高程控制測量第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三本章提要

[重點]精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺、精密水準(zhǔn)測量的實施、三角高程測量

[難點]正常水準(zhǔn)面不平行性及其改正數(shù)計算

返回本章首頁本章講述高程控制網(wǎng)的布設(shè)，精密水準(zhǔn)測量、三角高程測量。目的是解決高程控制點位置的測定問題。內(nèi)容涉及國家高程基準(zhǔn)、高程控制網(wǎng)的布設(shè)、精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺、精密水準(zhǔn)測量的主要誤差來源及其影響、精密水準(zhǔn)測量的實施、正常水準(zhǔn)面不平行性及其改正數(shù)計算、水準(zhǔn)測量的概算、三角高程測量第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三位置適中半日潮有規(guī)律不在江河入?？诤Ｃ骈_闊、無島礁海底平坦，水深在10m以上

高程基準(zhǔn)面就是地面點高程的統(tǒng)一起算面，因此通常采大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。

大地水準(zhǔn)面是假想海洋處于完全靜止的平衡狀態(tài)時的海水面延伸到大陸地面以下所形成的閉合曲面。1956年黃海高程系統(tǒng)(1950-1956)1985年國家高程基準(zhǔn)(1952-1979),1988年1月1日開始啟用。５.1國家高程基準(zhǔn)第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三水準(zhǔn)原點------青島觀象山1956年黃海高程系統(tǒng)，水準(zhǔn)原點的高程值72.289m

1985年國家高程基準(zhǔn)，水準(zhǔn)原點的高程值72.2604m

兩系統(tǒng)相差-0.0286m

主點—原點、參考點和副點共6個點組成水準(zhǔn)原點網(wǎng)。第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

一、國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則：1.從高級到低級、逐級控制；

5.2國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2水準(zhǔn)點應(yīng)該有足夠的密度；5.2國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3水準(zhǔn)測量應(yīng)達(dá)到足夠的精度

各等級水準(zhǔn)測量的精度，是用每公里高差中數(shù)的偶然中誤差和每公里高差中數(shù)的全中誤差來表示的。5.2國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三每公里高差中數(shù)的偶然中誤差

---測段往返高差不符值，mm---測段長度，km---測段數(shù)。每公里高差中數(shù)的全中誤差來

---各項改正后的閉合差，mm---水準(zhǔn)環(huán)長度，km---水準(zhǔn)環(huán)數(shù)。5.2國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理4一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測。第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三我國一等水準(zhǔn)網(wǎng)由289條路線組成，其中284條路線構(gòu)成100個閉合環(huán)，共計埋設(shè)各類標(biāo)石近2萬余座。全國一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)略圖如圖所示。5.2.1國家高程控制測量二、國家水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)方案及精度要求

第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.2.3水準(zhǔn)路線的設(shè)計、選點和埋石1、技術(shù)設(shè)計一等水準(zhǔn)路線應(yīng)沿路面坡度平緩、交通不太繁忙的交通路線布設(shè)，二等水準(zhǔn)路線盡量沿公路、大河及河流布設(shè)，沿線交通較為方便。水準(zhǔn)路線應(yīng)避開土質(zhì)松軟的地段和磁場甚強的地段，并應(yīng)盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷等障礙物。2、選點水準(zhǔn)點點位選定后，應(yīng)填繪點之記，繪制水準(zhǔn)路線圖及結(jié)點接測圖。3、埋石5.2.4水準(zhǔn)路線上的重力測量因精密水準(zhǔn)測量成果需進(jìn)行重力異常改正，故在一、二等水準(zhǔn)路線沿線要進(jìn)行重力測量。5.2國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.3城市和工程建設(shè)高程控制測量一、城市和工程建設(shè)高程控制網(wǎng)概述城市測量和工程測量技術(shù)規(guī)范規(guī)定：水準(zhǔn)測量依次分為二、三、四等3個等級。二、水準(zhǔn)測量的實施

圖上設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：（1）水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量沿坡度小的道路布設(shè)，以減弱前后視折光誤差的影響。盡量避免跨越河流、湖泊、沼澤等障礙物。（2）水準(zhǔn)路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準(zhǔn)路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免電磁場對水準(zhǔn)測量的影響。（3）布設(shè)首級高程控制網(wǎng)時，應(yīng)考慮到便于進(jìn)一步加密。（4）水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)盡可能布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)或結(jié)點網(wǎng)，個別情況下亦可布設(shè)成附合路線。水準(zhǔn)點間的距離：一般地區(qū)為2～4km；城市建筑區(qū)和工業(yè)區(qū)為1～2km。（5）應(yīng)與國家水準(zhǔn)點進(jìn)行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。（6）注意測區(qū)已有水準(zhǔn)測量成果的利用。

第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.3城市和工程建設(shè)高程控制測量工程測量中常用的普通水準(zhǔn)標(biāo)石是由柱石和盤石兩部分組成，標(biāo)石上面嵌設(shè)有銅材或不銹鋼金屬標(biāo)志。

點位的穩(wěn)固安全，并能長期保存，便于施測。一般要求離鐵路的距離應(yīng)大于50m，離公路的距離應(yīng)大于20m。

第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.4精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺５.4.１精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點５.4.２精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點５.4.３WildN3精密水準(zhǔn)儀５.4.４ZeissNi004精密水準(zhǔn)儀５.4.５國產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三我國水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項目水準(zhǔn)儀系列型號S05S1S3S10每公里往返平均高差中誤差望遠(yuǎn)鏡放大率望遠(yuǎn)鏡有效孔徑管狀水準(zhǔn)器格值測微器有效量測范圍測微器最小分格值≤0.5mm≥40倍≥60mm10″/2mm5mm0.1mm≤1mm≥40倍≥50mm10″/2mm5mm0.1mm≤3mm≥30倍≥42mm20″/mm≤10mm≥25倍≥35mm20″/2mm自動安平水準(zhǔn)儀補償性能補償范圍安平精度安平時間不長于±8′±0.1″2s±8′±0.2″2s±8′±0.5″2s±10′±2″2s

1.精密水準(zhǔn)儀的分類

水準(zhǔn)儀系列按精度分類有S05型,S1型,S3型等。S是“水”字的意思,數(shù)字表示偶然中誤差，Z表示自動安平。5.4.1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.4.1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

2.精密水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)特點1）高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)一般精密水準(zhǔn)儀的放大倍率應(yīng)大于40倍，物鏡的孔徑應(yīng)大于50mm。影像更清晰。2）堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件均用特殊的合金鋼制成，并有起隔熱作用的防護(hù)罩。

3）高精度的測微器裝置精密水準(zhǔn)儀必須有光學(xué)測微器裝置，一般精密水準(zhǔn)儀的光學(xué)測微器可以讀到0.lmm，估讀到0.Olmm。5.4.1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點

4.高靈敏的管水準(zhǔn)器一般精密水準(zhǔn)儀的管水準(zhǔn)器的格值為10"/2mm。5.高性能的補償器裝置

第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3.精密水準(zhǔn)尺的結(jié)構(gòu)特點

（1）當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定，或僅有微小的變化。因瓦合金帶的長度不會受木質(zhì)尺身伸縮變形影響。5.4.1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點

（2）水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很小。

（3）水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上應(yīng)保證全長筆直，并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭等變形。

第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

（4）在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上應(yīng)附有圓水準(zhǔn)器裝置，作業(yè)時扶尺者借以使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持在垂直位置。在尺身上一般還應(yīng)有扶尺環(huán)的。

（5）為了提高對水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的照準(zhǔn)精度，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的形式和顏色與水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色相協(xié)調(diào)。在精密水準(zhǔn)測量作業(yè)時，水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)豎立于特制的具有一定重量的尺墊或尺樁上。尺墊和尺樁的形狀如下圖所示。5.4.1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三線條分劃精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的分格值有l(wèi)0mm和5mm兩種。1）分格值為10mm如圖（a）所示，基本分劃注記從0～300cm，輔助分劃注記從300～600cm，基輔差（尺常數(shù)）3.0155。2）分格值為5mm如圖（b）所示，兩排分劃彼此錯開5mm,左邊是單數(shù)，右邊是雙數(shù)，沒有輔助分劃。右邊是米數(shù)，左邊是分米數(shù)，整個注記從0.1～5.9m，實際分格值為5mm，所測得的高差值必須除以2才是實際的高差值。

5.4.1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

1.WildN3精密水準(zhǔn)儀有效孔徑為50mm放大倍率為40倍管狀水準(zhǔn)器格值為10“/2mm。與分格值為l0mm的水準(zhǔn)標(biāo)尺配套標(biāo)尺的基輔差為301.55cm。氣泡式的精密水準(zhǔn)儀、自動安平的精密水準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀以及相應(yīng)的因瓦合金水準(zhǔn)尺第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三WildN3精密水準(zhǔn)儀

5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

水準(zhǔn)尺讀數(shù)148測微器讀數(shù)653(即6.53mm)，全部讀數(shù)為148.653cm。N3讀數(shù)方法5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三儀器轉(zhuǎn)軸位于靠近物鏡的一端。使用傾斜螺旋精確整平視準(zhǔn)軸時，將會引起視準(zhǔn)軸高度的變化。如果前后視精確整平視準(zhǔn)軸時，傾斜螺旋的轉(zhuǎn)動量不等，就會在高差中帶來這種誤差的影響。因此，在實際作業(yè)中規(guī)定：只有在符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像的分離量小于lcm時（垂直軸基本在垂直位置），才允許使用傾斜螺旋來進(jìn)行精確整平視準(zhǔn)軸。但有些儀器轉(zhuǎn)軸的裝置，位于過望遠(yuǎn)鏡中心的垂直幾何軸線上。1）N3精密水準(zhǔn)儀的傾料螺旋裝置轉(zhuǎn)動范圍是7周5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三光學(xué)測微器由平行玻璃板、測微器分劃尺、傳動桿和測微螺旋等部件組成。測微分劃尺上有100個分格，它與10mm相對應(yīng)，即每分格為0.lmm，可估讀至0.0lmm。每10格有較長分劃線并注記數(shù)字，每兩長分劃線間的格值為lmm。2)N3精密水準(zhǔn)儀的測微器裝置5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

測微分劃上讀數(shù)為5mm，而不是0。最后讀數(shù)為148cm+6.50mm-5mm即=148.650cm-5mm故，每次讀數(shù)中應(yīng)減去常數(shù)（初始讀數(shù))5mm，但在計算高差時能自動抵消這個常數(shù)。第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.ZeissNi004精密水準(zhǔn)儀該儀器的主要特點是對熱影響的感應(yīng)較小，這是因為望遠(yuǎn)鏡、管狀水準(zhǔn)器和平行玻璃板的傾斜設(shè)備等部件，都裝在一個附有絕熱層的金屬套筒內(nèi)。有效孔徑為56mm望遠(yuǎn)鏡放大倍率為44倍目鏡視場內(nèi)有左右兩組楔形絲管水準(zhǔn)器格值為10″/2mm。測微器范圍是10mm。5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三測微器的分劃鼓直接與測微螺旋相連（見右圖），通過放大鏡在測微鼓上進(jìn)行讀數(shù)，測微鼓上有100個分格，所以測微鼓最小格值為0.1mm。從望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中所看到的影像如右圖所示，視場下部是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像。Ni004精密水準(zhǔn)儀與分格值為5mm的精密因瓦水準(zhǔn)尺配套使用。在右圖中，使用測微螺旋使楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上197分劃，在測微分劃鼓上的讀數(shù)為340，即3.40mm，水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為197.340cm。ZeissNi004精密水準(zhǔn)儀5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3.國產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀DS1型精密水準(zhǔn)儀由北京測繪儀器廠生產(chǎn)。儀器物鏡的有效孔徑為50mm，望遠(yuǎn)鏡放大倍率為40倍，管狀水準(zhǔn)器格值為10"/2mm。測微螺旋范圍10mm，測微器分劃尺有100個分格，最小格值為0.1mm。5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中，視場左邊是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像，測微器讀數(shù)顯微鏡在望遠(yuǎn)鏡目鏡的右下方。該儀器與分格值為5mm的精密水準(zhǔn)標(biāo)尺配套使用。圖中，楔形絲夾準(zhǔn)198分劃，測微器讀數(shù)150，即1.50mm，全部讀數(shù)為198.150cm。國產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀

5.4.2精密普通水準(zhǔn)儀

第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三1.自動安平水準(zhǔn)儀的補償原理5.4.3補償式自動安平水準(zhǔn)儀

如果則若補償器能使來自水平的光線平移量a=fα，則平移后的光線也將正確地進(jìn)入十字絲分劃O1處，從而得到正確補償?shù)哪康?。?1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2.自動安平水準(zhǔn)儀Koni007與分格值為5mm的精密因瓦水準(zhǔn)尺配套使用。5.4.3補償式自動安平水準(zhǔn)儀

第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三1)光學(xué)補償器光學(xué)補償器6是一塊等腰直角棱鏡，用彈性薄簧片懸掛形成重力擺，以擺軸為中心可以自由擺動，在重力作用下，最后靜止在與重力方向一致的位置上5.4.3補償式自動安平水準(zhǔn)儀

第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2）光學(xué)測微器5.4.3補償式自動安平水準(zhǔn)儀

棱鏡測微器第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3.自動安平水準(zhǔn)儀Ni002特點：沒有水平方向制動，目鏡可以在儀器上沿水平方向轉(zhuǎn)動。與分格值為5mm的精密因瓦水準(zhǔn)尺配套使用。5.4.3補償式自動安平水準(zhǔn)儀

第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三精密高差測量儀器Ni002自動安平水準(zhǔn)儀每公里往返測高差中誤差m=±0.4mm/km放大倍率為44倍5.4.3補償式自動安平水準(zhǔn)儀

第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2光學(xué)補償器（平面反射擺鏡）第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三●也稱“數(shù)字水準(zhǔn)儀”具有自動安平功能。自動顯示水平視線讀數(shù)和視距。通過物鏡獲取水準(zhǔn)尺圖象，通過儀器的理系統(tǒng)，將圖象信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示。能與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。基本避免了人為的觀測誤差（視差、水準(zhǔn)器精平誤差、瞄準(zhǔn)誤差、估讀數(shù)誤差。5.4.4電子水準(zhǔn)儀

第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三條碼尺測量鍵5.4.4電子水準(zhǔn)儀

索佳SDL30M第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三技術(shù)指標(biāo)索佳SDL30M第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三拓普康DL-111C電子水準(zhǔn)儀采用最先進(jìn)地圖像處理技術(shù)，自動觀測、自動記錄，每公里往返測高差中誤差為±0.3mm。全中文顯示，方便了普通測量工操作。高精度測量全自動測量和數(shù)字顯示可以避免讀數(shù)誤差，記錄錯誤及其它可能出現(xiàn)地人為錯誤。測量方法符合國家水準(zhǔn)測量規(guī)范要求，可以判別多種限差測量效率提高50％數(shù)據(jù)通訊功能標(biāo)準(zhǔn)地RS-232接口可供水準(zhǔn)儀與數(shù)據(jù)采集之間地實時通訊或數(shù)據(jù)直接輸出到計算機。CF卡數(shù)據(jù)存儲配備CF卡數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，可擴充海量數(shù)據(jù)存儲。拓普康電子水準(zhǔn)儀DL-111C（國家DS1級）5.4.4電子水準(zhǔn)儀

第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三型號DXY67-DSZ2-D

放大倍數(shù)32X

標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1.5mm

有效孔徑40mm

成像正像Erect

視場角1°26'

乘常數(shù)100

加常數(shù)0

最短視距≤1.6m

補償工作范圍±15'

補償安平精度±0.3"

圓水準(zhǔn)器角值8'/2mm

度盤360°(400gon)

度盤分度值1°(1gon)

儀器重量≤3kg自動安平水準(zhǔn)儀國產(chǎn)達(dá)到DS1一級水準(zhǔn)（需DS2+測繪器）

5.4.4電子水準(zhǔn)儀

第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三要求豎絲位于條碼帶上，否則不能讀數(shù)要求尺子立直（以圓氣泡為準(zhǔn)），否則拒絕工作。5.4.4電子水準(zhǔn)儀

第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三大屏幕的液晶顯示屏具有程序測量功能調(diào)教才能讀數(shù)對標(biāo)尺傾斜沒有影響徠卡高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀DNA03第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5.4.4電子水準(zhǔn)儀

第47頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三技術(shù)規(guī)格型號DNA03DNA10每公里往返測高程精度標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺1.0mm，銦鋼尺