第五章Ⅶ.高程控制網(wǎng)的建立與三角高程測量——國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則與方案——水準路線的設(shè)計、選點和埋石——水準路線上的重力測量——國家精密水準網(wǎng)的布設(shè)——工程高程測量控制網(wǎng)的布設(shè)——三角高程測量——電磁波測距三角高程導(dǎo)線上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容一、電磁波測距概念

電磁波測距是利用調(diào)制有測距信號的電磁波作為載波,進行兩點間距離測量。二、脈沖法測距原理

脈沖法測距就是直接測定儀器所發(fā)射的脈沖信號往返于被測距離的傳播時間而得到距離值的，即測定發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間差t2D。三、相位法測距原理

相位法測距是通過測量含有測距信號的調(diào)制波在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移，間接地測定電磁波在測線上往返傳播t2D，進而求得距離值。四、整周數(shù)N值解算的一般原理

有可變頻率法和固定頻率法兩種五、全站儀中測距新技術(shù)使用高頻測距技術(shù)

·溫控與動態(tài)頻率校正技術(shù)無棱鏡測距技術(shù)·目標自動識別技術(shù)六、測距的誤差分析和精度表達式上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容固定誤差

比例誤差固定誤差

測距的精度表達式m=a+b×D如：m=±(3mm+2×10-6D)或m=±(3mm+2ppm×D)七、距離觀測值的改正氣象改正ΔDn

（在精密距離測量中，測距的同時，要使用溫度計、空盒氣壓計、通風干濕計來測定溫度、氣壓、濕度。）儀器加常數(shù)改正ΔDC

（可用六段法測定儀器的加常數(shù)）儀器乘常數(shù)改正ΔDR

（用比較法可同時測定儀器的加常數(shù)和乘常數(shù)）歸心改正波道曲率改正ΔDg

（主要是弧線化為弦長的改正）周期誤差改正ΔD

（測距離的尾數(shù)呈現(xiàn)按精測尺為周期變化的一種誤差）上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容在測距精度要求較高，且A值大于儀器固定誤差的1/2時，才加周期誤差改正。第五章Ⅶ.高程控制網(wǎng)的建立與三角高程測量目的和任務(wù)有兩個：1)建立全國統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，為地形測圖和各項建設(shè)提供必要的高程控制基礎(chǔ)；2)為地殼垂直運動、平均海面傾斜及其變化和大地水準面形狀等地球科學研究提供精確的高程數(shù)據(jù)。一、國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則

1.布設(shè)原則：從高級到低級、從整體到局部分四個等級布設(shè)一等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也為相關(guān)地球科學研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)；三、四等水準測量是直接為地形測圖和其他工程建設(shè)提供高程控制點。

一、二等水準測量為精密水準測量

水準標石類型

間距（km）

布設(shè)具體要求一般地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)荒漠地區(qū)基巖水準標石500

只設(shè)于一等水準路線上，大城市和斷裂帶附近應(yīng)增設(shè)，基巖較深地區(qū)可適當放寬，每省（市、自治區(qū)）至少兩座?；舅疁蕵耸?020-3060設(shè)于一二等水準路線上及交叉處，大、中城市兩側(cè)及縣城附近。盡量設(shè)置在堅固巖層上。普通水準標石4-82-410設(shè)于各等級水準路線上，以及山區(qū)水準路線高程變換點附近，長度超過300米的遂道，跨河水準測量的兩岸標尺附近。2.水準點滿足一定的密度各等級水準測量的精度，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。水準測量等級一等二等三等四等MΔ的限值≤±1.0mm≤±3.0mm≤±5.0mmMW的限值≤±1.0mm≤±2.0mm≤±6.0mm≤±10.0mm3.水準測量達到足夠的精度

4.一等水準網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測≤±0.45mm各等級水準測量路線必須自行閉合或閉合于高等級的水準路線上，與其構(gòu)成環(huán)形或附合路線，以便控制水準測量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級的水準環(huán)中布設(shè)低等級的水準路線。一等閉合環(huán)線周長，在平原和丘陵地區(qū)為1000～

1500km，一般山區(qū)為2000km左右。二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為500～750km,山區(qū)一般不超過1000km。三、四等水準用于加密，根據(jù)高等級水準環(huán)的大小和實際需要布設(shè)，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結(jié)點間路線長度，三等水準分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。

二、國家水準網(wǎng)的布設(shè)方案三、水準路線的設(shè)計、選點和埋石1、技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計是根據(jù)任務(wù)要求和測區(qū)情況，在小比例尺地圖上，擬定最合理的水準網(wǎng)或水準路線的布設(shè)方案。一等水準路線應(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、選點圖上設(shè)計完成后，須進行實地選線，其目的在于使設(shè)計方案能符合實際情況，以確定切實可行的水準路線和水準點的具體位置。選定水準點時，必須能保證點位地基穩(wěn)定、安全僻靜，并利于標石長期保存與觀測使用。水準點應(yīng)盡可能選在路線附近的機關(guān)、學校、公園內(nèi)。不宜在易于淹沒和土質(zhì)松軟的地域埋設(shè)水準標石，也不宜在易受震動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。水準點點位選定后，應(yīng)填繪點之記，繪制水準路線圖及結(jié)點接測圖。3、埋石按用途區(qū)分，水準標石有基巖水準標石、基本水準標石和普通水準標石三種類型。各類水準標石的制作材料和埋設(shè)規(guī)格及其埋設(shè)方法等，在《國家一、二等水準測量規(guī)范》都有具體的規(guī)定和說明。三、水準路線的設(shè)計、選點和埋石（續(xù)）因精密水準測量成果需進行重力異常改正，故在一、二等水準路線沿線要進行重力測量。高程大于4000m或水準點間的平均高差為150～250m的地區(qū)，一、二等水準路線上每個水準點均應(yīng)測定重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測重力。高程在1500～4000m或水準點間的平均高差為50～150m的地區(qū)，一等水準路線上重力點間平均距離應(yīng)小于11km；二等水準路線上應(yīng)小于23km。在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準路線上每個水準點均應(yīng)測定重力。在由青島水準原點至國家大地原點的一等水準路線上，應(yīng)逐點測定重力，以便精確求得大地原點的正常高。四、水準路線上的重力測量五、國家精密水準網(wǎng)的布設(shè)按完成年代、采用技術(shù)標準和高程基準等，基本上可分為三期：

1951~1976：一等水準長度60000公里，精度2~3mm/km，二等水準長度130000公里，精度4mm/km。有缺陷和不足

以1956年黃海高程基準起算的各等級水準網(wǎng)1977~1981完成外業(yè)：一等水準路線289條，構(gòu)成100個閉合環(huán)聯(lián)測42個驗潮站，長度93360公里，埋設(shè)水準標石2萬多座按環(huán)閉合差估算的精度1.03mm/km。

內(nèi)業(yè)以1985國家高程基準起算的國家一等水準網(wǎng)。1981~1990完成外業(yè)：重新布設(shè)國家二等水準路線136000余公里由822閉合環(huán)和101條附合路線（個別支線）構(gòu)成。埋設(shè)水準標石33000多座。由環(huán)閉合差求得精度為1.54mm/km內(nèi)業(yè)以1985國家高程基準起算，以一等點為控制進行平差。1990年以后一等水準網(wǎng)的復(fù)測和局部地區(qū)二等水準網(wǎng)的復(fù)測。六、工程高程測量控制網(wǎng)的布設(shè)

城市和工程中的工程高程控制網(wǎng)可按水準測量和三角高程測量的方法來建立。1、水準測量建立工程高程控制網(wǎng)

水準測量是建立工程高程控制網(wǎng)的主要方法。其等級依次分為二、三、四等。首級高程控制網(wǎng)不應(yīng)低于三等水準，應(yīng)聯(lián)測2個以上的國家精密水準點，起始高程應(yīng)采用穩(wěn)定的基巖點，且一般要求布設(shè)成閉合環(huán)加密時可布成附合路線、結(jié)點圖形和閉合環(huán)。精度與相應(yīng)等級的國家水準網(wǎng)一致。和國家等級水準測量相似，其主要步驟一般是：水準網(wǎng)圖上設(shè)計、選點、標石埋設(shè)、外業(yè)觀測、平差計算和成果表的編制等內(nèi)容。

北方城市，因大量開采地下水，地面沉降更是驚人，每年沉降達幾厘米。水準路線設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：1.水準路線應(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.水準路線若與高壓輸電線或地下電纜平行，則應(yīng)使水準路線在輸電線或電纜50m以外布設(shè)，以避免電磁場對水準測量的影響。3.布設(shè)首級高程控制網(wǎng)時，應(yīng)考慮到便于進一步加密。4.水準網(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。工業(yè)區(qū)：1km5.應(yīng)與國家水準點進行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)的統(tǒng)一。6.注意測區(qū)已有水準測量成果的利用。

水準點應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)上最為可靠的地點2、三角高程測量建立工程高程控制網(wǎng)經(jīng)緯儀三角高程導(dǎo)線，應(yīng)起閉于四等水準點。光電測距高程導(dǎo)線可以代替四等水準，起閉點應(yīng)為不低于三等的水準點。高程導(dǎo)線各邊的高差測定宜采用對向觀測。需檢查如下限差：①由兩個單方向算得的高程不符值；②由對向觀測所求得的高差較差；③由對向觀測所求得的高差中數(shù)，計算閉合環(huán)線或附合路線的高程閉合差。六、工程高程測量控制網(wǎng)的布設(shè)(續(xù))七、三角高程測量(加)三角高程測量原指由測站向照準目標（其間的水平距離已知）觀測豎直角來求兩點間高差的方法。受諸多因素的影響此法測定的高差精度不很高，難以取代水準測量而作為等級高程控制測量的方法。電磁波測距三角高程測量是利用全站儀精確測定斜距（或平距）和豎直角來求兩點間高差的方法。如果精確量測儀器高和目標高，電磁波測距三角高程測量可以達到三、四等水準測量的精度。（一）由水平距離單向觀測豎直計算高差的基本公式：C稱為球氣差系數(shù)兩差改正（二）三角高程測量嚴密公式因PCM并非直角，上式有誤差，即關(guān)系：是近似的。嚴密公式應(yīng)該按正弦定理計算：近似公式引入的誤差為：當：可見，若距離較長、高差較大，直接用平距（即視為直角）來計算會對高差的準確性產(chǎn)生影響。若采用平均高程面上的距離計算，則有由高斯坐標反算的邊長d與測線兩端平均高程面上邊長S0之間有差異，但不大。當用電磁波測距來確定高差時，因直接采用實測斜距，就不必考慮改正數(shù)δh。（三）由對向垂直角和平距計算兩點間的高差若是幾乎同步作對向觀測，就有C12=C21，則：故對向觀測豎直角計算平均高差可以消除（或削弱）球氣差的影響。八、電磁波測距三角高程導(dǎo)線若顧及角，用正弦定理計算：該公式誤差很小。（一）實測斜距和單向垂直角計算兩點間高差（二）往返實測斜距和往返實測垂直角計算兩點間高差消除了球氣差項的影響。條件：幾乎同步作對向觀測h12中的主要誤差是：豎直角觀測誤差、量測儀器高I和目標高V誤差。思考：①若采用三聯(lián)腳架法測距導(dǎo)線，能否消除量測儀器高I和目標高V誤差的影響，進而提高電磁波測距三角高程測量精度？②若采用水準法測距高程導(dǎo)線，能否消除量測儀器高I和目標高V誤差的影響。1、高差測定誤差誤差來源：豎直角觀測誤差、距離測量誤差、球氣差、量取儀器高和反光鏡高誤差綜合影響的誤差，經(jīng)驗公式：為對向觀測高差平均值的中誤差。（六）三角高程測量的精度和限差2、對向高差閉合差的限差3、環(huán)線高差閉合差的限差GPS用于測定正常高，在GPS課中介紹結(jié)束謝謝!我國一等水準網(wǎng)路線略圖

我國一等水準網(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)各類標石近2萬余座。全國一等水準網(wǎng)布設(shè)略圖如圖所示。一、二等水準網(wǎng)水準點標石

工程測量中常用的普通水準標石是由柱石和盤石兩部分組成，如左下圖所示，標石可用混凝土澆制或用天然巖石制成。水準標石上面嵌設(shè)有銅材或不銹鋼金屬標志，如右下圖所示。水準路線上的結(jié)點應(yīng)埋設(shè)

首級水準路線上的結(jié)點應(yīng)埋設(shè)基本水準標石，基本水準標石及其埋設(shè)如左下圖所示。墻上水準標志如右下圖所示，一般嵌設(shè)在地基已經(jīng)穩(wěn)固的永久性建筑物的基礎(chǔ)部分，水準測量時，水準標尺安放在標志的突分。埋設(shè)水準標石時，一定要將底部及周圍的泥土夯實，標石埋設(shè)后，應(yīng)繪制點之記，并辦理托管手續(xù)。

由單向垂直角和平距計算兩點間的高差C稱為球氣差系數(shù)脈沖法測距原理時標脈沖電子門計數(shù)器光電轉(zhuǎn)換器發(fā)射脈沖接收脈沖反射器儀器相位法測距原理

往程返程A

B

A′2π

2π

2π

△φ

φ=N·2π+△φ

12N

△N

光尺？N值解算的一般原理

有可變頻率法和固定頻率法兩種。可變頻率法：計算N， 取△N=0（測距時連續(xù)變動調(diào)制頻率，當然調(diào)制波長也作相應(yīng)的連續(xù)變化。當