地水准面和高程基准点有较大差异大地水准面和高程基准点有较大差异。如。如 珠穆朗玛峰的高度不一等。珠穆朗玛峰的高度不一等。 n以黄海高程起算面珠穆朗玛峰的高度与以印度海以黄海高程起算面珠穆朗玛峰的高度与以印度海 洋平面起算面的高度相差近洋平面起算面的高度相差近20cm20cm。 n全球高程基准的

9、统一全球高程基准的统一：采用精密重力测量，确定：采用精密重力测量，确定 精确的大地水准面模型，采用卫星测量确定各点精确的大地水准面模型，采用卫星测量确定各点 精确的大地高，进而在统一的框架确定精确的正精确的大地高，进而在统一的框架确定精确的正 高或正常高。高或正常高。 10控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 国家高程控制网是全国范围内施测各种比例尺地形国家高程控制网是全国范围内施测各种比例尺地形 图和各类工程建设的图和各类工程建设的高程控制基础高程控制基础，并为地球科学研究，并为地球科学研究 提供精确的高程资料。提供精确的高程资料。 主要是用主要是用水准测量水准测量方法进行国家

10、水准网的布设。方法进行国家水准网的布设。 水准原点水准原点 19561956年黄海高程系统年黄海高程系统: :水准原点高程为水准原点高程为72.289m 72.289m 19851985国家高程基准国家高程基准: :水准原点的高程为水准原点的高程为72.26072.260米。米。 19871987年经国务院批准，于年经国务院批准，于19881988年年1 1月正式启用月正式启用 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 11控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 一、国家高程控制网的布设原则一、国家高程控制网的布设原则 目的和任务有两个：目的和任务有两个：

11、1)1)建立统一的高程控制网，为地形测图和各项建设提供建立统一的高程控制网，为地形测图和各项建设提供 必要的高程控制基础；必要的高程控制基础； 2)2)为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准为地壳垂直运动、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。面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。 布设原则：布设原则： 1. 1. 从高到低、逐级控制从高到低、逐级控制 一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也为相一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也为相 关地球科学研究提供高程数据；二等水准测量是国家高程关地球科学研究提供高程数据；二等水准测量是国家高程 控制

12、网的全面基础；三、四等水准测量是直接为地形测图控制网的全面基础；三、四等水准测量是直接为地形测图 和其他工程建设提供高程控制点。和其他工程建设提供高程控制点。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 12控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 2. 2.水准点满足一定的密度水准点满足一定的密度 水 准 标 石 类型 间距（km） 布设具体要求 一般 地区 经济 发达 地区 荒漠 地区 基岩 水准 标石 500 只设于一等水准路线上，大城市和断裂 带附近应增设，基岩较深地区可适当放 宽，每省（市、自治区）至少两座。 基本 水准 标石 4020-3060 设于

13、一二等水准路线上及交叉处，大、 中城市两侧及县城附近。尽量设置在坚 固岩层上。 普通 水准 标石 4-82-410 设于各等级水准路线上，以及山区水准 路线高程变换点附近，长度超过300米 的遂道，跨河水准测量的两岸标尺附近。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 13控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 3.3.水准测量达到足够的精度水准测量达到足够的精度 各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶偶 然中误差然中误差和每公里高差中数的和每公里高差中数的全中误差全中误差来表示的。全中来表示的。全中 误差指根

14、据环线闭合差和相应环的水准路线周长而计算误差指根据环线闭合差和相应环的水准路线周长而计算 的中误差。的中误差。 4.4.一等水准网应定期复测一等水准网应定期复测 （15-20年）年） 水 准 测 量等级 一等二等三等四等 M 的 限 值 0.45 mm 1.0m m 3.0m m 5.0m m M W的限 值 1.0m m 2.0m m 6.0m m 10.0m m 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 14控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 二、国家水准网的布设方案及精度二、国家水准网的布设方案及精度 我国的水准测量分为四等，各等级水准测量路线必须

15、我国的水准测量分为四等，各等级水准测量路线必须自行闭自行闭 合或闭合于高等级的水准路线上合或闭合于高等级的水准路线上，与其构成，与其构成环形或附合路线环形或附合路线， 以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环 中布设低等级的水准路线。中布设低等级的水准路线。 一等闭合环线周长，在平原和丘陵地区为一等闭合环线周长，在平原和丘陵地区为1 0001 0001500km1500km， 一般山区为一般山区为2000km2000km左右。左右。 二等闭合环线周长，在平原地区为二等闭合环线周长，在平原地区为500500750km,750km,山

16、区一般不山区一般不 超过超过1000km1000km。 三、四等水准用于加密，根据高等级水准环的大小和实际需三、四等水准用于加密，根据高等级水准环的大小和实际需 要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度，要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度， 三等水准分别为三等水准分别为200km200km、150km150km和和70km70km；四等分别为；四等分别为100km100km、 80km80km和和30km30km。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 15控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 )4/(/nRM 每公里高差中数

17、每公里高差中数偶然中误差偶然中误差： 水 准 测 量等级 一等二等三等四等 M的限 值 0.45 mm 1.0 mm 3.0m m 5.0m m MW的限 值 1.0 mm 2.0 mm 6.0m m 10.0 mm 式中：式中：为测段往返高差不符值，为测段往返高差不符值，mmmm R R为测段长度，为测段长度，kmkm n n为测段数为测段数 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 16控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 每公里高差中数的全中误差每公里高差中数的全中误差： 式中：式中：W W为高差闭合差，为高差闭合差，mmmm F F为水准环长度，为

18、水准环长度，kmkm N N为水准环数。为水准环数。 NFWWM W / 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 17控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 1 1、 技术设计技术设计 技术设计技术设计是根据任务要求和测区情况，在小比例是根据任务要求和测区情况，在小比例 尺地图上，拟定最合理的水准网或水准路线的布设方尺地图上，拟定最合理的水准网或水准路线的布设方 案。案。 一等水准路线一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙 的交通路线布设，的交通路线布设，二等水准路线二等水准路线尽量沿公路、大河及尽量沿公路、大河及 河流布

19、设，沿线交通较为方便。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、沼泽与峡谷段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷 等障碍物。等障碍物。 三、水准路线的设计、选点和埋石三、水准路线的设计、选点和埋石 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 18控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 2 2、 选选 点点 图上设计完成后，须进行图上设计完成后，须进行实地选线实地选线，其目的在于，其目的在于使设使设 计方案能符合实际情况，以确定切实可行的水准路线

20、和水计方案能符合实际情况，以确定切实可行的水准路线和水 准点的具体位置准点的具体位置。选定水准点时，必须能保证点位地基稳。选定水准点时，必须能保证点位地基稳 定、安全僻静，并利于标石长期保存与观测使用。水准点定、安全僻静，并利于标石长期保存与观测使用。水准点 应尽可能选在路线附近的机关、学校、公园内。不宜在易应尽可能选在路线附近的机关、学校、公园内。不宜在易 于淹没和土质松软的地域埋设水准标石，也不宜在易受震于淹没和土质松软的地域埋设水准标石，也不宜在易受震 动和地势隐蔽而不易观测的地方埋石。动和地势隐蔽而不易观测的地方埋石。 水准点点位选定后，应填绘水准点点位选定后，应填绘点之记点之记，绘制

21、，绘制水准路线图水准路线图 及结点接测图。及结点接测图。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 19控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 3 3 、埋、埋 石石 水准标石作用是在地面上长期保留水准点位和永水准标石作用是在地面上长期保留水准点位和永 久地保存水准测量成果，为各种测量工作和其他科研久地保存水准测量成果，为各种测量工作和其他科研 工作服务。工作服务。 按用途区分，水准标石有按用途区分，水准标石有基岩水准标石、基本水基岩水准标石、基本水 准标石和普通水准标石准标石和普通水准标石三种类型。三种类型。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控

22、制网建立的基本原理 20控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 四、水准路线上的重力测量四、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。水准路线沿线要进行重力测量。 高程大于高程大于4000m4000m或水准点间的平均高差为或水准点间的平均高差为150-250m150-250m的地区，的地区， 一二等水准路线上每个点都要测重力。高差大于一二等水准路线上每个点都要测重力。高差大于250m250m的测段，的测段， 在地面倾斜变化处加测重力。在地面倾斜变化处加测重力。 高程在高程在

23、1500-4000m1500-4000m或水准点间平均高差为或水准点间平均高差为50-150m50-150m的地区，的地区， 一等水准路线重力点间的平均距离应小于一等水准路线重力点间的平均距离应小于11km11km；二等应小于；二等应小于 23km23km； 在西北、西南和东北边境等有较大重力异常地区，一等路在西北、西南和东北边境等有较大重力异常地区，一等路 线每个点都要测重力。线每个点都要测重力。 在由青岛原点到大地原点的一等路线上，应逐点测定重力。在由青岛原点到大地原点的一等路线上，应逐点测定重力。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 21控制测量学控制测量学

24、2021年7月1日13时27分 五、我国国家水准网的布设概况五、我国国家水准网的布设概况 我国国家水准网的布设，按照布测目的、完成年代、我国国家水准网的布设，按照布测目的、完成年代、 采用技术标准和高程基准等，基本上可分为采用技术标准和高程基准等，基本上可分为三期三期： 第一期主要是第一期主要是19761976年以前完成的，以年以前完成的，以19561956年黄海高程基年黄海高程基 准起算的各等级水准网；准起算的各等级水准网； 第二期主要是第二期主要是19761976年至年至19901990年完成的，以年完成的，以“19851985国家高国家高 程基准程基准”起算的国家一、二等水准网；起算的国

25、家一、二等水准网； 第三期是第三期是19901990年以后进行的国家一等水准网的复测和局年以后进行的国家一等水准网的复测和局 部地区二等水准网的复测，现已完成外业观测和内业平差部地区二等水准网的复测，现已完成外业观测和内业平差 计算工作，成果已提供使用。计算工作，成果已提供使用。 5.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程控制网建立的基本原理 22控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 城市与工程水准网分城市与工程水准网分二、三、四等二、三、四等3 3个等级布设，精度与个等级布设，精度与 相应等级的国家水准网一致。相应等级的国家水准网一致。首级网一般要求布设成闭合环形，首级网一般

26、要求布设成闭合环形， 加密时可布设成附合和结点图形。加密时可布设成附合和结点图形。 上海地面每年约沉降上海地面每年约沉降1 1厘米，有些城市如苏州、宁波更大，厘米，有些城市如苏州、宁波更大， 北方城市，特别是华北平原的城市，因大量开采地下水，地面北方城市，特别是华北平原的城市，因大量开采地下水，地面 沉降更是惊人沉降更是惊人。起始高程应采用稳定的基岩点。起始高程应采用稳定的基岩点。 1 1、 水准测量建立城市及工程高程控制网水准测量建立城市及工程高程控制网 水准测量水准测量是建立工程高程控制网的主要方法。城市和工程是建立工程高程控制网的主要方法。城市和工程 建设的水准测量的实施，和国家等级水准

27、测量相似，其主要步建设的水准测量的实施，和国家等级水准测量相似，其主要步 骤一般是：骤一般是：水准网图上设计、选点、标石埋设、外业观测、平水准网图上设计、选点、标石埋设、外业观测、平 差计算和成果表的编制等内容。差计算和成果表的编制等内容。 5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 23控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 图上设计的要点：图上设计的要点： 1 1、沿坡度较小的道路布设，避免跨越水域；、沿坡度较小的道路布设，避免跨越水域； 2 2、水准路线若与高压线或地下电缆平行，则应布设在、水准路

28、线若与高压线或地下电缆平行，则应布设在50m50m 以外，以避免电磁场对水准测量的影响。以外，以避免电磁场对水准测量的影响。 3 3、应考虑下级网的加密需要；、应考虑下级网的加密需要； 4 4、尽可能布设成环形或结点形，也可以是附合路线，水、尽可能布设成环形或结点形，也可以是附合路线，水 准点密度：一般地区准点密度：一般地区2-4 km2-4 km，城区和工业区：，城区和工业区：1-2 km 1-2 km 5 5、应该与国家点联测，以统一高程系统、应该与国家点联测，以统一高程系统 6 6、注意已有测量成果的利用、注意已有测量成果的利用 24控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5

29、.3 城市和工程建设高程控制测量城市和工程建设高程控制测量 2 2 、三角高程测量建立工程高程控制网、三角高程测量建立工程高程控制网 高程导线各边的高差测定宜采用对向观测。高程导线各边的高差测定宜采用对向观测。 规定：规定： 1 1）由两个单向算得的高程不符值不大于）由两个单向算得的高程不符值不大于 （s s1 1、s s2 2为两个单方向的边长，为两个单方向的边长，kmkm） 2 2）由对象观测所求得的高差较差不应大于）由对象观测所求得的高差较差不应大于0.1S0.1S（m m） （S S为边长，为边长，kmkm） 3 3）高差闭合差不应大于）高差闭合差不应大于 25控制测量学控制测量学20

30、21年7月1日13时27分 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 一、精密水准仪和水准尺的主要特点一、精密水准仪和水准尺的主要特点 1.精密水准仪的分类精密水准仪的分类 26控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 2.精密水准仪和水准尺的主要特点精密水准仪和水准尺的主要特点 1）精密水准仪的结构特点）精密水准仪的结构特点 l高质量的望远镜系统高质量的望远镜系统 l坚固稳定的仪器结构坚固稳定的仪器结构 l高精度的测微器装置高精度的测微器装置 l高灵敏的管水准器高灵敏的管水准器 l高性能的补偿器装置高性能的补偿器装置

31、 27控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 2）精密水准尺的特点）精密水准尺的特点 l当外界温度和湿度发生变化时，水准尺分划间的长当外界温度和湿度发生变化时，水准尺分划间的长 度必须保持稳定，或有微小的变化。度必须保持稳定，或有微小的变化。 l水准标尺分划的偶然误差和系统误差都很小。水准标尺分划的偶然误差和系统误差都很小。 l水准标尺在构造上应保持全长笔直，尺身不易发生水准标尺在构造上应保持全长笔直，尺身不易发生 变形。变形。 l尺身上应附有圆水准器装置。尺身上应附有圆水准器装置。 l水准标尺分划的颜色和标尺的颜色应协调，分辨清水准标尺分划的颜色和标尺的颜色应协调，分辨清 晰。晰

32、。 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 28控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 10 5 mm mm 基辅分划与注记 左单右双分划 水准标尺有水准标尺有 29控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 读数：读数： 197.150cm197.150cm 测微器测微器 读数窗读数窗 水准器水准器 视窗视窗 楔型丝楔型丝 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 30控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 Wild N3精密水准仪精密水准仪 与分格值为与分格值为10mm的精密因瓦

33、水准尺配套使用的精密因瓦水准尺配套使用, 标尺的基辅差为标尺的基辅差为301.55cm. 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 31控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 148.653cm 32控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 自动安平水准仪自动安平水准仪Koni007（德国蔡司）（德国蔡司） 与分格值为与分格值为5mm的精密铟瓦水准尺配套使用。的精密铟瓦水准尺配套使用。 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 33控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 自动安平水准

34、仪自动安平水准仪 Ni002（瑞士威特）（瑞士威特） 特点：没有水平方向制动，特点：没有水平方向制动， 目镜可以在仪器上沿水平目镜可以在仪器上沿水平 方向转动。方向转动。 与分格值为与分格值为5mm的精的精 密铟瓦水准尺配套使密铟瓦水准尺配套使 用。用。 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 34控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 6 6）电子水准仪电子水准仪 自动显示水平视线读数和视距。自动显示水平视线读数和视距。 通过物镜获取水准尺图象，通过通过物镜获取水准尺图象，通过 仪器的处理系统，将图象信息转仪器的

35、处理系统，将图象信息转 换成数字显示。换成数字显示。 能与计算机实现数据通讯。能与计算机实现数据通讯。 基本避免了人为的观测误差（视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、差、水准器精平误差、瞄准误差、 估读数误差。估读数误差。 35控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.4 精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 36控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 要求竖丝要求竖丝 位于条码位于条码 带上，否带上，否 则不能读则不能读 数数 要求尺子立要求尺子立 直（以圆气直（以圆气 泡为准），泡为准）， 否则拒绝工否则拒绝工 作。作。 5.4

36、精密水准测量仪器精密水准测量仪器水准仪水准仪 37控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 水准测量误差一般可分：水准测量误差一般可分： 1 1仪器误差仪器误差 2 2外界因素外界因素 水准仪的影响磁场对补偿式自动安平 响电磁场对水准测量的影 垂直位移的影响尺台或尺垫仪器和水准标尺 大气垂直折光的影响 角的影响温度变化对 )( i i 角 视准轴与水准轴不平行的影响 角 水准标尺每米长度的误差 两水准标尺零点差的影响 3观测误差观测误差 （在精密水准测量中影响很小，不到（在精密水准测量中影响很小，不到0.1mm

37、） 38控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 1 1、视准轴与水准轴不平行的误差、视准轴与水准轴不平行的误差 （1 1）i i角的误差影响角的误差影响 1 )( 前后 ssi s 1 )( 前后 ssi s 对一测站高差的影响：对一测站高差的影响： 对一测段高差的影响：对一测段高差的影响： 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 仪器误差仪器误差 39控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 1 )( 前后 ssi s 理论上若前后视距相等则此项误差为理论上若前后

38、视距相等则此项误差为0 0，但在实际工作中难以，但在实际工作中难以 做到前后视距严格相等。所以有必要讨论前后视距不等差的做到前后视距严格相等。所以有必要讨论前后视距不等差的 容许值问题：容许值问题： 设设i=15,s=0.1mmi=15,s=0.1mm（此时认为此项误差对高差的影响小（此时认为此项误差对高差的影响小 到可以忽略不计），则可得出前后视距差的容许值为：到可以忽略不计），则可得出前后视距差的容许值为： m i ss s 4 . 1 前后 顾及各种外界因素的影响，规定二等水准测量前后视距差应不顾及各种外界因素的影响，规定二等水准测量前后视距差应不 超过超过1m1m。为了避免各种误差的累

39、积，还规定测段中前后视距累。为了避免各种误差的累积，还规定测段中前后视距累 积差不超过积差不超过3m3m。 40控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 （2 2）角误差的影响角误差的影响 若仪器不存在若仪器不存在i i角误差，则在仪器的垂直轴严格垂角误差，则在仪器的垂直轴严格垂 直时，交叉误差并不影响在水准标尺上的读数，因为仪直时，交叉误差并不影响在水准标尺上的读数，因为仪 器在水平方向转动时，视准轴与水准轴在垂直面上的投器在水平方向转动时，视准轴与水准轴在垂直面上的投 影仍保持互相平行，因此对水准测量并无不

40、利影响。若影仍保持互相平行，因此对水准测量并无不利影响。若 垂直轴有倾斜时，则会对测量成果产生影响，垂直轴有倾斜时，则会对测量成果产生影响，应对水准应对水准 仪的圆水准轴和交叉误差进行检校。仪的圆水准轴和交叉误差进行检校。 41控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 2 2、水准标尺长度误差的影响、水准标尺长度误差的影响 f f为水准标尺每米间隔平均真长误差为水准标尺每米间隔平均真长误差 对一个测站高差应加的改正数对一个测站高差应加的改正数 对一个测段高差应加的改正数对一个测段高差应加的改正数 hf f hf f （1 1）水准标尺每米长度误差的影响）水准标尺每米长度误差的影响 5

41、.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 42控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 （2 2） 两水准标尺零点差的影响两水准标尺零点差的影响 1.21111 2.32222 haabbabab hbbaababa 消除方法：把路线的测站数设为偶数站消除方法：把路线的测站数设为偶数站 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 43控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 外界因素误差外界因素误差 1 1、温度变化对、温度变化对i i角的误

42、差影响角的误差影响 给仪器打伞；观测前，将仪器预先从箱中取出，使仪器充分给仪器打伞；观测前，将仪器预先从箱中取出，使仪器充分 地与周围空气温度一致。地与周围空气温度一致。 采用下列观测方法可削弱其影响：采用下列观测方法可削弱其影响： 奇数站：后（基）奇数站：后（基）前（基）前（基）前（辅）前（辅）后（辅）后（辅） 偶数站：前（基）偶数站：前（基）后（基）后（基）后（辅）后（辅）前（辅）前（辅） 减弱方法：减弱方法： 44控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 2 2、大气折光的影响、大气折光的影响 削弱方法：削弱方法： 使前后视距相等；使前后视距相等； 使视线离地面具有足够的高度；

43、使视线离地面具有足够的高度； 避免在日出后半小时、日落前半小时和正午进行避免在日出后半小时、日落前半小时和正午进行 观测。观测。 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 45控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 3 3、仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响、仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响 （1 1）仪器下沉）仪器下沉 减弱方法：减弱方法： 观测前，将仪器踩实；观测前，将仪器踩实； 采用后前前后的观测程采用后前前后的观测程 序可较好的消除此项误序可较好的消除此项误 差的影响。差的影响。 5.6 5.6 精密水准测量的主要误差来源及

44、影响精密水准测量的主要误差来源及影响 46控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 （2 2 ）水准标尺（尺台或尺桩）下沉）水准标尺（尺台或尺桩）下沉 水准标尺的下沉主要是发生在迁站过程中，由原来的水准标尺的下沉主要是发生在迁站过程中，由原来的 前视尺变为后视尺时尺子产生了下沉，于是总是使后前视尺变为后视尺时尺子产生了下沉，于是总是使后 视尺的读数偏大，使各测站的高差都偏大。视尺的读数偏大，使各测站的高差都偏大。 减弱方法：减弱方法： 进行往返测，高差取平均后水准标尺（尺台或尺桩）下进行往返测，高差取平均后水准标尺（尺台或尺桩）下 沉的误差影响可大大减少。往返测尽可能路线相同。沉的误

45、差影响可大大减少。往返测尽可能路线相同。 5.6 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 47控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.6 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 4 4、电磁场对水准测量的影响、电磁场对水准测量的影响 电磁场对光线（包括水准测量视准线）位置的正确性有电磁场对光线（包括水准测量视准线）位置的正确性有 系统性的影响，并且与电流强度有关。系统性的影响，并且与电流强度有关。 消除或减弱方法：消除或减弱方法： 与输电线平行时，使水准路线离输电线与输电线平行时，使水准路线离输电线50m50m

46、以外。以外。 与输电线相交时，夹角应为直角，并且将水准仪严格地与输电线相交时，夹角应为直角，并且将水准仪严格地 安置在输电线的下方，标尺点与输电线成对称布置。安置在输电线的下方，标尺点与输电线成对称布置。 48控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.6 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 5 5、磁场对补偿式自动安平水准仪的影响、磁场对补偿式自动安平水准仪的影响 磁场对补偿器产生影响，使补偿器发生偏转，以致使视磁场对补偿器产生影响，使补偿器发生偏转，以致使视 准线产生变化。准线产生变化。 消除或减弱方法：消除或减弱方法： 改进补偿器的结构和

47、选用新型非磁性材料。改进补偿器的结构和选用新型非磁性材料。 使用精密水准器水准仪进行观测。使用精密水准器水准仪进行观测。 49控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 观测误差观测误差 5.6 5.6 精密水准测量的主要误差来源及影响精密水准测量的主要误差来源及影响 按照要求，认真观测。按照要求，认真观测。 在精密水准测量中影响很小，不到在精密水准测量中影响很小，不到0.1mm0.1mm 50控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施 1 1、精密水准测量的一般规定：、精密水准测量的一般规定： 1 1）前后视距应尽量相等，

48、其限差规定为：）前后视距应尽量相等，其限差规定为： 一等：一等：D0.5m,D0.5m,D1.5m,D1.5m, 二等：二等：D1.0m,D1.0m,D3.0mD3.0m 消减：与消减：与D D有关的误差影响，如：有关的误差影响，如：i i角误差、垂直折光角误差、垂直折光 影响等影响等 2 2）相邻测站按奇、偶数测站的观测程序进行观测，）相邻测站按奇、偶数测站的观测程序进行观测， 即分别按即分别按“后前前后后前前后”、“前后后前前后后前”的观测程序。的观测程序。 消减：与时间成比例均匀变化的误差影响。如：消减：与时间成比例均匀变化的误差影响。如：i i角的角的 变化、仪器的垂直位移等影响。变化

49、、仪器的垂直位移等影响。 51控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施 3 3）每个测段上，测站数应安排成偶数）每个测段上，测站数应安排成偶数 消减：水准尺零点差、交叉误差在仪器竖轴倾斜时对消减：水准尺零点差、交叉误差在仪器竖轴倾斜时对 观测高差的影响。观测高差的影响。 4 4）每测段应进行往、返测）每测段应进行往、返测 消减：同性质、同符号的误差影响。如：仪器、水准消减：同性质、同符号的误差影响。如：仪器、水准 尺垂直位移的误差影响。尺垂直位移的误差影响。 5 5）每测段的往返观测应在不同的气象条件下进行）每测段的往返观测应在不

50、同的气象条件下进行 （如上午或下午）（如上午或下午） 52控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 2 2、精密水准测量的观测、精密水准测量的观测 1 1）观测程序）观测程序 往测观测程序：往测观测程序： 奇数站：奇数站：“后前前后后前前后” ” 即后视基本分划、前视基本分划、前视辅助分划、后视辅助即后视基本分划、前视基本分划、前视辅助分划、后视辅助 分划分划 偶数站：偶数站：“前后后前前后后前” 即前视基本分划、后视基本分划、后视辅助分划、前视辅助即前视基本分划、后视基本分划、后视辅助分划、前视辅助 分划分划 返测观测程序：返测观测程序：奇、偶数站的观测程序与往测时完全相反奇、偶数

51、站的观测程序与往测时完全相反 即奇数站：即奇数站： “ “前后后前前后后前”；偶数站：；偶数站： “后前前后后前前后” 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施 53控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施 54控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施 2 2）水准测量限差（见教材）水准测量限差（见教材249249页）页） 3 3）水准测量精度）水准测量精度 Rn M 4 1 2 （1）每公里往返高差平均值的中误差为：）每公里往返高差平均值的中误差为： 测

52、段往返测高差不符值，单位：测段往返测高差不符值，单位：mmmm R R 测段的长度，单位：测段的长度，单位：kmkm n n 测段的个数测段的个数 55控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.7 5.7 精密水准测量的实施精密水准测量的实施 水 准 测 量 等级 一等二等三等四等 M的限值0.45m m 1.0mm3.0mm5.0mm MW的限值1.0mm2.0mm6.0mm10.0mm F WW N M W 1 （2）由）由N个环长为个环长为F、环闭合差为、环闭合差为W的闭合环求得的闭合环求得 的每公里高差中误差为：的每公里高差中误差为： W W 环水准路线的高差闭合差环水准

53、路线的高差闭合差(mm)(mm) F F 环水准路线长度（环水准路线长度（km)km) N N 环水准路线的个数环水准路线的个数 56控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 1 1、水准面不平行性、水准面不平行性 n水准面的不平行性，对水准测量的影响有水准面的不平行性，对水准测量的影响有: : (1)(1)用水准测量测得两点间的高差随路线不同而有差异用水准测量测得两点间的高差随路线不同而有差异 (2)(2)闭合环形路线闭合差不等于零，称为理论闭合差。闭合环形路线闭合差不等于零，称为理论闭合差。 57控

54、制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 1 1）正高高程系统）正高高程系统 0 1 BB B B C m HdHgdh g 正 B C dHdh W = WB W = W0 O 大地水准面大地水准面 A点水准面点水准面 A 式中：式中： 为铅垂线为铅垂线BC上上的平均重力加速度值。的平均重力加速度值。 B m g 58控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 2 2）正常高高程系统）正常高高程系统 n将正高系统中

55、不能精确测定的将正高系统中不能精确测定的 用正常重力代替，便得用正常重力代替，便得 到另一种系统的高程，称其为到另一种系统的高程，称其为正常高正常高。我国规定采用正我国规定采用正 常高高程系统作为我国高程的统一系统。常高高程系统作为我国高程的统一系统。 gdhH B m B 1 常 2 *83086. 0 HB 0 B m ）（ 20000058. 0005302. 01032.978 sinsin 22 0 为大地纬度为大地纬度B。 B m g 59控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 00 00

56、0 0 111 ()() B BBB BB BBB mmm Hgdhdhdhgdh 正常高 第一项为主项，是水准测量测得的高差，第二项中的第一项为主项，是水准测量测得的高差，第二项中的 是水准路线上各点的重力值，因纬度而异，所以此项即为是水准路线上各点的重力值，因纬度而异，所以此项即为正常正常 位水准面不平行改正数位水准面不平行改正数。它与第一项的和称为。它与第一项的和称为概略高程概略高程。第三。第三 项是由正常位水位面与重力等位面不一致引起的，称为项是由正常位水位面与重力等位面不一致引起的，称为重力异重力异 常改正项。常改正项。 0 60控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5

57、.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 正常高高差的实际计算公式正常高高差的实际计算公式 B A B A AB AB dhHH 常常 m H m 2sin0000015395.0 为为A A、B B两点平均纬度，两点平均纬度， m AB - m H 为为A A、B B两点平均高度。两点平均高度。 为正常位水准面不平行引起的高差改正为正常位水准面不平行引起的高差改正 61控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 为由重力异常引起的高差改正为由重力异常引起的高差改正

58、66 ()10 (110 ) m gH 计算时，计算时， 以毫伽为单位，取至以毫伽为单位，取至0.1mGal0.1mGal。H H是是A A、B B两点两点 间的高差，取整米，间的高差，取整米，为正常重力差。为正常重力差。 -g m 62控制测量学控制测量学2021年7月1日13时27分 5.9 5.9 正常水准面不平行性及其改正数计算正常水准面不平行性及其改正数计算 0 45 0 1 1 A A A A Hgdh Hgdh 力 区力 3 3）力高和地区力高系统（了解）力高和地区力高系统（了解） 一点的力高就是水准面在纬度一点的力高就是水准面在纬度4545处的处的 正常高正常高 一点的地区力高就是水准面在该测区平一点的地区力高就是水准面在该测区平 均纬度处的正常高均纬度处的正常高 同一个重力位水准面上两点的正高或正常高是不相等的。对同一个重力位水准面上两点的正高或正常