9.4高程控制測量

VerticalControlSurvey9.4.1高程控制測量概述控制點測量工作的原則：在布局上從整體到局部在次序上先控制后碎部在等級上由高級到低級控制測量的目的：保證測量工作有序進行限制誤差傳播控制測量概述控制測量的本質也是點位的測量，先測量并計算出部分點位的坐標，再以這些點為基礎進行后續(xù)的工作。傳統地面測量工作中，將控制測量分為平面和高程控制測量?？刂茰y量概述高程控制測量分級國家級為全國的測繪工作提供統一基準，以及為天文、大地測量提供測量基礎。工程級為地區(qū)工程建設服務。高程控制網國家高程控制網：用精密水準測量方法建立的國家高程控制網，也稱為國家水準網。國家水準網的布設遵循從整體到局部，由高級到低級，分級布設逐級控制的原則。國家水準網分為一、二、三、四等。國家一二等水準測量規(guī)范GB12897-2006國家三四等水準測量規(guī)范GB12898-2009高程控制網等級國家一、二、三、四等水準測量技術指標

等級一等二等三等四等

中誤差(mm)±0.45±1.0±3.0±5.0全中誤差(mm)±1.0±2.0±6.0±10.0視線長度(m)[4，30][3，50]≤75≤100

R

為單程水準路線長度F為環(huán)線長度高程控制網等級工程建設中的高程控制網：按照由高級到低級分級布設的原則，工程建設中的高程控制網等級分為二、三、四、五等水準及圖根水準。每公里高差全中誤差(mm)高程控制網等級工程測量標準GB50026-2020高程控制網測量技術要求工程測量標準GB50026-2020高程控制測量方法★幾何水準測量：利用水平視線來測量兩點間的高差?！锶歉叱虦y量：測量兩點間的水平距離或斜距和豎直(即傾斜角)，然后利用三角函數計算出兩點間的高差?！颎NSS擬合高程測量:利用全球導航衛(wèi)星系統（GNSS）觀測數據，結合已知點的大地高和正常高（或海拔高）信息，通過數學模型推算未知點正常高的測量技術。9.4.2四等水準測量觀測方法四等水準測量每一測站，按下列順序進行觀測：

以上的觀測順序稱為后后前前，在后視和前視讀數時，均先讀黑面再讀紅面，讀黑面時讀三絲讀數，讀紅面時只讀中絲讀數，因此也稱黑紅黑紅。(1)后視水準尺的黑面，讀下絲、上絲和中絲讀數.(2)后視水準尺的紅面，讀中絲讀數.(3)前視水準尺的黑面，讀下絲、上絲和中絲讀數.(4)前視水準尺的紅面，讀中絲讀數。等級水準測量觀測方法普通水準測量后視、前視各讀1次數據;四等水準測量觀測順序為后后前前;三等水準測量觀測順序為后前前后;二等及以上觀測順序：奇數站后前前后，偶數站前后后前拓展思考：隨著等級提高，讀數順序發(fā)生了改變，這樣做有什么好處？——減弱多項誤差的影響，如儀器下沉、尺墊下沉等。測站上的計算和檢核(四等)(1)視距計算：|下絲讀數-上絲讀數|×100，100為常系數值。

[必須計算，以米為數值單位]。視距=(2111-1737)mm×100，再除以1000換算距離數值單位為37.4m。測站上的計算和檢核(四等)(2)中絲檢核：下絲與上絲的平均值應與黑面中絲讀數相等（差值小于±3mm視為合格）。[非必須，常用作錯誤檢查]。測站上的計算和檢核(四等)(3)同一水準尺紅、黑面讀數差的檢核：(黑面讀數+K-紅面讀數)，K為水準尺紅黑面常數差，一對水準尺常數差K分別為4687和4787。對于四等水準測量，紅黑面讀數差不得超過±3mm。

[必須計算]。測站上的計算和檢核(四等)(4)計算視距差：(后視視距-前視視距)，對于四等水準測量，前后視距差不得超過±5m。

[必須計算]。(5)累計視距差：本站視距差與前面測站視距差的和。對于四等水準測量，累計視距差不得大于±10m[必須計算]。測站上的計算和檢核(四等)(6)高差的計算和檢核：h黑=(后視黑面中絲讀數－前視黑面中絲讀數),h紅=(后視紅面中絲讀數－前視紅面中絲讀數),黑、紅面高差之差d=(h黑-(h紅±100)),對于四等水準測量，d不得超過±5mm。

[必須計算]。d=(h黑-(h紅±100))以黑面為準判斷加或減100.一對水準尺的黑紅面常數差分別為4687和4787測站上的計算和檢核(四等)(7)計算平均高差：h=(h黑+h紅±100)/2。[必須計算]。h=(h黑+(h紅±100))/2四舍六入，逢五看前單進雙不進以黑面為準判斷加或減100.測段結束后的計算和檢核（1）視距差的計算：對所有的后視視距求和，前視視距求和，計算累計視距差以及視距總長。累計后視視距與累計前視視距的差與最后一站的累計視距差值相等，以此檢核計算是否存在錯誤。（2）高差的檢核：對后視和前視中絲讀數分別求和再求差，（Σ(a黑+a紅)-Σ(b黑+b紅)）/2，與黑紅面高差求和的均值（Σh黑+Σh紅)/2進行比較。

（3）測段總高差的計算：

Σh＝h1+h2+………

測段結束后的計算和檢核請大家以這個表格為例，在課下多練習，熟悉計算和檢核方法。9.4.3三角高程測量由于地面高低起伏，當兩點間高差較大時，不便于水準測量工作的開展。根據兩點間的水平距離或傾斜距離以及豎直角等幾何量，求算兩點間的高差。如果已知A、B兩點之間的平距D

如果直接測得兩點間的斜距S

三角高程測量1.先考慮小范圍內把水準面當做平面時的情況地球曲率和大氣折光對高差的影響過A點的水準面過B點的水準面hAB過儀器中心的水平線過儀器中心的水準面水平面代替水準面造成的讀數誤差ps2.再考慮大范圍不能把水準面當做平面時的情況地球曲率和大氣折光對高差的影響過儀器中心的水平線過儀器中心的水準面實際視線大氣折光造成的讀數誤差fs3.進一步考慮大氣折光時視線彎曲不再是直線的情況地球曲率和大氣折光對高差的影響地球曲率和大氣折光對高差的聯合影響：球氣差影響性質：與目標點到儀器距離的平方成正比。地球曲率半徑R=6371km，大氣垂直折光系數K值大約在0.08～0.14之間，恒大于零。大氣垂直折光系數隨地區(qū)、氣候、季節(jié)、地面覆蓋物和視線超出地面高度等條件的不同而變化，很難精確地測定它的數值，實際工作中常取K=0.14計算兩差改正，即與水準測量中使前后視距離相等類似，在三角高程測量中常取對向觀測的平均值，削弱地球曲率和大氣折光的影響。三角高程測量光電測距三角高程測量主要技術要求注：D為光電測距邊長度(km）三角高程測量r如果能夠構成近似同步的往返觀測，可以不計算兩差改正，直接按簡略公式計算單向高差后取往返均值。請大家務必在課下多加練習！?。?！熟悉科學計算器的使用方法。

高程控制測量的數據處理---例題299.4.4GNSS擬合高程測量核心原理高程系統差異GNSS直接測得的是基于參考橢球面的大地高（H），而工程常用的是基于水準面的正常高（H?），二者關系為：

H?=H-ζ

（ζ為高程異常，即橢球面與水準面間的垂直偏差）2.擬合模型作用通過在測區(qū)布設已知正常高的控制點，建立高程異常ζ的數學模型（如多項式曲面、樣條函數、神經網絡等），將GNSS大地高轉換為正常高。注：此方法對于僅學習工程測量的學生來說難以理解，故只進行簡單的原理介紹30GNSS擬合高程測量注：此方法對于僅學習工程測量的學生來說難以理解，故只進行簡單的方法介紹，感興趣同學自行查閱規(guī)范及相關資料GNSS擬合高程測量方法布設控制點

在測區(qū)均勻選取若干已知正常高的點（通過水準測量獲得），同步采集GNSS數據。模型構建

利用控制點數據解算高程異常模型參數，常用方法：平面擬合（平坦區(qū)域）二次曲面擬合（丘陵地區(qū)）多面函數擬合（復雜地形）3.高程推算

將待測點的GNSS大地高代入模型，計算其高程異常ζ，最終得到正常高。31GNSS擬合高程測量核心原理高程系統差異GNSS直接測得的是基于參考橢球面的大地高（H），而工程常用的是基于水準面的正常高（H?），二者關系為：

H?=H-ζ

（ζ為高程異常，即橢球面與水準面間的垂直偏差）2.擬合模型作用通過在測區(qū)布設已知正常高的控制點，建立高程異常ζ的數學模型（如多項式曲面、樣條函數、神經網絡等），將GNSS大地高轉換為正常高。注：此方法對于僅學習工程測量的學生來說難以理解，故只進行簡單的原理介紹329.4.5跨河水準測量跨河水準測量是一種特殊的水準測量方法，用于解決河流、峽谷等障礙物兩側的高程傳遞問題。其核心在于克服長距離視線受阻、大氣折光影響等挑戰(zhàn)。

33跨河水準測量跨河水準方法簡介觀

測

方

法方

法

概

要最長跨距（m）光學測微法使用一臺水準儀照準覘標標志，讀取記錄測微分劃值，求出兩岸高差500傾斜螺旋法用兩臺水準儀對向觀測，用傾斜螺旋或氣泡移動來測定水平視線上、下兩標志的傾角，計算水平視線位置，進而求出兩岸高差1500經緯儀傾角法使用兩臺經緯儀對向觀測，用垂直度盤測定水平視線上、下兩標志的傾角，計算水平視線位置，進而求出兩岸高差3500測距三角高程法用兩臺全站儀對向觀測，測定偏離水平視線的標志傾角，用測距儀量測距離，求出兩岸高差3500GNSS測量法使用GNSS接收機和水準儀分別測定兩岸點位的大地高差和同岸點位的水準高差，求出兩岸的高程異常和兩岸高差3500具體實施請參閱《國家一、二等水準測量規(guī)范》(GB/T12897-2006)與《國家三、四等水準測量規(guī)范》(GB/T12898-2009)《工程測量規(guī)范》GB50026-2007；2.《工程測量標準》GB50026-2020及各類行業(yè)規(guī)范。34

9.4.6高程控制測量的數據處理---例題

例9.2某三等水準測量采用附合水準路線,已知水準點為BMA和BMB,BM1~BM6為待測高程點,已知點高程、觀測高差及測站數列入表9.13中。試計算各待定點高程。熟悉使用電子表格科學計算方法的同學，宜可以自己設計通用高程控制測量的數據處理電子表格，并完成表9.13中的相關計算！35例9.3某三等高程控制網共有N1、N2、N3、N4四個點,N1為已知高程點,高程值為500.000m,用標稱測距精度3mm+1ppm、測角精度為±2.0s的全站儀,距離測量用對向觀測方法、單程觀測2測回、每測回讀數3次、1測回讀數較差≤±5mm,單程測回較差